钢结构建筑设计关键点探讨

摘要：在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。本文阐述了钢结构建筑的特点，对钢结构建筑设计关键点进行了探讨。

关键词：钢结构；建筑；特点；设计

Abstract: in the steel structure design should fully consider the advantages and disadvantages of materials, considering many factors to strengthen the integral structure stability and local stability and the stability of the plane design, overcome structure design defect, avoid instability accident, speed up the steel structure of the application of development. This paper expounds the characteristics of the steel structure building, the steel structure building design key points of discussion.

Keywords: steel structure; Architecture; Characteristics; design

中图分类号：TU2 文献标识码： A 文章编号：

钢结构建筑是以工厂化生产的H 型钢梁 、钢柱 （包括H 型钢柱、钢管柱、 箱形柱、 钢骨混凝土柱或圆 、方或矩形钢管混凝土柱） 为承重骨架，同时配以新型轻质的保温、 隔热。 高强的墙体材料作为围护结构，并与功能配套的水暖电卫设备和部品优化集成的节能和环保型住宅 。同传统的砖混和混凝土结构住宅相比，钢结构建筑是一种更符合 “绿色生态建筑” 特征的结构形式。

一、钢结构建筑的特点

钢结构建筑与传统的砖木结构、钢筋混凝土建筑相比主要具有以下特点：

1、造价低、施工进度快

由于安装简便，且采用大规模的生产方式和先进的加工工艺，钢结构建筑的造价比传统建筑大大降低，使开发商、企业能获得良好的经济效益。

钢结构建筑通常不受冬季施工的影响，可以迅速的安装、交货，一般在工程合同签订后的4－5个月内建筑物就可安装完成，大约只有钢筋混凝土结构施工工期的一半。

2、承载能力强、抗震性好

钢材组织均匀、强度高，密度与强度的比值大大小于混凝土、砖石，在同等受力条件下钢结构自重就小，因此钢结构建筑重量一般仅为其设计承载能力的1/6，远小于钢筋混凝土建筑，从而能够设计成高度较高、跨度较大的结构形体。

钢结构重量轻，自身所受的地震作用较小，再加上节点力学的特性，钢结构建筑相对于其它传统建筑，自然抗震性能更好。此外，钢结构建筑在被破坏前容易产生较大的变形，所以易于人们觉察和躲避。

3、移动灵活、外型美观

钢结构建筑可采用螺栓连接，比较容易被转移、拆散，移动性很好。诸如网架结构等钢结构建筑，具有多变的外表和较强的美感，相对于呆板、缺少变化的传统建筑，更加适于表现设计者的想象力。

二、钢结构建筑设计关键点

1、判断结构是否适合用钢结构

钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

2、结构选型与结构布置

钢结构通常有框架，平面，架，网架，索膜，轻钢，塔桅等结构型式 其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等结构选型时，应考虑它们不同的特点，在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。 而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系，高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心简加外框的形式，宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑的框架的结构体系，我国半数以上的此类高层为前者，对抗震不利。

3、构件的设计

构件的设计是指构件材料的选择与组合，Q235 和Q345 是比较常见的材料组合，主结构一般都使用单一的钢种以便与工程管理；出于经济考虑，也可以选择不同钢材进行组合截面 ，比如当强度起控制作用时，就可以选择Q345 ，当稳定起控制作用则就要使用Q235了。对于不同的部位要求起的作用也不同，我们可以对不同强度的钢进行组合截面，以达到需要的强度 。弹塑性的方法验算截面是现行构件设计中规范的使用方法，其和结构内力计算的弹性方法却不相匹配。随着程序技术的不断进步，如今的一些软件则可以将验算不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级 ，并自动重新分析验算，直到通过为止 如此面对不同需要的建筑则选择不同材料的构件是完美建筑的必备条件

4、建筑钢结构的稳定性设计

在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。

（1）钢结构稳定性的概念。

钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同。钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，钢材以其屈服点作为极限强度。而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。

（2）钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：

a钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。

b实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致，中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。

5、节点设计

连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，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，这必须避免。

按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书有丰富的推荐的节点做法及计算公式。

连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。具体设计主要包括以下内容：焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守，焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345，Q235与Q345连接时，应该选择低强度的E43，而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。