摘要：随着我国建筑的多样化，钢结构工程为其多样化发挥了有力的支撑，但钢结构还处在初期阶段，还存在许多弊端及问题，严重限制了其健康发展及普及。对此，对钢结构设计的优化策略分析，具有重要意义。
关键词：建筑钢结构；设计现状；优化对策
引言
随着国内城市化建设发展的不断深化，大量建筑工程中采用了钢结构的方式进行施工，不论是在工业厂房或者是高层的民用建筑中，都能够见到钢结构的身影。由于钢结构的造价合理而且施工便捷因而在建筑行业内被大力推广。在建筑工程中使用钢结构能够显明地提升整个建筑工程的结构施工处理效率，同时也可以减少一定程度的成本投入，而且具备良好的安全性能，对于建筑工程的稳定性与可靠性也有着相当重要的作用。
一、建筑钢结构工程设计的方法
（一）容许应力法
定值法的主要内容就是把影响结构设计的原因设为定值，使用一个依靠经验判断的安全系数进行思考设计中的不同因素所产生变化的影响，最后再计算出结构的安全度的一种方法。容许应力法是定值法中的其中之一，其原则主要包括了：结构构件设计所限定的容许应力必须要大于结构计算应力，同时必须要根据要求的标准荷载来计算结构构件的应力。而计算结果是通过一阶弹性理论的方式得出的，即一个除材料并且>1的安全系数的上限应力，或者是屈服应力来进行确定。但是容许应力也存在着一定的缺陷：（1）第一点，无法全面性地考虑到结构几何的非线性影响；（2）容许应力法所使用的安全系统单一，因此无法全面性地展示出荷载变异与抗力的特性。
（二）半概率法
随着科学技术的进步，工程技术的发展水平也得到了有效的提高，工程技术中的定值法也在逐步向着概率设计法方向发展。因此必须要从荷载与材料强度的不确定性开始着手，通过概率方法确认其取值的范围。但是仍未能够把结构可靠度和概率进行有效地结合，所以称之为“半概率法”。半概率法在进行设计表达的时候，主要是使用容许应力法的方式来进行设计，可是安全系统却是采用多系数分析，因此与容许应力法有着明显的不同。
（三）概率极限状态法
通过极限状态法可以把整体结构的稳定性与概率进行联系，能够有完善容许应力法与半概率法所造成的不足。这种方式是运用荷载分项系数与抗力替换单一的安全系数。现阶段极限状态法是国内常用的设计方式之一，这种结构方式由于荷载的作用力能够在周期内达到两种不同的状态，即正常的使用极限状态与荷载能力极限状态。
二、建筑钢结构设计中存在的主要问题
（一）构件设计方面的问题
在钢结构设计实践中，设计主体必须首先确保构件材料的高质量性。但就现状来讲，许多设计人员在实际设计过程中，一味强调高标准，不切实际地增加安全等级，结构构件主次不明，杆件“应力比”取值不科学，严重降低了钢结构的整体质量。此外，许多设计人员根本不区分焊缝等级，全部采用一级全熔透焊缝。而对于钢材选择，也是全部选取最高级，在没有充分掌握焊接残余应力分布规律的情况下，错误地提出消除焊接残余应力，结果造成钢结构构件设计不合理。
（二）结构稳定性方面的问题
现代建筑工程建设中，稳定性无疑是最为重要的一大诉求。但许多钢结构设计者因缺乏经验，很多时候忽略了稳定性设计，导致钢结构失稳问题频发，严重降低了工程整体质量。随着各种新型建筑材料的出现和应用，钢结构设计难度也随之提高，尤其是稳定把控方面更加复杂，这也为建筑工程质量管理埋下了隐患。
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（三）防火防腐方面的问题
客观来讲，钢结构本身并不具备较强的抗腐蚀性，因此当外部环境具有侵蚀性时，钢结构会被侵蚀，降低其使用寿命，甚至引发倒塌，所以在设计人员必须紧紧围绕防火防腐展开针对性设计。目前，在涂料防腐方法主要分为机械除锈和手工除锈两种，经过处理后的构件表面必须是清洁无垢的，而对于镀锌构件，需要采用酸洗除锈的方法，经过处理后要露出金属色泽，避免污渍残留和酸液残留。此外，设计者必须要严格按照相关规范，对防火防腐涂料进行详细注明，包括种类、厚度、层数等。
三、建筑钢结构设计优化对策
（一）合理选型与布置
在进行钢结构设计时，设计者要结合具体工程条件与特征，对荷载要求、材料供应、安装技术、使用功能等因素进行全面考虑，最好选择那些抗震性强、成本性低的结构体系，对高烈度设防的高层钢结构来讲，设计者最好选择钢-筒中筒、钢框-筒等钢结构体系。此外，设计者加强与建筑师的互动交流，双方要展开全面的技术交底，共同确定钢结构平面布置、抗震原则等设计要点。需要重点指出的是，钢结构布置要全面考虑结构体系特征、荷载分布规律等现实情况，尽量做到刚度匀称、力学模型明确，确保结构布置的合理性，最大可能地限制大荷载影响范围，确保应力传递路线的最佳化。柱间抗侧支撑的分布应当匀称，其形心要尽可能往侧向力的作用线靠近，否则应当考虑结构的扭转，结构的抗侧应当有多道的防线。
（二）构件的设计
构件的设计指的是构件材料的组合与选择，Q345和Q235 是较为常见的材料组合，主结构通常都使用比较单一的钢种以方便工程管理；出于经济的思考，也可选取不同的钢材型号，例如当强度起到控制的作用时，就可以使用Q345，当稳定起到控制的作用则应当要选择Q235。弹塑性的方式验算截面是构件设计之中标准的运用方法，但用于整体结构内力计算却不合适。伴随着程序技术的逐渐进步，现在的一些软件可以把验算不达标的构件，从给定的截面库里选取加大一级，并且自动重新解析验算，直到达标为止，面对不同需求的建筑则选取不同材料的构件是合理设计建筑结构的必须条件。
（三）建筑钢结构的稳定性设计
在各样类型的钢结构之中，因为结构失稳导致的伤亡事故时有发生。为了能够更好的确保钢结构稳定，在设计之中构件不失稳定，确保使用安全和工程质量，就必须要对钢结构的稳定性设计展开具体的探讨。钢结构布置应当要从各组成部分、体系和构件稳定性要求综合考虑，当前钢结构设计是根据平面体系展开设计，确保平面结构不发生平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定运算需要和结构布置相同，增加必需的支撑构件等。实用的计算方法所按照的简图和结构计算简图应当要一致，多层或中层框架结构设计框架稳定解析一般是省略的，只展开框架柱的稳定计算，因为框架各柱的杆件稳定计算的稳定参数、常用力法等是根据假设者或简化典型情况得出的，所以设计者要能确保所有的条件与假设相符合时才能够应用。
（四）钢结构建筑设计的防火、防腐蚀
火灾对钢结构建筑有很大的危害，建筑钢结构在火灾中的结构空间大，火势蔓延快，当建筑采取无防火保护方法的钢结构时，就很容易损坏建筑。建筑的结构防火问题通常在钢筋混凝土构造上比较容易处理，但在钢结构建筑设计之上需要思考更多的因素。防腐问题是钢结构建筑设计中所需要处理的问题，当前的做法主要是采取构造材料和新型防腐。防火涂料通常的做法是先把红丹防锈底漆两度刷红，然后再刷钢结构的面漆两度。
四、结语
综上所述，虽然钢结构在现代建筑工程中得到了广泛应用，但在钢结构构件设计、稳定性设计、防火防腐设计等方面还存在许多问题，因此必须要引起设计者的足够重视，采取针对性手段进行优化，全面消除钢结构设计中的隐患，提高建筑工程建设的质量。
参考文献：
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[3]薛登斌.建筑钢结构设计中应注意的問题及相关技术[J].江西建材，2016，（12）：39.
论文作者:马克俭
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/22
标签：钢结构论文; 构件论文; 应力论文; 结构论文; 荷载论文; 建筑论文; 概率论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;