建筑钢结构设计中应注意的问题解析

摘要：我国经济的快速增长带动了建筑业的发展，钢结构在建筑也的应用越来越广，涉及到钢结构的工程也越来越多。但是在钢结构的设计过程中会遇到很多问题，要进行分析与解决。本文主要探讨建筑钢结构设计中应注意的问题，以供同行参考。

关键词：建筑钢结构设计注意问题

中图分类号：TU2文献标识码： A

前言

在进行建筑钢结构设计的时候，会受到很多因素的影响，建筑钢结构在设计的时候，要满足建筑的要求，不能对建筑设计进行破坏，同时钢结构设计的能力范围也是建筑设计的上限，就是建筑设计不能超出钢结构设计的能力范围，在安全和合理方面要达到要求，建筑设计是否能够得到实现离不开钢结构设计。

一、钢结构设计遵循的原则

1. 保证结构的整体性。钢结构的整体性，能保障建筑耐用的年限增加，且残值率为 0. 2，设计者必须明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递过程产生的效应，有关构件如何既分工又协同的工作。

2.设计必须体现计算和构造的一致性。根据房屋建筑的荷载特点及其力学行为，尤其是对地震荷载的反应，都要达到预期的效果。

3.钢结构住宅一般不超过 12 层，否则不规则的布置在地震时容易遭到损坏。

二、建筑钢结构设计应注意的问题

1.钢结构的选型和布置

高层建筑钢结构体系一般分为四类，通常情况下是根据其侧力不同来划分的。在实际的工作中，钢结构的设计主要是概念设计，应该综合考虑建筑的条件、荷载能力、使用功能、制作安装、材料使用等影响因素，选择抗震或抗火性能良好的切实可行的结构体系。还要通过钢材结构的优势、细节、力学关系的对比来实际考察。另外，钢结构的布置要依据体系的特点以及具体使用情况和性质综合考虑。通常情况下，既要保证钢结构的刚度，又要确保钢结构的受力分布均匀，还要最大限度减少建筑的扭转效应，保证各层的抗侧力强度。在施工的时候，要满足建筑的各项使用功能和要求。

2. 钢结构稳定性设计应注意的问题

随着计算机技术的飞速发展，钢结构设计中已大量运用计算机辅助设计，市面上针对钢结构设计的商用软件也涌现了很多。钢结构设计人员通过软件对荷载进行布置，结构稳定性计算、强度计算则交由计算机自动完成。在进行稳定性计算的时候，为简化计算，通常的做法是将结构的标高按一定规范转化成相应荷载进行设计，其余部分计算也是交由计算机完成。

2.1目前，随着科技的发展，钢结构稳定性研究有了较大进展，但是仍然存在一些问题

1）目前，在网壳结构稳定性的研究中，用的最广泛的工具为梁-柱单元理论，但该理论难以表现轴力的大小跟弯矩的耦合效应。为此，有学者致力于该理论的修正工作。

2）在进行大跨度结构设计时，通常采取的做法是把整体稳定和局部稳定统一考虑，取稳定安全系数。在这一做法中，没有反应整体稳定和局部稳定的内在联系。设计者不能知其然而不知其所以然，对于这些影响钢结构稳定性的因素要搞清来源，要了解其分类。

3）物理、几何不确定性。包括极限应力、材料的弹性模量、切变模量等；构件的长宽比、截面形状、受力状态、截面面积和尺寸。

4）统计的不确定性。统计原理基于大量的数据支撑，从而建立相应的数据函数模型。由于工程中数据的获得存在一定难度，就会导致统计信息的缺乏，产生不确定性。

5）模型的不确定性。在进行结构的分析之前，需要在相应的假设基础上，利用边界条件等条件建立数学模型。由于前提假设的缺陷和人类现阶段理论的不完整性，往往造成所建立的模型存在不确定性。

以上所述都是影响钢结构稳定性的随机因素，钢结构设计理论的发展离不开我们对这些因素的研究。

2.2钢结构稳定性设计经验

1）受弯钢构件的板件局部稳定，可以通过几种方式实现：①限制板件宽厚比，在发生屈曲破坏前使构件达到极限承载力；②使板件在构件发生破坏前发生屈曲破坏，在利用其屈曲后的状态来提高整个构件的承载能力；③对量的局部失稳情况，通过设置加筋肋加以解决。

2）轴心受压构件和压弯构件局部稳定的控制方式。翼缘尺寸和腹板高度要做好计算，以此控制轴心受压构件和压弯构件局部稳定；若遇到圆管截面的受压构件，则可以通过控制外径与壁厚之比来实现。

3.楼面结构设计

在建筑施工中，使用的施工材料不同，会导致建筑在使用的时候也是不同的，钢结构的房屋和混凝土结构的房屋在温度伸缩缝区段长度上是有很大的差别的。通常混凝土结构的温度伸缩缝是较短的。钢结构框架的房屋在进行楼板施工的时候，通常会采用现浇混凝土施工的方式来进行施工，这样是为了避免在施工中出现楼板开裂的情况，在进行施工的时候可以在混凝土结构中预留温度伸缩缝。在进行施工的时候，采用设置后浇带施工也是可以减小混凝土温度变化出现裂缝的有效措施。在楼板施工中使用压型钢板进行施工也是可以的，但是一定要满足构造的要求，同时在钢梁上要进行焊接。同时在进行施工时，连接措施也是保证混凝土和压型钢板可以顺利进行施工的重要保证。在进行施工的时候，很多的压型钢板在规格上具有一定的限制，因此在施工中要根据施工的具体情况来决定是否使用。

4.网架结构的计算

设计人员在进行设计的时候，通常是将网架结构设计和下部结构设计分开来计算的。在进行计算的时候，要先假定网架支座的刚度是无穷大的，而且要假定所有的支座在刚度上都是相同的，然后进行下部结构的计算。但是在实际的工作中，下部结构的形式通常都是以住或者是梁的形式体现的，这种结构形式在刚度上非常有限的，通常刚度也是存在着很大差异的。网架结构的设计可以避免工程施工中出现过多的事故，同时也是为了更好的保证建筑在使用的时候不出现事故。网架结构在计算的时候对钢材的选择也是非常重要的，同时在选择钢材的时候一定要保证钢材的弹性非常好。

三、钢结构计算长度系数的确定

对于一些大跨空间结构杆件的计算长度系数取值，目前研究领域没有明确规定，更缺乏计算方法的支持。因而在实际工程中，钢结构计算长度系数往往较难计算。笔者在实际工作中发现，反弯点法可以较准确地确定计算长度系数，使设计工作便捷。具体方法如下。

竖向荷载为主时，在框架分析得到的弯矩图里，框架柱脚弯矩和柱顶的弯矩方向是相反的，一正一负经过零，零点位置叫反弯点，反弯点都位于柱中点附近。反弯点法是一种手工计算的简化近似计算方法之一种，适用于规则框架。就是利用这个（反弯点都位于柱中点附近）特性，设每层柱子中点弯矩为零，把多层框架截成每层的计算简图来计算。由于约束条件是多种多样的，有时很难在变形曲线上表示出反弯点之间的距离。反弯点法主要包括以下几个步骤：反弯点位置的确定；柱的侧移刚度的确定；各柱剪力的分配；柱端弯矩的计算；梁端弯矩的计算；梁的剪力的计算。

结束语

在建筑工程中，结构设计是非常重要的组成部分，是进行建筑工程施工的重要保证。在进行钢结构设计的时候，要对不同的钢结构设计出现的问题进行分析，使以后的钢结构设计工作可以得到更好的发展。

参考文献

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