杭州铁木辛柯钢结构设计有限公司 浙江省杭州市 310000
摘要：钢结构在现代高层建筑中得到了广泛的运用，具有跨度大、施工速度快、造价低、抗震性能优越等特点。文章主要分析了建筑钢结构设计现状及优化措施，以供参考。
关键词：高层建筑；钢结构；设计
1钢结构设计现状
钢结构的应用已非常广泛，其主要原因是钢结构的可靠性能较高，然而，近年来，在建筑施工过程中，频繁发生钢结构的失稳问题，这使得人们非常担心。目前，钢结构在当前的建筑设计中的应用还有着一些不完善之处，对钢结构设计应用在前期的工作上比较重要。但是一些设计人员在这些实际工作上还没有得到重视和完善，使得钢结构设计的质量没有保障，由于钢结构的设计工作内容比较繁杂，所以在费用的花费上也相对较大，有的设计单位在钢结构的设计经验上还不是很丰富，于是将对这一设计工作进行分包，一些缺乏资质设计单位在设计中就必然会带来诸多安全隐患。钢结构设计在建筑中的应用在设计方案层面还存在着一些问题有待解决，在资金方面是通过承接单位及设计单位进行分包设计的，这就对钢结构的设计深度有了相应降低。还有的在设计中和实际的要求没有满足，例如存在柱脚错误设计问题，由于对这一层面的问题没有得到充分重视就会使得钢结构发生变形问题，使得柱脚的节点会受到损坏对整体的建筑物质量也会带来很大影响。另外，钢结构在建筑设计中的应用中还存在着其他方面的问题，例如在设计人员自身的素质不高的问题。从当前的设计人员素质来看，参差不齐，在整体的专业素质层面需要进一步进行提升。在专业技术上的缺乏就必然会对钢结构的运用以及发展等造成很大影响，并对其中的一些问题不能得到有效解决。
2建筑钢结构设计优化措施
2.1钢材强度
一般来说，Q235和Q345B等级是比较通用的钢材，大多数时候考虑到工程现场管理方便，在主结构上会采用一种钢材等级，但是从经济的角度来考虑，有的截面组合形式应该采用不同强度等级的钢材，如格构柱的肢件可采用Q345B的H型钢，缀条、缀板可采用Q235的钢板或型钢。在连接摩擦面的高强度螺栓经过表面处理后，需要符合以下标准：第一，连接摩擦面需要保持清洁干燥，并且不能有毛刺飞边、焊接飞溅物，以及焊疤、氧化铁皮和污垢等不良情况；第二，需要在表面处理过程中，采取一定的保护措施，来保护处理后的连接摩擦面，并且不能在连接摩擦面上，标注任何标记；第三，如果需要对连接摩擦面进行生锈处理，那么需要在安装前，采用细钢丝刷，在垂直于构件的方向，正确刷除表面上的浮锈。
2.2构件计算
钢梁的抗剪强度应按弹性设计；钢梁的挠度计算时采用荷载标准值，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱；钢梁腹板应采用加劲肋来加强它的局部稳定性。一般情况下，通过限制板件的宽厚比，可以确保钢梁翼缘的局部稳定性。一旦受压翼缘长度L与其宽度B的比值，超过了标准所规范的限值，就需验算钢梁的整体稳定性，使其满足构件宽厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在设计中，考量截面塑性的发展，以及在塑性设计时，按照更严格的要求进行；在计算单角钢受压构件长细比时，需要利用到角钢的最小回转半径，而不是单纯的借助角钢平行轴的回转半径数据；例如钢柱等轴心受压构件设计，需根据要求的规范标准，计算出其剪力多少；在设计桁架时，桁架腹杆的平面内、外的计算长度，不能随意取其几何长度，应按规范要求来全方位的考量。
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2.3构件间连接
在连接的构件中，针对普通螺栓等构件，都有相应的防松动要求，需要采用有防松动装置的双螺母或者弹簧垫圈等，也可以采用人工方法，将螺栓外露丝扣凿毛或将螺母与外露螺栓点焊；根据钢结构的规范标准，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高强螺栓，而在连接极限承载力计算时，需要考虑螺杆与孔壁的接触情况；建议在构件直接承受动力荷载之时，不要使用承压型高强螺栓；如果是钢柱和钢梁的刚性连接，需要进行钢柱腹板在钢梁翼缘范围内的节点域计算；节点连接板在拉力和剪力的作用下，需要验算其强度；与此同时，钢梁端支座处的底板厚度也需要计算，钢柱底部与柱底板的角焊缝也需要进行计算，为构件连接带来安全性保障。
2.4钢结构稳定设计
（1）构件的布置，需要考量整个钢结构体系及局部的稳定性要求。目前，钢结构设计一般要按照平面体系进行设计，例如门式刚架以及框架等。为了确保平面结构不出现平面外失稳问题，建议从结构整体布置设计来解决问题，如增加支撑构件等。（2）在设计单层或多层框架结构之时，一般不需要进行框架稳定性的分析，只需要计算框架柱的稳定性即可。在柱的平面外计算长度系数，需要借助框架整体稳定性进行分析，使柱的稳定计算与框架稳定计算等效。（3）设计结构的细部构造与构件稳定计算应保证一致，这也是钢结构设计中需要注意的问题。节点连接处要求能传递弯距时，应有足够的刚度和柔度；设计桁架节点时应尽量减少杆件的偏心；在涉及结构稳定性能时，设计构造方面需要满足不同强度的要求以及特殊要求，例如简支梁的抗弯强度等。不动铰支座的要求，是阻止位移并允许在平面内转动，但这不能确保梁整体的稳定性情况，所以不动铰支座还需要能够阻止梁绕纵轴扭转，并允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析的条件。
2.5抗震构造设计
我国大部分区域均处于抗震设防区域，为保障广大民众造成生命财产安全，高层建筑钢结构设计应采取可靠的抗震构造措施。高层建筑钢结构的节点连接当非抗震设防时应按结构处于弹性受力阶段设计，当抗震设防时，应按结构进入弹塑性阶段设计，且节点连接的承载力应高于构件截面的承载力，即强节点弱构件。另外，为保证高层建筑钢结构的抗震性能，塑性铰应形成于梁段，而非柱端，即强柱弱梁。再就是由于剪切破坏为脆性破坏，弯曲破坏为延性破坏，为了保障建筑物破坏为延性状态，需加强剪力墙的抗剪能力，即保证强剪弱弯。除此之外科研院所尚需有所创新，打破传统，在抗震的同时在减震隔震领域有所突破，例如近年屈曲约束支撑以及隔震支座越来越多的应用于高层建筑钢结构工程中。
2.6钢结构防腐防火涂装
钢结构防火防腐处理后，可大大提高耐火性和耐久性。通常情况下，先进行防腐涂料涂装，再进行防火涂料涂装，所用的防火底漆、封闭漆、中间漆、面漆成分性能应与防火涂料相容，不应与防火涂料产生化学反应。钢构件采用涂料防腐涂装时，可采用机械除锈和手工除锈方法进行处理，经处理的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等；对于镀锌构件，酸洗除锈后，钢材表面应露出金属色泽，无污渍、锈迹和残留任何酸液。设计中应根据规范要求注明防火涂料种类、涂装层数和涂层厚度等，防火涂料按使用厚度可分为CB、B和H三类，CB类是超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度小于或等于3mm,耐火极限一般小于2.0h；B类是薄型钢结构防火涂料，涂层厚度大于3mm且小于或等于7mm，涂料遇火时膨胀发泡，形成致密的隔热层，耐火极限可达0.5～2.0h；H类是厚型钢结构防火涂料，涂层厚度大于7mm且小于或等于45mm，粒状表面，密度较小，热导率低，耐火极限可达0.5～3.0h。
3.结语
总之，在高层建筑钢结构设计过程中，要采用行之有效的优化方法，全面发挥高层建筑的使用性能，并合理控制梁与柱、节点与构件以及框架与剪力墙的相对关系，才能使钢结构与混凝土结构完美结合各自充分发挥自身的优势。与此同时，通过对高层建筑钢结构的设计优化及普及，可以切实提升建筑企业的经济效益与社会效益，从而促进我国建筑事业的可持续发展。
参考文献：
[1]王泰康.关于目前高层建筑结构安全设计的若干问题探讨[J].科技创新与应用,2015,(14)
[2]刘新娜.关于建筑结构安全度设计的研究[J].建材世界,2013,(03).
论文作者:程志书
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/2
标签：钢结构论文; 构件论文; 钢梁论文; 节点论文; 高层建筑论文; 螺栓论文; 截面论文; 《基层建设》2016年9期论文;