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摘要：钢结构具有材料强度高，塑性韧性好，重量轻，制作简便，施工工期短等特点，近年来在结构上应用越来越广泛。基于此，阐述了建筑钢结构工程设计的方法，对建筑钢结构工程设计及其注意事项进行了探讨分析。
关键词：强度；韧性，设计方法
1我国建筑钢结构设计现状
在过去，建筑行业常使用的是钢筋混凝土结构，而在这一基础上，又出现了以钢板或者型钢为主的钢结构。这种新型的建筑体系相比以往传统的混凝土建筑，有着更高的强度、更好的抗震性以及更大的安全性、稳固性。与此同时，建筑钢结构还可以完全实现工厂化设计与制作，可以在很大程度上缩短施工工期，提高施工技术人员的工作效率。除此之外，由于建筑钢结构的材料可以重复利用，使得工程建设的投资可以尽快回拢，并且不会产生过多难以处理的建筑垃圾，维护了自然生态环境，而这也与我们提倡的绿色、环保建筑理念相向而行。基于此，在世界上的很多国家，都会自然而然的将建筑钢结构作为建筑建设的首选结构体系，并已成为未来建筑业发展的必然趋势。在这样一个大背景下，我国建筑领域的众多设计师也提高了对建筑钢结构设计的重视，并取得了一定成果。
2设计原则
建筑钢结构设计工作中，为了保证结构的安全性稳定性，设计人员需要严格遵循钢结构设计原则，重视设计过程中的质量控制。钢结构设计时要能够综合考虑建筑物强度、耐久性问题，保证建筑钢结构的稳定性。建筑钢结构设计工作中，为了更好的控制建筑物自重，要在保证钢结构质量的前提之下，尽量减少钢材使用量。同时，建筑钢结构设计过程中还需要考虑建筑物美感问题。一般情况下，建筑钢结构分为横向系统和纵向系统两部分，横向结构系统主要受到建筑整体影响，具体的设计之中要注意钢材刚度对横向结构系统的影响。纵向结构系统设计中则需要考虑更多的因素，比如钢柱支撑力度、工程实施难度等。
3建筑钢结构工程设计的方法
建筑钢结构工程常用的设计方法主要有：
（1）容许应力法。如果将影响结构设计的诸因素取为定值，而用一个凭经验判定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，衡量结构的安全度，这种方法称为定值法，容许应力法就属于定值法的一种，其设计原则是：其结构计算应力应小于结构构件设计所规定的容许应力。对于结构构件的计算应力要按规定的标准荷载，计算是以一阶弹性理论而得到，是以一个去除材料并大于1的安全系数的极限应力或是屈服应力而确定的。容许应力主要存在的缺点在于：第一，不能合理的考虑到结构几何的非线性影响；第二，由于容许应力法采用的是单一安全系数，不能反映出荷载变异和抗力的独立性等。
（2）半概率法。随着工程技术的发展，定值法开始转向概率设计法，首先考虑荷载和材料强度的不确定性，用概率方法确定它们的取值。不过仍然没有将结构可靠度与概率联系起来，故称为半概率法。半概率法的设计表达式仍可采用容许应力法的设计式，但安全系数是多系数分析决定的。
（3）概率极限状态法。极限状态法把结构可靠度和概率联系起来，克服了容许应力法和半概率法所存在的缺陷，这种方法主要是采用荷载分项系数和抗力来替代单一安全系数。目前，极限状态法以是我国最常用的设计方法。其结构由于荷载的作用，可在一定的周期内达到两种极限状态，第一种是正常使用极限状态，第二种是承载能力极限状态。承载能力极限状态所对应的是结构的安全性，主要是指构件的塑性变形、断裂等造成的结构破坏。
4建筑钢结构工程设计的分析
4.1建筑钢结构工程设计中的不同软件之间对比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建筑钢结构详图设计时要编制构件表和材料表，包括从最初的提材料计划开始，拿到图纸分析完成后首先进行材料计划。首先介绍一下深化设计的手段。采用的都是软件，各种软件有各自的优缺点，平时的普通门式钢架类轻钢厂房，要求速度快、工期紧的情况下采用CAD比较快捷方便，CAD强大的图形编辑功能，可以采用多种方式进行二次开发，可进行多种图形格式的转换，比如EXCEL表能方便的运算，之后加载导入到CAD，以方便材料表的绘制。CAD最大的缺点是不能准确直观地看到3D模型，从而会出现一些不必要的错误，导致工地安装困难。而TEKLA和PKPM（STXT）可以直观地看到模型，三维建模软件能自动产生2D加工详图，提供完整的2D图画编辑功能及构件碰撞校核功能，但也存在着缺点，生成的图纸标注不够清晰，不适于车间工人快速视图，所以调图的时间很多。建模出图很快，时间都费在了调图上。鉴于TEKLA出错率低，一般大型的多高层建筑均采用三维建模的深化设计。
4.2建筑钢结构详图设计的步骤分析。建筑钢结构详图的绘制，首先在做详图之前，我们应了解钢结构的组成，构件的表示方法、焊缝的表示方法等，深化设计的步骤：第一步：熟悉钢结构设计详图；第二步：与相关专业沟通；第三步：建模型、绘制详图。详图设计一般采用CAD或TEK-LA软件建模，另外，中国建研院的PKPM软件也可以做一些详图深化。
4.3建筑钢结构工程的稳定性设计。建筑钢结构工程设计稳定性特点分析。首先从建筑钢结构工程整体稳定性来分析，如要保持钢结构的稳定性，需要从结构的整体出发来分析其稳定性。其次，从钢结构的整体刚度和失稳方面来看，应采用现行较为规范的折减系数法和临界压力求解法来进行稳定计算，对于轴心压杆的稳定计算通常用这两种方法。再次，在弹性稳定计算的过程中，不只考虑结构整体性特点，还应考虑到二阶分析，这主要是由于结构内力会受到柔性构建大变形量的一定影响。在设计建筑钢结构的过程中，需遵循其结构的设计原则，在了解钢结构的设计原则时，要能区别其强度和稳定问题，强度关键取决于材料特征，而稳定问题在解决强度问题时，需找出其不稳定的平衡状态，这种不稳定状态存在内部抵抗力与外部荷载之间。
5建筑钢结构工程设计的注意事项
5.1加强对建筑钢结构受力体系以及细部节点的设计。建筑钢结构工程设计方案确定后，需要立即对钢结构的受力体系以及细部节点进行具体的计算和完善。首先基于钢结构受力体系设计而言，当前很多钢结构都是采用的杆系结构，这种结构要求钢材强度大、截面尺寸小；在生产的时候可以在现场组装、构件之间的约束作用小。因此其设计的重点是保证构件节点之间的连接稳固性。其次对于钢结构建筑的细部节点设计来说，钢结构建筑的设计要求细致且设计内容复杂，都需要对细部节点进行严格的设计。
5.2建筑钢结构工程设计过程中的钢材选择。建筑钢结构工程设计过程中的选材非常重要，主要是因为：（1）我国钢铁工业迅速发展，钢材的种类繁多，要从众多的钢材种类中选出适合某种建筑工程的钢材是有难度的；（2）目前钢结构建筑的种类也在不断增加，不同建筑物对钢结构的强度、变形度、疲劳应力等方面的要求也不一致，因此选择合适的钢材显得至关重要，否则就不能发挥出钢结构建筑的功用。
5.3判断建筑钢结构的适用性。当前钢结构主要用于跨度和荷载较大、体型复杂的高层建筑中。要求其能够承受较高的温度、方便拆卸、能够承受大幅度的振动、密封严实，因此在钢结构设计之前必须要对这些方面进行全面的分析，考虑所设计的钢结构是否适用、能否满足要求。
6结束语
钢结构具有空间跨度大、造价低、结构性能突出、安装便利等优势，使得钢结构的应用越来越普遍。与混凝土相比，它有自重轻、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的优点。随着城市化建设的快速推进，工业化的发展，高层及大型建筑越来越多，使得钢结构应用日益广泛。
参考文献
[1]雷鹰.建筑钢结构设计若干问题探析[J].门窗,2015,05:131.
[2]王晓涵.住宅建筑钢结构体系应用研究[J].建筑,2014,12:66-67.
论文作者:彭松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/13
标签：钢结构论文; 建筑论文; 结构论文; 应力论文; 详图论文; 荷载论文; 工程设计论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月下论文;