中建二局第四建筑工程有限公司天津 300457
摘要：在建筑结构设计中，钢结构设计被广泛应用，但是与传统的混凝土结构相比，钢结构有较多优点特性，所以在建筑结构设计中应广泛利用钢结构材料，从而要不断的提高钢结构设计的质量和水平，必须采取科学有效的设计策略。
关键词：刚结构；质量；设计策略；
1、钢结构优势分析
1.1可塑性和柔韧性强
一般而言，超载不会对钢架结构造成十分显著的影响，这是因为钢材能够合理分配结构荷载，并且钢材也不会由于外力的影响而出现断裂等问题，以上特性均是由于钢结构本身具有较强的柔韧性及可塑性。另外，在地震时，钢结构可以通过弹性形变来抵抗地震的破坏力，从而更好地保证结构的完整性。
1.2质地均匀
由于自身性能以及力学设计因素的作用，钢材料贴合度较高，此外钢材内部结构的各项指标也比较接近标准值。与其他材料相比，钢材所受到的限制相对较小，因此钢材在建筑中应用十分广泛。此外，钢材还是一种非常好的弹性材料，又由于其实际的受力情况与工程力学分析的结果十分相似，因此其在建筑工程的建设中也具备十分显著的优势。
1.3价格优势明显
与混凝土施工技术相比，钢结构工程造价较低，同时结构重量较小，这就减少了工程建设中的材料装卸和运输费用，且由于钢结构本身的特点，在工程建设中可有效减少材料的用量。加之，应用钢结构施工可以有效缩短施工周期，所以将钢结构应用在建筑施工中，可有效降低工程造价。
1.4施工周期短
钢结构建筑工程施工的过程中，环境变化因素对工程建设不会产生明显的影响，主要是由于很多钢结构均采用工厂预制的制作模式，直接将钢结构运输到施工现场，在现场完成组装就可满足施工的要求，而这也是其它建筑形式不具备的优势，此外，该结构形式也不会对环境产生明显的负面影响。此外，在实际施工中，钢材料不需要占用较大的空间，同时操作时间较短，因此在工期要求较为严格或工期比较紧迫的工程建设中，钢结构存在比较显著的优势。
2、建筑钢结构设计策略分析
设计前，设计人员应联系项目的负责人，通知其及时递交质量证书，同时还要向承包单位提供钢结构施工设计资质证书，从而确保结构设计质量和水平。同时，设计人员要重视材料的选择，应使用更加安全可靠的建筑材料，材料自身要具有非常好的经济性和实用性。
设计时，设计人员应充分结合荷载情况，应力状态、连接方式和作业环境等多种因素的影响，采取科学有效的设计方式，进而有效提高设计质量。对于个别材料无法避免的不足之处，应充分发挥材料的优势，进而弥补其劣势，如低强度且初弯曲较为明显的杆件，应最大限度减小长细比，不断提高施工的精度。焊接过程中残余的应力会降低材料的刚度和强度，因此在设计的过程中，应科学选择焊接的具体位置，合理设置焊接参数，同时也可采取有效措施降低焊缝密度。
在焊接的过程中，不应出现三向焊接相交的问题，并保证钢板分层的科学性。在结构设计的过程中，应结合项目的基本特征，选择最佳方案，且方案自身要具备较强的安全性、可行性和经济性，所有的环节都应满足设计的要求和规范，避免工程设计和建设的过程中出现安全隐患。
3、建筑钢结构设计方法的实例分析
某车间设计为钢结构工程，加工车间为2个单体，车间为单脊双坡，柱间距离为9.0m，其中一个单体长360m，宽162m，边柱柱顶的高度为21.6m，建筑面积为58320平方米；另一个单体长360m，宽108m，边柱柱顶高18.3m，建筑面积38880平方米。屋面和墙体采用双层彩板和保温棉墙体为主要材料。屋面檩条以Z型连接，墙面檩条采用C型连接，图1为工程结构图。
图1门式刚架图
3.1厂房结构布置与结构计算方法
结合工程的实际，在对多种结构方式进行分析和比较后得出，车间应用门式刚架结构体系，边柱柱脚位置采用刚接形式，中柱柱脚采用铰接的方式，屋面设计中设置4道横向支撑，提高空间的整体性。边柱的部分设置4道交叉支撑，中柱的位置采用门式支撑，从而确保厂房的刚度满足工程建设的整体要求。
车间应用横向门式刚架与纵向刚架相结合的形式，纵横柱脚全部采用铰接的形式，横向钢刚架中柱的上段除了M轴以外，全部使用铰接形式。同时，结构中设置了伸缩缝，因此很好地满足了工程建设中对于纵向温度区段的具体要求。屋面支撑主要由9道横向支撑和4道纵向支撑构成，这大大提高了空间的整体性。
工程设计中主要采用压型钢板，其质量较轻，使得屋面的柔性较强但刚性较弱，无法充分体现出刚性屋面的特点和优势。本工程施工中不能采用柱间支撑的方式，且纵向的设计主要采用平面框架设计方式。另外，钢架跨度、屋面荷载以及檩条的形式都会影响到刚架的间距，计算和分析发现，柱距增大的情况下，钢架的用钢量会有所降低。但柱距增大到一定范围后，钢架的用钢量就不会出现非常明显的变化。而其他构件的用钢量会随着柱距的增大而不断上升，本工程合理柱距为9.0m。
3.2钢结构节点设计
在车间的设计中，因为受到横向门式刚架摇摆柱数量的限制，M轴中柱上端与钢梁的连接方式为刚接，钢柱截面采取十字柱形式。在设计中应对其强度和稳定性进行严格计算，同时还应保证结构能够满足焊接流程的需要。由于十字柱截面制作主要由2个T字截面构成，该截面焊接需要人工完成，如果操作空进不足，就会降低焊接的质量，影响焊接的效果。
设计时，设计人员在与车间工作人员协商后，确定十字柱截面的面积。为了更好地保证厂房的正常生产，同时达到拓展施工空间的目的，横向门式刚架和纵向的门式刚架需采用平接的方式。在纵向刚架计算时，计算的结果会明显受到托梁拼接位置的影响。并且在研究和比较中我们也发现，计算模型中一定要充分考虑拼接节点的影响，否则就会影响平面外稳定应力计算的准确性与可靠性。除此之外，在绘制施工图时还应充分结合安装的方向和运输设备的类型，以此确定托梁拼接位置。
3.3柱间支撑设计
在柱间支撑所在的跨基础中间设置钢筋混凝土基础连梁，从而提高基础的刚度，并且也能更好地抵御来自于水平地震的影响。为了有效增强厂房纵向的刚度，边柱应采用十字交叉角钢支撑形式，且车间中柱可采用门式角钢支撑形式或采用纵向刚架来完成厂房内部纵向力的传递，此外还要采取有效措施加强边柱柱间支撑。
3.4梁柱连接节点
门式钢架斜梁与柱之间有三种连接方式，一种是端板竖放，一种是端板横放，最后一种是端板斜放。若竖向荷载起主要作用时，采用端板横放的方式能够有效降低节点的剪力，同时还可对柱压力对节点受力的作用，充分体现其优势。若节点弯矩较大，应采用端板斜放的处理方式，延长抗弯连接力臂，从而也为螺栓的布置提供更多的便利。端板拼接主要有外伸式和平齐式两种主要形式，而端板外伸节点受力更加清晰也更为合理，在承载力方面具有显著优势，所以应主要采用外伸式的处理方式，以有效解决节点板的变形问题。
4、结束语
总而言之，钢结构设计是一项较为系统的工作，其对设计人员的要求不断提高，在钢结构设计中一方面要确保结构的稳定性，另一方面还要对结构进行屈曲分析，进而有效保证结构稳定性计算的质量，完善结构的可靠性和安全性。
参考文献：
[1]钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析[J].殷祥.建材与装饰.2017(04)
论文作者:仇健,张运,刘龙飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/5
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