钢结构建筑的设计研究

杨双　李瑞云

【摘要】现代钢结构建筑具有建材可循环利用、 满足超跨度与超高度标准要求、实现建筑功能化与一体化以及降低施工成本等众多优点， 致使其被广泛的推广和应用在现代建筑中。本文主要分析了现代钢结构建筑的优点，探析了现代钢结构建筑的设计要点， 希望本文可以给相关学者提供一定的帮助。

【关键词】钢结构建筑 设计要点

现代钢结构建筑是以钢结构为骨架，配合多种复合材料拼装而成，所有的材料能够进行批量化、 系列化、 标准化生产， 并且具有环保、 功能众多、 成本低等优点， 逐渐的取代传统的钢筋混凝土建筑结构， 已经成为现代建筑产业的一个标志， 并且在一定程度上， 钢结构建筑的水平代表了一个国家的建筑水平， 由此可见钢结构建筑的重要性。因此， 文章针对现代钢结构建筑设计要点的研究具有非常重要的现实意义。

1 现代钢结构建筑的优点分析

（1）建材可循环使用。虽然我国地大物博， 但是人均资源、 能源非常短缺， 钢结构建筑的建材可以循环使用， 有利于环保需求以及可持续发展。钢结构建筑与传统混凝土建筑相比， 不仅具有客观的循环再利用价值， 还具有更高的能效以及更高的强度， 同时在施工的过程中不需要进行建模， 这对于推动建筑行业的环保、 可持续发展具有非常重要的现实意义。

（2）满足超跨度、 超高度的标准要求。钢材与各向同性的均质体非常接近， 并且具有较高的弹性和强度， 其密度小于同等强度的木材、混凝土、 砖石等传统材料， 在相同受力条件下， 由于钢结构自重相对较小， 因此能够满足高度、 跨度比较高的结构要求， 并且钢结构具有更加丰富、 灵活、 多变的结构形体， 更好的满足不同建筑结构的实际需求。

（3）实现建筑的功能化与一体化。建筑结构是现代钢结构建筑必不可好的重要环节， 无论是结构的构件、 形体， 还是节点等， 在一定程度上影响甚至是决定建筑的形象、 质量好坏。因此， 在进行钢结构建筑结构设计时， 应该尽可能的实现建筑的功能化与一体化， 进而建造艺术性和技术性融为一体的现代钢结构建筑。

（4）建设成本低， 工程化程度高。现代钢结构建筑具有统一标准、模数协调等特点， 提高了建筑的工程化程度， 实现现代建筑行业的规模化、 工业化发展。同时， 钢结构采用一体化加工和安装工艺， 能够有效的降低施工成本， 为施工企业创造更多的经济效益。

2 现代钢结构建筑的设计要点分析

（1）钢结构建筑的建筑构思分析。现代钢结构建筑的建筑构思，应该重点考虑技术的可行性与可操作性， 钢结构建筑设计应该尽可能的实现結构构思与建筑构思的有机结合。现代钢结构住宅的构思一方面体现了钢材的灵活使用， 另一方面体现了传统意义的建筑构思。因此， 现代钢结构建筑设计师必须与机械工程师、 设备工程师、 结构工程师等进行沟通， 通过多方的协调配合， 保证钢结构建筑构思在特定的条件下能够顺利、 有序的实施。建筑设计师应该深入的了解各种材料的特性、 材料创造的结构形式以及相应的技术等， 这样才能够保证建筑构思的可行性， 同时根据自身的构思相结合， 保证钢结构建筑的创造性独特性与个性， 同时保证建筑结构设计方案的可实施性。

（2）钢结构建筑节点设计要点分析。钢结构建筑结构体系与传统建筑结构体系最大的区别在于节点设计， 钢结构建筑节点设计直接关系到建筑设计的成败。钢结构建筑的许多节点都是露明的， 露明的节点与中国传统木结构建筑的榫卯结构相似。通过对钢结构建筑的节点进行合理的设计， 能够显示钢结构建筑特有的结构美感。为了满足钢结构建筑的防火需求， 一些设计时在进行节点设计时辅以一定的防火设计， 例如用防火板材封闭节点或者涂抹防火涂料等， 防火板材将钢结构特有的节点封闭起来， 会影响钢结构节点结构美的体现， 涂抹防火涂料既能够体现钢结构节点的美感， 又能够起到防火的作用， 并且还能够保持钢格连接节点的特点， 应该进一步的推广和应用。

（3）预估截面设计要点分析。钢结构布置完成之后， 应该对截面进行预先估算， 主要根据是梁柱断面状况以及梁柱的大小， 根据截面进行仔细的设计。首先， 钢结构的梁通常采用 H 型钢、 轧钢、 槽钢的截面， 通过分析支座与荷载， 截面的大小介于跨度的 2 - 5% 之间；其次，钢结构的柱截面应该按照长细比进行预估， 通常状况下， 其范围应该控制在 50 -150 单位之间， 在初步选值时应该将其控制在 100 单位左右，柱截面的大小应该根据受力状况确定， 选择合适的轧钢或者槽钢；再者， 轻型钢结构与普通钢结构设计之间存在很大的差别， 为了保证每一个构件能够充分的发挥性能， 应该根据具体状况设计轻型钢结构， 同时利用高科技作业， 保持强弱轴方向的正确性， 以此降低钢结构的受力和变形。

（4）地基结构设计要点分析。地基结构设计时钢结构建筑结构设计的重点， 钢结构过程中应该注意以下要点：在进行地基结构设计之前， 应该对施工现场的水文地质条件、 分布状况、 荷载大小、 建筑物体型等状况进行调查， 并根据施工现场的实际状况， 设计基础形式；在进行框架结构设计时， 为了增加基础结构的整体性， 应该采用交叉梁条地基结构。

（5）网架结构设计要点分析。钢结构建筑经常遇到网架结构， 建筑设计师需要将下部结构与网架结构分开计算和分开设计。首先， 假设网架支座刚度无限大， 支座刚度相同， 然后计算支座反力， 然后再传递至下部结构。通常状况下， 下部结构为梁、 柱等， 不仅刚度大， 而且差别相对较大， 和计算建设刚度无限大相违背， 计算的网架内力、 支座反力与实际状况存在很大的差异， 因为网架内力与反力分配和刚度大小存在密切的关系， 网架与下部结构分开计算， 导致结果存在较大的误差。但是， 在现实应用的过程中并没有出现工程事故， 原因是钢网架结构为高次超静定空间结构， 并且钢材具有良好的弹塑性， 不会导致杆件破坏或者断裂，不至于出现工程事故。

（6）钢材焊接要点。钢材焊接施工是钢结构的重点， 如果焊接施工出现问题， 将会影响钢结构施工质量。因此， 在进行钢材焊接施工时， 应该将焊接部位彻底清理干净， 按照焊接施工相关规定保管和存放钢材， 高度重视气孔部位施工， 避免在焊接施工的过程中出现裂缝。

（7）钢结构构件设计要点。钢结构构件设计要点主要包括以下几个方面：首先， 做好材料选购工作， 需要创建一套健全的材料采购监督体系， 以此保证设计材料的质量；其次， 为了防止在施工的过程中出现技术问题、 质量问题， 应该选聘综合素质高的技术人员和施工人员， 并加强对设计人员和施工人员的培训和再教育， 为钢结构构件施工质量奠定可靠的技术保障。

3 结束语

总而言之， 现代钢结构设计是一个复杂的系统工程， 在设计的过程中应该严格控制各个设计要点， 并不断的改进和创新设计方法， 提高设计水平和效率。同时， 钢结构建筑设计师应该在实践的过程中不断的探索和积累经验， 以此保证钢结构建筑设计的科学化、 规范化以及标准化， 实现现代钢结构建筑行业的健康、 稳定、 可持续发展。

参考文献：

[ 1] 刘琳. 关于钢结构设计要点的思考[ J]. 民营科技， 2011（11）：339.

[ 2] 陈超. 多层钢结构住宅的结构设计要点分析[J] . 门窗， 2014（3）：199.