【摘 要】钢结构以其独有的特点在目前建筑行业发挥着独特的作用，主要有质轻高强、抗震性能优越、施工周期短、综合效益高、与计算力学假定基本相似、塑性和韧性好、气密性和水密性好、工业化程度高、属于绿色环保建筑等优点，缺点主要是不耐锈蚀和耐热不耐火及工程造价高等方面，目前，钢结构建筑已逐渐成为一种较为普遍的建筑结构形式，在工业、民用建筑中都得到了较广泛的运用，其设计的好坏决定着施工和工程质量，因此，钢结构设计技术越来越多的被业内人士所重视，本文选题初衷也是为了更好地推动钢结构建筑的发展，为我国建筑业又好又快的发展出把力。
【关键词】钢结构；设计
随着我国城市化进程加快及钢产量快速提高，钢结构在建筑结构的应用日益广泛，钢结构设计队伍逐步扩大，特别是近年建筑行业的高速发展和原材料匮乏，长期在多层建筑领域占统治地位的粘土砖逐渐退出历史舞台，但与此同时，钢结构建设资源的合理利用及可持续发展问题日益突出，所以本文就将对钢结构设计方面予以简单的阐述，希望对大家在以后的工作中有所帮助。
一、概述
1.钢结构的含义及特点。钢结构是由型钢和钢板等组成的结构，形式多样：桁架、框架、网架、门刚等等，各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接；钢结构的特点：钢材的组织结构均匀，接近于各向同性匀质体，因而钢结构的理论计算结果比较符合实际受力情况，钢材强度和弹性模量也高，因此与同强度相比，其体积轻便，塑性和韧性好，适宜于承受振动和冲击荷载，其还便于机械化制造；钢结构精确度较高，安装方便，是工程结构中工业化程度最高的一种结构，施工较快，可尽快地发挥投资的经济效益，钢结构的密封性较好，但耐锈蚀性和耐火性较差，需采取防腐防锈及防火措施。
2.钢结构的适用范围。基于以上优点，钢结构通常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种工程结构中，如工业厂房的承重骨架和吊车梁、大跨度的屋盖结构、高层建筑的骨架、大跨度的桥梁、起重机结构、塔架和桅杆结构、石油化工设备的框架、工作平台和海洋采油平台、管道支架、水工闸门等，也常用于可装拆搬迁的结构，如临时性展览馆、建筑工地用房、混凝土模板等，轻型钢结构常用于小跨度轻屋面的各类房屋、自动化高架仓库等，此外，容器结构、炉体结构和大直径管道等也常用钢材制成。
二、设计原则
1.“经济性”原则。钢结构设计应从总体上加以分析，不能仅从某一方面孤立地去考察，这在钢材匮乏的年代，节约钢材是一种重要的手段，然而，总体而言，单纯以耗钢量为评价标准是不完全的，也不尽合理，对门式刚架轻型钢结构房屋，全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、安装费、施工周期及基础费用等，因此，钢结构设计时，必须对钢结构体系的经济性进行深入分析和全面的考察，只有综合效益最佳的方案或钢结构体系才是合理的。评价结构体系的合理性，不仅要看耗钢量指标，还要看总体造价，也要看工期的长短，建筑物的早日投入使用或投产可获得的使用效益。
2.建筑结构体系要刚柔相济。如果结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；但是太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆，但是刚柔的程度历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。这就要靠设计者与业主进行沟通来确定一个方案。
3. 钢结构体系的“适用”原则是针对钢结构体系的功能要求而言的，钢结构体系适用性与建筑物的使用功能有密切联系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为此在结构设计时，必须把握以下方面：对建筑物的功能、特点和所处的环境条件有充分的了解，如建筑物是民用建筑还是工业建筑，民用建筑是用于展览馆还是体育馆等，工业建筑是钢结构仓库还是钢结构厂房，钢结构厂房的生产工艺对建筑结构的影响情况等；建筑物对防火、保温、隔热、隔振和防腐蚀有何要求；对建筑所在地的环境状况和气象条件应有足够的了解；建筑物内是否有特殊设备或特殊载荷作用，及吊车的设置情况如何等。
三、设计要点分析
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；此外，对于焊接类结构，还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，要优先选用Q235B及以上等级的碳素钢，或者是Q345B及以上等级的低合金高强钢，原因是Q235A钢材不能保证焊接要求的含碳量规定。
2.节点设计。节点设计是钢结构设计中重要的内容之一，在结构设计前，应当对节点的形式细致思虑。实际设计中，经常出现的一种情况是：节点设计完毕，设计的节点与结构分析所得模型中设定的形式不一致，如果不足以确定这种不一致带来的偏差在允许范围内，通常是5%，就应当提前避免。钢结构节点连接的不同对结构影响较大，例如，有些刚接点即便能承受一定的弯矩，然而其会产生较大转动，与结构分析中的假定相悖，这样会导致实际工程钢结构构件变形大于设计计算数据等不良后果，我们在具体设计时一定要充分注意这一点，避免不必要的误差和麻烦出现。此外，在钢结构设计时还要注意：结构截面的初步估算，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸；受弯构件的强度计算和整体稳定计算；轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算；弯扭屈曲与换算长细比；图纸编制；保温隔热；防火设计；防水；抗震设计等方面的问题，由于时间关系，在此不一一列举，这些将是我以后研究的重点和主要分析目标。
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。
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，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。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。
综上所述，钢结构作为新型的结构形式开始应用于建筑结构中，以其性价比高、结构性能好的优势受到欢迎，作为设计者，要对结构形式是否适合钢结构的应用做好判断，对于应用的钢结构，要严格按照设计原则进行规范，确保经济又稳定的钢结构建筑。
参考文献：
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[2] 龚海龙，侯舒兰.钢结构稳定性设计的研究与分析[J].科技传播.2010（13）.
[3] 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）.
论文作者:王贵华
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/8
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