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摘要：随着经济的发展，大跨度钢结构在我国的建筑中得到了更广泛的应用，在结构设计中，设计人员也更加注重结构的受力性能。结构设计是否完善直接关系到建筑物建设是否合理，质量是否符合要求，以及建筑物的安全问题与造价问题。因此，在大跨度建筑钢结构设计中，结构的合理性和可靠性已经成为工程实践的重要依据。
关键词：大跨度建筑；钢结构；设计策略
1.建筑结构的比较分析
对于新型大跨度结构，基本上都是空间结构；其跨度大，可覆盖巨大的室内空间；矢高小、曲率平缓，可有效利用空间；厚度薄、自重轻，节省材料；形式多样，可适合于各种形状的组合。
对混凝土结构来说，其根本不适合用于大跨度结构中，其采用的单向板以及双向板随着跨度的增大，将会使楼板的厚度明显增加，结构自重以及用钢量大幅增加，显然不适合用于大跨度结构中。而对于稍微可应用于跨度较大的井式楼盖，其特点是由肋梁楼盖演变过来的，两个方向梁的高度相等且一般等间距布置，无主次梁之分，四周承重墙支撑或角柱支撑，可以解决一些大跨度空间的设计要求，因此适用于柱网间距或房间平面面积较大的情况，多用于门厅、会议厅，但是把井式楼盖应用于更大跨度的空间结构中，必然会使造价大幅增加。
显然，对于大跨度结构来说，采用钢结构明显优于混凝土结构，而且随着跨度的不断增大，这种优势尤为突出。尤其是对于柔性屋盖体系来说，混凝土和钢-混凝土组合屋盖均不适用，而钢结构则具有明显优势。
2.大跨度建筑钢结构的设计策略
2.1计算模型的选取
由于钢结构的计算模型需要较高的精确度，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分析模型。必要时，在设计中还要充分利用二次构件的作用，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，要想获得最佳设计效果，还要树立优化设计的意识。
2.2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，所以设计人员要对节点构造设计引起充分的重视。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。
2.3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考虑稳定设计。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。
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2.4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，由薄壁构件组成的大跨度钢结构中尤为明显。因此，在结构设计过程中，设计者必须要重视结构的整体分析，严格控制结构的整体刚度，以求获得最佳设计效果。
2.5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。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。
2.6结构布置
结构的布置过程中，必须确保屋盖结构布置的规则性和其下部支承结构刚度和质量的均衡分布，从而保证结构体系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，结构传力要简单、明确，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，宜采用轻型的屋面系统。
2.7设置防震缝
为了增强结构抗震能力，在大跨度钢结构中设置防震缝是必要而有效的。根据规范的要求，防震缝的宽度不得<150mm。而在实际的建筑中，相关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。
3.大跨度建筑钢结构设计应注意的问题
3.1钢结构的稳定性问题
在大跨度房屋结构设计的过程中，结构的强度和刚度是设计人员重点关注的问题，但是结构的稳定性却是很容易被忽略的。在大跨度房屋的建设和使用过程中，钢结构的稳定性经常会出现问题。钢结构的稳定性直接影响着房屋使用的安全，如果在房屋建设和使用的过程中出现了钢结构的稳定性问题，不仅会给建筑工程造成巨大的经济损失，甚至可能威胁到人们的生命安全。由此可见钢结构稳定性问题的重要性，钢结构的稳定性已然成为钢结构的重要设计内容。
3.2钢材质量等级和焊接质量等级的选用问题
国家颁布的关于钢结构设计标准书中明确规定，钢材的质量等级必须要有正确的标识，并且需要满足焊接质量等级的相关标准。但是在实际的应用过程中，对于钢材质量等级的选取并没有提供较为准确的标准，仅仅是标明了钢材的类别。因而需要对钢材的质量等级和焊接质量等级进行准确的选用。首先，在大跨度钢结构设计过程中所选用的钢材需要具备一定的强度、伸长率、可焊性，同时还需要具有一定的冲击韧性。
3.3钢结构的防护性问题
在钢材料的防护过程中，防腐蚀性和耐火性能是其中非常重要的两个方面。但是工程师在设计钢结构的过程中往往注重于钢材强度和刚度的强化，而忽略了防腐蚀性和耐火性能的重要性。在相关的文件和制度中对钢结构的防腐蚀性和耐火性能并没有明确的标准，这些情况就导致房屋建设完成后由于外部环境的侵蚀和影响，在一定程度上减少了房屋的使用寿命。因而面对这样的情况，相关部门需要制定和出台相关的文件明确钢材的防腐蚀性，同时钢结构中埋入地下的部分需要采取相应的防腐处理措施，提高钢材的防腐蚀性。除此之外，钢材料在生产的时候要进行相应的耐火测试，并以此作为结构耐火设计的重要依据。
3.4钢结构的抗震性设计问题
对于钢结构来说，由于其强度高、延性好、自重轻等特点，自身就具备较好的抗震能力。大跨度钢结构在设计的过程中，需要综合考虑钢结构材料自身的特性、抗震目标以及建筑特点等重要影响因素。同时将这些因素之间的差别作为设计的重要依据，通过设计不同的钢结构形式来达到不同程度的抗震效果。
结束语：随着社会经济的发展，大跨度的结构设计已经成为了当今社会的发展主流，大跨度的钢结构设计也会随着人们的需求有其新的意义和内涵。作为一个大跨度房屋钢结构的设计者，当下更应该对钢结构的发展和其核心的内容进行更加深入的了解，积极的借鉴国内外大跨度房屋钢结构的设计理念和设计经验，充实自身的设计思路和对整个设计系统的规划，从而使得大跨度钢结构设计在未来继续保持新颖性和创新性。
参考文献
[1]高贵枝.探究大跨度建筑结构设计[J].城市建设理论研究.2011.
[2]夏玉荣.关于大跨度建筑结构设计的分析[J].城市建设理论研究.2012.
[3]王冰兄.大跨度房屋钢结构设计浅析[J].科技创新导报.2012.
论文作者:刘达鑫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/4
标签：钢结构论文; 结构论文; 大跨度论文; 钢材论文; 过程中论文; 构件论文; 刚度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;