摘要：钢结构强度高而质量轻且结构形式灵活，用于大跨度结构具有较大的优势，因此在建筑结构中应用广泛，例如体育馆、候车室、飞机库、航站楼等大跨度结构都用到了钢结构。本文分析了大跨度钢结构的分类及其应用，同时也探讨了钢结构设计的方法和设计的重点。
关键词：大跨度；钢结构；设计
1大跨度房屋钢结构分类
1.1 刚性大跨度房屋钢结构
刚性大跨度房屋钢结构的构成如下：由大量钢杆件组成，如：空间桁架、网架等，根据结构单元的形式不同可以分为以下两种类型，一种称为空间网格结构，另一种称为空间结构。
1.2 柔性大跨度房屋钢结构
柔性大跨度结构可由其受力体系的不同分为以下三类：竖直平面结构、水平层面结构及空间结构。在柔性钢结构中，其受力较均匀，而且结构受力主要集中在竖直、水平和空间对称位置上。如：悬索结构、膜结构等。
2 大跨度钢结构的应用
2.1 大跨度钢结构在住宅建筑中的应用
在建筑设计中，钢结构则具有质量轻，强度高，制造简单，环境污染小，噪声低的优点。它更容易实现住宅的标准化制作、工业化生产，再配置环保节能的墙体材料，就能真正实现住宅的抗震性、健康性和环保性，从而符合我国的可持续发展要求，以及住宅产业化要求。在我国，目前的钢结构住宅尚处于启动时期，还不具备十分成熟的产品及配套技术，所以钢结构中的很多问题还有待研究解决。
2.2 大跨度钢结构在公共建筑中的应用
我国第一座有影响的大跨度圆柱面网壳钢结构是1956年建造的天津体育馆，52m×68m，矢高8.7m。第一座大跨度网架钢结构是1964年上海师范学院球类房的钢板节点网架，14.8m×23.3m。经过几十年的发展，大跨度钢结构已经成功地应用于各种大型体育场馆、文化建筑、候车厅等重要建筑中。随着2008年北京年奥运会、2010年上海世界博览会等国家重大社会经济活动的开展，我国建设了一批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆等社会公共建筑，这些大跨度建筑规模大、结构新，在提供实用功能的同时往往成为一个城市或国家的标志性建筑。
3 大跨度钢结构的设计方法
3.1 计算模型的选取
由于钢结构的计算模型具有较高的精确度，所以在设计中不能对计算模型随意地进行简化，要尽量建立与实际情况相符合的整体的分析模型。在设计中还要充分发挥次构件的作用，秉承安全性、经济性的设计宗旨，有效节约建筑材料，降低工程造价。另外，要想获得最佳设计结果，还就要树立优化设计的意识。
3.2 节点构造设计
由于钢结构构件之间的构造和连接复杂多变，所以设计人员要节点构造问题引起充分的重视。节点构造形式必须要根据构件截面形式、构件连接方法、建筑要求以及受力情况来确定，在满足相关条件后，还必须要进行设计计算。
3.3 稳定设计
与钢筋混凝土结构所不同的是，在钢结构设计的全过程中都必须注重稳定设计。稳定设计考虑的内容主要有：整体结构、构件整体、构件局部的稳定设计。
3.4 刚度控制
多数钢结构的构件截面是由整体刚度条件所决定的，而非稳定条件和强度条件所决定的，在薄壁构件组成的大跨度钢结构中体现尤为突出。因此，在结构设计过程中，设计者必须要重视结构整体分析，严格控制结构的整体刚度，以求获得最佳设计效果。
3.5 验算疲劳强度
在设计需要长期地、频繁地承受反复荷载作用的结构（如吊车梁）时，设计者必须要对结构疲劳问题加以考虑，在连续的反复荷载作用下，会使得钢材的微观裂纹不断扩大直到最终断裂，造成钢材的疲劳断裂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了防止疲劳断裂的发生，就需要在设计过程中验算可能发生疲劳断裂的连接处及构件的疲劳强度。
3.6 结构布置
结构的布置过程中，必须确保屋盖结构分布的均衡和其下部支承结构刚度和质量的均衡分布，从而保证结构传力的明确性及其整体性。地震作用力要由屋盖通过支座向下进行传递，屋盖、支承和下部结构要均匀对称地布置，使用空间传力体系，避免形成突变或局部削弱的薄弱部位，从而保证屋盖的整体性，对屋面系统自重进行严格控制，宜使用轻型的屋面系统。
3.7 设置防震缝
为了增强建筑抗震效果，在大跨度钢结构中设置防震缝是非常必要而有效的。规范依据框架-抗震墙结构和下部支承结构的最小宽度，综合确定了防震缝的宽度不得<15mm。而在实际的建筑中，该规范中的规定还可能不足，因此建议设计者按照设防烈度下，两侧的独立结构在交界线上的相对位移的最大值来进行确定。规则的结构，其防震缝宽度可近似估计为，多遇地震情况下的最大的相对变形值的三倍。
4 大跨度房屋钢结构的设计重点
4.1精准的计算模型，可靠的结构设计
钢结构所使用的材料是非常均匀的，是一种较为理想化的统一的弹性体，与当下所使用的计算方式及理念完全相吻合。除此之外，钢结构构件连接模型跟现实状况较为一致，在进行模型计算的时候所使用到的公式比较少，计算起来较为简单。为此，钢结构计算模型在现实的工作当中对结构设计有着精准性、可靠性的显著优势。
4.2整体分析与优化设计
整体分析与优化设计对于大跨度房屋钢结构设计来讲有着十分重要的影响作用。在钢结构设计当中，一定要创建与现实工作情况相吻合的模型，不可以随便的改变计算模型，当钢结构设计达到一个较为理想化的状况的时候，需要兼顾到“次构件”的作用，很好的展现出经济安全设计的宗旨，最终达到节省钢材、减少工程造价的最终效果。
4.3节点构造复杂
钢结构设计当中最为显著的一个特征是钢结构构件相互间连接是比较复杂的，这是设计工作者在进行设计的时候需要特别关注的一个方面。节点设计一定要对于结构受力状况、建筑有关准求、构件截面形式及节点连接方式等因素进行详细分析，然后才能够确定与之对应的节点构造形式，在满足结构要求的客观条件下才能够开展有关设计计算。
4.4稳定设计要求高
钢结构设计与钢筋混凝土结构设计完全不同，它是一种稳定性能较高的设计工作，在进行钢结构设计工作中所需要兼顾到的因素是非常多的，其中包含了结构稳定性能的设计及结构组成单元的结构设计。
4.5整体刚度需进行严格的掌控
以往很多的钢结构设计实验证明，很多的钢结构构件截面并不是由结构强度、结构的稳定性能所决定的，结构设计主要是由建筑结构的刚度状况所掌控，特别是对于一些薄壁构件产生的大跨度结构特别最为显著，这就要求有关设计工作人员在结构设计的时候需要加以考虑的一个方面，以便于能够达到较好的设计效果。
4.6设计施工图
良好的大跨度建筑钢结构设计取决于优质的结构设计、施工图纸所展现的，钢结构设计图纸所展现出的内容非常复杂，设计工作者需具备很强的图纸表达能力，同时要对图纸中所表达的内容有一个全方位的理解。
5 结语
近年来，建筑施工技术不断进步，这也为一些复杂的大跨度钢结构的出现奠定了基础，大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。我们从业者在进行钢结构建筑的设计时，首先应根据建筑结构的使用年限，建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其基本要求。
参考文献：
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[2] 朱晓慧. 魏筱斐；；钢结构稳定性探讨[J]；科技咨询导报；2007年09期
[3] 张秋荣. 杨文龙；；关于钢结构稳定设计的初步讨探[J]；黑龙江科技信息；2009年05期
论文作者:郝茂山1,孙霞2
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：钢结构论文; 结构论文; 大跨度论文; 构件论文; 建筑论文; 节点论文; 刚度论文; 《基层建设》2016年31期论文;