建筑鋼結構設計探討

周杰

摘 要：鋼結構本身具有強度高、塑性韌性好、制作簡便、施工工期短和工業化生產程度高等特性。隨著我國工業和民用建筑設計水平和施工水平的提高，鋼結構得到了廣泛的應用。

關鍵詞：建筑；鋼結構；設計原則；要點

一、建筑鋼結構的意義

通過將鋼板、熱軋型鋼材進行加工，便稱為建筑鋼結構的基本骨架。鋼結構相較于傳統的磚混結構，具有更高的強度與韌性，并且鋼結構內部組織較為均勻，制造加工難度較低。得益于建筑鋼結構的眾多優勢，使其在橋梁建設、民用建筑、工業廠房建設中得到了極為廣泛的應用。建筑鋼結構一定程度上促進了建筑節能領域的發展，鋼結構在使用過程中，具有良好的環保性，實現了我國可持續性發展戰略目標的達成。

二、建筑鋼結構設計的原則

鋼結構設計必須具有充足的強度、剛度以及穩定性，整體結構達到可靠和安全要求；結構應當滿足建筑使用的要求，具有較好的耐火性；設計結構方案盡量節省材料，減輕鋼結構自身重量；最好能夠縮短制造與安裝的時間，節省工作日；鋼結構構件應當方便維護和運輸；在有可能的條件下，盡可能保證美觀，尤其是外露結構，需要符合建筑美學的要求。按照以上原則，結合實際情況的各項要求，整體考慮結構具有的經濟性、設計特點和施工合理性等。

1、梁柱體系

平面一般利用梁柱普通體系。梁使用熱軋焊接鋼梁，焊接柱為箱型鋼柱，設計整個結構為剛性框架結構，由梁、板和柱承擔豎向荷載。框架中的梁和柱、梁和基礎全部按照剛性進行設計連接，現場利用高強螺栓與焊接共同發揮連接作用。

2、抗剪設計

計算分析表明，在整體水平荷載與地震力發揮作用下，上述局部結構體系的剛度比較弱，因此需要利用布置中心很好的抵抗水平上的荷載。鋼框架剪力墻結構系統中間部分的樓梯和電梯之間利用鋼筋混凝土剪力墻，以便能夠很好的抵抗水平外力造成的沖擊。

3、樓蓋體系

各層樓蓋通常使用鋼筋混凝土，按照結構計算樓蓋厚度為110mm，在計算結構中，該樓蓋具有足夠的厚度，符合無限剛性的平面假定。

三、鋼結構設計要點分析

1、鋼材等級的選擇

鋼結構建筑中的所用鋼材，應當符合屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎、冷拉、和硫、磷含量的基本保證；此外，對于焊接類結構，還應具有合格的含碳量。對于地震區的鋼結構房屋，鋼材除了上述要求外，還有具有 良好的沖擊韌性，符合抗震設計規范的相關規定，規范里面對鋼材的各項物理和力學指標都進行了詳細的規定。

2、樓面結構設計

樓面結構設計是鋼結構設計的要點之一，鋼結構房屋和混凝土結構房屋變形縫長度相差甚大，比如鋼結構框架房屋的溫度伸縮縫長度為120m，而混凝土結構房屋則為55m，鋼框架結構房屋采用混凝土樓蓋時，為了防止樓板裂縫，一般情況下，仍然采用混凝土結構房屋要求留設變形縫。只有遇到設置后澆帶，或者遇到減小混凝土溫度變化或收縮的可靠措施時，才可以增加伸縮縫的長度。對于壓型鋼板 混凝土組合樓蓋的設計，除了在鋼梁上焊接栓釘外，還要保證混凝土和壓型鋼板的良好連接，其措施主要是：在壓型鋼板上焊接橫向鋼筋；壓型鋼板的縱向波 槽；壓型鋼板上的壓痕、開的d， N或沖成的不閉合孔眼等于混凝土共同工作，保障該樓蓋的整體性和強度。

3、地基結構設計

地基結構設計是建筑結構設計的重頭戲，鋼結構設計也不例外，下面闡述下這方面的問題。基礎設計應該根據工程、水文地質條件、荷載大小及其分布情況、建筑物體型及功能要求、相鄰建筑地基情況、施工條件等綜合因素來考慮，選擇合理的基礎形式。砌體結構房屋應采用剛性基礎，如素混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎等，若基礎寬度大于2.5m，需運用柔性基礎，如鋼筋混凝土擴展基礎。當為多層內框架結構時，因無地下室、荷載較大和地基較差等原因，為增加基礎的整體性，通常采用交叉梁條基。若上述基礎仍不能滿足基礎強度要求時，需要采用筏式基礎。當為剪力墻結構且無地下室或有地下室，地基較好，無防水要求時，應選用交叉條形基礎，當有防水要求時，可采用箱形基礎或筏板基礎。

4、網架結構設計

鋼結構中經常遇到的是網架結構，設計人員通常將網架和下部結構分開設計、分開計算。先是假定網架支座剛度無限大，這時支座剛度均相同，順便計算出支座反力，然后再傳遞到下部結構上。事實上，下部結構通常是柱、梁或其他情況，不但剛度不大，且差別較大，與計算假定剛度無限大且剛度相同相違背，算出來的網架內力及支座反力與實際情況會出入很大，因為超靜定結構的網架內力和反力分配與剛度大小有關，網架和下部結構分開計算會造成誤差較大的的后果。但是，我們會說怎么也沒出現什么工程事故呢？原因 是鋼網架結構是高次超靜定空間結構，鋼材又是非常理想的彈塑性材料，個別桿件出現超載達到流限，會立即發生塑性內力重分布，不會造成桿件斷裂甚至破壞，但筆者認為，不能因為不出現工程事故，就認為在設計網架結構時，網架和下部結構分開計算是正確的，事實上，是嚴重違背了實際結構的實際受力情況的，與實際結構不符。

5、提高經濟性的技術措施

在鋼結構設計時，除了要有良好的結構穩定性設計措施外，還要滿足經濟性的要求，筆者根據自己的工作經驗，認為要提高建筑結構的經濟性，在設計上需要做好的工作有 ：

（1）正確選用各種系數以及功率因數

正確選用功率因數會影響到計算電流，順而影響電纜 （導線）和保護開關的大小；另外，需要系數的大小也會直接關系到計算電流，順而影響電纜 （導線）和保護開關的大小；與此同時，正確選用系數取值還會影響到變壓器大小的選擇，如果取值偏大，就得選擇大容量變壓器，就會造成將來變壓器運行時損耗的增大。因此在實際設計時，一定要事先調研實際中同類設備運行時的情況，合理選用計算系數，才能設計出較好的經濟性的建筑。

（2）盡可能的降低火災

自動報警設備的投資。火災自動報警及消防聯動系統的成本主要與探測器和模塊的數量有關，所以在設計中要盡量減少探測器和模塊的數量，這樣就可以降低火警設備的投資。另外，綜合布線系統成本的節約也與信息點有關，需要減少信息點個數，因此，在實際設計中務必要根據實際情況準確設計信息點個數，這樣方能節約投資成本，提高建筑物的經濟性。

（3）盡量減少低壓柜的出線回路

減少低壓柜的出線回路，是提高建筑物經濟性的技術措施之一，當我們設計一個工程的電氣時，首先要確定負荷的種類和位置，會把同一區域 內性質相 同的負荷，由低壓母線的一個回路供電，這樣不僅可以減少低壓柜的出線回路，減少低壓柜的臺數，還可以降低設備成本。因此，在這個意義上講，需要盡量減少低壓柜的出線回路，提高建筑物的經濟性。

結 語：人們的生活水平越來越高，對鋼建筑結構設計也提出了更高的要求。因此，要不斷提升鋼結構的設計水平，保證鋼結構設計質量，提高結構設計的安全性和工程造價的性價比，以推動我國鋼結構建筑行業的持續穩定發展。

參考文獻：

[1] 郭東海.鋼結構穩定設計的探討[J].黑龍江科技信息.2011（23）.

[2] 黃國斌.淺談建筑鋼結構及其穩定性設計[J].建材發展導向（下），2013（02）

關廣軍 汝明.鋼結構設計簡單步驟和設計思路[J].今日科苑 .2009（08）.

[3] 申海嘯 張玉生 蔡鵬.談鋼結構設計的一般過程[J].陜西建筑.2008（09）.

[4] 龔海龍 侯舒蘭.鋼結構穩定性設計的研究與分析[J].科技傳播.2010（13）.