淺談鋼結構設計思路和步驟

江雄斌　黃家山

摘 要：近年來，隨著建筑行業的快速發展，鋼結構在城市建筑中得以廣泛應用。相對于傳統的鋼筋混凝土結構，鋼結構自重較輕，材料強度較高，具有較好的抗震性能。而且利用鋼結構進行施工時，過程簡單方便，施工周期較短，具有良好的經濟效益。文中從鋼結構設計原則入手，對鋼結構設計思路和步驟進行了分析，并進一步對鋼結構設計過程中需要注意的問題進行了具體的闡述。

關鍵詞：鋼結構；設計原則；設計思路；步驟；注意問題

前言

隨著鋼結構在建筑中的應用，由于其自重小、鋼度大，而且基礎造價較低，具有良好的抗震性能，所以在一些高層、超高層、大跨度、體形復雜及荷載較大等結構中應用較為廣泛。由于鋼結構應用越來越廣泛，所以我們需要對其設計思路和步驟進行掌握，確保鋼結構設計的經濟性和安全性。

1 鋼結構設計原則

在鋼結構設計過程中，穩定性作為非常重要的問題需要在設計時給予充分重視。一旦鋼結構設計中出現失穩現象，則會導致嚴重的事故發生，帶來較大的經濟損失。設計過程中出現失穩事故大致來自兩方面的原因。首先，新型鋼結構近年來發展較快，特別是網架和網殼結構的出現，對這些新型結構部分設計人員缺乏了解，在設計時不能有效的對其進行掌握。其次，設計人員自身經驗缺乏，對鋼結構和構件的整體穩定性了解得不夠清晰，從而導致鋼結構設計中經常會出現一些較為薄弱的環節，導致嚴重的經濟損失發生。為了確保鋼結構在設計過程中具有較好的穩定性，需要在實際設計中根據鋼結構的特點，嚴格遵循設計過程中的基本原則。對于整體結構細部構造及構件的需要進行穩定計算，而且細部構件及構件之間需要做好配合工作。結構布置需要全面考慮，確保整個體系的組成部分都能夠滿足穩定性的要求。

2 鋼結構設計思路和步驟

2.1 鋼結構的形式與布置

鋼結構具有多種結構形式，通常以框架、平面架、網架、索膜、輕鋼以及塔桅等為主，而且每一種結構形式都具有自身的獨特性，這就需要在選型時根據各自的優缺點來進行，針對于實際需要選擇適宜的結構形式。同時在鋼結構布置時，需要針對體系特征、荷載分布情況及性質進行全面性的綜合考慮。

2.2 截面的選擇

需要提前對梁面及支撐斷面的形態和尺寸進行初步估算，需要根據荷載及支座的具體情況來確定鋼梁的截面高度，合理進行跨度選擇。根據梁間側向支柱的間距來對緣的寬度進行確定，根據長細比來對柱截面進行預估，確保選擇值的科學性和合理性。

2.3 結構分析

在鋼結構設計過程中，通常有杉線性彈性分析來作為結構分析，只有當和構件允許時才會考慮P-△，P-δ。利用有限元軟件可以對幾何非線性及鋼材的彈塑性能進行考慮，可以為精確分析結構奠定良好的基礎。但在鋼結構設計過程中，當結構較為復雜時，則需要建模運行程度，同時還要進一步對結構進行詳細的分析。當結構較為簡單時，可以利用手算來對其進行分析。典型結構在對其內力和變形進行確定時，可以直接通過工具書來獲得。在對鋼結構進行分析時，需要充分的對建筑物的穩定性和安全性進行考慮，特別是對于多層建筑鋼結構，需要布置一定數量的支撐，從而有效的減少建筑物層間位移的發生。

2.4 構件設計

在構件設計時，需要合理進行材料的選擇，通常會采用Q235和Q345鋼結構材料。為了確保構件設計能夠具有較好的經濟性，則需要選擇不同強度鋼材的截面組合。當前在鋼結構鋼件設計時，多會采用單一的鋼種作為主結構。而且結構軟件的應用可以對設計中的結構進行全面的優化，并能夠對優化后的截面進行調整，確保其能夠達到要求的標準。另外在構件設計時還需要重視模型建立和部分計算參數。

2.5 節點的設計

在進行節點設計時，通常會采用等強設計和實際受力設計兩種方式進行節點連接，為了能夠有效的提高節點設計的安全性，可以利用等強設計法來對焊縫及螺栓連接進行設計。結構焊接作為設計的核心所在，可以采用直角焊接和斜角焊接兩種方式。而且節點設計中，通常以焊接、栓接、連接板及梁腹板等內容為主。在設計時還需要對現場定位、臨時固定施工的便利性等問題進行全面的考慮。在對焊接焊縫尺寸和形式進行選擇時，需要嚴格按照相關的規范進行，確保選擇的合理性。在選用焊條時，需要使其與被連接金屬材質相適應。而且由于傳力特點不同，所以節點連接可分為剛接、鉸接和半剛接幾種形式。需要對節點的連接形式進行準確判斷，從而確保整體設計的安全性和合理性。

2.6 圖紙的編制

在鋼結構設計過程中，其出圖主要分為設計圖和施工詳圖兩個部分。

（1）在對施工圖進行編制過程中，需要以設計圖作為編制依據，并能夠準確的對施工圖中各項數據及參數進行表示，為施工詳圖的編制奠定良好的基礎。在鋼結構設計過程中，需要能夠準確的領會設計者的意圖，對于主要材料需要以列表的形式將其體現出來。

（2）施工詳圖即加工圖或是放樣圖，施工詳圖在編制時其深度需要能夠有效的與車間直接制造加工的要求相符，而且需要單獨對不完全相同的構件進行繪制，同時還要將詳盡的材料表作為附件。

3 鋼結構設計過程中注意問題

（1）整體分析與優化設計。鋼結構設計時，在對分析模型進行選擇時，需要其能夠與實際工作狀況盡量做到相符，不能隨便對計算模型進行簡化，而且對于空間問題也不能隨意將其簡化為平面問題。在對鋼結構進行設計時，需要盡可能的做到設計理念的優化，充分的考慮次構件的作用，同時還要確保設計時鋼結構的安全性和經濟性能夠得到有效的保障，有效的實現工程成本的降低。

（2）對整體剛度進行有效控制。在鋼結構構件截面設計過程中，其主要考慮的因素并不是穩定條件和強度條件，而是結構的整體剛度條件。特別是在一些大跨度結構中，當其是由薄壁構件共同構成時，更需要對結構的整體剛度進行深入的分析，確保能夠達到良好的設計效果。

（3）不僅需要確保計算模型具有較好的精確性，而且還需要有效的保證結構的可靠性。鋼結構材料有較好的彈塑性，組織具有均勻性的特點，能夠與當前一些計算方法具有較好的符合性。鋼結構構件的連接模型與實際情況具有較好的符合性，在對其進行計算時，受不確定因素影響較小，所以需要保證計算模型的精確性和結構的可靠性。

（4）對于鋼結構設計過程中的節點構造，由于其具有較強的復雜性，所以在具體設計過程中需要對節點的連接和構造進行充分的考慮，明確其受力情況、建筑要求、構件截面形式及連接方法等問題后，然后再對節點構造的形式的合理性和適用性進行確定。

4 結束語

隨著科學技術的快速發展，近年來，鋼結構設計理念更新的速度也較快，這對于我國鋼結構的發展起到了積極的推動作用。雖然當前我國鋼結構設計水平與發達國家還存在一定的差距，但在眾多工作者的不斷努力下，我國鋼結構水平勢必會取得了較快的提升，能夠在最短的時間內確保設計目標的高質量和高水準，為我國鋼結構的發展奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]張斌.論高層建筑鋼結構的設計步驟及思路[J].中國新技術新產品，2009（1）：119.

[2]鋼結構設計手冊編輯委員會.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3]潘文輝.淺析鋼結構設計的簡單步驟[J].廣東建材，2011，26（6）：183-185.