建筑钢结构工程设计中的要点分析

秦智平

摘 要：当前建筑中钢结构应用非常广泛，钢结构的抗拉，抗压强度都很高，构件断面小，自重较轻，塑性和韧性好，适用承受冲击和地震荷载，便于机械化生产，是工程结构中工业化最高的一种，而且整体的施工进度较快、造价成本较低。但是也不能否认，钢结构设计中还存在着一些不足和隐患，本文就钢结构设计中的几个问题做一下探讨。

关键词：钢结构设计；稳定性；防火防锈

1 钢结构设计规定及设计所涉及的规范，规程

设计规定：

1.1 设计中要标明钢材的强度等级、高强度螺栓连接摩擦面的要求 一般来说，Q235和Q345B等级是比较通用的钢材，大多数时候考虑到工程现场管理方便，在主结构上会采用一种钢材等级，但是从经济的角度来考虑，有的截面组合形式应该采用不同强度等级的钢材，如格构柱的肢件可采用Q345B的H型钢，缀条、缀板可采用Q235的钢板或型钢。在连接摩擦面的高强度螺栓经过表面处理后，需要符合以下标准：第一，连接摩擦面需要保持清洁干燥，并且不能有毛刺飞边、焊接飞溅物，以及焊疤、氧化铁皮和污垢等不良情况；第二，需要在表面处理过程中，采取一定的保护措施，来保护处理后的连接摩擦面，并且不能在连接摩擦面上，标注任何标记；第三，如果需要对连接摩擦面进行生锈处理，那么需要在安装前，采用细钢丝刷，在垂直于构件的方向，正确刷除表面上的浮锈。

1.2 设计中构件的计算 钢梁的抗剪强度应按弹性设计；钢梁的挠度计算时采用荷载标准值，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱；钢梁腹板应采用加劲肋来加强它的局部稳定性。一般情况下，通过限制制板件的宽厚比，可以确保钢梁翼缘的局部稳定性。一旦在受压翼缘长度L与其宽度B的比值，超过了标准所规范的限值，就需验算钢梁的整体稳定性，使其满足构件宽厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在设计中，考量截面塑性的发展，以及在塑性设计时，按照更严格的要求进行；在计算单角钢受压构件长细比时，需要利用到角钢的最小回转半径，而不是单纯的借助角钢平行轴的回转半径数据；例如钢柱等轴心受压构件设计，需根据要求的规范标准，计算出其剪力多少；在设计桁架时，桁架腹杆的平面内、外的计算长度，不能随意取其几何长度，应按规范要求来全方位的考量。

1.3 设计中构件间的连接 在连接的构件中，针对普通螺栓等构件，都有相应的防松动要求，需要采用有防松动装置的双螺母或者弹簧垫圈等，也可以采用人工方法，将螺栓外露丝扣凿毛或将螺母与外露螺栓点焊；根据钢结构的规范标准，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高强螺栓，而在连接极限承载力计算时，需要考虑螺杆与孔壁的接触情况；建议在构件直接承受动力荷载之时，不要使用承压型高强螺栓；如果是钢柱和钢梁的刚性连接，需要进行钢柱腹板在钢梁翼缘范围内的节点域计算；节点连接板在拉力和剪力的作用下，需要验算其强度；与此同时，钢梁端支座处的底板厚度也需要计算，钢柱底部与柱底板的角焊缝也需要进行计算，为构件连接带来安全性保障。

2 钢结构稳定性的设计

2.1 钢结构稳定设计的特点

2.1.1 结构的整体刚度：结构的承载能力和其刚度密切相关，结构的刚度是由构件的整体组成所决定的，所以稳定是结构整体性能的体现。

2.1.2 稳定性的整体性能：每个构件的稳定性组成结构的整体稳定性，在考虑结构稳定性时，应有整体的观点，每个构件细部的微小变形，都会对内力分部产生影响，结构整体失稳反过来也会使构件截面部分变形，会影响结构整体的承载力。

2.1.3 稳定设计的其它特点：考虑结构稳定性问题时，要考虑到结构变形后的位移和对外效力的影响。

2.2 钢结构稳定设计时应注意的问题

2.2.1 构件的布置，需要考量整个钢结构体系及局部的稳定性要求。目前，钢结构设计一般要按照平面体系进行设计，例如门式刚架，以及框架等。为了确保平面结构不出现平面外失稳问题，建议从结构整体布置设计，来解决问题，如增加支撑构件等。

2.2.2 在设计单层或多层框架结构之时，一般不需要进行框架稳定性的分析，只需要计算框架柱的稳定性即可。在柱的平面外计算长度系数，需要借助框架整体稳定性进行分析，使柱的稳定计算与框架稳定计算等效。

2.2.3 设计结构的细部构造与构件稳定计算应保证一致，这也是钢结构设计中需要注意的问题。节点连接处要求能传递弯距时，应有足够的刚度和柔度；设计桁架节点时应尽量减少杆件的偏心；在涉及结构稳定性能时，设计构造方面需要满足不同强度的要求以及特殊要求，例如简支梁的抗弯强度等。不动铰支座的要求，是阻止位移并允许在平面内转动，但这不能确保梁整体的稳定性情况，所以不动铰支座，还需要能够阻止梁绕纵轴扭转，并允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析的条件。

3 钢结构防腐防火涂装

钢结构防火防腐处理后，可大大提高耐火性和耐久性。通常情况下，先进行防腐涂料涂装，再进行防火涂料涂装，所用的防火底漆、封闭漆、中间漆、面漆成分性能应与防火涂料相容，不应与防火涂料产生化学反应。钢构件采用涂料防腐涂装时，可采用机械除锈和手工除锈方法进行处理，经处理的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等；对于镀锌构件，酸洗除锈后，钢材表面应露出金属色泽，无污渍、锈迹和残留任何酸液。

设计中应根据规范要求注明防火涂料种类、涂装层数和涂层厚度等，防火涂料按使用厚度可分为CB、B和H三类，CB类是超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度小于或等于3mm，耐火极限一般小于2.0h；B类是薄型钢结构防火涂料，涂层厚度大于3mm且小于或等于7mm，涂料遇火时膨胀发泡，形成致密的隔热层，耐火极限可达0.5～2.0h；H类是厚型钢结构防火涂料，涂层厚度大于7mm且小于或等于45mm，粒状表面，密度较小，热导率低，耐火极限可达0.5～3.0h。

4 结束语

钢结构建筑拥有很多的优势，属于绿色环保建筑，符合可持续发展的战略。随着科学的进步，时代的发展，必将具有广阔的发展前景，在不久的将来，钢结构建筑势必将成为未来建筑的主流。

参考文献：

[1]钢结构设计规范[S].GB50017-2003.

[2]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]时新，等.钢结构防腐蚀和防火涂装[M].北京：化学工业出版社.