建筑钢结构设计的要点分析

田亚文

摘要：钢结构在现代建筑设计和施工中占有十分重要地位，钢结构的应用使建筑施工更加便利，同时也极大的推动了建筑行业的进步与发展。因此在建筑设计领域，必须充分掌握钢结构的设计概念及方法。本文将对建筑施工中钢结构的设计要点进行分析和探讨。

关键词：建筑钢结构；设计要点

文献标识码：TU391中图分类号：A

引言

由于国内钢材产量的不断提高，以及人们对建筑造型及规模、使用功能的要求也日益提高，结合钢材自身的优点，比如延展性好、抗震性能强、质量轻、强度高、安装方便等，使得建筑钢结构得到越来越广泛的应用。尽管钢结构有很好的自身优势，但想要使钢结构在保证安全的前提下充分发挥材料性能，合理使用，并不容易。对于设计人员来说，就要求熟练掌握钢结构设计概念，切实掌握设计要点，并对其进行优化设计，以降低成本。

1钢结构概述

钢结构是指在建筑工程中，运用冷弯、热轧、焊接等方法将钢板进行加工形成的钢型构件，利用这些型钢构件组合成的结构受力体系。钢结构一般分为两大类，分别是重钢结构（也叫普钢结构）和轻钢结构。一般跨度、高度、荷载较小的单层建筑结构，常采用轻钢结构。轻钢结构的使用，具有一定的限定条件。跨度、高度、荷载较大、多层的建筑结构，一般采用重钢结构。无论是重钢结构还是轻钢结构，相对于混凝土结构来说，其自重较轻，在跨度、負载等条件相同的情况下，同样尺寸的构件，钢筋混凝土结构的自重是钢结构的三倍。

2钢结构设计原则

（1）除疲劳强度计算使用容许应力法，其它的设计计算均使用极限状态设计法进行，其设计基础是概率论。（2）全部的承载结构要结合两个状态进行设计计算，一个是承载能力极限状态，另一个是正常使用极限状态。（3）设计过程中要结合不同的建筑特点，对安全等级要求进行考虑，同时利用相关系数，将其在体现在荷载效应计算中。（4）在承载能力极限状态下，设计结构构件或连接节点时，以适用条件为依托，考虑载荷效应的基本组合。（5）在正常使用极限状态时，要结合设计要求的不同，应用不同的荷载组合，一般情况采用荷载标准组合。（6）疲劳强度验算过程中，采用容许应力法。（7）选择钢材时，要结合结构的受荷载情况、环境特点以及工艺要求等，合理选择。（8）钢种选择时，应考虑抗拉强度、屈服点以及碳含量等。

3钢结构设计要点

3.1稳定性设计

在具体设计时，要考虑的首要问题是，注意局部与整体的关联。除满足强度要求，还要满足结构体系及结构构件的稳定性。结合以往的设计经验，必须有合理的结构体系，且要注意局部与整体关联的紧密性。要做好这方面的工作，就需要在结构设计过程中，有效规避使结构不稳定的因素，合理选择结构构件的几何形状及尺寸，以满足强度及稳定要求。除此以外，在设计时，还应考虑施工的可实施性，既要满足结构受力及稳定性要求，又要考虑便于施工、安装，并在此基础上考虑其经济性，尽量减少材料用量。

3.2结构节点的设计

在建筑钢结构体系之中，节点设计的重要性等同于构件设计，所以一定要对其予以足够的重视。一般来说，钢结构节点设计主要包括：梁粱连接节点、梁柱连接节点、柱柱连接节点、柱帽节点以及柱脚节点等。在节点设计时，一定要切实保证节点的可靠性与安全性，并且在施工时应尽可能采用可靠、稳定、简捷的施TZ艺，尽量减少或避免工程现场的焊接操作。根据传力特性，可以将钢结构节点形式分为三种：刚性节点、半刚性节点以及铰接节点。由于铰接节点和刚性节点的施工工艺以及受力性能等方面的研究较为成熟，所以能够在工程之中得到较广泛的使用。在选择具体的梁柱节点连接形式的时候，应该对钢结构体系布置具体分析，并结合工程的实际状况，选择合理的连接形式。在设计时，多层及体型规则的建筑钢结构，柱大多采用箱形截面或者焊接工字形截面。因焊接工字形截面腹板的厚度较小，所以在弱轴方向和梁连接时应采取加强措施，或根据具体情况采用铰接方式，并增设支撑体系；在强轴的方向通常使用刚接的方法。在有足够的设计依据时，可采用半刚性节点，一般情况宜尽量避免使用半刚性节点。

3.3抗震性能设计

钢结构有一个突出的优势，就是建设适应性非常强，这就能够让钢结构适用于很多的高层建筑物中。但是尽管如此，钢结构设计时，还是存在很多需要优化的方面，比如抗震性能就是优化环节中要考虑的一个问题。要提升钢结构抗震性能，就要求设计人员在设计的过程中，了解建筑的抗震需求，考虑结构体系的抗震能力。结合实际情况，选择合理的结构体系，准确选取计算参数，合理设计，以确保提升钢结构的受力性能。设计时将地震作用下的影响因素考虑周全，将建筑物整体变形及构件的局部变形控制在规范规定的范围内。可结合当地以往的经验，对钢结构的抗震性能进行优化，提高建筑物的抗震性能。为降低造价，应对钢结构的抗震性能进行优化，尽量减少用钢量。

3.4BIM技术运用

3.4.1建筑场地与建筑结构分析工作中的应用

钢结构设计时，需要结合其它各专业的设计要求，进行结构设计。在这个过程中，使用BIM技术，能够帮助结构设itA员明确了解其它专业的设计内容及要求，及时判断出其它专业的设计是否影响结构设计，以及结构方案是否影响其它专业，从而完善各专业之间的配合，避免相互影响。

3.4.2建筑结构设计模型的构建

在建筑结构设计的过程中，传统的设计方式是通过手工或CAD绘图来呈现所设计的内容。而采用BIM技术，能够将所设计的建筑立体的呈现出来的。这项技术实现了建筑结构模型的整体构建与部分构建，将建筑内部所包含的梁、柱、板材、支撑等都直接的呈现出来，在一定程度上直观且准确地反映出了各部分之间的联系及空间关系，对后续的建筑结构调整有很大的帮助，实现了建筑结构的可视化。比如在建筑结构的墙体与楼层的设计工作中，使用BIM技术能够将墙体与楼层之间的关联性直接呈现出来，还能具体表现出不同位置使用的材料以及材料的数量。

3.4.3建筑结构设计中钢结构模型的建造

社会的进步带动着建筑行业的发展，建筑工程的规模也在不断扩大。在这样的大背景下，钢结构建筑逐渐被广泛使用，建筑工程钢结构主要是通过钢构件之间连接形成完整的结构体系。钢材之间的连接是复杂多样的，这就增加了设计难度。使用BIM技术，能够很大程度上降低这种工作的难度，通过BIM信息数据参数共享功能，能够有效把握钢结构螺栓位置以及其他构件的位置。同时，通过使用BIM技术能够准确计算出钢构件的位置以及钢结构的高度，很大程度上提高了建筑结构的科学性和合理性以及建筑设计工作的质量水平。

结束语

现阶段，国内的钢结构建筑越来越多，这是由于钢结构与其它结构相比，有着特殊的优势，比如强度、抗震性能好以及施工效率高等。因此，在实际设计时，要从不同角度，对钢结构设计要点进行掌握，使得设计出的钢结构质量得以有效保证。