建筑結構設計中鋼結構設計的重要性與方法

摘要：鋼結構以其獨有的穩定性、使用壽命長以及內部結構牢固等特性成為使用率最高的建材之一。而隨著人們對建筑結構更高要求的提出，建筑施工單位對鋼結構的設計也有了更多的設想，然而鋼結構設計存在諸多問題，基于此，下文主要針對鋼結構設計進行分析。

關鍵詞：建筑結構設計；鋼結構設計；重要性與方法

1、當前建筑結構設計中的鋼結構設計分析

1.1鋼結構失穩分析

通常，鋼結構失穩應該分成兩個方面來進行分析，一個是局部出現了失穩的現象，而與之對應的就是整體的失穩，在這一過程中需要注意的一點就是鋼結構整體失穩的狀況通常都是由結構本身的局部失穩現象造成的。特別是當受彎部分的尺寸大小發生了改變或者是其超出了一定的范圍之后，就非常容易出現失穩的情況，鋼結構失穩的情況是由多種因素共同影響而形成的，在這之中最為顯著的一個特征就是設計者在設計的過程中沒有對其自身的支撐作用予以充分的考量，而這也成為了結構出現失穩現象的一個十分重要的原因。局部失穩通常就是指當鋼結構所處的吊裝位置出現了一定的變動時，網架和桁架在整體受力方面都會產生非常明顯的變化，這樣一來也就非常容易出現失穩的情況。籠統的來說，只要建筑結構當中有鋼結構的存在，就會出現失穩的隱患，因此在工程設計和施工的過程中，工作人員必須要對此予以高度的重視，做好一切有效的防護措施，只有這樣，才能更好的保證工程設計和施工的質量和水平。

1.2腐蝕問題分析

鋼結構自身并沒有非常好的抗腐蝕性，特別是在潮濕的環境當中，如果其處在有侵蝕性的環境里面，鋼材就會在很短的一段時間之內就發生生銹的情況，這樣就使得構件和結構的承載力都發生了非常大的轉變，相關的研究和統計表明，鋼屋架倒塌事故占所有事故類型的比重在逐年上升，同時在這些事故中，許多都是因為結構腐蝕嚴重，長期得不到維修所導致的。

1.3鋼材受溫度的影響明顯

眾所周知，鋼材性能隨溫度升降而變化，耐溫性較差，當溫度達到430-540℃之間時，鋼材的屈服點、抗拉強度和彈性模量將急劇下降，失去承載能力。用耐火材料對鋼結構進行必要的維護，是鋼結構研究的一個重要課原地垂直塌落，形成\"扁餅\"效應。這起震驚世界的事故，其直接原因是火災。建筑物的耐火能力取決于建筑構件耐火性能的好壞，在火災發生時其承載能力應能延續一定時間，使人們能安全疏散、搶救物資和撲滅火災。

2、鋼結構概述及其在建筑結構設計中存在的問題

2.1鋼結構設計質量不高

鋼結構設計的任務相對繁重，而且相關項目的設計費用較高，在一定程度上增加了鋼結構設計的難度，所以很多設計人員都不愿意接這類工作。 此外，有些設計單位缺乏鋼結構設計的實踐經驗，往往將鋼結構設計進行分包，一旦分包單位設計資質欠缺，就會給鋼結構的設計帶來安全隱患。 另外，當前的設計市場沒有相關法律的約束，也沒有相應的監督，導致嚴重的后果，如工程事故的發生。

2.2參與建設人員的素質相對不高

鋼結構設計工作本身就是一項任務繁重的工作，而當前建筑鋼結構設計行業又普遍存在設計人員專業素質缺乏的現象，這更加突出了鋼結構設計的問題。除了設計人員的專業素質缺乏之外，施工單位往往也存在施工人員和高層管理人員缺乏專業素質和職業素養的現象。不論是什么工作，工作人員都是保證工作質量的關鍵所在，而鋼結構設計工作更是如此。所以，建筑企業必須認識到這一問題的重要性，積極提高當前鋼結構設計人員和施工人員以及高層管理人員的專業素質和職業素養。

2.3鋼結構設計方案缺乏深度

承接單位和設計單位的分包，在很大程度上降低了設計的深度，甚至有些設計方案不能滿足原設計的要求，例如柱腳設計的錯誤。 埋入式、外包式、外露式是柱腳設計的主要類型，外露式主要在民宅中應用，底板的彈性和塑性變形決定了柱腳的剛度，所以底板出現變形就會造成鋼結構的變形，設計人員如果不充分考慮這些問題，不進行內力分析，預留位移角限度值，一旦出現地震災害時，就很容易破壞柱腳節點，損壞建筑物。

3、建筑結構設計中鋼結構設計的方法

1）在符合鋼結構設計的一般原則前提下，要保證鋼結構的穩定性還需滿足以下條件：鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩定性要求整體考慮，目前鋼結構大多是按照平面體系進行設計，如桁架和框架、保證平面結構不出現平面外失穩，要求平面結構構件的平面穩定計算需與結構布置相一致，如增加必要的支撐構件等。實用計算方法所依據的簡圖與結構計算簡圖保持一致中層或多層框架結構設計框架穩定分析通常是省略的，只進行框架柱的穩定計算、由于框架各柱的桿件穩定計算的常用力法、穩定參數等是依據一定的簡化典型情況或假設者得出的，因此設計者要能保證所有的條件符合假設時才能應用。

2）設計人員進行建筑結構設計中鋼結構設計時，應該充分考慮到防腐蝕的問題。這是因為鋼結構在實際的使用過程中，為了保證建筑物外觀整體的美感，施工人員通常都會對其進行噴鋅或噴鋁。但是，由于鋅、鋁都是化學物質，具有較強的腐蝕性，在噴抹過程中，勢必會對鋼結構造成一定的損壞，這就需要在鋼結構外部涂抹一層防腐結構，以此來保護鋼鐵不被腐蝕。

3）設計過程中就應考慮防火災。鋼結構的防火保護有多種方法，這些方法主要有：鋼結構防火涂料保護、防火板保護、混凝土防火保護、柔性卷材防火保護、耐火鋼、結構內通水冷卻等。選擇鋼結構的防火設計時，應考慮下列因素：鋼結構所處部位，需防護的構件性質；鋼結構采取防護措施后結構增加的重量及占用的空間；防護材料的可靠性；施工難易程度和經濟性。

4、結語

總而言之，在建筑工程結構設計中鋼結構設計至關重要，建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結構合理，安全可靠。一是所做結構設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩定性，有良好的耐久性；二是所設計結構應盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時間，應便于運輸、便于維護，減少成本；三是盡量注意美觀，對于外露結構有一定建筑美學要求。

參考文獻：

[1]王靖，張恒飛，徐子茵.淺談我國高層建筑鋼結構[J].科技致富向導.2011（26）

[2]劉金武，石軍.論高層建筑鋼結構的設計步驟及思路[J].民營科技.2008（08）

[3]王俐杰，王艷艷.論高層建筑鋼結構的設計步驟及思路[J].民營科技.2010（06）

[4]魯鑫.淺議建筑鋼結構設計[J].中小企業管理與科技，2012，（7）.

[5]雷宏鋼.鋼結構事故分析與處理[M].北京：中國建材工業出版社，2003.