建筑钢结构设计探讨

周杰

摘 要：钢结构本身具有强度高、塑性韧性好、制作简便、施工工期短和工业化生产程度高等特性。随着我国工业和民用建筑设计水平和施工水平的提高，钢结构得到了广泛的应用。

关键词：建筑；钢结构；设计原则；要点

一、建筑钢结构的意义

通过将钢板、热轧型钢材进行加工，便称为建筑钢结构的基本骨架。钢结构相较于传统的砖混结构，具有更高的强度与韧性，并且钢结构内部组织较为均匀，制造加工难度较低。得益于建筑钢结构的众多优势，使其在桥梁建设、民用建筑、工业厂房建设中得到了极为广泛的应用。建筑钢结构一定程度上促进了建筑节能领域的发展，钢结构在使用过程中，具有良好的环保性，实现了我国可持续性发展战略目标的达成。

二、建筑钢结构设计的原则

钢结构设计必须具有充足的强度、刚度以及稳定性，整体结构达到可靠和安全要求；结构应当满足建筑使用的要求，具有较好的耐火性；设计结构方案尽量节省材料，减轻钢结构自身重量；最好能够缩短制造与安装的时间，节省工作日；钢结构构件应当方便维护和运输；在有可能的条件下，尽可能保证美观，尤其是外露结构，需要符合建筑美学的要求。按照以上原则，结合实际情况的各项要求，整体考虑结构具有的经济性、设计特点和施工合理性等。

1、梁柱体系

平面一般利用梁柱普通体系。梁使用热轧焊接钢梁，焊接柱为箱型钢柱，设计整个结构为刚性框架结构，由梁、板和柱承担竖向荷载。框架中的梁和柱、梁和基础全部按照刚性进行设计连接，现场利用高强螺栓与焊接共同发挥连接作用。

2、抗剪设计

计算分析表明，在整体水平荷载与地震力发挥作用下，上述局部结构体系的刚度比较弱，因此需要利用布置中心很好的抵抗水平上的荷载。钢框架剪力墙结构系统中间部分的楼梯和电梯之间利用钢筋混凝土剪力墙，以便能够很好的抵抗水平外力造成的冲击。

3、楼盖体系

各层楼盖通常使用钢筋混凝土，按照结构计算楼盖厚度为110mm，在计算结构中，该楼盖具有足够的厚度，符合无限刚性的平面假定。

三、钢结构设计要点分析

1、钢材等级的选择

钢结构建筑中的所用钢材，应当符合屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯、冷拉、和硫、磷含量的基本保证；此外，对于焊接类结构，还应具有合格的含碳量。对于地震区的钢结构房屋，钢材除了上述要求外，还有具有 良好的冲击韧性，符合抗震设计规范的相关规定，规范里面对钢材的各项物理和力学指标都进行了详细的规定。

2、楼面结构设计

楼面结构设计是钢结构设计的要点之一，钢结构房屋和混凝土结构房屋变形缝长度相差甚大，比如钢结构框架房屋的温度伸缩缝长度为120m，而混凝土结构房屋则为55m，钢框架结构房屋采用混凝土楼盖时，为了防止楼板裂缝，一般情况下，仍然采用混凝土结构房屋要求留设变形缝。只有遇到设置后浇带，或者遇到减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以增加伸缩缝的长度。对于压型钢板 混凝土组合楼盖的设计，除了在钢梁上焊接栓钉外，还要保证混凝土和压型钢板的良好连接，其措施主要是：在压型钢板上焊接横向钢筋；压型钢板的纵向波 槽；压型钢板上的压痕、开的d， N或冲成的不闭合孔眼等于混凝土共同工作，保障该楼盖的整体性和强度。

3、地基结构设计

地基结构设计是建筑结构设计的重头戏，钢结构设计也不例外，下面阐述下这方面的问题。基础设计应该根据工程、水文地质条件、荷载大小及其分布情况、建筑物体型及功能要求、相邻建筑地基情况、施工条件等综合因素来考虑，选择合理的基础形式。砌体结构房屋应采用刚性基础，如素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础等，若基础宽度大于2.5m，需运用柔性基础，如钢筋混凝土扩展基础。当为多层内框架结构时，因无地下室、荷载较大和地基较差等原因，为增加基础的整体性，通常采用交叉梁条基。若上述基础仍不能满足基础强度要求时，需要采用筏式基础。当为剪力墙结构且无地下室或有地下室，地基较好，无防水要求时，应选用交叉条形基础，当有防水要求时，可采用箱形基础或筏板基础。

4、网架结构设计

钢结构中经常遇到的是网架结构，设计人员通常将网架和下部结构分开设计、分开计算。先是假定网架支座刚度无限大，这时支座刚度均相同，顺便计算出支座反力，然后再传递到下部结构上。事实上，下部结构通常是柱、梁或其他情况，不但刚度不大，且差别较大，与计算假定刚度无限大且刚度相同相违背，算出来的网架内力及支座反力与实际情况会出入很大，因为超静定结构的网架内力和反力分配与刚度大小有关，网架和下部结构分开计算会造成误差较大的的后果。但是，我们会说怎么也没出现什么工程事故呢？原因 是钢网架结构是高次超静定空间结构，钢材又是非常理想的弹塑性材料，个别杆件出现超载达到流限，会立即发生塑性内力重分布，不会造成杆件断裂甚至破坏，但笔者认为，不能因为不出现工程事故，就认为在设计网架结构时，网架和下部结构分开计算是正确的，事实上，是严重违背了实际结构的实际受力情况的，与实际结构不符。

5、提高经济性的技术措施

在钢结构设计时，除了要有良好的结构稳定性设计措施外，还要满足经济性的要求，笔者根据自己的工作经验，认为要提高建筑结构的经济性，在设计上需要做好的工作有 ：

（1）正确选用各种系数以及功率因数

正确选用功率因数会影响到计算电流，顺而影响电缆 （导线）和保护开关的大小；另外，需要系数的大小也会直接关系到计算电流，顺而影响电缆 （导线）和保护开关的大小；与此同时，正确选用系数取值还会影响到变压器大小的选择，如果取值偏大，就得选择大容量变压器，就会造成将来变压器运行时损耗的增大。因此在实际设计时，一定要事先调研实际中同类设备运行时的情况，合理选用计算系数，才能设计出较好的经济性的建筑。

（2）尽可能的降低火灾

自动报警设备的投资。火灾自动报警及消防联动系统的成本主要与探测器和模块的数量有关，所以在设计中要尽量减少探测器和模块的数量，这样就可以降低火警设备的投资。另外，综合布线系统成本的节约也与信息点有关，需要减少信息点个数，因此，在实际设计中务必要根据实际情况准确设计信息点个数，这样方能节约投资成本，提高建筑物的经济性。

（3）尽量减少低压柜的出线回路

减少低压柜的出线回路，是提高建筑物经济性的技术措施之一，当我们设计一个工程的电气时，首先要确定负荷的种类和位置，会把同一区域 内性质相 同的负荷，由低压母线的一个回路供电，这样不仅可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，还可以降低设备成本。因此，在这个意义上讲，需要尽量减少低压柜的出线回路，提高建筑物的经济性。

结 语：人们的生活水平越来越高，对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。因此，要不断提升钢结构的设计水平，保证钢结构设计质量，提高结构设计的安全性和工程造价的性价比，以推动我国钢结构建筑行业的持续稳定发展。

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