分析建筑結構設計中鋼結構設計的重要作用

楊東才

摘要：目前我國建筑業發展迅速，建筑結構設計中鋼結構設計發揮了很大作用。隨著我國經濟的發展，建筑如雨后春筍般拔地而起，其中必定少不了鋼結構的應用。文章簡述了建筑中鋼結構的使用以及針對鋼結構特點關于其抗火問題的分析討論。

關鍵詞：建筑；鋼結構設計；重要作用

引言

進入21世紀后，我國的工業發展速度越來越快，工業的發展需要大量的廠房，對建筑行業提出了更高的要求。在現代建筑中，鋼結構建筑形式得到人們的認可和推崇，被應用于社會各行各業的發展領悟中。對比磚石結構和混凝土結構，鋼結構具有其自身優勢，其優勢主要體現在力學性能和材料的性能等方面。基于當前鋼結構設計的發展情況，鋼結構建筑不僅僅是一類結構工具，而是轉變為了一類中介，在特定的性能系數下，能夠在建筑中發揮獨特的功能，保證建筑的質量。所以，在建筑工程中，強化鋼結構設計具有至關重要的作用。

1概述

建筑鋼結構在國際上已經有百年歷史，隨著我國可持續發展戰略的提出，鋼結構在我國建筑行業的應用也越來越廣泛。眾所周知鋼結構是建筑中最主要的受力部件，其設計與安裝的合理性與高質量性會對整個建筑的質量產生重大的影響，因此加強建筑鋼結構的設計與安裝質量具有極其深遠的意義。近年來我國建筑施工工程中相關的設計方法和施工技術日漸成熟，但是不可避免的，在一些設計與施工中仍然存在一定的問題，例如建筑鋼結構的防腐工作、防火抗震性能等等，這些問題無疑對建筑的質量和安全造成了一定的隱患，因此相關的設計施工人員應該不斷的完善設計方案、提升施工質量，使鋼結構建筑的使用安全和使用壽命都得到保障。

2現代鋼結構建筑設計要遵循的原則

2.1控制建筑的高度

在設計鋼結構建筑物時，對建筑物的高度有明確的要求，通常要控制建筑物高低于35m。一旦修建的建筑物過高，在地震來臨時，鋼結構建筑就容易受損，出現人員傷亡的狀況。

2.2體現出計算和構造的一致性

在設計鋼結構建筑時，實際構造和計算數據要保持一致，基于建筑物的受力結構和載荷特點，對其進行綜合分析。在施工過程中，尤其要重點設計鋼結構的抗震性能，確保鋼結構各方面性能都符合建筑的基本要求。

2.3保證整體結構的穩定性

在鋼結構建筑的整個設計過程中，穩定性是必須重點考慮的因素，無論采取何種設計方法，都必須將穩定性設計擺在首要位置。在鋼結構建筑中，如若構件出現了穩定性問題，不僅僅會造成安全隱患，甚至還會造成嚴重的人員傷亡事故。在鋼結構建筑設計過程中，必須努力提升設計人員的安全意識，采取科學、合理的設計方式，設計出更多優秀的鋼結構建筑產品。近幾年來，由于鋼結構穩定性問題產生的安全事故有很多，出現這些問題的原因主要是沒有重視鋼結構建筑的穩定性設計。

2.4明確構件受力情況

在鋼結構建筑設計過程中，設計師必須明確構件上外力作用狀況，確定作用點到基礎的傳遞過程與傳遞路徑中產生的力效應，在具體設計過程中，要綜合考慮構件之間的協調與分工工作。

3當前建筑結構中鋼結構存在的不足

3.1鋼結構自身的原因

鋼結構的縱向穩定會受到支撐系統的影響，例如鋼結構鋼柱之間存在一定的支撐力，其會受到風力、地震等方面的影響，從而直接影響到鋼結構屋架上的負載力。而對于鋼結構橫向構造主要是確保其框架和排架剛度必須要達到標準要求，鋼結構水平傳遞的負荷，如果鋼結構自身不能達到平衡狀態，就會直接影響到整體的穩定性。

3.2相關專業人員的知識欠缺

眾所周知，我國對鋼結構建筑的研究比較晚，和西方發達國家具有一定的差距。鋼結構設計理念傳入我國后，發展的速度非常快，目前已經具有一定的規模，然而由于其傳入我國的時間比較短，因此尚未構建一套完善的行業知識體系。在鋼結構建筑行業內，缺少實際施工經驗，技術人員沒有設計出科學、合理的施工方案。在實際施工過程中，施工人員沒有精準的把握建筑市場行情，阻礙了后續施工的順利進行。由于技術人員沒有充分的調查和掌握建筑市場，無法保證建成的鋼結構建筑的質量。

3.3鋼結構設計方案缺少創新性

由于鋼結構建筑結構設計具有較高的技術性，許多設計人員還不能勝任這項工作，因此在實際的設計過程中，就會借鑒其他設計人員或者國外的設計實例。這就會導致其中存在一定的問題。因為鋼結構設計的成本較高，所以為了有效提高鋼結構建筑結構設計的整體質量，經濟因素是其中至關重要的考慮環節，只有在經濟允許的條件下，才能將主要的精力集中在設計質量方面，如果經濟實力欠缺，鋼結構設計質量就會受到不同程度的影響。因此在借鑒其他設計形式的過程中，經常會出現與設計實際不符合的情況。

4建筑結構設計中鋼結構的設計策略

4.1鋼結構加固設計

在進行鋼結構加固設計的時候需要合理考慮荷載、鋼結構承受力以及節點性質，需要在這個基礎上不斷調整鋼結構附加桿件的承受力。另外，還需要同時擴大鋼結構整體受力的極限值，充分考慮空間鋼結構協同工作的性質，做好加固設計，使其能夠進一步增加整體的剛度，進行標準化驗算。如果有需要增加剛度，目前主要是增加支撐點和結構剛度，或者進一步調整結構的自振頻率等，從而能夠改善鋼結構整體的剛度和承載能力，進一步提高整體的穩定性。在排架結構中重點加強某一列柱的剛度，確保鋼結構整體的水平抗力達到要求，降低整體的負荷，增加整體的結構剛度。

4.2重視鋼結構構件的設計

在鋼結構建筑設計中，構件設計是設計重點，要確保鋼材的合理性，基于施工的技術標準，選擇合適的材料，為了使施工順利進行，在設計鋼結構主體部分時，通常選取一種材質的材料。除此之外，為了節約施工成本，也可以綜合選擇施工材料，只要施工材料符合相關的技術標準就行。在選擇材料時，必須保證鋼材的強度大于Q345的標準。現階段，在施工過程中，鋼結構設計軟件的功能得到優化和升級，可以對截面進行處理和驗算，整體優化鋼結構截面，對設計過程進行了簡化處理，因此，設計人員只需要在軟件處理的基礎上進行微調就行。

4.3建筑鋼結構的安裝

4.3.1鋼柱安裝

鋼柱是決定建筑物層高和建筑總高的一個重要構件，因此在對建筑中鋼柱進行安裝時應該對于每一小節都足夠的重視，施工人員應該在加工和制造的過程中對鋼柱的安裝進行嚴格的驗收。在進行鋼柱安裝的時候需要對鋼柱進行吊起，單機吊裝法和雙機吊裝法是當前最為常用的兩種鋼柱吊起方法，其中采用雙機進行吊起安裝的方法優點是鋼柱的底端不會與地面有接觸，因此不會產生摩擦；單機吊起法是將鋼柱的底端墊實再采用墊木和回轉的方式進行吊起，需要注意的是采用單機吊起法應該保證鋼柱的底部不能接觸地面與地面產生摩擦。

4.3.2框架梁的安裝

鋼結構中剪力墻板的安裝和標準節框架的安裝共同組成了鋼結構中框架梁的安裝。其中建立墻板是在鋼柱和樓層框架中之間的結構，剪力墻板的安裝順序通常為框架至墻板進行安裝或者現將墻板安裝到上面的框架梁上接下來再進行整個的安裝。為了保證框架梁與鋼柱連接點處有較好的延展性和可靠性，在制造過程中，應該在框架梁所在的位置安裝一個懸臂梁，懸臂梁的上下邊緣采用剖口融偷焊縫與鋼柱相連，腹板的焊接方式采用貼角焊縫。另外鋼結構的結構精度要求要遠遠精密于鋼筋混凝土的結構精度要求，因此當鋼結構的框架梁與鋼筋混凝土相連時，腹板連接板可開橢圓口，但是要保證孔邊距的要求。

4.3.3樓蓋的安裝

通常情況下建筑鋼結構的樓蓋都是采用鋼承混凝土制成的，其厚度一般應超過1.5厘米。現階段在設計和安裝樓蓋時經常對鋼承混凝土與鋼梁的共同作用考慮的不到位，這樣降低了樓蓋安全性的同時也增加了鋼梁的用鋼量。

4.4防火設計要點

對于建筑工程中的鋼結構防火設計而言，必然要選擇耐火性和防火等級較高材料。在當前的建筑工程中，關于鋼結構的防火設計要嚴格根據施工項目的防火等級、防護種類的要求以及防火的具體情況作出針對性的防火設計和材料選擇。尤其對防火材料的選擇，要求選擇較涂層厚并且粘結強度較大的材料，進而確保鋼結構的整體防火指數和防火功能。而在鋼結構的防火材料選擇中，如果厚型的材料仍然不能達到防火標準，此時可以選擇薄型的耐火材料，尤其要做好吊頂設計中的壓板材料的防火處理和防銹處理。防火標準和防護等級是確定鋼結構防火設計方案的兩大依據，能夠確保鋼結構設計中對防火水平的提高。

鋼結構設計要以穩定的對稱布置為好，減少結構扭轉，以上下貫通方式保證鋼結構設計中的剛度連貫性和穩定性。L型或T型的鋼結構設計是保證鋼結構有效發揮作用的兩種形式，鋼結構最好位置是處于結構外圍，這樣能更好地增強建筑構造的抗扭曲和變形效果。

4.5鋼結構腐蝕問題的探討

鋼結構的耐腐蝕問題是結構設計人員需要重點關注的。在設計鋼結構時，設計人員要根據具體情況采用適宜的防腐蝕措施，增強鋼結構的耐腐蝕能力。為了有效解決鋼結構的腐蝕問題，可以在鋼結構上涂抹具有防腐蝕能力的材料，給鋼結構添加防腐蝕的防護層，增強鋼結構的耐腐蝕能力。保護涂層具有良好的附著力，有利于解決鋼結構的腐蝕問題。如今解決鋼結構的腐蝕主要方式是涂裝防銹漆，根據建筑工程的具體情況和施工要求進行，同時需要充分考慮防腐設計的保養以及維護方法，從而能夠對涂裝進行選擇半永久性和永久性。

結語

總而言之，在我國建筑行業中，鋼結構由于具有良好的特性，受到人們的認可和推崇。在建筑設計，科學、合理的使用鋼結構材料，可以有效的降低施工成本、縮短建筑周期，提升建筑的抗震能力和環保水平，符合國家關于可持續發展的基本要求，提升了建筑整體的可靠性和安全性，實現建筑企業的快速發展和進步。在今后建筑行業的發展過程中，鋼結構建筑將會占據大量市場份額，為了推動我國城市化進程，必須大力推動鋼結構建筑的應用。

參考文獻

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（作者單位：深圳建昌工程設計有限公司江蘇分公司）