钢结构设计中注意问题的分析

赵桂祥

摘要：随着我国经济的快速增长，促进了建筑业的发展，钢网架、多层钢框架、立体钢析架等逐渐成为常用的结构形式。本文先简要分析了钢结构的优点和特点，再对钢结构设计中几个常见问题进行7分析。

关键词：钢结构设计；优点；抗震

前言

随着我国建筑的不断发展，采用传统的混凝土结构已经无法满足建筑结构的多元化需求，钢结构作为一种特殊的建筑结构之一，不仅能够弥补传统混凝土结构的种种弊端，还具有结构构件较轻、施工周期较短、布置灵活方便等优势，因此，在建筑工程中得到了广泛的推广和应用。

1钢结构的优点分析

钢结构与钢筋混凝土结构相比具有以下优点，首先是钢结构可工厂化制作，减少现场施工的工作量，施工周期短；其次是由于钢结构自重轻、结构荷载小，减少了地基处理的工作量量和费用；钢结构利于抗震，给投资方带来较好的经济效益和社会效益；钢结构由于其材料本身的性能好，强调度，与钢筋混凝土结构相比结构断面较小，在厂房布置中可以节省一空间，更容易满足工艺灵活布置的要求。

2钢结构的特点分析

2.1功能优越

在钢结构建筑中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体、构件、节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化，才能使建筑更富有功能化以便随后的各个设计环节进行下去，创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。如中国建筑设计研究院场馆方案外观即为建筑的结构，形象完美纯净，功能与结构达到了完美的统一；还有日本株式会社建筑事务所设计的折叠式方案，屋顶由悬臂的钢架结构支承，可在30分钟内完成开闭的动作，确保全年比赛及活动不受天气影响。

2.2生态环保

发展钢结构对于资源，能源都非常短缺的我国意义尤为重大，因为中国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国。钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，边角料也有价值，不需要制模施工。目前国际上引人瞩目的新型住宅产品已引人我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面。该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统，温度变化小，热损失低。不论冬夏，都具有舒适当居住环境。室外0摄氏度时，室内仍可以保持17摄氏度以上；在室外温度达到30摄氏度的情况下，室内温度仅为21摄氏度左右。

3钢结构设计中的问题分析

我国钢结构建筑的设计步骤主要是：依据弹性方法计算钢结构各构件内力；依据弹塑性方法验算钢结构构件的极限承载力。

3.1选择合理的结构构件

在钢结构设计中除了体系稳定外还需要考虑单个钢构件的变形限制值和自身稳定。钢结构因其材料强度高，塑性和韧性好，构件截面一般肢宽壁薄，属于长细构件，在设计中，钢结构截面尺寸往往不是由材料的计算强度控制，而是由变形、稳定、或疲劳应力来控制。这一认识在钢结构设计中必须要建立。在地震区、沿海风作用大的地区、大跨度索一网、长悬臂结构、高大刚架和拱架、及有较大起重量吊车的钢结构工程设计时尤其要注意构件的稳定问题。

钢结构工程低于6层的，可采用框架一支撑或框架体系，高于6层的采用框架一砼剪力墙或框架支撑体系；框架柱有H型钢柱、钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱。在6层以下钢结构工程中，组合柱要比H型钢柱型要省钢；钢支撑比剪力墙的延性高，在地震等级高时延性高的地震力小，延性差的地震力大，从抗高等级地震的性能来说，钢支撑比砼剪力墙好；钢框架一混凝土剪力墙体系属混合结构，抗震性方面目前研究還不够，选用时应慎重。

3.2建立完善的结构受力体系

结构方案确定之后，建立完善的结构受力体系是结构设计的首要工作。这在钢结构工程设计中尤为重要。钢结构多为杆系结构，因钢材强度高，构件截面尺寸较小、刚度较差，且可工厂化生产，现场组装，构件间相互约束作用也较小，因此要求支撑布置完善，节点连接构造可靠，才能保证整个结构受力体系的稳定。

我国钢铁工业与建筑钢结构的应用都有迅速的发展，我国的年钢产量已居世界首位。但在我们设计人员中间不清楚如何合理选用钢材的问题还是很普遍的，不少人对钢号的差别及质量等级的含义、脱氧方法及钢材厚度不同的影响、结构选材。因此，尽量按规范推荐的钢号及材质选用钢材，并在设计说明中明确注明所用钢材的钢号、质量等级、脱氧方法及附加性能要求。

3.3加强钢结构的稳定设计

稳定性是钢结构设计中的一个突出问题，在各种类型的钢结构设计中，都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中函待解决的主要问题，一旦出现钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，甚至会造成人员的伤亡，这方面的教训也很多。所以我们在钢结构设计中，一定要把好这一关。目前，钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确的认识，造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此，在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念，才能更好地处理钢结构的稳定问题。

3.4钢结构楼板设计方面

楼板不仅承受竖向荷载并将其传给框架，还将水平力传到柱上，因此楼板的强度、承载力和整体性都十分重要。作为钢结构工程要求，楼板还应考虑隔音要求目前钢结构工程上，压型钢板组合楼板，现浇楼板等应用较多；震级较高的震区或重要钢结构，在柱的设计方面，因考虑在柱子的周边宜设置钢箍筋，以免高水平力破坏楼板。

3.5钢结构抗震设计方面

（1）设计反应谱问题：地震记录仪构造使得很多大于3秒的强震被削弱，因此计算的反应谱不真实，而建设部人为调整的谱曲线来保证钢结构安全性的抗震设计，可靠性需进一步验证；（2）弹塑性地震反应计算问题：目前我国没有高层钢结构弹塑性地震反应计算程序，缺乏空间弹塑性地震反应分析软件；（3）钢一砼结构搞垮设计问题：我国是一个多地震国家，国际上没有这方面的研究，需要解决抗震设计原则、设计指标和设计方法。

3.6钢结构节点和支撑构造方面

（1）钢结构设计中重要的内容是连接节点的设计，应该在结构分析前对节点的形式进行充分思考和确定。必须避免最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致的情况。此外，节点设计还必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序。（2）焊接：焊缝的尺寸及形式应严格遵守规范。选用的焊条应与金属材质相适应。焊接设计不得任意加大焊缝。焊缝与被连接构件重心应尽量接近。（3）粱腹板：栓孔处腹板的净截面抗剪性能应进行验算。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。（4）柱应通过小悬臂与梁拼接，粱拼接大部分采用翼缘焊接腹板拼接，也可采用全截面螺栓连接。拼接设计时，腹板要考虑弯矩。（5）用外加劲肋和内隔板进行梁与钢管混凝土柱的刚性连接，但钢管壁板与隔板或环板的厚度应相互匹配。（6）高层钢结构工程的框架一支撑体系，框架梁柱应刚性连接。（7）为防止管壁开裂，支撑与钢管混凝土连接，不应将节点板焊在钢管管壁上。（8）为满足钢结构工程的抗震要求，不应在钢管支撑内灌注混凝土。

4结语

我国钢结构发展前景光明，目前应大力加强和提高各级设计人员的设计水平，做到理论与实践相结合，尽可能多地关注钢结构行业的新动向，学习新的设计理念和设计方法，了解和掌握现有的施工经验和技术，提高设计工作水平和效率，促进钢结构的发展。