浅析大跨度建筑钢结构设计

摘要：伴随着整个社会的不断进步，人们开始对房屋钢结构设计注重起来，钢结构设计对生活有着十分关键性的作用。文章针对大跨度建筑钢结构设计相关问题进行浅析，望能够对同行业有一定的参考性价值。

关键词：建筑钢结构;大跨度建筑;建筑结构;结构设计

Abstract:Along with the continuous progress of the whole society, people began to pay attention to steel structure design, steel structure design plays a key role in life. According to the analysis of issues related to the design of large span steel structure buildings, hope to have reference value to the same industry.

Keywords:Building steel structure; construction of large-span building structures; structural design

中图分类号：TU391 文献标识码：文章编号:

引言

钢结构跟其他的结构材料对比，具有明显的高强度、自重轻、良好的塑性韧性、以及制造时间短等明显优势。通常在开展钢结构设计的过程当中，需要从工程的现实状况入手，科学合理的挑选所使用到的钢材，选择那些具有高强度、良好经济性能的钢材;在建筑结构方案的挑选中，争取能够选用标准化、模数化的结构分布;在进行连接设计的时候，选择使用构造简单、传力直接的节点方式,同时一定要满足有关结构方面的要求。除此之外。在钢结构设计当中，需要确保钢结构加工、运输、安装及应用当中的强度、稳定性能及刚度的要求，应该针对钢结构的现实状况，满足防火、防腐等要求。最好使用通用的、标准化的结构及构件，缩减今后制作安装的工作量。

1、存在的问题

在单层工业厂房中经常会用到门式刚架轻型房屋结构，由于该种结构具有其独特优势，为此现在已经被很多业主所接受，这种钢结构跨度也随之提升，像30米以上的跨度是非常多见。工程结构系统中构件材料的选择，除基础以外，其它构件一般都是钢结构构件。但随着钢材市场价格的不断变动，如果钢柱的用钢数量比钢梁的用钢量增加很多，再此同时随着防火涂料价格的提升，就会导致很多业主开始选用之前的钢筋混凝土柱作为钢结构材料——H钢梁的结构形式。这种混合结构对设计工作者提出了一种全新的建筑结构系统，因现在我国有关建筑法律规范并未对于该结构有专门性的具体规定，比如：受力分析、变形限值等因素。从严格意义上来讲它是一种超限结构，需要创建一套专门的结构体系来进行论证。在现实的工程设计工作当中，有的设计工作人员把该结构跟普通的门式钢架结构混同在一起，这就会导致结构设计进入一个很大的误区，导致建筑安全问题的存在。为此，一定要对建筑钢结构系统有一个详细的概述，针对其具体受力情况进行详细的分析，促使结构设计更为合理化，避免建筑事故的发生。

2、结构体系的概述

上面所提到的建筑结构类型假设钢筋混凝土柱顶与H人字形铜梁刚接，依然可以将其定为门式刚架结构，依照门式钢架受力的情况对其进行计量与设计。但因钢筋混凝土柱顶跟钢梁结合是由两种完全不相同的材料构成的，结构体系传力是不是坚固是非常关键的。钢梁是弹性材料、钢筋混凝土柱是弹塑性材料，钢筋混凝土柱顶混凝土节点区作为刚性节点，受力状况是极为复杂的，为此，柱顶节点的构造就变得非常复杂，以此对设计及施工带来了很大的难度，同时在很大程度上提升了建筑工程造价。现实情况中此类节点一定要保证完全刚性节点，这是非常难保证的一个方面，结构设计过程中一定要适量的来提升钢梁跨中的跨距系数。针对上述建筑结构类型，假设钢筋混凝土柱项与H人字形刚梁铰接，就不能够定位门式钢架体系，从该结构的受力状况来看，对于H钢人字形钢梁应定性为两铰折线拱，需要遵循拱的受力情况来对其进行计算及设计，针对钢筋混凝土柱来讲，应定性是跨变结构排架柱，按照跨变排架开展受力情况的浅析及设计。

上述建筑结构类型，假如H人字形钢梁近乎平拱或者将其做成平拱，钢筋混凝土柱顶与钢梁相连，那么钢结构体系就会变成排架结构体系，可以按照排架开展受力浅析及设计。

3、结构计算应当兼顾的问题

针对双铰折线拱H钢屋梁和跨变钢筋混凝土排架柱结构体系，如果没有设置拉杆，那对其计算的时候就会变得非常复杂，如果没能进行科学的处理，就选用一般的平面杆系计算软件加以计算的话，那不管是跨度有多大都是相同的，这是一种非常不负责的情况，将会对建筑结构导致重大的安全事故隐患。

事实上，目前所使用的平面杆系计算软件大都是在两个基本假设的前提下开展的受力分析，其中一个是平截面设定，就是结构受力之后杆件的截面需要保持在一定的范围之内;其二是杆件相互间夹角是一成不变的。此种方式的假设对于门式钢架来讲，是完全与计算简图相吻合的，但是对于文章中的建筑结构是不适用的，与现实的受力情况也不适用。

4、大跨度房屋钢结构的设计重点

4.1精准的计算模型，可靠的结构设计

钢结构所使用的材料是非常均匀的，是一种较为理想化的统一的弹性体，与当下所使用的计算方式及理念完全相吻合。除此之外，钢结构构件连接模型跟现实状况较为一致，在进行模型计算的时候所使用到的公式比较少，计算起来较为简单。为此，钢结构计算模型在现实的工作当中对结构设计有着精准性、可靠性的显著优势。

4.2整体分析与优化设计

整体分析与优化设计对于大跨度房屋钢结构设计来讲有着十分重要的影响作用。在钢结构设计当中，一定要创建与现实工作情况相吻合的模型，不可以随便的改变计算模型，当钢结构设计达到一个较为理想化的状况的时候，需要兼顾到“次构件”的作用，很好的展现出经济安全设计的宗旨，最终达到节省钢材、减少工程造价的最终效果。

4.3节点构造复杂

钢结构设计当中最为显著的一个特征是钢结构构件相互间连接是比较复杂的，这是设计工作者在进行设计的时候需要特别关注的一个方面。节点设计一定要对于结构受力状况、建筑有关准求、构件截面形式及节点连接方式等因素进行详细分析，然后才能够确定与之对应的节点构造形式，在满足结构要求的客观条件下才能够开展有关设计计算。

4.4稳定设计要求高

钢结构设计与钢筋混凝土结构设计完全不同，它是一种稳定性能较高的设计工作，在进行钢结构设计工作中所需要兼顾到的因素是非常多的，其中包含了结构稳定性能的设计及结构组成单元的结构设计。

4.5整体刚度需进行严格的掌控

以往很多的钢结构设计实验证明，很多的钢结构构件截面并不是由结构强度、结构的稳定性能所决定的，结构设计主要是由建筑结构的刚度状况所掌控，特别是对于一些薄壁构件产生的大跨度结构特别最为显著，这就要求有关设计工作人员在结构设计的时候需要加以考虑的一个方面，以便于能够达到较好的设计效果。

4.6需要防火、防腐设计

刚建筑结构的耐火性及耐腐蚀性能非常差，所以一旦钢结构周遭的温度大于150℃时，一定依据建筑结构的关键性级别以及有关防火规范选择适当的防火措施。在通常的状况下，都需对防锈进行科学的处理，但在进行防锈处理的问题上，因价格相互间差异非常大，在进行结构设计的过程中需针对不同的情况挑选出最为适用性的防腐方案。

4.7设计施工图

良好的大跨度建筑钢结构设计取决于优质的结构设计、施工图纸所展现的，钢结构设计图纸所展现出的内容非常复杂，设计工作者需具备很强的图纸表达能力，同时要对图纸中所表达的内容有一个全方位的理解。

4.8注重施工质量

设计.制作.安装是钢结构中重要的三项组成部分，每一组成单元都将直接关乎到工程的总体质量，特别是钢结构建筑来讲，因钢结构自身是非常精细的，施工技术程度对于工程总体质量将产生较大程度的影响。

结束语

钢结构纵使比较简单，但是在进行结构设计的过程中依然存在不少需要特别关注的方面，唯有巧妙的掌握好相关规范，才能够具备良好的结构理念，才有可能设计出安全、经济、适用的建筑作品。

参考文献

[1]同济大学，西安建筑科技大学，东南大学，重庆建筑大学.房屋建筑学(第三版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]湖南大学结构力学教研室.结构力学(上册)(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.