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摘要：钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，是住宅建筑的重要组成部分；由于钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、工业化程度高、质量易保证、建筑布局灵活合理等优点，使其作为一种最具备“环保、节能、工厂化”的新型结构体系，在21世纪继续得到迅速发展。
关键词：建筑钢结构；设计技术
引言：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。随着我国工业与民用建筑设计水平和施工水平的提高，建筑用钢材的多样化，很多大跨度场馆、高层建筑、构筑物以及中小型建筑都采用了钢结构。钢结构的应用越来越广泛。
一、建筑钢结构设计理论
1.1 结构布置的依据
钢结构的设计应从经济和物理两个角度进行判断，一方面，钢结构用于施工建设过程中需要保证其经济成本相对较低，提高用户的接受程度，另一方面为了保证钢结构的施工质量，需要提高钢结构的物理学受力能力，体现在结构布局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。如果刚度均匀，力学模型清晰，应尽可能限制大荷载以及移动荷载的影响范围，让它以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布一定要均匀，共形心要尽可能的向风震的作用线靠近。
1.2 结构分析和工程判定
当代建筑通过计算机软件系统的结构分析技术改变了传统的结构分析方法，提高了分析工作的工作效率，也提高了分析数据的高度准确性，但由于实际施工中的突发因素较多，地质情况等及其复杂，软件分析的结果需要结合相应的人工实地考察结果。
二、建筑钢结构设计技术
2.1判断结构是否适合用钢结构
对建筑工程施工时，首先要判断此建筑是否可以进行钢结构建设。以免进行施工准备或施工已经进行后还要重新进行设计施工，浪费大量的时间、人力和资金。建筑的钢结构建设通常适用于机械化程度高、建筑高度大、使用空间严酷的建筑项目。
2.2结构形式与结构布置
钢结构的设计过程主打“概念设计”牌，概念设计在钢结构的整个过程中异常重要。它确定了整个建筑形态的方向，透过把握全局来进行项目灵感体验。通过力学关系的对比、钢材结构的优缺点整合和细节上的实际考量来达到钢结构前期设计的方案比较和甄选。
建筑钢结构通常分为框架、平面架、网架、轻钢、塔桅等几种结构。在对项目进行钢结构的选型确定时，一定要根据各项目特点的不同，分析实际情况进行设计。遇到有较大负重的荷载时要放弃门式钢架而采用钢结构网架形态。我国有雪地区，应把雪压也计算在工程结构设计中。屋顶要符合重力坠落曲线标准。大跨度的建筑要对覆盖屋顶构建进行拉索或索膜结构的建立。如果项目的经济允许，可对钢结构框架布置支撑结构，远期的经济性要比简单的钢结构节点框架好的多。采用钢筋混凝土结构外加巨型SRC柱的组合来应对地震带的建筑项目，尽量避免图一时资金投入少而采用核心筒外加框形式。
钢结构的设计应使结构受力路线清晰且可以以最接近直线的路线将受力传给地基支撑。钢结构在布置上要遵循结构刚度匀称，力学分布平稳，最大限度减少荷载的影响。钢结构抗力的支撑住间距要适中，且设置多道防线以背意外发生，核心撑柱的受力应至少占总受力的20%。
2.3截面选择
在对建筑项目进行完钢结构的形式确定后，就要开始着手下一步骤，钢结构截面的初步估算，截面的选择主要针对钢结构构件的撑柱和撑面进行工程施工前的尺寸设定和形状假设。
钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁整体稳定的复杂计算。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。
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柱截面按长细比预估。通常50<λ<180，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。
钢结构构件在外形选择上没有固定的规范，一切遵循保质前提下灵感概念的迸发。
2.4结构分析
目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ，p-δ。有些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，这为更精确的分析结构提供了条件。
典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形，简单结构通过手算进行分析，复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
2.5构件设计
构建设计也要考虑材料的合理性，取材上一般选择Q235和Q345两种。由于对工程管理便捷的追求，刚结构设计主体时常把材料限定在一种材质上，但如果出于经济情况上的考量，也有很多施工单位将不同材质钢构件强强组合的用于施工，强度上的要求以Q345为主，稳定性的要求上以Q235为主。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以对整个结构进行截面优化，要对优化后的截面稍加调整并进行程序自动验算，直至合理，如PKPM中的STS等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但要注意，利用结构软件设计一定要注意模型的建立和参数定义，尤其是柱及梁的平面内、外计算长度。
2.6节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。按传力特性不同，节点有刚接、铰接和半刚接，有些人往往会会忽略掉后者，所以在选用节点时一定要正确判定节点的连接形式，做到设计的安全性、合理性。
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者，可以比较方便的查阅相关设计手册中焊缝及螺栓连接数据。当然也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。
对于焊接节点，对焊缝的尺寸及形式规范有强制规定，应严格遵守。如焊条的选用应和被连接金属材质适应：E43对应Q235，E50对应Q345，Q235与Q345连接时应该选择低强度的E43，而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。
对于栓接节点，普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。高强螺栓的使用日益广泛，常用8.8和10.9两个强度等级，根据受力特点分承压型和摩擦型，两者计算方法不同，规格常用M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。
连接板可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪等。梁腹板应验算栓孔处腹板的净截面抗剪性能，承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
还要注意构件的现场安装可能性的问题，节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。
2.7图纸编制
图纸绘制是钢结构施工的基本开始。建筑的钢结构图纸由设计图和施工图两部分组成。先由专业设计单位进行结构设计再由钢结构的专业制造单位进行施工详图的绘制。但近年来，由于专业钢结构工程师的供不应求和钢结构建设的与日俱增，很多钢结构制造单位也开始参与钢结构设计图纸的绘制。
结束语：钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已经开始做为重点推广项目。因此，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全可靠是当务之急。建筑师要认真对待每一个构件设计，在工作中要不断总结经验教训，才能保证建筑钢结构设计更完美，提高建筑工程的质量。
参考文献：
[1]邵大卫.建筑钢结构设计思路及其规范[J].建设科技，2010（10）.
[2]郭东海.钢结构稳定设计的探讨[J].黑龙江科技信息，2011（23）.
论文作者:方树灿
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/16
标签：钢结构论文; 结构论文; 建筑论文; 截面论文; 节点论文; 荷载论文; 构件论文; 《基层建设》2017年第23期论文;