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摘要：随着科技进步和社会发展，钢结构工程的应用范围日益广泛，其不仅用于轻钢结构和大跨结构，更多的应用于现代高层建筑当中。与钢筋混凝土结构相比，钢结构具有自重轻、抗震性能好、工期短和施工方便快捷等优点，因此对其设计分析具有重要现实意义。基于此，本文先介绍了建筑钢结构的设计方法及其主要特征，然后对钢结构工程的一些设计要点进行了分析论述，以此来对钢结构设计工作者提供一些见解和帮助。
关键词：建筑钢结构工程；特征；设计要求；设计方法；设计要点
1 建筑钢结构设计方法及其设计要求的分析
1.1建筑钢结构设计方法。（1）容许应力法。容许应力的设计原则是：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。（2）塑性设计法。采用塑性设计原则是指结构构件的塑性性质和强度要高于标准荷载的构建乘以安全系数，在构建内力结构分析中一般采用钢塑性分析法或是一阶塑性分析法。塑性设计法的主要优点在于其结构进入塑性后允许进行内力的重分布，但必须要求其构件和结构能有足够的延性。（3）极限状态法。极限状态法是为了克服塑性设计法和容许应力法所存在的缺陷，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。
1.2建筑钢结构工程设计要求的分析。表现为：（1）钢材选择要求。建筑钢结构工程设计中的选材非常重要且难度较大。究其原因，一方面是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；另一方面是因为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。（2）判断钢结构适用性要求。通常钢结构工程多是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。（3）注重钢结构工程受力体系以及细部节点设计的要求。首先，针对钢结构受力体系设计而言，现今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而言，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。
2 建筑钢结构工程的主要特征
建筑钢结构工程的特征主要表现为：（1）满足超高度和超跨度的特征。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，强度高，弹性模量亦高。其密度与强度的比值远小于砖石，混凝土，木材，在同样受力情况下钢结构自重小，从而可以做成跨度较大和高度较高的结构以及灵活的结构形体。（2）具有设计与功能一体化的特征。在建筑钢结构工程中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体、构件、节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化，才能使建筑更富有功能化以便随后的各个设计环节进行下去，创造出技术与艺术融为一体的建筑钢结构工程。（3）具有建设成本相对较低且工期短的特征。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建筑钢结构工程模数协调统一标准实现了建筑工业化大规模生产，提高了建筑预工程化，使不同材料、不同形状和不同制造方法的建筑构配件具有一定的通用性和互换性。同时建筑钢结构工程的预工程化使材料加工和安装一体化，大大降低了建设成本，并加快了施工速度。
3 建筑钢结构工程设计要点的分析
3.1立面设计要点分析。传统的建筑钢筋混凝土结构由于屋面设置采光效果不理想，在设计时通常设计大量的采光窗，而大量的采光窗会破坏墙面的线条造型，建筑钢结构工程则不会受此困扰。轻钢结构屋面则大量使用屋面采光板，不仅采光均匀，而且不会破坏墙面的线条造型，既适用又美观，目前非常适合联合型建筑，顺便也解决了建筑的通风问题。建筑钢结构工程的立面设计主要由工艺布置来决定的，立面要求简洁恢弘，同时简单统一突出重点。设计师们往往为了突出建筑结构的重点，会在建筑入口、外天沟或者收边泛水的地方使用跳跃性色彩和冷色调，起到画龙点睛的作用，勾勒出建筑钢结构工程体态轻盈、色彩丰富，给人耳目一新的感觉。
3.2防腐设计要点分析。建筑钢结构工程中的钢材主要组成部分是铁、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁以及其他化合物，其中有些物质暴露在空气中时就会被空气氧化还原发生质变，即称腐蚀。所以，当空气中有腐蚀性介质或者钢构件处在潮湿的环境下而未对钢结构作出相应的保护措施时，建筑钢结构工程的锈蚀就会愈加明显。钢结构锈蚀轻微时会使钢材发生形变，比如使钢构件截面厚度发生变化，或者在构件表层形成锈坑层等，严重时甚至使钢构件结构发生大的形变，因此建筑钢结构工程设计时需要加强结构腐蚀设计。
3.3保温隔热与防火设计要点的分析。建筑钢结构工程的导热性能特别好，当其处于不同温度的环境下，钢结构的抗拉强度和塑性都会有所变化，大致分为四个层次：一是受热温度在100℃以上；二是受热温度在100～250℃之间；三是受热温度在250～500℃之间；四是受热温度在500℃以上，并且在这四个温度区间钢结构的抗拉强度和塑性会发生不同的变化，随之对钢结构产生不同程度的影响。其中当钢结构所处温度在第二到第四区间时钢结构会分别出现蓝脆现象、徐变现象、钢材节后塌落。由此可见，当钢结构所处环境的温度超过100℃时就必须对其作出相应的隔热保护措施，以增强钢材的抗热性能，避免钢结构受热发生变化。钢结构的防火通常有以下几种方法：设置防火墙、防火门；设置自动喷水灭火系统；独立水幕；设置防火带。其中设置防火墙是最简单有效且造价低廉的方法。一般在建筑高度不超过8m或者只需分两个分区的情况下，可设置自动喷水系统，使防火面积范围增加一倍，以此达到规范要求。
3.4温度伸缩缝设计要点分析。温度会引发建筑钢结构工程形变，使结构产生温度应力，因此需要设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的设置有两种：一种是横向设置温度缝，另一种是纵向设置温度缝，选择哪一种设置则根据具体建筑设计情况而定。温度缝的设置就把建筑分为了若干个温度区段，钢结构设计规范则决定了每个温度区段的长度。其中处理温度伸缩缝的方法又有两种即双柱设置法和单柱设置法，一般选择前者来处理。倘若设置的是纵向温度伸缩缝，可在屋架支座处设置一个滚动支座，倘若设置的是横向温度伸缩缝，则可在框架梁与檩条连接处采用槽钢夹板滑动方式或者椭圆孔滑动方式。
4 结束语
综上所述，基于钢结构建筑具有空间跨度大、结构性能突出、安装便利、工期短等特点，使得钢结构工程在现代高层建筑工程建设中的应用越来越普遍，而钢结构设计时面临的诸多问题又是不能忽略的，因此在钢结构设计的同时必须加强对其多方面的分析论述，才能充分保证设计的合理性，从而达到结构的安全性、实用性和有效性。
参考文献：
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[3]葛玉芹.探究建筑钢结构设计[J].中国科技博览，2015（25）
论文作者:朱李理
论文发表刊物:《防护工程》2017年第5期
论文发表时间:2017/7/11
标签：钢结构论文; 建筑论文; 结构论文; 温度论文; 钢结构工程论文; 塑性论文; 应力论文; 《防护工程》2017年第5期论文;