钢结构设计在建筑工程中的应用分析

李建华

（河南省中原石化工程有限公司 河南省濮阳市 457000）

前言

钢结构本身比混凝土结构、砖石结构等具有良好的优势，它的优势不仅体现在材料的性能方面，还体现在力学性能方面。从目前钢结构设计的发展来看，它的功能不再限于是一种结构工具，而是成为一种中介，在一定的性能系数下可以在建筑中发挥出独特的作用，为优化建筑的质量提供保证。因此，加强钢结构设计在建筑工程中的应用分析显得十分重要。

1 钢结构设计概论

钢结构设计要从物理特性和经济性方面进行判断：①经济方面，把钢结构运用到施工建设中，可以在很大程度上节约施工的成本。②物理特性，为了保证钢结构的设计，质量和施工质量，要尽量提高其物理承受力，结合其体系特点、荷载性质和分布特征来进行综合性分析。通常情况下，不仅要保证力学模型的清晰度以及刚度的均匀程度，还要保证柱间扛侧支撑的分布均匀。

钢结构之所以在建材市场占据较大的比例，受到很多施工单位的重视，主要有以下三个方面的原因：①钢材质地均匀。一定应力条件下，钢结构由于受力而产生的实际弹性和力学计算中的理想数据最为接近，无论是材质还是内部结构都很稳定。②钢材强度比较大。和一般的建筑材料相比，钢材的强度大，抗震性好，如表1所示。另外，钢材的体积比较小，在建筑施工时，可用面积大。钢材的内部结构紧密，自身重量小，遇到突发的自然灾害时能够减轻建筑物的重量，还能使整个工程造价降低。③钢材和其它的钢筋材料不同，它的可塑性很强，不会因为载重问题出现折断的情况，这也和钢材内部对外来作用力的合理分配和对应力平衡的把握有关。

表1 钢结构建筑抗震等级

2 钢结构设计在建筑工程中的优势

2.1 优良的塑性和韧性

刚结构优良的塑性和韧性具体表现在：建筑在出现超载严重或者负载的情况下，钢结构能够重新分配作用力，减少建筑的应力变化幅度，避免钢结构出现断裂的现象。这一性质也使得钢结构建筑在抗震方面表现出良好的优势。在地震发生时，钢结构建筑可以通过本身发生的弹性和塑性形变，吸收一定程度的地震破坏力，从而达到抗震目的。和多种建筑材料相比之下，钢结构建筑的抗震性优势最为明显，效果最好。

2.2 钢材料质地均匀

钢材料自身的材料性能和其在力学计算方面的假定符合度很高。另外一方面，钢材料的内部组织结构和各项同性最为接近，材料自身波动范围很小，其弹性在所有的建筑材料中是最为理想的，与此同时，其在一定受力范围内，属于完全弹性材料，实际受力和工程力学的计算结果符合度高，所以优势很明显。

2.3 钢结构设计在高层建筑中造价低

当前，钢结构设计也逐渐应用到高层建筑中，其推广应用不仅降低了投入成本，而且提高建筑的可靠性和安全性，有利于提高收益。相比于钢筋混凝土用在高层建筑中，钢结构的总成本更低，并且其质量也比钢筋混凝土要轻很多，因此运输费用就相对较低。钢结构的使用在一定程度上也可以缩短工程时间，减少人工费和其他因为工期而支付的费用。所以，钢结构设计在高层建筑中具有良好的造价优势。

2.4 钢结构建筑所需的施工时间更短

显然，钢结构设计和其他类型的建筑工程相比，其受气候和环境等外界条件的影响比较小。钢结构的生产加工是在工厂内部完成的，加工完后直接送到建筑场所组装即可完工。这就意味着其施工周期比其它类型的建筑施工周期短，对施工场所的周围环境影响也小，完全符合国家关于文明施工的要求。并且，钢结构建筑的生产属于自动化，这在很大程度上降低了人工成本，为企业经济效益的提高做出很大贡献。

3 钢结构设计在建筑中的缺点

3.1 质量问题

钢结构在专业的综合项目设计中存在较多的设计任务，因此它的设计费用比较高，相对来说在人力资源方面开销也比较大。另外受很多因素影响，钢结构的设计过程比较麻烦，完成度不高。某些设计单位甚至不愿意接受钢结构的设计，甚至会出现一些单位把钢结构设计的工作承包出去的情况。进行设计的单位，由于缺乏实际设计经验，设计出的钢结构质量不高，导致建筑行业设计市场出现混乱的状况。另外，我国建筑行业并没有对钢结构设计环节制定出对应的法律规范和监督机构，使得钢结构设计质量问题频发。

3.2 设计方案不够完善

钢结构本身由于设计成本比较高，所以其设计和承接往往是分包进行的，这就意味着钢结构设计的深度在一定程度上降低了。一些设计不能符合原来的设计要求，柱角设计出现错误。通常来说，柱脚的设计类型分为三种：埋入式、外露式和外包式。民宅设计中通常使用外露式的设计。底板的塑性变形和弹性往往决定了柱脚的刚度，设计中钢结构会随着地板的变形而发生形变，设计人员要对这些问题充分进行考虑，并对结构内力进行分析，否则会使柱脚节点受到破坏，从而使整个建筑结构遭到破坏。

3.3 实际施工中防腐防锈处理不当

众所周知，钢结构最大的缺点便是易锈蚀。因此，在对钢结构设计时要进行防腐防锈设计，并设计出具体的施工方案。但是，在实际施工中，某些施工单位为了降低防腐防蚀的投入成本，不按设计的要求对钢结构进行防腐防锈处理，甚至出现偷工减料的情况，使得钢结构出现过早锈蚀的问题，需要反复维修，造成实际成本的提高。或者由于没有对钢结构及时进行防锈处理保护，导致钢结构使用寿命减短。

4 钢结构设计在建筑结构设计中的特点

把钢结构用于建筑施工中可以提高整体建筑的质量水平。特别是针对目前的城镇化建设，要对施工的每一个环节进行重视，从而提高整个建筑行业的施工水平。前面已经提到，钢结构设计在建筑施工中的应用体现出很多优势。从设计思想方面来讲，钢结构和混凝土结构以及砖石结构设计有很大不同，钢结构设计主要体现出设计者的创意性，是柔性设计思维的体现，因此钢结构在形变方面要求很高，这也体现出其设计特色。

另一方面，钢结构设计对建筑结构中荷载的反应要求高，因此需要对钢结构设计中所用到的材料选择进行重视。高强度、轻质量的材料，对于整个建筑质量的减轻起到至关重要的作用。还要对钢结构设计建筑的荷重进行控制，对比各种施工材料的强度，钢结构的强度最大，同种荷载条件下，钢结构的截面是最小的。

5 现代钢结构设计的主要特点

对于现代钢结构设计的主要特点，要从以下两个方面分析：①现代钢结构在设计施工过程中对细节的重视程度。②现在钢结构设计在施工前期的充分规划。以下是详细的分析和阐述：

（1）现在钢结构在设计施工中对细节十分重视。钢结构最主要的特点就是把各种各样的结构构件通过一定的力学方式连接起来，这就使得施工过程中存在较多的结构件的连接点。任何一个设计的品质都取决于细节的设计，当然钢结构也一样。所以要想保证钢结构设计的质量和品质，需要专业的设计人员从细节入手，把连接点的这些小细节设计到位，同时还要保证整个结构件的功能和稳定。

（2）现在钢结构设计在设计前期就已经进行了充分的规划。在对建筑工程的钢结构进行设计时，一定要充分考虑到结构构件施工的实用性。不仅要考虑到钢结构的经济性，还要对结构施工的可行性方面进行充分策划。虽然说在钢结构的设计中，艺术性占据很重要的位置。但要认清，刚结构的稳定性才是保证整个工程的重中之重。在设计过程中要严格遵守建筑工程的设计标准和设计原则。

6 结束语

钢结构因其自身良好的特性在我国建筑行业中得到越来越广泛的推广应用。钢结构不但能够使建筑周期减短、降低施工成本，还具有良好的环保性和抗震能力，这些性质不仅符合国家可持续发展的要求，也充分保证了整个建筑工程的安全性和可靠性，有助于企业的未来发展。不难看出，钢结构在未来的建筑领域将会占据很大市场，要加大对钢结构应用的推广，从而促进我国建筑行业的快速发展。

[1]黄首赞.钢结构在建筑结构设计应用中存在的问题分析[J].低碳世界，2015（08）：189～190.

[2]赵根田，刘卉.钢结构设计在现代建筑中的应用分析[J].建筑设计，2016（09）：44.

[3]李有力.钢结构在建筑设计中的应用分析[J].低碳世界，2015（03）：22.