探讨建筑钢结构设计的原则

刘行

（长沙怡境景观设计有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

钢结构具有抗裂性、抗震性以及使用寿命长等优势，因此被广泛应用于建筑工程中，钢结构在一定程度上促进了建筑行业的发展。再就是，因为钢结构使用起来比较方便，所以很多工程首先选用钢结构作为施工材料。由此看来，探讨钢结构的设计原则是非常有必要的，随着钢结构的广泛使用，钢结构的设计水平也在不断改进，这就对工程施工的质量在一定程度上有了保证。所以，在工程的施工过程中，需要根据实际情况来分析钢结构的设计原则，为建筑的施工奠定一定的工作基础。

1 钢结构设计在整个建筑结构设计中的重要性

1.1 有比较大的关联性

在对钢结构进行设计的时候，需要对和钢结构相联系的要素进行比较全面的分析，对施工这一环节的质量放在第一位，并需要分析构件设计的质量，避免出现因设计问题对整个工程造成安全事故的情况。所以说，钢结构的设计人员需要对全面掌握相关的设计规范，根据设计的要求分析构件，进而对整个的钢结构的设计质量有一定的保障。所以，我们需要重视钢结构的设计质量，根据建筑施工的实际情况，优化钢结构的比较重要的部位，提高建筑在市场中的竞争力。

1.2 钢结构的设计质量关系到整个建筑工程的质量

在对钢结构进行设计的时候，我们既要对和钢结构相关的要素进行分析，也要对钢结构的整体技术有一定的把握，在详细的设计环节中，钢结构的设计比较难，所以设计者需要根据图纸做出相关要求，对建筑施工的现实状况进行充分了解，全面考虑整个建筑工程，这样就能够提高钢结构的设计质量，同时，也很大程度上保证钢结构的整体功能。钢结构设计的房屋如图1所示。

图1 钢结构设计的房屋

2 钢结构的设计原则

（1）在对钢结构进行设计的时候，需要根据钢结构建筑工程的现实状况，对建筑工程的施工条件以及施工中使用的材料供应进行全面考虑，选择科学合理的材料，与此同时，还需要使结构在运输和安装的过程中保证结构构件的稳定性，再就是需要注意结构的防火标准要达到规定的要求，注意结构要符合防腐的要求。除此之外，钢结构设计在技术经济方面的设计原则是对多个设计方案进行对比，选择出设计成本低、劳动生产率高、工作量少以及工期比较短的设计方案。

（2）在对钢结构进行设计的时候，首要考虑的就是生产的工艺、建筑的性能及要求的型式，在满足这些要求的同时，还需要做到结构的安全合理、经济节约。基于此，钢结构的设计人员需要对操作的过程以及工艺要求进行全面的分析了解，这样才能够和施工人员协同选择出最好的设计方案。

（3）需要根据结构的现实条件选用钢材，比如说介质环境、受力的情况，还有就是供应和加工制作等很多方面的因素。选用的各类钢材需要发挥各自的作用，使其各有所值。使用新型材料方面，我们要推广高效能的钢材。

（4）在设计钢结构的时候，需要对结构的形式和钢结构构件的截面进行选择，也应该本着提高经济效益的原则，避免出现因为一个构件损失对总的经济指标造成损失的情况。

（5）在确保钢结构安全合理的情况下，尽量实行功能兼并的原则，也就是使用一种构件，但这一种构件可以兼并多种功能，比如说，有的结构可以起到维护的作用，同时也可以起到承重的作用；有的结构对网架起到稳定的作用，同时也是进行承重的构件。

（6）在一定的条件下，使结构逐步向定型化方向发展，构件以及连接的头也需要逐步趋于标准化。

（7）在对钢结构进行设计的时候，需要合理布置柱距和梁的跨度，减少主要受力构件的量。建筑钢结构工程的设计原则如图2所示。

图2 建筑钢结构工程的设计原则

3 钢结构的优点

3.1 钢结构可以减少工期

钢结构使用的材料一般都是比较单一的，而且都是成品材料，这样加工起来就比较简单，不使用人工操作就能够完成，所以很多钢结构都是制作于专业的金属结构制造厂，这样制作出来的钢结构比较精确。当构件在建筑施工现场进行安装的时候，就可以采用比较简便的普通螺栓以及强度比较高的螺栓，甚至可以在地面焊接成较大的单元再进行吊装，这就能最大限度地缩短工期。除此之外，已经建设完成的钢结构还能够进行改建，因为大部分的钢结构都是用螺栓连接的，比较容易进行拆除。

3.2 钢结构材料的综合性比较好

与其他的建筑材料，像混凝土、砖石等相比较，钢材的强度是比较大的。所以说，很适用于跨度比较大的和载荷比较大的构件和结构。再就是，钢材的塑性和韧性比其他的建筑材料好很多。韧性好，钢结构对荷载的适应能力比较强。塑性好，钢结构一般不会因为超载而出现断裂的情况。除了塑性好和韧性好之外，钢结构也具有比较好的抗震能力。再就是，因为一般的钢材强度都比较大，将这样的钢材制作成构件的时候构件的截面就会又小又薄，在受压的时候必须要符合稳定性的要求，并且强度在特殊的时候就不能充分地发挥出来。

钢材的材质要比其他材料的材质均匀，而且钢材的内部组织比较匀质且各向同性，除此之外，钢材在应力的一定范围内基本是完全弹性的。所以，钢结构的实际受力情况是符合工程力学计算的。钢材在制作的过程当中可以严格地控制质量，材质浮动的范围是很小的。

3.3 钢结构的重量轻，节省了成本

一般情况下，钢材的密度是大于混凝土等材料的，但是钢结构却是比混凝土等材料的重量轻，这是由于钢材的强度和密度的比值是比混凝土的强度和密度的比值大很多。在一样的跨度之下承受一样的荷载，钢屋架的重量也只是混凝土屋架重量的1/3或者1/4，有的甚至已经接近1/10，这就方便了建筑工程在施工过程当中的吊装。因为钢结构的重量非常轻，这也对远距离的运输结构提供了方便，比如说在交通不便利的山区工程。虽然钢结构在重量上略胜混凝土一筹，但是在耐火性以及腐蚀性上就不如混凝土等材料了，这就导致在防护钢结构的时候花销要远远超过混凝土结构。在一般的厂房里，如果没有侵蚀性的介质，在钢结构上涂抹上质量比较好的油漆就会在一定程度上避免侵蚀的问题。近年来，新研制出来的耐大气腐蚀的新型钢材抗锈性比较好，并且已经进行推广。钢材的强度比较大，长时间在100℃的热辐射当中，其强度并没有发生太大的变化，但是当温度上升到150℃以上，就需要利用隔热层进行保护。再就是，钢材不耐火，在建筑施工中使用钢结构时，必须采用一定的防火措施。

4 结语

总而言之，我国的城市化进程不断加快，使建筑规模也在不断扩大，钢结构在建筑工程中的应用范围已经非常广泛，并且钢结构在各种类型的建筑当中都是最切合未来的国家发展目标的，同时也符合可持续发展的战略要求，除此之外钢结构对提高城市化水平，提高建筑工程质量以及促进建筑业的发展等方面具有很重要的意义。在国家的政策支持下，钢结构具有非常大的市场潜能，而且钢结构住宅的前景也非常明亮。