鋼結構設計在房屋設計中的重要性與策略探討

張輝

武漢人和環藝建筑設計院有限公司 湖北武漢 430300

鋼結構具備質量輕、強度高、延性好等特點，并且其使用壽命較長，應用范圍特別廣泛。最近幾年以來，由于人們對建筑工程的要求逐漸提高，如何才能夠滿足現代人們的生活與生產需求，已經成為施工單位與設計單位面臨的主要問題。

1 建筑結構設計中鋼結構設計的重要性分析

在當今的建筑行業之中，所謂鋼結構，通過將各類鋼板進行科學焊接、熱軋等加工，讓鋼板形成施工所需鋼型。建筑鋼結構主要分為2種，分別是輕鋼與重鋼，其中，輕鋼的自重小，占地面積也特別小，主要應用在跨度比較小的建筑工程當中。與輕鋼相比，重鋼自重較大，雖然重鋼自重比輕鋼大，但是，和常規的鋼筋混凝土結構相比較來說，其優勢特別顯著，重點被應用在跨度特別大的建筑工程項目當中。鋼結構設計作為建筑結構設計的重中之重，不僅對建筑項目的質量有影響，而且影響著我國建筑行業的發展方向[1]。從建筑結構設計角度來考慮，該類設計不僅需要設計人員具備良好的空間想象能力，而且其專業技能要過關。與混凝土結構設計相比，鋼結構設計難度比較大，設計者要具備多年工作經驗，遵守國家設計規范進行設計，并結合建筑工程項目的具體施工工況，明確鋼結構設計重點，在提升鋼結構設計質量的同時，減少鋼材損耗。

2 鋼結構在房屋結構設計中的常見問題分析

2.1 鋼結構的穩定性問題

鋼結構的穩定性缺陷問題主要分為兩大類，一是幾何缺陷；二是力學缺陷。幾何缺陷主要包括：鋼結構構件的初始彎曲、初始偏心及板件的初始不平度等，幾何缺陷主要是以附加應力的形式影響鋼結構的力學性能，使其剛度降低，承載力減弱。力學缺陷通常是指：初始應力和力學參數的不均勻性，其中殘余應力是影響最大的力學缺陷，殘余應力在構建截面是自相平衡的，但是殘余應力的存在會導致部分構件截面直接進入屈服，失去剛度，導致鋼結構整體穩定性降低。

2.2 鋼結構腐蝕問題

因為鋼材料容易發生腐蝕，在具體的使用過程當中，鋼結構經常被腐蝕，在濕度較大的施工環境之中，鋼結構腐蝕現象會特別的嚴重，一旦鋼結構發生腐蝕，結構內部的各個構件承載力明顯下降，發生大規模安全事故的發生增加。針對鋼結構混凝土屋架結構特點能夠得出，因為鋼結構腐蝕出現的倒塌事故發生概率能夠達到40%。

2.3 鋼結構設計防火問題

在鋼結構建筑中，使用的建材主要以不易燃燒的鋼材為主，但是鋼材在溫度達到一定數值時，便會發生斷裂，將會影響到整個建筑結構的安全性能，存在極大的安全隱患。所以鋼結構中，火災是最大的安全隱患[2]。所以在鋼結構作為建筑材料的使用中，要考慮到用輔助材料對于鋼結構的耐火性進行加強。傳統的鋼結構防火設計使根據火災性能確定耐火等級，同時根據耐火等級確定鋼結構材料的耐火極限和燃燒性能，最終根據耐火試驗確定參數，選擇鋼結構的防護材料和構造方法。目前根據最新的設計理念設計階段可以采用TS-TC耐火設計方法按照耐火等級確定耐火極限t，求出構建臨界溫度Ts后，以t、Ts為控制條件求出構件保護層厚度，進行耐火涂料厚度設計。

3 鋼結構房屋結構設計的具體措施

3.1 加強鋼結構的防護性設計

鋼結構的防護性設計主要根據腐蝕的原理進行防腐設計，剛結構的防腐蝕處理可以有以下兩個方面進行設計：一是設計階段的原材料選擇直接選用耐候鋼，這樣可以在根源上加強鋼結構的防護性能；二是在設計階段明確鋼結構表面要進行熱鍍鋅、熱噴鋁（鋅）復合涂層進行表面處理。同時在鋼結構設計中可以增加缺陷責任期處理設計，要求在鋼結構采用涂層法進行維護處理。對于明顯環境惡劣暴露部位的鋼結構，設計階段可以進行極陰設計，使鋼結構能夠得到保護。這樣可以在設計階段就能夠加強鋼結構的防護性能。

3.2 提升鋼結構的穩定性

為了保證建筑鋼結構的可靠性、穩定性得到雙重提升，設計者要嚴格遵守有關規定與條例進行設計，避免鋼結構出現大規模失穩現象。例如，在平面結構當中，設計人員要提前進行鋼結構平面穩定性計算，保證結構布置更為合理，并適當增加構件，對鋼結構進行全面的穩定性控制，保證結構計算簡圖更為科學。在進行框架柱穩定性計算時，設計者需要選取合理的穩定參數。穩定參數選取完畢后，經過全面的計算，方可確定最終的鋼結構設計方案。

3.3 鋼結構的防火耐熱性能

鋼材雖然有很大的硬度，但是它的耐熱性能并不高，當達到一定高溫時，鋼材會發生斷裂。因此可以使用降溫輔助設備來保證鋼材的穩定性。可以利用溫度感應裝置和噴水裝置相結合，當鋼結構材料周圍溫度達到一定程度時，就會觸發溫控裝置來讓噴水裝置噴水，來降低鋼結構周圍的溫度，以此來保證鋼結構的性能。避免因高溫致使鋼結構斷裂造成房屋坍塌。

3.4 選擇合理的結構模型

對鋼結構性能有影響的因素不只是原材料的選擇，還包括建筑模型的結構。鋼結構在使用中，可以分為網狀鋼架、框狀鋼架、平面鋼架，它們具有不同的使用作用。在實際的使用過程中，要根據建筑物的實際需求，來選用不同的模型，進行科學的設計。將鋼結構的性能發揮到最大[3]。

4 結語

通過對建筑結構設計之中的鋼結構設計要點進行綜合分析，能夠保證建筑項目結構更為可靠，建筑結構設計更加合理。鋼結構設計者在具體的設計工作當中，要不斷創新，定期更新原有的結構設計理念，保證鋼結構設計過程中的問題得到徹底解決，進一步提升建筑工程的美觀性。