关于建筑钢结构设计相关问题的探讨

关于建筑钢结构设计相关问题的探讨
摘要：钢结构具有强度高、重量轻、施工快以及抗震性能高等特点，成为一种
优良的建筑结构形式，被广泛地应用到高层建筑中。

钢结构给我国的建筑带来许
多便利的同时还存在着许多的安全隐患，例如在钢结构方面的设计不足。

本文分
析了钢结构建筑设计问题，并进一步提出了优化措施，以供参考。

关键词：建筑；钢结构；设计
引言
与混凝土结构相比，钢结构材料强度更高，且柱截面面积小，可扩大建筑有
效使用面积。

此外，钢结构节能效果好，延性好、塑性变形能力强，建筑总重轻，施工速度快，环保效果好。

在对高层建筑工程钢结构进行设计时，需要遵循优化
性原则，保证所有节点设计的规范性与专业性。

因此我们必须提高高层钢结构建
筑设计水平，在进行高层钢结构建筑设计时应该在借鉴前人在传统建筑上的经验，也要结合高层钢结构建筑自身的特点进行具体设计。

1建筑钢结构设计要点
1.1比值合理性
影响高层建筑钢结构设计效果的各比值主要包括六个方面，即轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比与刚重比。

其中轴压比主要控制结构延性；剪重比
控制各楼层最小地震剪力，影响结构安全性；刚度比控制结构竖向规则性，避免
竖向刚度突变形成薄弱层；位移比控制结构平面规则性，避免因扭转而影响结构
稳定性；周期比控制结构扭转效应，如果扭转降低会影响结构设计效果；刚重比
控制结构稳定性，避免结构出现滑移或者倾覆等问题。

1.2结构高度设计
对于高层建筑工程的设计施工，对结构高度以及设计有着明确的规定，且综
合了我国施工水平、技术能力等因素，可以更高程度上满足工程建设要求。

但是
在实际施工中，存在很多超限工程，已经超出了规范提出的限制高度，加大了结
构设计的难度。

为有效避免地震或者荷载影响造成的结构变形，在进行钢结构设
计时，需要重点分析超高建筑工程特点，做好各项参数的控制，确保可以达到安
全指标要求。

1.3荷载设计
荷载包括风荷载与地震荷载，两者组成的结构水平荷载为影响钢结构设计效
果的重要因素。

在对结构内力与位移进行计算时，可以选择用弹性方法，尤其是
对于有明确抗震设防要求的工程，除了要对地震作用弹性阶段进行计算外，还需
要对可能进入弹塑阶段状态进行验算。

另外，部分建筑工程主体结构部分顶部会
突出建筑，在对其进行风振验算时，需要考虑鞭梢效应，重点分析设有桅杆类的
顶部结构，提高结构设计的合理性。

1.4计算模型
高层建筑工程结构计算模型的确定，应以结构形式和计算内容为依据，大部
分情况下会采用平面抗侧向力结构空间协同计算模型。

对于结构布置规则，且刚
度沿高度均匀分布的情况，可以选择用平面结构计算模型。

而如果结构平面或者
立面不规则，无法进行平面抗侧力单元的有效划分时，可以选择应用空间结构计
算模型。

2建筑钢结构设计优化措施
2.1钢结构的选型和布置
建筑钢结构的设计使用是为了后期建筑物能够有良好的使用效果和使用安全，所以，就建筑钢结构设计来看，应积极考虑到周边建筑环境以及钢结构材料的影响，在注重建筑整体设计时，还要密切结合内部构造，通过在不同的部位使用性质、材质不同的钢结构，达到良好的效果，最终做到因地制宜。

还应当注意的是，建筑墙面、墙梁和建筑柱子等承载力是各不相同的，而且它们之间的使用是有差
别的，建筑钢结构应当考虑各方的使用强度或者是功能的要求，最终合理布局、
设置良好的结构体系。

2.2基础设计
高层钢结构建筑中的基础设计，需要综合进行建筑场地的地质状况、上部结
构的类型的考虑，保证建筑物不会出现过于严重的沉降或者是倾斜，使建筑物的
正常使用要求得以满足。

还要特别关注相邻建筑物之间的相互影响的问题，特别
是周围的高层建筑，比较适合选用筏形基础，如果有必要可以攒用箱形基础。

如
果地质条件比较好、荷载又比较小，还能使地基承载力和变形要求得以满足的时候，也可以选用交叉梁基础或者是其他基础形式。

2.3基本构件设计
构件的基本形式主要分为线性、平面和空间构件，为使钢结构高层建筑适应
不同需求，在实际设计中采用多种结构体系。

第一，线形构件设计，线形构件主
要是承受轴向压力或拉力，不能作为独立的构件承受荷载，所以设计线性构件组
成框架-支撑体系、框架-剪力墙体系的基本构件。

第二，平面构件设计，平面构
件具有较大横截面宽厚比的片状构件，它主要作为楼板或墙体使用，平面构件在
平面方向的刚度和承载力比较小，所以设计平面构件组成框架-剪力墙体系、框架-核心筒体系的基本构件。

第三，空间构件，空间构件横截面尺寸较大、壁厚较小，它在高层建筑结构中主要用作竖向筒体或巨型柱使用，空间构件在水平荷载下的
侧移较小，所以设计空间构件为框筒体系、筒中筒体系、束筒体系、支撑框筒体系、大型支撑筒体系及巨型结构体系中的基本构件。

2.4节点设计
在钢结构的体系中，钢结构的节点设计包括梁-粱、柱-柱、梁-柱、柱脚、柱
帽等诸多节点，其重要性与构件的设计是一样的，因此要予以高度的重视。

设计
的时候必须保证节点的安全性和可靠性，同时尽可能的通过简捷、稳定、可靠的
施工工艺的采用，使现场的焊接连接得到适当的减少或者是避免。

钢节点的形式
一般按照传力的特性可以划分为三大类，即铰节点、半刚性节点、刚性节点。

除
了半刚性节点之外，另外的两种形式由于其受力性能和施工工艺都已经较为成熟了，所以在建筑工程中的应用相对要广泛一些。

在进行梁-柱节点设计的时，结合
工程的实际情况，从结构的具体设置分析，多层房屋的建筑钢结构柱，一般都是
采用焊接箱型或工字型截面，由于焊接工字型截面的腹板相对比较薄，所以在梁
的连接以及弱轴的方向采用的是铰接，强轴方向采用的是刚接。

虽然铰节点的形
式相对简单施工比较方便，但是却加大了梁跨的弯矩，使钢的用量增加，不都经
济实惠；刚性节点的构造比较复杂，但是能够有效的使跨中弯矩降低。

2.5抗震性能设计
高层建筑结构的设计必须使每个位置的刚度都能确保对称和均匀，其平面形
状也要确保规范和简单。

假如能够使上面提到的要求与标准相符合，那么在进行
地震应力计算的时就会更加的容易，也会更方便进行处理。

由此可见，在进行高
层建筑结构设计的时候，要尽可能地将建筑刚度的中心点与地震力作用的中心点
一同进行设计，在正常的情况下，偏心距e要小于与外力作用线垂直的建筑物边
长的5%。

高层建筑物一般都有较大的体积和吨位，如果没有较好的抗震效果，那么一旦有地震或者其他使之震动的因素出现，就会造成非常大的损失。

为了避免发生灾难，必须做好高层建筑的抗震性能的设计。

2.6防火设计
设计人员的设计必须以相关的规定作为操作的基础，将建筑物之间的实际距离精确地测算出来。

同时，设计一定要因地制宜，防火结构必须与实际的地形情况相符合。

另外，还要特别注意安全疏散通道的设计。

通常，安全疏散通道的设计要符合垂直结构设计的要求，一定要尽可能多的进行设计，方便进行火灾发生时的人群疏散。

结语
总之，在实际的设计过程中，想要保证钢结构的稳定性，在设计阶段，必须要按照相关的设计原则开展工作，只有将存在的问题全面的了解，并能够针对存在问题找出相关的解决方法，才能够设计出一个完整的钢结构体系。

在设计工作中，相关人员应当结合当前建筑物钢结构使用的现状，从本质上分析实践中钢结构出现的问题，综合分析现代实践中经常出现的问题，充分的掌握建筑钢结构体系，从根本上保障建筑结构设计中钢结构的安全性和稳定性。

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