摘要：随近年来着我国钢铁产能的严重过剩，去产能调结构成为当下钢铁行业的重要内容，但这却为钢结构行业发展提供了广阔平台。在工业与民用建筑中，钢结构使用逐渐增多。笔者结合十多年的设计经验，对工业及民用建筑钢结构设计中的一些方面提出个人建议。
关键词：钢结构；设计要求；设计要点
一、概述
钢结构与其他结构材料相比具有其本身的特性：
优点：首先，钢结构由单一材料（钢材）制作而成，组织比较均匀，接近各向同性，符合力学的基本假定，因而钢结构的计算主要根据力学原则，计算结果的不确定性较小，较为可靠。其次，钢材的质量虽较大，但由于强度高，强度与质量密度之比较大，因而钢结构比其他材料的同等结构较轻，这对运输、安装带来很大的方便，较适用于大荷载和大空间的结构，同时可以减轻基础负荷，降低地基、基础的工程造价。此外，建筑用钢材具有良好的塑性和韧性，适宜在动态荷载下工作，因而受动力作用较大的构件（如吊车梁）以及地震区的建筑采用钢结构较为有利。而且，钢结构构件一般在金属结构厂制作，施工机械化，运输和安装也较简便，可使钢结构的施工期限大为缩短，建筑能很快投入使用。
缺点：首先是造价较混凝土结构偏高。其次，钢材易锈蚀，故要求对其采取除锈喷涂防护。再次，钢材在高温时变软，对大部分情况下的钢结构均应采取防火措施。另外，钢结构由于焊接残余应力和其他缺陷的影响，在低温或疲劳的情况下易发生脆断。
根据钢结构的特性，钢结构的设计要求主要如下：
1.钢结构在选材上，应满足使用条件的要求，尤其要注意低温环境及疲劳情况下的钢材、连接方式及材料的选用。
2.钢结构及其构件应安全可靠，即能安全地承受预期的各种有关荷载。因而必须具有足够的承载力和稳定性。钢构件一般壁薄且较细长，稳定问题（整体稳定和局部稳定）特别突出。
3.要满足使用要求和耐久性。使用要求包括变形和振幅的限制；耐久性主要应注意抗腐蚀和防火。
4.要满足经济要求。最优的设计除安全适用外，应做成成本低、重量轻、制作和安装劳动力省、工期短、维护方便的结构。
为了实现上述设计要求，应掌握各种荷载的特性和量值及其相应的组合，具备合理选择钢材和连接材料的能力，能选用最优结构方案和最先进的设计方法，使钢结构设计做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。
二、钢结构设计的重点
笔者认为钢结构设计特别要重视的有两点：结构体系和节点连接。以下分别阐述其重要性。
1.结构体系：现有钢结构主要有：单层厂房结构、大跨度屋盖结构、多高层房屋结构。
（1）单层厂房结构
厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆横向框排架：由柱和所支承的屋架组成，是厂房的主要承重体系（厂房的平面内结构）。支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，它一方面与柱、吊车梁等组成厂房的纵向抗侧结构，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了厂房结构所必需的刚度和稳定（厂房的平面外结构）。
（2）大跨度屋盖结构
大跨度房屋结构常用于公共建筑和工业建筑。大跨度建筑物的用途、使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性——梁式的、框架式的、拱式的、空间式的、悬挂-悬索式的以及膜等。
（3）多、高层房屋结构
高层建筑采用钢结构具有良好的综合经济效益和力学性能其特点主要表现在：钢材的抗拉、抗压、抗剪强度高，因而钢结构构件结构断面小、自重轻，采用钢结构承重骨架，可比钢筋混凝土结构减轻自重约1/3以上，此外，钢结构自重轻也可显著减少地震作用，一般情况下，地震作用可减少40%左右；钢材良好的弹塑性性能，可使结构承重骨架及节点等在地震作用下具有良好的延性；高层建筑钢结构的结构断面小，因而结构占地空间小，可适当降低建筑层高，与同类钢筋混凝土高层结构相比，可相应增加建筑使用面积约4%；高层钢结构的构件一般在工厂制造，现场安装，建造速度快，与同类钢筋混凝土高层结构相比，一般可缩短建设周期约1/4~1/3。常用的高层建筑钢结构的结构体系主要有：框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-支撑结构体系、框架-核心筒结构体系及筒体结构体系。应根据建筑功能、结构高度等综合选定合理的结构体系。
2.节点连接
钢结构是由若干构件组合而成的，而连接的作用就是通过一定的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构，以保证其共同工作。因此，连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。钢结构的连接必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。
三、两点建议
根据钢结构的特点，对钢结构的设计提出以下两点建议：
1.钢结构不同于现浇钢筋混凝土结构。现浇混凝土结构一般是多次超静定结构，两个方向的柱截面刚度相近，梁柱节点为刚性，且有混凝土平台板，因此，结构稳定尤其是平面外稳定一般没有问题。钢结构梁柱节点可为刚接或铰接，两个方向的柱截面刚度相差较大，因此，钢结构设计特别要重视两个方向的结构体系，使结构体系尤其是结构平面外稳定可靠（一般通过设置支撑体系来保证），防止出现可变体系。
2.钢结构从根本上来说是一种装配式结构，因此，节点连接的重要性不言而喻。节点设计应构造简单、受力合理、传力简洁明确、符合力学计算模型。特别要提醒的是：在节点连接的设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时焊缝的布置应尽可能对称于构件形心轴。
参考文献
[1]《钢结构设计规范》GB50017-2003 北京 中国计划出版社，2003.
[2]《钢结构设计标准》GB50017-2017 北京 中国建筑工业出版社，2017.
[3]《钢结构设计手册》第三版 汪一骏、顾泰昌等 北京 中国建筑工业版社，2004.
[4]《钢结构》第二版 魏明钟等 武汉理工大学出版社，2003.
论文作者:龙霖
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/8
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