对建筑钢结构设计的现状与要点的探究

摘要：建筑钢结构是近年来在我国发展很快的一个结构体系，改革开放以来钢结构大量进入工业和民用建筑领域，使得钢结构建筑在技术上更加成熟，在质量上更加稳定。文章根据建筑工程中钢结构设计的现状，总结出了高层建筑的钢结构设计要点。

关键词：建筑工程；钢结构；设计要点

一、钢结构设计的现状

1.设计项目层层转包造成设计质量下降

设计项目层层转包主要表现在：当前各大设计院的设计任务相当繁重，所承揽的工艺及综合专业部分设计收费较高，而钢结构部分却是难啃的硬骨头，费工费力收费低，不愿意承接钢结构设计任务，或者缺乏钢结构的设计经验，故往往将钢结构部分分包给另一单位。当前设计市场比较混乱，对设计质量缺乏法制管理，缺乏严格的检查和监督，所出现多项倒塌事故无不与设计资质有关。如不规范市场，严格资质管理，会造成严重后果。

2.设计深度不够

设计院将自己的设计任务转驾给加工企业，造成质量下降不少设计单位，钢结构的设计水平比较低，承担工程的设计者多为刚毕业不久的博士，缺乏实践经验，更缺乏钢结构的设计知识，盲目照搬规范，套程序，对关键技术不进行研究，对所设计的成果心中没底，只给出‘构件布置图’就算完成了任务，而有些布置图只是一个简单的单线条图，对关键的“节点设计”不分具体情况一律采用“全焊接节点”或“全铸钢节点”，至于这种节点是否安全、构造是否合理、是否能做出来心中一概无底，将应该设计的“节点构造”、“支座详图”、“施工安装”等都交给加工企业，设计院只做到了“方案设计”或初步设计的深度，将施工图交给加工厂，加工厂缺乏计算软件，又将施工图任务转包出去，由于这些分包单位缺乏专业配套知识，对设计总体要求不明确，往往所做出的图纸不符合原设计要求，存在严重的质量隐患。有的加工厂为了节约钢材，降低造价，盲目进行钢材优化，结果造成工程质量事故，如×工程，优化后造成杆件太小，致使施工过程中数百个杆件失稳。给国家重点工程造成重大损失。“施工图设计”由设计院完成，这是建设部早有规定的，也是设计院义不容辞的责任，施工图设计必须满足设计深度的要求，“施工图设计”、“深化设计”职责不清，互相扯皮的情况应立即得到纠正。

3.对国外设计方案不能照抄照搬，对不合理的方案敢于提出挑战当前许多重大钢结构工程都采用了国外的建筑方案，但其结构方案很不合理、用钢量太大、造价惊人

由于国外结构工程师对我国地震和风荷载的特殊情况了解得不深，故设计方案在抗震设计方面很不合理，如“鸟巢”，采用了钢结构屋盖和砼看全脱开方案，几万吨的巨大钢桁架所产生的地震荷载由钢结构柱传至柱底，而数千吨的巨大柱底水平力由与看台基础脱开的巨型钢柱脚传递，结果造成用钢量达到五万吨，相当同类体育场用钢量的四倍，这是抗地震设计极不合理的方案，如将数万吨的钢结构产生的地震力传给砼看台，可以减少大量的钢材，在保持原建筑风貌不变的情况下，可使庞大笨重的钢结构减少钢材用量两万多吨。

4.设计未充分考虑施工，给施工带来极大困难

一些设计人员出于经济利益，整天埋在办公室的图纸堆里，理论脱离实际，不深入现场，不了解施工。自己的设计方案能否施工，心中没底！严重者会给施工带来极大困难，总的造价大量增加。

5.设计

过于保守或过于‘先进’，不恰当的任意提高设计标准或降低设计安全等级一些设计人员对复杂工程缺乏经验，心中无底，盲目追求高标准，造成设计过于保守，任意加大安全等级，对结构构件不分主次，重要性系数取值任意加大，杆件“应力比”取值太低；焊缝等级不分区别一律取一级全熔透焊缝；钢材等级不分使用条件和部位也一律取c级或d级；钢材强度级别不管是否必要随意采用高强度420Mpa、490Mpa钢材；在不了解“焊接残余应力”分布规律的情况下，错误的提出消除“焊接残余应力”。一些设计人员互相攀比，层层加马。由于上述原因往往造成结构构件过大，投资大量增加，这都是设计方案不合理造成的。

二、高层建筑的钢结构设计要点

1.结构布置与选型

在整个钢结构设计中，首要问题就是要做好结构的选型与设计，尤其是对于一些难以作出理性与精确分析的问题，根据整体结构体系与分体系之间的力学关系和机理，综合分析结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素，进行全面的综合考虑，最终获得合理的设计思想。

另外，在进行结构选型时，要均匀控制好柱间的支撑力，对结构的扭转力进行分析，形心要靠近侧向力，同时，设置多道防线，如对于有支撑框架的结构来讲，可以通过对荷载传递方向的调整，合理布置平面次梁。

2.构件设计

在构件设计时，一定要注意材料的选择。钢结构的材料选用，最为主要的一点就是保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下出现脆性破坏。通常比较常用的材料有Q235B、Q345等。在具体的构件设计中，需要注意以下几点问题：一、由于Q235这一类的材料为碳素结构钢，等级是B级屈服极限是235N/mm2，为此，在设计，需要考虑到工程的组合截面的强度；二、还要控制钢材的疲劳断裂，通常在经循环荷载作用下，构件深处裂纹扩大，造成脆性破坏，需要以现行的规范为标准，进行截面计算；三、通过强度极限，断面收缩率，伸长率等机械性能指标，采用单向拉伸试验的方法，测定钢材的受力情况。四、在构件设计，还有强度及稳定验算，一般情况下，常规设计可以解决这个问题。

另外，在进行构件连接时，要保证轴心受拉构件的刚度。而要保证刚度就要保证稳定性，提高钢结构抵抗变形的能力，具体方法就是构件的截面要尽量展开，使其在两个主轴方向具有较大的回转半径。目前，主要使用的结构软件主要功能就是截面验算后的处理功能，但是由于程序技术的不断进步，可以不用再进行验算，方可优化设计，这样，不仅可以减少了工作量，而且提高精度。

3.节点设计

在钢结构设计中，最重要最关键的是节点设计，在一些工程中，节点非常复杂，甚至图纸都无法表达清楚，为此，就必须要结合有限元计算对节点做法进行验算复核。如对于连接板的设计，其厚度的控制，主要以在梁腹板的厚度的基础上，再加上4mm，最后通过验算，分析截面的抗剪力。

另外，由于构造间隙及制造误差会导致连接后连接板有微小转动，进而导致次梁顶标高比设计标高下降一定数值，致使主次梁顶标高不在一个平面上，为了避免这一情况的出现，还需要在节点螺栓尚需承受时，采用双排螺栓所产生的一对力偶引起的弯矩，最终控制旋转中心和制造精度，以此来作出合理的判断。

此外，在节点设计时，还要要考虑到螺栓的安装、现场焊接等，优化施工吊装的顺序以及施工空间。

4.图纸编制

在钢结构设计中，对于；图纸的编制，一定要采用合理的钢结构制作技术，结合工程需求，以施工图为参照标准，进行图纸深化，并且要做好细部设计工作，其中，对于细部设计中，主要要控制好桁架的整体稳定性，具体的控制方法就是在桁架单元滑移前增设前后支撑，通过增加支承点的方式来确定计算简图，但是图纸一定要附有详细的材料表、施工详图以及设计图，从而全面提升高钢结构设计的质量。另外，还要利用PKPM设计软化，规范设计流程，确定钢结构的跨度、柱距、建模，并且要以根据荷载规范加载、计算，最终绘制出施工图。

三、结束语

钢结构建筑设计的重要性是无可厚非的。在钢结构满足所有的规则的前提下，对细节上的处理可以从结构规则、对称要求以及节点和支撑入手，在不断的创新和改变中发挥钢结构的独特优点，处理好细节，利用日益开阔的市场，促进钢结构企业的发展，还是那句老话“细节决定成败”。