浅谈钢结构设计思路和步骤

江雄斌　黄家山

摘 要：近年来，随着建筑行业的快速发展，钢结构在城市建筑中得以广泛应用。相对于传统的钢筋混凝土结构，钢结构自重较轻，材料强度较高，具有较好的抗震性能。而且利用钢结构进行施工时，过程简单方便，施工周期较短，具有良好的经济效益。文中从钢结构设计原则入手，对钢结构设计思路和步骤进行了分析，并进一步对钢结构设计过程中需要注意的问题进行了具体的阐述。

关键词：钢结构；设计原则；设计思路；步骤；注意问题

前言

随着钢结构在建筑中的应用，由于其自重小、钢度大，而且基础造价较低，具有良好的抗震性能，所以在一些高层、超高层、大跨度、体形复杂及荷载较大等结构中应用较为广泛。由于钢结构应用越来越广泛，所以我们需要对其设计思路和步骤进行掌握，确保钢结构设计的经济性和安全性。

1 钢结构设计原则

在钢结构设计过程中，稳定性作为非常重要的问题需要在设计时给予充分重视。一旦钢结构设计中出现失稳现象，则会导致严重的事故发生，带来较大的经济损失。设计过程中出现失稳事故大致来自两方面的原因。首先，新型钢结构近年来发展较快，特别是网架和网壳结构的出现，对这些新型结构部分设计人员缺乏了解，在设计时不能有效的对其进行掌握。其次，设计人员自身经验缺乏，对钢结构和构件的整体稳定性了解得不够清晰，从而导致钢结构设计中经常会出现一些较为薄弱的环节，导致严重的经济损失发生。为了确保钢结构在设计过程中具有较好的稳定性，需要在实际设计中根据钢结构的特点，严格遵循设计过程中的基本原则。对于整体结构细部构造及构件的需要进行稳定计算，而且细部构件及构件之间需要做好配合工作。结构布置需要全面考虑，确保整个体系的组成部分都能够满足稳定性的要求。

2 钢结构设计思路和步骤

2.1 钢结构的形式与布置

钢结构具有多种结构形式，通常以框架、平面架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等为主，而且每一种结构形式都具有自身的独特性，这就需要在选型时根据各自的优缺点来进行，针对于实际需要选择适宜的结构形式。同时在钢结构布置时，需要针对体系特征、荷载分布情况及性质进行全面性的综合考虑。

2.2 截面的选择

需要提前对梁面及支撑断面的形态和尺寸进行初步估算，需要根据荷载及支座的具体情况来确定钢梁的截面高度，合理进行跨度选择。根据梁间侧向支柱的间距来对缘的宽度进行确定，根据长细比来对柱截面进行预估，确保选择值的科学性和合理性。

2.3 结构分析

在钢结构设计过程中，通常有杉线性弹性分析来作为结构分析，只有当和构件允许时才会考虑P-△，P-δ。利用有限元软件可以对几何非线性及钢材的弹塑性能进行考虑，可以为精确分析结构奠定良好的基础。但在钢结构设计过程中，当结构较为复杂时，则需要建模运行程度，同时还要进一步对结构进行详细的分析。当结构较为简单时，可以利用手算来对其进行分析。典型结构在对其内力和变形进行确定时，可以直接通过工具书来获得。在对钢结构进行分析时，需要充分的对建筑物的稳定性和安全性进行考虑，特别是对于多层建筑钢结构，需要布置一定数量的支撑，从而有效的减少建筑物层间位移的发生。

2.4 构件设计

在构件设计时，需要合理进行材料的选择，通常会采用Q235和Q345钢结构材料。为了确保构件设计能够具有较好的经济性，则需要选择不同强度钢材的截面组合。当前在钢结构钢件设计时，多会采用单一的钢种作为主结构。而且结构软件的应用可以对设计中的结构进行全面的优化，并能够对优化后的截面进行调整，确保其能够达到要求的标准。另外在构件设计时还需要重视模型建立和部分计算参数。

2.5 节点的设计

在进行节点设计时，通常会采用等强设计和实际受力设计两种方式进行节点连接，为了能够有效的提高节点设计的安全性，可以利用等强设计法来对焊缝及螺栓连接进行设计。结构焊接作为设计的核心所在，可以采用直角焊接和斜角焊接两种方式。而且节点设计中，通常以焊接、栓接、连接板及梁腹板等内容为主。在设计时还需要对现场定位、临时固定施工的便利性等问题进行全面的考虑。在对焊接焊缝尺寸和形式进行选择时，需要严格按照相关的规范进行，确保选择的合理性。在选用焊条时，需要使其与被连接金属材质相适应。而且由于传力特点不同，所以节点连接可分为刚接、铰接和半刚接几种形式。需要对节点的连接形式进行准确判断，从而确保整体设计的安全性和合理性。

2.6 图纸的编制

在钢结构设计过程中，其出图主要分为设计图和施工详图两个部分。

（1）在对施工图进行编制过程中，需要以设计图作为编制依据，并能够准确的对施工图中各项数据及参数进行表示，为施工详图的编制奠定良好的基础。在钢结构设计过程中，需要能够准确的领会設计者的意图，对于主要材料需要以列表的形式将其体现出来。

（2）施工详图即加工图或是放样图，施工详图在编制时其深度需要能够有效的与车间直接制造加工的要求相符，而且需要单独对不完全相同的构件进行绘制，同时还要将详尽的材料表作为附件。

3 钢结构设计过程中注意问题

（1）整体分析与优化设计。钢结构设计时，在对分析模型进行选择时，需要其能够与实际工作状况尽量做到相符，不能随便对计算模型进行简化，而且对于空间问题也不能随意将其简化为平面问题。在对钢结构进行设计时，需要尽可能的做到设计理念的优化，充分的考虑次构件的作用，同时还要确保设计时钢结构的安全性和经济性能够得到有效的保障，有效的实现工程成本的降低。

（2）对整体刚度进行有效控制。在钢结构构件截面设计过程中，其主要考虑的因素并不是稳定条件和强度条件，而是结构的整体刚度条件。特别是在一些大跨度结构中，当其是由薄壁构件共同构成时，更需要对结构的整体刚度进行深入的分析，确保能够达到良好的设计效果。

（3）不仅需要确保计算模型具有较好的精确性，而且还需要有效的保证结构的可靠性。钢结构材料有较好的弹塑性，组织具有均匀性的特点，能够与当前一些计算方法具有较好的符合性。钢结构构件的连接模型与实际情况具有较好的符合性，在对其进行计算时，受不确定因素影响较小，所以需要保证计算模型的精确性和结构的可靠性。

（4）对于钢结构设计过程中的节点构造，由于其具有较强的复杂性，所以在具体设计过程中需要对节点的连接和构造进行充分的考虑，明确其受力情况、建筑要求、构件截面形式及连接方法等问题后，然后再对节点构造的形式的合理性和适用性进行确定。

4 结束语

随着科学技术的快速发展，近年来，钢结构设计理念更新的速度也较快，这对于我国钢结构的发展起到了积极的推动作用。虽然当前我国钢结构设计水平与发达国家还存在一定的差距，但在众多工作者的不断努力下，我国钢结构水平势必会取得了较快的提升，能够在最短的时间内确保设计目标的高质量和高水准，为我国钢结构的发展奠定良好的基础。

参考文献

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[2]钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]潘文辉.浅析钢结构设计的简单步骤[J].广东建材，2011，26（6）：183-185.