浅谈建筑钢结构设计的影响因素

摘要： 随着经济的发展，大跨钢结构被广泛应用于机场、体育馆等大型结构中。本文根据钢结构中的钢管桁架大跨结构设计进行分析。在保证建筑物功能要求的前提下，通过对不同结构设计方案的计算分析，得出了最优的结构设计方案。

关键字：公共建筑；大跨度；结构设计

中图分类号：TU318 文献标识码：A

引言

大跨钢结构主要用于公共建筑 ,如大会堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、航空港等,也用于工业建筑 ,如飞机制造厂的总装车间、飞机库、 造船厂的船体结构车间等。这些建筑采用大跨结构是由装配机器(如船舶、 飞机)的大尺寸或工艺过程要求决定的。

1.现代钢结构特点

1.1功能优越

在钢结构建筑中．结构成为形象构成的重要因素，结构的形体，构件，节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化．才能使建筑更富有功能化以便随后的各个设计环节进行下去．创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。如中国建筑设计研究院场馆方案外观即为建筑的结构，形象完美纯净．功能与结构达到了完美的统一：还有日本朱式会设建筑事务所设计的折叠式方案．屋顶由悬臂的钢架结构支承，可在30分钟内完成开闭的动作．确保全年比赛的及活动不受天气影响

1.2生态环保

发展钢结构对于资源．能源都非常短缺的我国意义尤为重大．因为中国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国 钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，边角料也有价值，不需要制模施工。目前国际上引人瞩目的新型住宅产品已引入我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统．温度变化小．热损失低。不论冬夏．都具有舒适当居住环境。室外0摄氏度时，室内仍可以保持17摄氏度以上：在室外温度达到30摄氏度的情况下，室内温度仅为2l摄氏度左右

2.钢结构建筑设计及影响因素

钢结构建筑设计的构思成功关键所在是技术构思与表现．在方案设计的深化中．需要同结构工程师．设备工程师，甚至包括机械工程师密切配合。此时技术表现是自然而然的事情．无论是空间形式．形式体量还是构造节点对其建筑设计与表现影响都是很重要的．下面就分别从几个方面来阐述这一点

2.1现代钢结构建筑设计对细部结构有较高要求

钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高．对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件。连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外．使建筑带有强烈的科技感．如建于1977年法国的巴黎蓬皮杜艺术与文化中心，它的钢柱、钢梁、桁架等结构构件都在外，从中不仅体现出技术美，而且体现出人的智慧和能力。因而，对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的．在钢结构建筑中应受到特别重视

2.2设计的影响因素——建筑策划

因为钢结构建筑设计具有建筑设计的一般属性．建筑师不是随心所欲在作设计．业主设计任务书对建筑师的平面和设计构思等发生的作用是重大的 客户希望设计师有更好的业绩．而且希望在其最终产品的确定过程中，设计师和市场专家都能更高效的参与决策。在这个阶段。建设项目更强调整体设计、更强调专业设计师、市场专家及开发商之间的协调．设计过程包括了持续的信息和知识的交流与整合。另外．钢结构建筑的专业化不但能提供丰富的设计知识而且能有效的整合设计资源和市场专家共同对建筑负责．使设计和业主的经营意图有效的结合起来．使项目获利和减少风险。

3.结构体系的概述

3.1框架体系框架结构的主要受力构件由框架梁、框架柱、基础组成，从而形成空间整体受力体系。其体形布置较为自由，空间可以灵活分割。但高层框架体系抗侧刚度较差，水平位移较大，为了满足侧向刚度及使用要求底层的框架柱往往需要较大的截面，对使用功能及经济效益都有一定影响。

3.2剪力墙体系剪力墙结构体系是利用钢筋混凝土墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。钢筋混凝土剪力墙结构整体性好'冈0度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求容易满足，其抗震性能良好，适于建造较高的高层建筑。但鉴于其受制于受力与传力的要求，其空间布置较不灵活，也不宜开设较大洞口，对于一些对空间分割有要求的公共高层建筑较难满足。

3.3框架一剪力墙体系在框架体系中适当布置能抵抗水平推力的墙体，并使框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系。房屋的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。由于有了剪力墙，其体系比框架结构体系的剐度和承载力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区，都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活。

3.4简中简体系简体结构由框架或剪力墙嗣合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架。通常简体结构基本形式有种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能良好。不论哪一种简体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。简中简结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系，但其抗侧刚度较大，吸收地震能量大，延性不好，这就造成造价比较高，从经济效益角度考虑还需慎重。

4.建筑钢结构设计的思路和步骤

4.1 钢结构的形式与布置

钢结构主要有框架、平面架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等结构形式。每个形式都有其各自的特点，在我们选型的时候要结合具体情况充分考虑他们的特点。比如，在建筑轻钢工业厂房时，需要有较大的悬挂荷载或移动荷载，因此，我们需要选择与之相适应的网架，放弃门式钢架。再比如，对于那些屋面覆盖跨 关于钢结构的布置，正如上章节钢结构布置依据中所述一样，在钢结构设计中，一定要根据体系特征、荷载分布情况及其性质进行综合考虑。

4.2截面的选择

在确定了钢结构形式与布置之后，接下来，要对构件截面进行初步估算。主要就是对梁面和支撑断面的形状与尺寸的假定。

钢梁的截面高度，一般根据荷载和支座的具体情况，通常是1/20~1/50之间的跨度选择。翼缘的宽度，为了回避钢梁整体稳定的复杂计算，可根据梁间侧向支柱的间距按照1/b限值加以确定。柱截面需要根据长细比进行预估。一般λ的选择值在100左右。

5.结束语

钢结构及我国钢结构的现状和发展趋势、钢结构设计理论、钢结构设计的思路和步骤、钢结构稳定性设计、钢结构抗火设计以及钢结构抗震设计等方面出发，对建筑钢结构设计的问题与对策进行了整体上的研究。不难发现，虽然钢结构设计在当下仍存在着不少尚待解决的问题和些许不足之处，但是钢结构建筑在不远的将来无疑会成为世界主流。

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