摘要：钢结构在现代高层建筑中得到了广泛的运用，具有材料强度高、重量轻、跨度大、施工速度快、造价低、抗震性能优越等特点。钢结构给我国的建筑带来许多便利的同时还存在着许多的安全隐患，例如在钢结构方面的设计不足。本文分析了钢结构建筑设计问题，并进一步提出了优化措施，以供参考。
关键词：建筑；钢结构；设计
引言
随着经济的快速发展，钢结构建筑开始兴起，与传统的钢筋混凝土结构住宅相比，尽管传统钢筋混凝土结构造价较低，但是随着钢结构技术的进步，两者差距日渐缩小。钢结构建筑能更好地满足大开间灵活分隔的要求，节能效果好，延性好、塑性变形能力强，建筑总重轻、轻度高，施工速度快，环保效果好。结构住宅的建筑设计是钢结构住宅设计的一个非常重要的构成，钢结构住宅一方面要将钢结构建筑的特点全面的体现出来，另一方面也要能够使多样化的住宅功能的需求得以满足，所以，必须将钢结构结构体系的矛盾合理的予以解决。因此我们必须提高高层钢结构建筑设计水平，在进行高层钢结构建筑设计时应该在借鉴前人在传统建筑上的经验，也要结合高层钢结构建筑自身的特点进行具体设计。
1.建筑钢结构设计现状及问题
1.1设计人员素质有待提高
从当前的设计人员素质来看，参差不齐，整体专业素质亟待进一步提升。专业技术的缺乏必然会对钢结构的运用以及发展等造成很大影响。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。由于对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，有的设计单位缺乏钢结构设计经验，在设计中就必然会带来诸多安全隐患。
1.2设计层层转包造成设计质量下降
当前各大设计院的设计任务相当繁重，所承揽的工艺及综合专业部分设计收费较高，而钢结构部分却是费工费力收费低，不愿意承接钢结构设计任务，或者缺乏钢结构的设计经验，故往往将钢结构部分分包给另一单位。层层转包的另一表现为“借用”资质，一些无资质的单位，拿到工程后，用买来的图标搞设计，使设计质量存在重大隐患。如不规范市场，严格资质管理，会造成严重后果。
1.3钢结构设计方案与具体施工有出入
高层建筑在建设的时候难免发生一些突发情况，需要不断的调整设计方案。而钢结构材料的应用中出现这种情况的现象尤为突出。面对设计方案与具体施工情况的出入，建筑设计师需要在设计的时候更加严格要求，提前考虑并预防此类现象的发生。
2.建筑钢结构设计优化措施
2.1钢材强度
构件设计第一步即是选择材料，而经常使用的钢材主要有两种，一个是Q235钢，适合于稳定控制时使用；另一个是Q345钢，适合在强度控制作用时使用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了方便工程管理，主结构一般采用单一钢种。目前主流的结构计算软件（PKPM，Midas，SAP2000等），都提供截面验算的后处理功能；部分软件可以将不通过计算的构件，从给定的截面库里选择加大一级的截面自动重新验算，直至通过，如SAP2000等。通过截面优化设计功能，虽然使工作量被大幅降低。
2.2基础设计
高层钢结构建筑中的基础设计，需要综合进行建筑场地的地质状况、上部结构的类型的考虑，保证建筑物不会出现过于严重的沉降或者是倾斜，使建筑物的正常使用要求得以满足。还要特别关注相邻建筑物之间的相互影响的问题，特别是周围的高层建筑，比较适合选用筏形基础，如果有必要可以采用箱形基础。如果地质条件比较好、荷载又比较小，还能使地基承载力和变形要求得以满足的时候，也可以选用交叉梁基础或者是其他基础形式。
2.3抗震性能设计
高层建筑结构的设计必须使每个位置的刚度都能确保对称和均匀，其平面形状也要确保规范和简单；且应优先选择对建筑地震有利地段，尽量避开对建筑地震不利的地段。由此可见，在进行高层建筑结构设计的时候，要尽可能地将建筑刚度的中心点与地震力作用的中心点一同进行设计，在正常的情况下，偏心距e要小于与外力作用线垂直的建筑物边长的5%。高层建筑物一般都有较大的体积和吨位，如果没有较好的抗震效果，那么一旦有地震或者其他使之震动的因素出现，就会造成非常大的损失。为了避免发生灾难，必须做好高层建筑的抗震性能的设计。
2.4基本构件设计
构件的基本形式主要分为线性、平面和空间构件，为使钢结构高层建筑适应不同需求，在实际设计中采用多种结构体系。第一，线形构件设计，线形构件主要是承受轴向压力或拉力，不能作为独立的构件承受荷载，所以设计线性构件组成框架-支撑体系、框架-剪力墙体系的基本构件。第二，平面构件设计，平面构件具有较大横截面宽厚比的片状构件，它主要作为楼板或墙体使用，平面构件在平面方向的刚度和承载力比较小，所以设计平面构件组成框架-剪力墙体系、框架-核心筒体系的基本构件。第三，空间构件，空间构件横截面尺寸较大、壁厚较小，它在高层建筑结构中主要用作竖向筒体或巨型柱使用，空间构件在水平荷载下的侧移较小，所以设计空间构件为框筒体系、筒中筒体系、束筒体系、支撑框筒体系、大型支撑筒体系及巨型结构体系中的基本构件。
2.5节点设计
在钢结构的体系中，钢结构的节点设计包括梁-粱、柱-柱、梁-柱、钢柱柱脚、钢梁与混凝土构件连接等诸多节点，其重要性与构件设计是一样的，因此要予以高度重视。设计的时候必须保证节点的安全性和可靠性，同时尽可能的通过简捷、稳定、可靠的施工工艺的采用，使现场的焊接连接得到适当的减少或者是避免。钢节点的形式一般按照传力的特性可以划分为三大类，即铰节点、半刚性节点、刚性节点。除了半刚性节点之外，另外的两种形式由于其受力性能和施工工艺都已较为成熟，所以在建筑工程中的应用相对要广泛一些。在进行梁-柱节点设计的时，结合工程的实际情况，从结构的具体设置分析，多层房屋的建筑钢结构柱，一般都是采用焊接箱型或工字型截面，虽然铰节点的形式相对简单施工比较方便，但是却加大了梁跨的弯矩，使用钢量增加，经济性削弱；刚性节点的构造比较复杂，但是能够有效的使跨中弯矩降低，但需现场焊接量。
2.6钢结构设计中的防腐设计
建筑材料中，钢材受自然因素的影响是比较大的，如果在室外环境中暴露的时间比较长，就会受到锈蚀，不仅影响钢材的外观，也会严重影响到钢材的质量。钢材如果受到腐蚀，其有效厚度就会减小，进而产生应力的集中，而钢结构应力又比较小，这里涉及的钢结构应力比涉及到三个方面，分别是作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值、平面内稳定应力比和平面外稳定应力比。当钢结构应力比超过既定限度的时候，钢结构就会失去应有的稳定性，建筑物倒塌的可能性就增大了。因此，在钢结构建筑设计中必须高度重视钢材的防腐问题。如今，钢结构建筑设计中的防腐问题的解决，主要就是通过防腐涂料的涂抹来进行。设计人员会结合钢结构建筑的实际要求进行合适的防腐涂料的选择，同时必须要求施工人员在施工中的操作必须符合相关的要求和规范。
3.结语
总之，钢结构从方案设计、施工图设计到最后的深化详图设计到车间加工乃至现场施工安装，各个环节都需要得以重视。一个优秀的钢结构建筑，离不开设计、制作、安装等方面的协同配合——合理的结构，适用于工厂制作以及现场安装的连接方式，最重要的是在满足规范条件下拥有良好的经济性。所以钢结构设计者不仅要有较强的计算分析能力，还有了解常用材料的特性，连接节点的传力方式，制作安装的整体流程，以及一定的焊接知识。
钢结构设计是一门综合性较强的工作，必须身体力行，最终才能形成一件优秀的钢结构作品。钢结构设计人员需对钢结构性能充分认识，提高自身素质，才能适应日新月异的技术发展与进步。
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论文作者:金璐磊
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/15
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