建筑结构设计中钢结构设计的重要性与策略探讨

【摘要】随着我国建筑行业的不断发展，对建筑的设计和技术也提出了更严苛的要求。而钢结构因其高强度、高防震以及高性价比等天然优势受到了广泛关注。本文作者根据对建筑钢结构研究多年的实际经验，对建筑钢结构分类及设计要点进行了深入的研究和探讨，并结合当前现状，对其设计应用提出了科学构想，希望能对建筑行业起到一定的积极作用。

【关键词】建筑钢结构；结构分类；设计要点

目前，我国的建筑行业已经开始广泛使用钢结构作为主要结构进行施工，然而很多施工中忽视了对建筑钢结构的设计，导致了钢材独特的延展性和刚性无法得到有效保证。我们需要通过钢结构进行科学的设计来保证钢结构其本身的延展性和刚性，让其能够在建筑物中发挥独特的塑性变形能力。设计人员应该根据工程的实际情况，对建筑钢结构进行有效分类和科学设计，从而保证建筑工程施工的质量。

1、建筑物钢结构设计的重要性

我国目前钢结构的应用方式主要为门式钢架、网架等，在石棉瓦与轻型屋面和三角形屋架中也有着广泛的应用。从这些应用中我们可以看出钢结构的优势已经得到了我国建筑行业的普遍认可，在未来，科技人员和设计人员将会不断发掘钢结构在建筑应用的更多形式，钢结构将会有更加广阔的发展前景，并为建筑行业的不断发展起到推进作用。

2、建筑物钢结构的结构分类

2.1刚性结构

刚性结构即是指从建筑物的结构出发，将建筑物的整体性和连续性在连接结构处构造出来，使之能够符合建筑构造的力学特征的结构设计。一般情况下腹板采用双角钢连接，上下翼缘通过连接板或者螺栓与构件相连，当在翼缘铺盖钢格栅时，需要对翼缘采取现场坡口焊接处理。对于载荷较小的梁柱，在刚性连接时可采用端板连接，轻型的门式钢架中的刚性结构通常采用这种连接方式，让翼缘与腹板与端板连接，然后通过螺栓将端板与柱连接。端板连接的方式重要注意端板自身的材料性能，必须有足够的刚度来抵抗梁产生的弯矩，端板的厚度足够时则视为刚性连接，端板的厚度不足时则视为半刚性连接。同时注意焊缝的处理方式，根据外载荷的大小和梁翼缘板的厚度来选择角焊缝或者全熔透坡口焊[1]。

2.2铰接结构

铰接结构通常采用双角钢、端板、单剪板与双剪板作为连接件，在钢结构中一般作为连接主梁和次梁的连接结构使用，也可以应用在斜梁的结构拼接之中。将双角钢分别焊接在次梁腹板的两侧，同时将双角钢与主梁通过螺栓连接，从而完成主梁与次梁之间的连接。焊缝应该采用三面围焊设计，能够全面提升构件的承载能力。在应对外荷载较小情况是，端板只需达到一定刚度，能同时承受剪力和轴力即可。单剪板连接对于轻型次梁而言十分简单方便，一般采用三面围焊与主梁相连，用螺栓与次梁相连，此时螺栓将承受较大的偏心荷载影响。在螺栓不足以于外荷载过大的剪力相抵抗时，应该对铰接结构采用双剪板的设计形式。单双剪板连接方式更主要应用与主梁无法对螺栓进行紧固的工程之中[2]。

3、建筑钢结构的设计策略

3.1梁与柱之间结构设计要点

梁与柱之间的结构设计要点主要在于其承受力的要求和抗震性能的设计。钢结构的柱在设计上一般都是贯通型的，要充分考虑承受力的设计，所以要求框架在于梁柱连接时采用刚性连接的设计，翼缘应该能对整体带来较高的受弯承受力，这种承受力的设计应该高于梁整体塑形受弯力的1.5倍，腹板应该有一定的受剪承受力，腹板的受剪承受力应该高于梁两端对其施加的力的1.4倍；连接结构在设计时要充分考虑到抗震性能，加强柱与梁翼缘连接处的加劲肋设计，以及对腹板角处采用扇形切角设计，用全熔透的焊缝技术来减少焊接缝的出现，抗震设计时应该考虑到梁的全截面塑性模量，一旦其高于翼缘的百分之79时，腹板与柱的连接系数要大于其连接系数，并采用两端排列的方式进行连接。

3.2次梁与主梁连接结构设计要点

次梁与主梁连接点设计时有两种设计方案：一是将结构设计为铰接结构；二是设计为刚接结构。铰接结构具有构造简单，制作方便，安装简易等优势，所以一般在实际工程中采取铰接的设计。刚结可以将次梁成为连续梁，可以起到减少材料损耗，次梁挠度的作用。次梁与主梁连接时应该采取铰接连接的结构设计，按照次梁的剪力设计，同时考虑到连接偏心力对结构产生的附加弯矩，可以不用考虑主梁的扭矩。抗震设计时，要从构件横梁的侧向屈服力出发设计，在横梁的翼缘结构塑生区设置侧向支撑构件。由于梁的翼缘是与楼板连接在一起的，所以主梁也会受到楼板以及翼缘的建立，要在下方填充支隔物，让支隔可以起到同时支撑两根横梁的作用。

3.3柱脚结构设计要点

3.3.1埋入式柱脚结构设计要點

埋入式的柱脚即是指将钢结构的柱按照相应要求固定在钢筋混凝土中，然后进行混凝土浇灌处理，从而形成刚性固定的基础。设计时我们假定柱的轴心压力由埋入基础下的柱脚底板产生并直接传递给混凝土基础和基础梁；弯矩由翼缘上的螺栓直接传递给钢筋混凝土基础或由柱翼缘传递给混凝土；柱底部的水平剪力由埋入混凝土的钢柱的翼缘与基础梁的承压力来传递；不考虑其埋入柱脚与土壤和混凝土的摩擦力和粘结力。通过这些力的分析作为设计的主体指导思想，来进行柱脚结构的设计。

3.3.2外包式柱脚结构设计要点

外包式柱脚是由钢筋混凝土将柱脚抱起来的柱脚设计。其中要充分考虑钢筋混凝土的包脚高度，截面尺寸和箍筋配置，他们对于柱脚内力的传递和恢复特性起到了重要的作用。在设计时，一般对期内力的传递做以下假定：轴力压力由钢柱柱脚地板直接传递给钢筋混凝土结构基础；弯矩由翼缘抗剪螺栓先传递到钢筋混凝土外部，再由外部结构传递到基础与梁中；水平剪力在传递过程中，由底板和混凝土之间的摩擦先抵消一部分，再由包脚的混凝土和箍筋配置共同承担。

结语：

钢结构目前在建筑行业已经得到了广泛的认可与应用，它与其他结构相比，拥有着高刚性、高稳定性以及高性价比等独特优势。本文从建筑物钢结构的总体概要出发，建筑物钢结构的结构分类和钢结构结构的设计要点进行了深入的论述，详尽的说明了钢结构刚性结构和铰结结构的结构特性和适用情况，同时对梁与柱、次梁与主梁、柱脚三种结构设计方案进行了设计要点上的明晰，希望能够让钢结构能够更好的为建筑施工服务，推进建筑行业的发展历程。

参考文献：

[1]杨海生.建筑钢结构主要分类及设计要点[J].建筑工程技术与设计，2018，（9）：277.

[2]曾宪平，刘军文.建筑钢结构主要分类及设计要点[J].建材与装饰，2016，（44）：57-58.

作者简介：

钟峥，中国联合工程有限公司，浙江杭州。