关于钢结构设计的分析

摘要：本文主要从钢结构的概述、设计要点等方面进行阐述，主要阐明了钢结构建筑在设计时的几个注意事项。

关键词：钢结构；设计；分析

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

随着我国国民经济和科学技术的发展，钢结构建筑已逐渐成为一种较为普遍的建筑结构形式，在工业、民用建筑中都得到了较广泛的运用，设计与施工的好坏直接决定着建筑结构的质量。

1 设计原则

建筑结构设计的基本原则是经济、适用、安全、美观、便于施工。一个好的建筑设计作品通常是这五个方面的最佳运用。通常的设计程序是进行完了建筑设计后再进行结构设计，因此结构设计一定程度上受建筑设计的影响和约束，同时，结构设计又对建筑设计起到“反约束”的作用。结构设计要满足建筑设计的各种要求，以不破坏建筑设计为基本原则，而结构设计的能力范围是建筑设计的最大限度，换句话说就是建筑设计不能超出结构设计的能力范围，不能超出结构设计的设计原则，建筑设计能否很好的实现取决于结构设计。建筑结构形式中的钢结构是本文关注的重点。

2 钢结构设计要点分析

2.1 钢材等级的选择

钢结构建筑中的所用钢材，应当符合屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯、冷拉、和硫、磷含量的基本保证；此外，对于焊接类结构，还应具有合格的含碳量。对于地震区的钢结构房屋，钢材除了上述要求外，还有具有良好的冲击韧性，符合抗震设计规范的相关规定，规范里面对钢材的各项物理和力学指标都进行了详细的规定。

一般来讲，钢结构建筑的主要受力构件，要优先选用Q235B及以上等级的碳素钢，或者是Q345B及以上等级的低合金高强钢，原因是Q235A钢材不能保证焊接要求的含碳量规定。

2.2 楼面结构设计

楼面结构设计是钢结构设计的要点之一，钢结构房屋和混凝土结构房屋变形缝长度相差甚大，比如钢结构框架房屋的温度伸缩缝长度为120m，而混凝土结构房屋则为55m，钢框架结构房屋采用混凝土楼盖时，为了防止楼板裂缝，一般情况下，仍然采用混凝土结构房屋要求留设变形缝。只有遇到设置后浇带，或者遇到减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以增加伸缩缝的长度。

对于压型钢板-混凝土组合楼盖的设计，除了在钢梁上焊接栓钉外，还要保证混凝土和压型钢板的良好连接，其措施主要是：在压型钢板上焊接横向钢筋；压型钢板的纵向波槽；压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼等于混凝同工作，保障该楼盖的整体性和强度。另外，需要说明的是，压型钢板端部必须焊接栓钉。

2.3 地基结构设计

地基结构设计是建筑结构设计的重头戏，钢结构设计也不例外，下面阐述下这方面的问题。基础设计应该根据工程、水文地质条件、荷载大小及其分布情况、建筑物体型及功能要求、相邻建筑地基情况、施工条件等综合因素来考虑，选择合理的基础形式。砌体结构房屋应采用刚性基础，如素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础等，若基础宽度大于2．5m，需运用柔性基础，如钢筋混凝土扩展基础。当为多层内框架结构时，因无地下室、荷载较大和地基较差等原因，为增加基础的整体性，通常采用交叉梁条基。若上述基础仍不能满足基础强度要求时，需要采用筏式基础。当为剪力墙结构且无地下室或有地下室，地基较好，无防水要求时，应选用交叉条形基础，当有防水要求时，可采用箱形基础或筏板基础。

2.4 网架结构设计

钢结构中经常遇到的是网架结构，设计人员通常将网架和下部结构分开设计、分开计算。先是假定网架支座刚度无限大，这时支座刚度均相同，顺便计算出支座反力，然后再传递到下部结构上。事实上，下部结构通常是柱、梁或其他情况，不但刚度不大，且差别较大，与计算假定刚度无限大且刚度相同相违背，算出来的网架内力及支座反力与实际情况会出入很大，因为超静定结构的网架内力和反力分配与刚度大小有关，网架和下部结构分开计算会造成误差较大的的后果。但是，我们会说怎么也没出现什么工程事故呢？原因是钢网架结构是高次超静定空间结构，钢材又是非常理想的弹塑性材料，个别杆件出现超载达到流限，会立即发生塑性内力重分布，不会造成杆件断裂甚至破坏，但笔者认为，不能因为不出现工程事故，就认为在设计网架结构时，网架和下部结构分开计算是正确的，事实上，是严重违背了实际结构的实际受力情况的，与实际结构不符。

2.5 提高经济性的技术措施

在钢结构设计时，除了要有良好的结构稳定性设计措施外，还要满足经济性的要求，笔者根据自己的工作经验，认为要提高建筑结构的经济性，在设计上需要做好的工作有：（1）正确选用各种系数以及功率因数。正确选用功率因数会影响到计算电流，顺而影响电缆（导线）和保护开关的大小；另外，需要系数的大小也会直接关系到计算电流，顺而影响电缆（导线）和保护开关的大小；与此同时，正确选用系数取值还会影响到变压器大小的选择，如果取值偏大，就得选择大容量变压器，就会造成将来变压器运行时损耗的增大。因此在实际设计时，一定要事先调研实际中同类设备运行时的情况，合理选用计算系数，才能设计出较好的经济性的建筑。（2）尽可能的降低火灾自动报警设备的投资。火灾自动报警及消防联动系统的成本主要与探测器和模块的数量有关，所以在设计中要尽量减少探测器和模块的数量，这样就可以降低火警设备的投资。另外，综合布线系统成本的节约也与信息点有关，需要减少信息点个数，因此，在实际设计中务必要根据实际情况准确设计信息点个数，这样方能节约投资成本，提高建筑物的经济性。（3）尽量减少低压柜的出线回路。减少低压柜的出线回路，是提高建筑物经济性的技术措施之一，当我们设计一个工程的电气时，首先要确定负荷的种类和位置，会把同一区域内性质相同的负荷，由低压母线的一个回路供电，这样不仅可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，还可以降低设备成本。因此，在这个意义上讲，需要尽量减少低压柜的出线回路，提高建筑物的经济性。

3 结束语

钢结构以其独有的特点在目前建筑行业发挥着独特的作用，主要有质轻高强、抗震性能优越、施工周期短、综合效益高、与计算力学假定基本相似、塑性和韧性好、气密性和水密性好、工业化程度高、属于绿色环保建筑等优点，缺点主要是不耐锈蚀和耐热不耐火及工程造价高等方面。目前，钢结构建筑已逐渐成为一种较为普遍的建筑结构形式，在工业、民用建筑中都得到了较广泛的运用。其设计的好坏决定着施工和工程质量的孬好，因此，钢结构设计技术越来越多的被业内人士所重视，本文选题初衷也是为了更好地推动钢结构建筑的发展，为我国建筑业又好又快的发展出把力。

参考文献：

[1] 郭东海.钢结构稳定设计的探讨[J].黑龙江科技信息.2011，（23）.

[2] 关广军，汝明.钢结构设计简单步骤和设计思路[J].今日科苑.2009，（08）.

[3] 龚海龙，侯舒兰.钢结构稳定性设计的研究与分析[J].科技传播.2010，（13）.

[4] 郭志先.浅谈钢结构设计步骤及思路与砖混结构设计[J].科技创新导报.2008，（13）.

[5] 申海啸，张玉生，蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑.2010，（09）.

[6] 徐伟良，何余良.多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用[J].建筑技术，2009，（02）.