钢结构建筑在结构设计中存在的问题分析

文/张志宏 奎屯农七师勘测设计研究院（有限公司）新疆奎屯 833200

随着近些年我国建筑事业的高速发展，不仅建筑规模、建筑数量得到大幅度提升，建筑类型也呈现出多样化发展态势。钢结构建筑以其稳定性强、抗震性能好、经济效益高、可操作性强等特征得到广泛运用。随着钢结构建筑的增多，其结构设计问题愈发明显，急需加强结构设计及其相关问题的研究，进行处理，提升结构设计科学性、合理性，确保钢结构建筑优势的有效发挥。

1、建筑结构设计中钢结构设计的重要性

在整个工程中，钢结构设计能够直接的影响工程整体质量，在进行钢结构设计的时候，作为专业的设计师需要做的就是能够熟练掌握相关几何的应用以及要素，同时还要注重在此设计过程里，掌握相应的技术。钢结构设计相对来说具有一定的难度，设计师在进行设计的时候一定要严格的遵从相关图纸的要求，同时将相应的设计图作为参考，而且还要有效的结合施工实际情况，对其进行相应的构思，在最大的限度上有效的提升整体钢结构的质量，保证建筑结构设计中钢结构的总体性能。进行钢结构设计的整个过程里，具有较强的关联性，作为设计人员需要对钢结构的各个因素进行准确的了解，并且高度重视每个环节中有关构件设计的质量，避免因为设计不合格导致不良后果的发生，给建筑工程造成一定的危险性，影响整个工程的进展。

2、建筑结构设计中钢结构设计所存在的常见问题

2.1 钢结构的稳定性问题

钢结构的稳定性缺陷问题主要分为两大类，一是几何缺陷；二是力学缺陷。几何缺陷主要包括：钢结构构件的初始弯曲、初始偏心及板件的初始不平度等，几何缺陷主要是以附加应力的形式影响钢结构的力学性能，使其刚度降低，承载力减弱。力学缺陷通常是指：初始应力和力学参数的不均匀性，其中残余应力是影响最大的力学缺陷，残余应力在构建截面是自相平衡的，但是残余应力的存在会导致部分构件截面直接进入屈服，失去刚度，导致钢结构整体稳定性降低。

2.2 钢结构设计防火问题

在钢结构建筑中，使用的建材主要以不易燃烧的钢材为主，但是钢材在温度达到一定数值时，便会发生断裂，将会影响到整个建筑结构的安全性能，存在极大的安全隐患。所以钢结构中，火灾是最大的安全隐患。所以在钢结构作为建筑材料的使用中，要考虑到用辅助材料对于钢结构的耐火性进行加强。传统的钢结构防火设计使根据火灾性能确定耐火等级，同时根据耐火等级确定钢结构材料的耐火极限和燃烧性能，最终根据耐火试验确定参数，选择钢结构的防护材料和构造方法。目前根据最新的设计理念设计阶段可以采用TS-TC 耐火设计方法按照耐火等级确定耐火极限t，求出构建临界温度Ts 后，以t、Ts 为控制条件求出构件保护层厚度，进行耐火涂料厚度设计。

2.3 钢结构的防护性问题

金属的腐蚀是材料防护的关键所在，实际使用过程中，工程师在注重建筑材料的结构的时候，并不能考虑到建材在使用中的防腐蚀情况，在风力、雨水的外部因素的侵蚀之下，就会影响钢结构的使用寿命，从而影响到建筑物的使用寿命。有些钢结构要埋入土中，对于这些钢材料不进行合格的防侵蚀包装，就会对钢结构的各种性能造成严重的影响。

3、钢结构房屋结构设计的具体措施

3.1 综合实际情况进行钢结构设计

现代建筑结构有很多形式复杂、层数多、高度高、跨度大的建筑物，受温度作用较高、受风、震作用较大的情况。针对这类建筑进行钢结构设计过程中，设计人员不能照搬照抄国外设计方案，要切实结合施工现场，结合建筑物的实际状态，并综合考虑建筑的安全性和整个施工过程的经济性。

3.2 加强钢结构的防腐设计

钢结构在稳固性和经济性上虽然优于其他建筑结构，但是钢结构如果长期暴露于空气中非常容易受到潮湿环境的腐蚀，被腐蚀的钢结构的构件截面会因锈蚀减小，由此减小使钢结构的使用寿命。这就要求，设计者在进行钢结构设计的同时注意防护设计，防腐材料要能够充分阻绝氧气和水分对钢结构的侵蚀，具有较强的附着力。室内钢结构防腐材料的厚度一般在100μm 左右，暴露于空气部分的钢结构防腐材料厚度一般在200μm 左右，地面下钢结构材料需要特别采用混凝土进行包裹，在腐蚀性较强的环境中，则需要适用专门的防酸漆防止腐蚀。

3.3 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做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。

3.4 构件设计及节点设计

为实现钢结构设计的优化，必须针对构件截面优化及验算，以缩减钢结构成本，对比较复杂的钢结构，需要做好各构件截面的验算工作，特别是做好节点模块的设计工作，这是钢结构设计工作的关键点。在这个过程中，需要进行等强设计及实际受力状况的分析。在设计过程中，其主要的板块包括焊接、梁腹板及翼缘等。节点施工过程中，需要做好现场焊接的施工及检查工作，做好螺栓的安装紧固工作，实现各项安装程序的协调，严格按照设计图展开施工。

3.5 加强对构件截面的设计

构件截面设计是钢结构设计的核心环节，需要准确对截面进行估算，包括支撑系统和梁柱的截面大小。通过板件宽厚比、高厚比预估钢结构截面，优选截面延性等级较高的界面，并通过截面的受力状态确定钢柱的截面大小，同时确定选用槽钢、H 型钢作为钢结构的原材料。

结语：

钢结构由于其较好的性能和较低的造价，目前已经成为我国建筑结构设计中一种主流方式。在钢结构设计中还存着很多不完善的因素，这些问题主要是由于管理机制、监督机制不完善以及设计能力较低造成的。在加强钢结构设计的过程中，我们应加强钢结构的实际应用方式、加强钢结构建筑的设计深度、规范钢结构节点设计同时加强构件截面的设计，从而提升钢结构设计的科学性，确保建筑工程的安全性和经济效益。