基于钢结构独有特性下的设计要点

摘要：钢结构成为建筑结构工程中应用较广的形式之一。笔者基于钢结构的独有特性，阐述了关于钢结构设计的相关问题及其安装施工质量控制。

关键词：钢结构；特性；设计要点

1、钢结构的独有特性

1.1功能优越

在钢结构建筑中，设计结构的形态、节点布局、尺寸对于建筑的外观形象起着决定性的影响。建筑钢结构的设计中要合理的同功能性结合起来，才能使建筑物发挥出更强的实用性，同时也有利于其他设计环节的顺利开展，设计出艺术性、实用性俱佳的钢结构建筑。

1.2生态环保

钢结构建筑在资源、能源利用方面有着很好的使用效果。众所周知中国是世界上采用砖砌体建筑以及混凝土建筑最为广泛的国家。钢材作为高强度、高效能的建筑材料，循环利用能力强，边角料也可以发挥出很高的价值，不需要进行制模流程。目前在国际上引领建筑潮流的新型住宅产品也逐步的被引入国内，其环保节能的表现十分优异。

1.3优于钢筋混凝土结构

其一，钢结构便于工厂化生产，降低了现场施工任务量，缩短了施工周期；其二，钢材料的自重轻、产生的结构荷载低，削减了地基处理方面的开支；钢结构抗震性能更强，可以为投资方赢得良好的经济效益和社会效益；钢材料强度性能与韧性高，结构断面较小，更便于设计布局，降低了建筑用地。

2、钢结构的设计内容

2.1细部设计

钢结构建筑项目通常都十分复杂，在设计中对于精致度要求很高，就要求设计者对建筑物结构细节处理恰当。细部设计直接关系到现代钢结构建筑的品质，建筑物的金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，通常都会暴露在外，提升了建筑物的美感。

2.2防火设计

钢结构的耐火性能十分重要。当处于火灾烈焰之中时，钢结构建筑构件温度会迅速上升，同时钢材的强度会迅速的下降，进而产生很大的结构变形，导致建筑物的结构失稳。所以在钢结构建筑中梁、柱、支撑等承重构件以及组合楼盖的防火性能必须加以保障和强化。目前在现代钢结构建筑中使用最为广泛的是喷涂防火涂料，凭借其操作性强，简便易行的特点得到了迅速的推广。

2.3防腐设计

钢结构建筑中钢材通常会长时间暴露于自然环境之中，必然会遭受风雨等外界环境的侵蚀，出现生锈老化的现象，久而久之其自身承力能力会下降，同时也严重影响了建筑的美观，因此建筑防腐至关重要。新型防腐与构造的研发是解决上述问题的有效途径，然而目前的防腐材料仅仅能保证钢材20年左右的防腐期限，对于大多数设计年限为50年的建筑物来说，后期第二次防腐任务难度较高。

2.4隔声设计

噪声会严重的影响到建筑的日常使用，噪声污染的防治对于建筑使用的重要性也得到了越来越多的重视。采取在建筑物外墙增设隔声材料或结构是一种简单有效的方法，例如混凝土、吸波材料、石膏板墙等都十分有效，此外隔声窗，隔音建筑材质也广泛用于建筑门窗设计中。

3、钢结构的设计要点

3.1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；焊接类结构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，要优选Q235B及以上等级的碳素钢。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

这是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。但怎么没出现工程事故呢？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。

4、钢结构的设计问题

4.1建筑稳定性设计

稳定性作为钢结构建筑的设计重点也是设计中必须解决的难点问题，钢结构建筑的失稳，一方面会造成严重的经济损失，更重要的是可能威胁到人员的生命安全，目前，钢结构建筑的失稳事故主要是设计者缺乏经验，不了解钢结构及钢材构件的稳定性，从而造成了钢结构设计中产生了不应有结构薄弱点。

4.2柱脚的锚栓设计

根据钢结构建筑的设计规定，建筑物的柱脚锚栓按承受拉力进行计算，水平拉力通过柱脚底板以及混凝土之间的摩擦来抵消，锚栓不应承受水平方向拉力。许多建筑设计师会依据设计软件完成力学计算，虽然能够保证符合相关的规范要求，然而对于抗剪件的设计以及计算却没有有力的遵循。此外，国内在锚栓设计方面尚缺乏完善的设计规范。

4.3建筑围护结构设计

檩条通常会在风荷载的作用下影响工况，在钢结构建筑的设计中容易忽略风力作用的影响，导致在大风环境中容易出现结构失稳。为了确保在大风环境中仍能够保持建筑的整体稳定，应在檩条之间增设拉条。在实际建筑项目设计中部分设计师会对屋面檩条采用侧向支撑，如拉条、斜拉条以及撑杆能通常会合理设置，然而对中间墙面或屋面，通常仅仅设置了拉条，而忽略了斜拉条与撑杆的使用，因此也不能有效的将拉条中的拉力传导到承重结构上，从而对建筑的围护结构稳定性埋下了安全隐患。

参考文献：

[1]孙亦斌：《浅谈钢结构设计》[J]商业文化（下半月），2012（03）

[2]万昌松：《钢结构设计思路和步骤浅析》[J]中华民居（下旬刊），2013（03）