刍议建筑钢结构设计

刍议建筑钢结构设计

摘要：在建筑行业，钢结构设计应用的时间已经不短了，我们都知道，建筑钢

结构的优点有很多，和传统的混凝土结构相比，它的性能更加稳定、质量也更轻，同时还有更高的强度及抗震性，施工的过程中可以在厂房加工完成以后在去现场

进行装配，这样可以保证装配精度，同时也缩短施工周期。文章分析了现代钢结

构的建筑特点，设计原则及设计中应注意的问题，以供参考。

关键词：钢结构设计；原则；存在的问题

1前言

伴着社会文明的不断进步，经济的日新月异的变化，带动高层建筑的数量与

日俱增，钢结构也随之发展起来，其作为一种节能环保绿色建筑材料被广泛的应用。人们的生活水平越来越高，对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。因此，

加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，我们要充分发挥结构工程师的创新能力，因为他

们是结构设计革命的推动者和执行者。

2现代钢结构的建筑特点

2.1钢结构材料具有高强度、塑性和韧性等比其他钢建筑材料，如与木材相比，砌体，其强度更高。因此，它经常被用于大跨度和大荷载的结构构件中。钢

材料的特点就是具备优秀的塑以及韧性，前者的作用是可以是整个结构不会因为

承受外界作用力过大而产生断裂，后者是可以保持较好的适应能力。钢结构具有

延伸和吸收能力，也使其抗震性能非常优越。另一方面，钢具有很高的强度，生

产的构件截面非常小而薄，在压力下满足了稳定性的要求，有时不能充分发挥强度。

2.2均匀的材料，内部组织的钢是非常接近相同的性别和统一，并在一定范

围内的应力是几乎完全弹性。因此，钢结构的应力状态与工程力学计算的结果是

一致的。在冶炼和轧制过程中，钢的质量可以非常严格的控制，在一个非常小的

波动范围内的材料。

2.3钢结构制造相对简单，施工时间相对较短。钢结构材料比较简单，需要

属于材料，加工工艺很简单，并采用机械操作，因此，通常在金属结构厂专业生

产钢结构构件，具有较高的精度。现场组装的成员可以使用普通的螺栓和螺栓，

具有高强度和方便的安装，有时在组装和焊接成较大的单位在地面上的起重，从

而缩短施工时间。此外，钢结构已建成的加固和重建也相对容易，结构可以用来

进行需要实施拆卸。

3钢结构工程设计原则

钢结构设计必须具有充足的强度、刚度以及稳定性，整体结构达到可靠和安

全要求；结构应当满足建筑使用的要求，具有较好的耐火性；设计结构方案尽量

节省材料，减轻钢结构自身重量；最好能够缩短制造与安装的时间，节省工作日；钢结构构件应当方便维护和运输；在有可能的条件下，尽可能保证美观，尤其是

外露结构，需要符合建筑美学的要求。按照以上原则，结合实际情况的各项要求，整体考虑结构具有的经济性、设计特点和施工合理性等。

“钢结构经济性”原则应从总体上加以分析，不能仅从某一方面孤立地去考察。在很长一段时间内，钢结构设计以耗钢量为标准，即耗钢量低就是先进的设计、

是好的结构体系或形式，这在钢材匮乏的年代，节约钢材是一种重要的手段。然而，总体而言，单纯以耗钢量为评价标准是不完全的，也不尽合理。对门式刚架

轻型钢结构房屋，全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、

安装费、施工周期及基础费用等。

3.1梁柱体系。平面一般利用梁柱普通体系。梁使用热轧焊接钢梁，焊接柱

为箱型钢柱，设计整个结构为刚性框架结构，由梁、板和柱承担竖向荷载。框架

中的梁和柱、梁和基础全部按照刚性进行设计连接，现场利用高强螺栓与焊接共

同发挥连接作用。

3.2抗剪设计。借助专业的方法研究分析得出结论，在承载符合以及地震力

的双向作用之下，以上讲述的局部结构体系的刚性相对较低，所以目前需要借助

相关的设备来抵抗水平方向的负荷。钢框架剪力墙结构系统中间部分的楼梯和电

梯之间利用钢筋混凝土剪力墙，以便能够很好的抵抗水平外力造成的冲击。

3.3楼盖体系。各层楼盖通常使用钢筋混凝土，按照结构计算楼盖厚度为

110mm，在计算结构中，该楼盖具有足够的厚度，符合无限刚性的平面假定。

4建筑钢结构设计中应注意的问题

4.1 我们在进行钢结构住宅设计前，首先应对住宅的高度、宽度及楼层进行

分析研究，计算出准确的数值，并根据房屋实际承受情况进行设计，这样才能建

造出坚固抗震的钢结构房屋。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响，因此，其平面布置应力求规则、对称。不规则布置在地震时容易遭到损坏。

4.2结构选型与结构布置

结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师

指导下进行。此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布

置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从

整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验

所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。在早

期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为

清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断

计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据

4.3钢结构稳定性设计的经验。

4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平

面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计，为了提高效率和提供方便，在设

计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式

的结构体系来进行强度和稳定的计算。

4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现：限制板件宽厚比，让之到达弯曲的最大承载力，不在部件全面失效前弯曲；准许板伯在部件全面失

效之前弯曲，之后借助其弯曲后强度到达件的承载力；对梁设定成水平和垂直加

劲肋，以处理不思考弯曲后强度的梁的部分稳固问题。

4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压

构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。

5结语

建筑结构设计在实际操作中还存在诸多问题。钢结构是整个建筑的支柱，对

整个建筑工程起着核心关键作用，是保障安全的基础条件。所以，建筑师要认真

对待每一个构件设计，了解并且遵循国家的相关法律规定，与其他专业共同合作，