建筑鋼結構工程設計及其注意事項

霍劍峰

摘 要：近年來，鋼結構在建筑工程中的應用越來越廣泛，并且取得了非常不錯的應用效果。不過在實際的應用過程中，也有因為鋼結構工程的設計工作做得不到位，導致鋼結構建筑出來穩定性不足的問題，這嚴重影響到了使用者的生命財產安全。為了確保建筑鋼結構工程的建設具有更高的質量，需要在進行鋼結構工程設計的時候，嚴格地按照相應的規范和標準進行設計，并做好相應的設計要點工作，從而為使用者提供更加安全、可靠的鋼結構建筑。

關鍵詞：建筑；鋼結構工程；設計；注意事項

1 建筑鋼結構設計

1.1 鋼結構的詳圖設計

由于建筑鋼結構的施工主要是根據鋼結構的詳圖設計來進行的，因此為保證建筑鋼結構工程的質量，首先就需要做好鋼結構的詳圖設計工作。為了保證詳圖設計的質量，需要設計人員充分了解和掌握鋼結構的組成、所采用的焊接技術，并且對于資深的設計人員進行溝通，從而確保將鋼結構的詳圖設計工作做得更好。

1.2 建筑鋼結構工程的穩定性設計

做好鋼結構的詳圖設計之后，還需要保證建筑鋼結構工程設計的穩定性。而要想實現這一設計目標，需要保證鋼結構整體的設計質量，只有鋼結構整體具有足夠的剛度和強度，才能保證建筑鋼結構工程具有更高的穩定性。因此，在實際的設計過程中，需要對建筑鋼結構工程的整體剛度以及穩定性方面的系數進行準確地計算，目前在實際的計算過程中常采用的方法主要有折減系數法和臨界壓力求解法這兩種方法。在得出鋼結構的剛度和強度系數之后，將其應用到建筑工程中的時候需要努力尋找最佳的平衡狀體，從而能夠使得建筑鋼結構工程整體具有更好的穩定性。

1.3 鋼結構設計中不同軟件對比

建筑鋼結構設計領域較為推崇的代表軟件有上海同濟大學土木工程學院開發的空間鋼結構桿系系統3D3S軟件及中國建筑科學研究院開發的鋼結構設計軟件STS.國外軟件較為著名的是美國BENTLEY公司的鋼結構設計軟件STAAD/CHINA及SSDD.其中SSDD可按中國現行規范進行設計。3D3S及STS軟件作為結構力學精確計算程序，建模時沒有較多的條件限制，能真實反映實際結構力學模型。而STAAD/CHINA及SSDD軟件除進行結構分析外，還能對結構分析進行優化設計，做到工程智能化設計。STAAD可選擇國內外不同規范對結構設計，可進行涉外工程設計，應用范圍廣。幾款軟件各有特點。3D3S優點是與AUTOCAD完全接口，許多命令與AUTOCAD類似，簡單明確易于掌握。同時后處理功能比較完善，可生成一系列施工圖、節點圖、材料表等。STS優點為操作簡單、界面友好，是PKPM系列軟件的一個模塊。對如門式鋼架、多高層鋼框架、排架及支架結構等常用結構建模方便，常用結構后處理功能強大。節點設計后進行梁、柱節點并歸，并繪制梁、柱及節點大樣圖。STAAD特點為國際國內知名度高，擁有20萬用戶。分析功能強大，可采用線性、非線性、動力分析等多種方法。軟件精確度高，通用性、適應性強，是中國輕鋼設計領域的優秀軟件。設計師在使用軟件時要了解程序中的理論和假定，同時應具有知識、經驗、洞察力這樣的才能。不能完全依賴軟件，要在保證結構安全的同時，能采用更為合理的結構方案。

2 建筑工程鋼結構設計方法

在建筑工程鋼結構設計時，采取的方法較多，較為常用的有以下幾種設計方法。

2.1 塑性設計法

當建筑物的結構構件塑性性質以及強度比標準荷載的構件乘以安全系數要高的時候，在構件的內力結構分析中通常就會采用塑性設計法。這一方法有一定的優點，主要表現在其結構進入到塑性之后能夠允許進行內力的重分布，但必須要注意，其結構和構件需要具有足夠的延性，并且要在設計過程中根據實際需求，嚴格限制翼緣以及截面腹板的比例尺寸。

2.2 容許應力法

容許應力法在設計應用的過程中也需要堅持一定的原則，具體來講，要求其結構計算應力需要比結構構件設計中規定的容許應力要小。在結構構件應力計算時，一定要按照規定的標準荷載進行設計，計算是以一階彈性理論得到的，是以一個去除材料并且大于1的安全系數的極限應力或者是屈服應力確定的。這一設計方法存在一定的缺陷，在應用過程中需要根據實際情況科學選擇。

2.3 極限狀態法

極限狀態法的出現，能夠有效解決上述兩種方法中存在的缺陷，更好的提升設計質量。極限狀態法采用荷載分項系數和抗力替代單一安全系數。在荷載作用之下，結構能夠在一定的周期內達到兩種極限的狀態，即正常使用狀態下的極限狀態以及承載能力極限狀態。后者所對應的是結構的安全性，主要指的是結構的斷裂、塑性變形等引起的結構破壞。極限狀態是當前建筑工程鋼結構設計中應用最為廣泛的設計方法，其能夠有效提升設計質量，確保建筑鋼結構的穩定性。

3 建筑鋼結構工程設計的注意事項

3.1 建筑鋼結構工程設計過程中的鋼材選擇

建筑鋼結構工程設計過程中的選材非常重要，主要是因為：（1）我國鋼鐵工業迅速發展，鋼材的種類繁多，要從眾多的鋼材種類中選出適合某種建筑工程的鋼材是有難度的；（2）目前鋼結構建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對鋼結構的強度、變形度、疲勞應力等方面的要求也不一致，因此選擇合適的鋼材顯得至關重要，否則就不能發揮出鋼結構建筑的功用。

3.2 判斷建筑鋼結構的適用性

當前鋼結構主要用于跨度和荷載較大、體型復雜的高層建筑中。要求其能夠承受較高的溫度、方便拆卸、能夠承受大幅度的振動、密封嚴實，因此在鋼結構設計之前必須要對這些方面進行全面的分析，考慮所設計的鋼結構是否適用、能否滿足要求。

3.3 加強對建筑鋼結構受力體系以及細部節點的設計

建筑鋼結構工程設計方案確定后，需要立即對鋼結構的受力體系以及細部節點進行具體的計算和完善。首先基于鋼結構受力體系設計而言，當前很多鋼結構都是采用的桿系結構，這種結構要求鋼材強度大、截面尺寸?。辉谏a的時候可以在現場組裝、構件之間的約束作用小。因此其設計的重點是保證構件節點之間的連接穩固性。其次對于鋼結構建筑的細部節點設計來說，鋼結構建筑的設計要求細致且設計內容復雜，都需要對細部節點進行嚴格的設計。

4 結束語

鋼結構具有空間跨度大、造價低、結構性能突出、安裝便利等優勢，使得鋼結構的應用越來越普遍。與混凝土相比，它有自重輕、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的優點。隨著城市化建設的快速推進，工業化的發展，高層及大型建筑越來越多，使得鋼結構應用日益廣泛。

參考文獻：

[1] 邢立濤.淺談鋼結構設計中的穩定性分析[J].科技傳播，2010（16）.

[2] 常鳳杰.鋼結構設計簡單步驟與設計思路[J].黑龍江科技信息，2011（2）.

[3] 張展飛.建筑鋼結構工程設計及質量安全策略分析[J].建筑工程技術與設計，2015（15）.