摘要：钢材具有强度高、塑性韧性好、材质均匀、质量轻、制造简便，施工工期短、密实性较好等特点。因此，钢结构在超限高层建筑和大跨度空间结构建筑中得到了广泛的应用。钢结构建筑的数量逐渐增多，深刻影响着人们的生活、生产；结构设计是钢结构建筑设计中非常重要的一部分。文章对现阶段钢结构建筑结构设计的过程以及存在的问题进行探讨分析。
关键词：钢结构建筑；结构设计；探讨分析
1 钢结构建筑的相关概述
随着我国城市建设的飞速发展，钢结构建筑也得到了飞速发展。钢结构通常用于超限高层的办公楼建筑以及大跨度空间结构的公共建筑，如机场航站楼、火车站雨棚、体育馆等等；钢结构超高层办公楼通常采用框架结构，大跨度空间结构的公共建筑通常采用网架、网壳、桁架等钢结构。钢结构建筑和一般的建筑相比，它需要承担的水平荷载、竖直荷载更大，结构受力也复杂些。结构设计优劣决定了钢结构建筑的其安全性、经济学、舒适性。钢结构以其良好的抗震性能也得到了重要应用。而伴随着钢结构抗震性能在材质及设计上的进一步升级，它还将得到更快更广泛的使用。相关的功能也将趋于综合性。这是因为钢结构自身具有以下几个良好的优点：
1.1 自身特有的良好性能
钢结构自身轻、承载能力和抗震性能优越。在传统的大型建筑施工纵横，需要大量的水泥和钢材，水泥生产过程需要消耗很多的材料，同时也会带来严重的环境污染。而轻钢结构施工工艺相对简单，能够进行针对性的灵活设计，在实际建筑设计中进行应用也比较节省材料，且不会导致环境污染。轻钢结构还能够具有自身良好的均匀承受力分散能力和较轻的自重，并可通过骨架型外形设计和组装实现良好的抗震性能和承载效果。
1.2 钢结构施工及装配灵活
钢结构施工比较灵活，能够进行标准化的施工，且具有很高的投资回报。钢结构之所以能够在大型建筑中得以运用，主要是其具灵活的可装配性，不受形式和空间的影响。并且可实现工厂定制式加工和自由组装分离，方便异地生产。在组装中不会占用太多的施工场地，且不会造成环境污染。并且可实现多次的灵活分割和布置，为此钢结构具有很好的市场效应和利润。
1.3 环保无污染
钢结构适应了现代绿色建筑的需求，能够确保施工的环保无污染。钢结构在使用上耗材要远低于砖混结构，施工和生产过程更加趋向于可持续发展的绿色节能要求。另外，钢结构的用料比较容易控制，所产生的少部分废料还能够二次利用。具有很高的异地装备效率，既节省了施工工作量又避免了现场的噪音污染。
2 钢结构建筑结构设计
2.1 钢结构设计中不同软件对比
建筑钢结构设计领域较为推崇的代表软件有上海同济大学土木工程学院开发的空间钢结构杆系系统3D3S软件及中国建筑科学研究院开发的钢结构设计软件STS；国外软件较为著名的是美国BENTLEY公司的钢结构设计软件STAAD/CHINA及SSDD，其中SSDD可按中国现行规范进行设计。3D3S及STS软件作为结构力学精确计算程序，建模时没有较多的条件限制，能真实反映实际结构力学模型。而STAAD/CHINA及SSDD软件除进行结构分析外，还能对结构分析进行优化设计，做到工程智能化设计。STAAD可选择国内外不同规范对结构设计，可进行涉外工程设计，应用范围广。几款软件各有特点。3D3S优点是与AUTOCAD完全接口，许多命令与AUTOCAD类似，简单明确易于掌握。同时后处理功能比较完善，可生成一系列施工图、节点图、材料表等。STS优点为操作简单、界面友好，是PKPM系列软件的一个模块。对如门式钢架、多高层钢框架、排架及支架结构等常用结构建模方便，常用结构后处理功能强大。节点设计后进行梁、柱节点并归，并绘制梁、柱及节点大样图。STAAD特点为国际国内知名度高，拥有20万用户。分析功能强大，可采用线性、非线性、动力分析等多种方法。软件精确度高，通用性、适应性强，是中国轻钢设计领域的优秀软件。设计师在使用软件时要了解程序中的理论和假定，同时应具有知识、经验、洞察力这样的才能。不能完全依赖软件，要在保证结构安全的同时，能采用更为合理的结构方案。
2.2 钢结构建筑工程的稳定性设计
钢结构建筑除了进行强度计算（应力比满足要求）外，还需要保证建筑钢结构工程设计的稳定性（长细比满足要求）。而要想实现这一设计目标，需要保证钢结构整体的设计质量，只有钢结构整体具有足够的刚度和强度，才能保证建筑钢结构工程具有更高的稳定性。因此，在实际的设计过程中，需要对建筑钢结构工程的整体刚度以及稳定性方面的系数进行准确地计算，目前在实际的计算过程中常采用的方法主要有折减系数法和临界压力求解法这两种方法。在得出钢结构的刚度和强度系数之后，将其应用到建筑工程中的时候需要努力寻找最佳的平衡状体，从而能够使得建筑钢结构工程整体具有更好的稳定性。
2.3 钢结构的详图设计
由于建筑钢结构的施工主要是根据钢结构的详图设计来进行的，因此为保证建筑钢结构工程的质量，首要任务就是需要做好钢结构的详图设计工作。为了保证详图设计的质量，首先，需要结构设计人员充分了解和掌握钢结构制图规则，参照相关图集进行详图绘制；其次施工详图材料及节点设计要与结构计算的材料与假定条件保持一致；最后，对于一些非标准化的钢结构节点要补充节点详图，从而确保将钢结构的详图设计工作做得更好。
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3 钢结构设计中存在的问题
钢结构设计运用中，主要存在的问题如下：①对于建筑钢结构工程设计过程中所使用到的钢材，有一部分由于生产工艺的问题导致钢材的质量达不到相应的施工标准；②在对钢结构进行设计的时候，一些设计人员往往忽视钢结构与建筑工程的整体性要求，经常使得钢结构的设计独立于整体建筑之外，这样导致了钢结构设计完工之后，出现与建筑物之间的衔接度不够的情况，这样势必导致建筑钢结构工程的建设质量大打折扣；③一些设计师盲目搬规范、套程序，只给出构件布置图。将应该设计的“节点构造”、“支座详图”等都交给加工企业。厂家若做出的图纸不符合原设计要求，存在质量隐患。
4 建筑钢结构工程设计的注意事项
4.1 保证钢材选择的质量
建筑钢结构工程设计过程中的选材非常重要，主要是因为钢材的质量好坏直接决定着整个建筑钢结构工程的建设成败。然而由于我国建筑行业的飞速发展，使得我国的建材行业也跟着不断的发展壮大，目前市场上充斥着各种不同种类的钢材，要从众多种类的钢材中选出最为合适的一种确实难度较大。由于钢材生产方面的问题，一些钢材的强度、硬度、形变等特性很难满足相应的施工要求，如果相应的采购人员不够专业，会导致一些不合适的钢材进场，以至于建筑钢结构的功能很难充分发挥出来。因此在实际的设计过程中，需要由资深的人员进行钢材的选购，以保证钢材选择的质量。
4.2 判断建筑钢结构的适用性
随着建筑的建设规模不断扩大，现阶段的钢结构被越来越多的使用与高层建筑的建设过程中。因此相应的设计人员需要对钢结构是否具有足够的强度、足够的硬度、是否能承受较大的振动幅度以及拆卸方便的性能进行考虑，以保证钢结构的适用性。
4.3 加强受力体系以及细部节点的设计
在对钢结构进行设计时，为避免最终出现的节点与结构分析模型中不完全一致的情况，需注重对钢材强度、截面尺寸等方面的考虑，并保证构件节点之间的连接稳固性。另外对于细部节点的设计，也需按照相应的规范和标准进行。综上所述，随着社会经济发展进步，高层建筑成为城市发展的重要标志。为了提升高层建筑结构设计的安全性、稳定性，需要有关人员认识到综合性、技术性很强的高层建筑结构设计工作对于建筑设计的重要作用和意义，加强对高层建筑结构设计的分析，应用多种技术，结合高层建筑结构特点，遵循相应的高层建筑结构设计原则，从而设计出符合社会发展需要的高层建筑结构。
4.4 规范化建筑的设计
在建筑的施工过程之中，监理人员要对设计人员的设计图纸进行足够的核查，以确定设计符合工程的基本要求，并且其设计结构没有安全上的风险。同时，施工之中要加强对设计人员的工作进度的协调管理，在工程施工前应先对管理人员进行钢结构的基本知识的教育，树立设计管理人员的质量意识。设计人员应该对钢结构自身的的设计上的特殊性有足够的了解，对于其在建筑的设计上的特点必须有足够的了解，才能满足建筑设计的安全性要求。同时，在设计完成之后，相关部门必须对所涉及的结构畸形审查，以便于了解设计的安全性，并且检验在相关的建筑规定下，设计是否可以满足建设的要求。除了对于施工现场的基层生产人员的管理和监理制度之外，建筑工程之中的监理人员对于建设工程项目的高质量完成有非常大的作用，因此，监理单位的人员应当具有较高的监理技术、协调能力和足够的管理经验，因此，在监理制度的改革和完善之中，政府和企业等部门应该监理完善的监理工作制度和监理人员培训制度，对监理人员的工作水平进行提高。只有这样才可以是监理人员具有更加专业的技术知识，更为广泛的管理只是和更高的自身素质，更好地服务于建筑行业客户。
4.5 组织针对设计人员的专业培训
设计人员作为我国建筑工程建设的核心人员，必须做到对于钢结构建筑的特点有着足够的了解，同时，可以满足建设方的要求的同时，对建筑安全的把控。因此，基层的设计人员应当进行钢铁知识的教育和相关建筑政策的专业学习。在提高自身科学素养的同时，设计人员也要提高自己的科学知识的掌握。设计人员作为工程建设的设计者，自身需要具备先进的钢结构设计管理方面的专业知识和基本素养，因此，在工程的实践之中，国家建筑部门应该对基层人员进行必要的科学与管理知识的培训，定期组织对先进事迹和先进知识的学习与讲座，多进行基层干部之间的学习经验研讨，以便于促进基层设计人员的学习积极性。建筑部门还应该针对基层人员进行充分的调查和分析，以针对性的选择适当的教学途径，提高基层人员的素质。
综上所述，在对建筑工程进行建设中，运用钢结构工程进行设计，不仅能够使得建筑工程具有更大的跨度空间，同时还存在着安装便利、造价成本较低等优势，因此使得其在建筑工程方面的应用越来越广。随着我国城市化进程的进一步发展，钢结构建筑的数量将会急剧增多，这就对钢结构工程的设计提出了更高的要求。作为相关的设计人员，需要掌握钢结构工程设计工作中的要点，从而保证我国的建筑钢结构工程设计工作能够做得更好，最终促进我国建筑行业更好的发展。
参考文献：
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[2]王秀丽.《大跨度空间钢结构分析与概念设计》
[3]陈有志,余刚.高层建筑钢结构设计的安全问题探析[J].商品与质量•建筑与发展, 2015.
[4]王彩虹.浅谈建筑钢结构设计现状及存在的问题[J].城市建设理论研究:电子版, 2015(19).
论文作者:沈伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：钢结构论文; 建筑论文; 结构论文; 详图论文; 节点论文; 钢材论文; 设计人员论文; 《基层建设》2018年第5期论文;