分析建筑结构设计中钢结构设计的重要作用

杨东才

摘要：目前我国建筑业发展迅速，建筑结构设计中钢结构设计发挥了很大作用。随着我国经济的发展，建筑如雨后春笋般拔地而起，其中必定少不了钢结构的应用。文章简述了建筑中钢结构的使用以及针对钢结构特点关于其抗火问题的分析讨论。

关键词：建筑；钢结构设计；重要作用

引言

进入21世纪后，我国的工业发展速度越来越快，工业的发展需要大量的厂房，对建筑行业提出了更高的要求。在现代建筑中，钢结构建筑形式得到人们的认可和推崇，被应用于社会各行各业的发展领悟中。对比砖石结构和混凝土结构，钢结构具有其自身优势，其优势主要体现在力学性能和材料的性能等方面。基于当前钢结构设计的发展情况，钢结构建筑不仅仅是一类结构工具，而是转变为了一类中介，在特定的性能系数下，能够在建筑中发挥独特的功能，保证建筑的质量。所以，在建筑工程中，强化钢结构设计具有至关重要的作用。

1概述

建筑钢结构在国际上已经有百年历史，随着我国可持续发展战略的提出，钢结构在我国建筑行业的应用也越来越广泛。众所周知钢结构是建筑中最主要的受力部件，其设计与安装的合理性与高质量性会对整个建筑的质量产生重大的影响，因此加强建筑钢结构的设计与安装质量具有极其深远的意义。近年来我国建筑施工工程中相关的设计方法和施工技术日渐成熟，但是不可避免的，在一些设计与施工中仍然存在一定的问题，例如建筑钢结构的防腐工作、防火抗震性能等等，这些问题无疑对建筑的质量和安全造成了一定的隐患，因此相关的设计施工人员应该不断的完善设计方案、提升施工质量，使钢结构建筑的使用安全和使用寿命都得到保障。

2现代钢结构建筑设计要遵循的原则

2.1控制建筑的高度

在设计钢结构建筑物时，对建筑物的高度有明确的要求，通常要控制建筑物高低于35m。一旦修建的建筑物过高，在地震来临时，钢结构建筑就容易受损，出现人员伤亡的状况。

2.2体现出计算和构造的一致性

在设计钢结构建筑时，实际构造和计算数据要保持一致，基于建筑物的受力结构和载荷特点，对其进行综合分析。在施工过程中，尤其要重点设计钢结构的抗震性能，确保钢结构各方面性能都符合建筑的基本要求。

2.3保证整体结构的稳定性

在钢结构建筑的整个设计过程中，稳定性是必须重点考虑的因素，无论采取何种设计方法，都必须将稳定性设计摆在首要位置。在钢结构建筑中，如若构件出现了稳定性问题，不仅仅会造成安全隐患，甚至还会造成严重的人员伤亡事故。在钢结构建筑设计过程中，必须努力提升设计人员的安全意识，采取科学、合理的设计方式，设计出更多优秀的钢结构建筑产品。近几年来，由于钢结构稳定性问题产生的安全事故有很多，出现这些问题的原因主要是没有重视钢结构建筑的稳定性设计。

2.4明确构件受力情况

在钢结构建筑设计过程中，设计师必须明确构件上外力作用状况，确定作用点到基础的传递过程与传递路径中产生的力效应，在具体设计过程中，要综合考虑构件之间的协调与分工工作。

3当前建筑结构中钢结构存在的不足

3.1钢结构自身的原因

钢结构的纵向稳定会受到支撑系统的影响，例如钢结构钢柱之间存在一定的支撑力，其会受到风力、地震等方面的影响，从而直接影响到钢结构屋架上的负载力。而对于钢结构横向构造主要是确保其框架和排架刚度必须要达到标准要求，钢结构水平传递的负荷，如果钢结构自身不能达到平衡状态，就会直接影响到整体的稳定性。

3.2相关专业人员的知识欠缺

众所周知，我国对钢结构建筑的研究比较晚，和西方发达国家具有一定的差距。钢结构设计理念传入我国后，发展的速度非常快，目前已经具有一定的规模，然而由于其传入我国的时间比较短，因此尚未构建一套完善的行业知识体系。在钢结构建筑行业内，缺少实际施工经验，技术人员没有设计出科学、合理的施工方案。在实际施工过程中，施工人员没有精准的把握建筑市场行情，阻碍了后续施工的顺利进行。由于技术人员没有充分的调查和掌握建筑市场，无法保证建成的钢结构建筑的质量。

3.3钢结构设计方案缺少创新性

由于鋼结构建筑结构设计具有较高的技术性，许多设计人员还不能胜任这项工作，因此在实际的设计过程中，就会借鉴其他设计人员或者国外的设计实例。这就会导致其中存在一定的问题。因为钢结构设计的成本较高，所以为了有效提高钢结构建筑结构设计的整体质量，经济因素是其中至关重要的考虑环节，只有在经济允许的条件下，才能将主要的精力集中在设计质量方面，如果经济实力欠缺，钢结构设计质量就会受到不同程度的影响。因此在借鉴其他设计形式的过程中，经常会出现与设计实际不符合的情况。

4建筑结构设计中钢结构的设计策略

4.1钢结构加固设计

在进行钢结构加固设计的时候需要合理考虑荷载、钢结构承受力以及节点性质，需要在这个基础上不断调整钢结构附加杆件的承受力。另外，还需要同时扩大钢结构整体受力的极限值，充分考虑空间钢结构协同工作的性质，做好加固设计，使其能够进一步增加整体的刚度，进行标准化验算。如果有需要增加刚度，目前主要是增加支撑点和结构刚度，或者进一步调整结构的自振频率等，从而能够改善钢结构整体的刚度和承载能力，进一步提高整体的稳定性。在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，确保钢结构整体的水平抗力达到要求，降低整体的负荷，增加整体的结构刚度。

4.2重视钢结构构件的设计

在钢结构建筑设计中，构件设计是设计重点，要确保钢材的合理性，基于施工的技术标准，选择合适的材料，为了使施工顺利进行，在设计钢结构主体部分时，通常选取一种材质的材料。除此之外，为了节约施工成本，也可以综合选择施工材料，只要施工材料符合相关的技术标准就行。在选择材料时，必须保证钢材的强度大于Q345的标准。现阶段，在施工过程中，钢结构设计软件的功能得到优化和升级，可以对截面进行处理和验算，整体优化钢结构截面，对设计过程进行了简化处理，因此，设计人员只需要在软件处理的基础上进行微调就行。

4.3建筑钢结构的安装

4.3.1钢柱安装

钢柱是决定建筑物层高和建筑总高的一个重要构件，因此在对建筑中钢柱进行安装时应该对于每一小节都足够的重视，施工人员应该在加工和制造的过程中对钢柱的安装进行严格的验收。在进行钢柱安装的时候需要对钢柱进行吊起，单机吊装法和双机吊装法是当前最为常用的两种钢柱吊起方法，其中采用双机进行吊起安装的方法优点是钢柱的底端不会与地面有接触，因此不会产生摩擦；单机吊起法是将钢柱的底端垫实再采用垫木和回转的方式进行吊起，需要注意的是采用单机吊起法应该保证钢柱的底部不能接触地面与地面产生摩擦。

4.3.2框架梁的安装

钢结构中剪力墙板的安装和标准节框架的安装共同组成了钢结构中框架梁的安装。其中建立墙板是在钢柱和楼层框架中之间的结构，剪力墙板的安装顺序通常为框架至墙板进行安装或者现将墙板安装到上面的框架梁上接下来再进行整个的安装。为了保证框架梁与钢柱连接点处有较好的延展性和可靠性，在制造过程中，应该在框架梁所在的位置安装一个悬臂梁，悬臂梁的上下边缘采用剖口融偷焊缝与钢柱相连，腹板的焊接方式采用贴角焊缝。另外钢结构的结构精度要求要远远精密于钢筋混凝土的结构精度要求，因此当钢结构的框架梁与钢筋混凝土相连时，腹板连接板可开椭圆口，但是要保证孔边距的要求。

4.3.3楼盖的安装

通常情况下建筑钢结构的楼盖都是采用钢承混凝土制成的，其厚度一般应超过1.5厘米。现阶段在设计和安装楼盖时经常对钢承混凝土与钢梁的共同作用考虑的不到位，这样降低了楼盖安全性的同时也增加了钢梁的用钢量。

4.4防火设计要点

对于建筑工程中的钢结构防火设计而言，必然要选择耐火性和防火等级较高材料。在当前的建筑工程中，关于钢结构的防火设计要严格根据施工项目的防火等级、防护种类的要求以及防火的具体情况作出针对性的防火设计和材料选择。尤其对防火材料的选择，要求选择较涂层厚并且粘结强度较大的材料，进而确保钢结构的整体防火指数和防火功能。而在钢结构的防火材料选择中，如果厚型的材料仍然不能达到防火标准，此时可以选择薄型的耐火材料，尤其要做好吊顶设计中的压板材料的防火处理和防锈处理。防火标准和防护等级是确定钢结构防火设计方案的两大依据，能够确保钢结构设计中对防火水平的提高。

钢结构设计要以稳定的对称布置为好，减少结构扭转，以上下贯通方式保证钢结构设计中的刚度连贯性和稳定性。L型或T型的钢结构设计是保证钢结构有效发挥作用的两种形式，钢结构最好位置是处于结构外围，这样能更好地增强建筑构造的抗扭曲和变形效果。

4.5钢结构腐蚀问题的探讨

钢结构的耐腐蚀问题是结构设计人员需要重点关注的。在设计钢结构时，设计人员要根据具体情况采用适宜的防腐蚀措施，增强钢结构的耐腐蚀能力。为了有效解决钢结构的腐蚀问题，可以在钢结构上涂抹具有防腐蝕能力的材料，给钢结构添加防腐蚀的防护层，增强钢结构的耐腐蚀能力。保护涂层具有良好的附着力，有利于解决钢结构的腐蚀问题。如今解决钢结构的腐蚀主要方式是涂装防锈漆，根据建筑工程的具体情况和施工要求进行，同时需要充分考虑防腐设计的保养以及维护方法，从而能够对涂装进行选择半永久性和永久性。

结语

总而言之，在我国建筑行业中，钢结构由于具有良好的特性，受到人们的认可和推崇。在建筑设计，科学、合理的使用钢结构材料，可以有效的降低施工成本、缩短建筑周期，提升建筑的抗震能力和环保水平，符合国家关于可持续发展的基本要求，提升了建筑整体的可靠性和安全性，实现建筑企业的快速发展和进步。在今后建筑行业的发展过程中，钢结构建筑将会占据大量市场份额，为了推动我国城市化进程，必须大力推动钢结构建筑的应用。

参考文献

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（作者单位：深圳建昌工程设计有限公司江苏分公司）