建筑钢结构设计中应注意的问题分析

建筑钢结构设计中应注意的问题分析

摘要：中国经济的发展，带动建筑结构的历史性飞跨。而建筑钢结构设计中出现的问题越来越被人们所重视。提升建筑钢结构的质量，确保建筑的安全可靠运营对我国经济发展起到了重要作用。本文主要对建筑钢结构设计相关问题进行了简要分析。

关键词：建筑钢结构；钢结构设计；问题

引言

钢结构是建筑的一个分支，是住宅建筑的重要组成部分；由于钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工业化程度高、质量易保证、建筑布局灵活合理等优点，使其作为一种最具备“环保、节能、工厂化”的新型结构体系，在21世纪继续得到迅速发展。

一、钢结构设计原则

近年来，在钢结构设计中经常出现失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。所以根据稳定性问题在实际的钢结构设计中的特点，以及未来更好的保证钢结构设计中构件不会丧失稳定性，设计过程中应严格遵守以下三条基本原则：保证整体结构的细部构造和构件的稳定计算，二者必须相互配合，相互统一；在进行结构布置时，必须从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算起着相当关键的作用。

二、钢结构设计应用

钢结构住宅设计有低层和高层之分，低层一般用于别墅、高层用于公寓。钢结构以其自重轻、强度高及工业化程度高等优点，在建筑工程中得到广泛的应用。大部分钢结构优化设计、节约资源、循环利用等方面为建筑也做出了巨大的贡献。然而由于钢结构自身也存在许多弊端，使得钢结构在设计施工使用过程中出现严重的质量问题。

在重型厂房结构设计中，比如冶金、造船，机械制造等，因为此类建筑的特点是跨度大、高度大、吨位大，出于耐久性和经济性考虑，就必须运用钢结构设计。大跨屋盖结构，提供宽敞的内部空间和优美的外部造型都需要钢结构作为其内部造型固定。在地震区，框架—支撑和框架—剪力墙是最常用的双重抗侧力体系，能使抗震性能增强。但在非抗震区，则以见剪力墙为主。

三、建筑钢结构设计存在问题的特性

1、建筑钢结构问题的复杂性

建筑钢结构中存在问题的复杂性主要体现在钢结构设计较为复杂，容易出现问题的环节较多，宏观监控难度较大。即使建筑钢结构出现的问题性质相同，但产生问题的环节与原因也存在较大的差异，从而加大了问题解决的难度。例如焊接出现裂缝的情况，问题可能出现在焊接裂缝的表面，也可能出现在焊接裂缝的内部，既可能出现在焊接裂缝的金属部分，也可能由于母材受到高温影响发生开裂；裂缝既可能平行焊道，也可能垂直焊道，既可能是受热导致裂缝，也可能是受冷导致裂缝。因此，建筑钢结构问题存在较大的复杂性，需要实际设计施工人员进行详细的分析与核查才能确定。

2、建筑钢结构问题的严重性

如果建筑钢结构出现了问题，施工人员必须暂停当前的施工项目来处理、解决所发现的问题，有些建筑钢结构问题较复性，处理的难度较大，会推延建筑施工项目的工期。如果建筑钢结构出现了不可逆性的问题，只有进行拆除重建，加大了建筑施工成本。如果建筑钢结构出现的问题没有及时被发现，甚至会导致建筑垮塌，造成重大的人员伤亡事故，严重威胁了施工作业人员的生命财产安全。

3、建筑钢结构问题的可变性

建筑钢结构出现的问题会随着建筑施工的进程而产生变化，从细微到不可发现的裂缝逐步变成巨大的裂缝。例如钢构件的焊接缝隙原本是可以忽略不计的，但是由于受到应力的作用，使焊缝逐渐扩大形成裂缝；钢构件如果长期处于高强度的负荷下，容易发生弯曲、变形，产生重大安全隐患，威胁了社会公众群体的人身安全，也容易产生负面的社会影响。

4、建筑钢结构问题的频发性

建筑钢结构容易出现问题的环节较多，宏观监控难度较大，因此，建筑钢结构在现有的施工技术支持下，出现问题的频率较高，主要体现在日常施工中的事故频发上。

四、建筑钢结构设计的改进对策

1、建筑钢结构基础施工质量与安全管理

建筑钢结构工程的基础使用的混凝土独立柱，由钢筋、混凝土、模板加工而成，混凝土独立柱预埋部分的重点是锚栓的安置。

1.1安装模板的制作工艺

取钢柱底板大小的钢板3块（其中2块厚20mm，1块8～20mm均可），20mm 厚的2块钢板按钢柱底板锚栓孔位置、大小开孔，将3块钢板组装，把1组锚栓插入螺孔。用中14～16的钢筋将锚栓焊接成整体。上下各1道，可多次重复使用。这样单个锚栓间间距及高低控制在允许的偏差范围内。

1.2螺栓组的固定工艺

在混凝土独立柱预埋之前，需要确定锚栓组的定位，利用经纬仪实现锚栓组的精确定位。然后固定锚栓的钢筋顶端部位放置于模板壁处，上下各一道，就可以保证锚栓组的间距与高度在设计施工允许的误差范围之内，提升建筑钢结构基础施工质量。

2、钢结构的形式与布置

钢结构主要包括有框架、索膜、网架、平面桁架、轻钢以及塔桅等种种结构形式，并且都有自身的特点。因此，我们应该以及其特点来进行合理的选型。在面对实际的问题之时，应该依据需要来进行具有针对性的分析。钢结构的布置也应该考虑到它的体系特征、性质和荷载分布情况等等，通常的要求是刚度均匀以及力学模型可以清晰，限制大荷载或者动载的影响范围，让其可以用比较直接的路线来传力。

3、合理的选择截面

在钢结构的形式以及布置获得确定后，就应该进行构件截面的估算，主要是对于梁柱截面、支撑断面尺寸以及形状的假定。可以依据支座和荷载的具体情况来定，钢梁截面高度通常都会选择在跨度的1/50到1/20之间。为了有效避免复杂的钢梁整体稳定性的计算，也可依据梁间侧向支柱的间距按照1/b限值对翼缘的宽度来确定。

4、结构分析同构件设计

保证结构和构件的稳定性，这是钢结构设计之中应该充分考虑到的问题。梁这是结构的主要构件，在进行梁的设计之时，通常应该验算强度以及稳定；柱则是受轴线力、压力，通常都是压弯构件，一些情况则是拉弯构件。可以归为构件的设计，第一应该进行材料的选择。通常来说，Q235以及Q345这是比较常见的材料。如果考虑到工程管理，一般都会采用单一钢种在主结构上，站在经济的角度上来考虑，它的截面组合应该需要考虑到不同强度的钢材。目前，因为程序技术的不断发展，一些结构软件可以全面进行整体结构的优化，我们不仅仅应该对优化之后的截面应做好相应的调整让他们可以实现比较合理的截面标准，并且还应该考虑到计算长度的参数定义，模型的建立种种数据。

结束语