建筑钢结构工程设计及其注意事项

柳帅军

摘 要：在现代建筑施工过程中，钢结构具有极其重要的现实意义，在一定程度内决定建筑稳定性和安全性，因此，在开展具体工作过程中，为了对其稳定性和安全性进行更高程度的保障，必须确保科学设计建筑钢结构，为了进一步明确在建筑施工过程中如何更为科学的设计其钢结构工程，本文对钢结构工程设计方法及注意事项进行分析研究，为类似工程提供借鉴。

关键词：建筑钢结构;工程设计;注意事项

前言

建筑工程的建设，不可或缺的结构便是钢结构，相应的设计与工程建设的质量有着直接关系。很多建筑自身的重量，因此，对其承载负荷标准要求非常高。所以，在对钢结构工程开展的设计工作，需要细致并且严谨，这样才能提升施工效率，使得工程综合效益得到提升，强化建筑的建设质量。

1钢结构工程设计的基本要求

1.1钢构件材料选用

在结构设计中，为使钢结构的材料特性能充分发挥出来，在方案设计阶段，选用合适的钢材，不但能确保结构的安全性能，还能方便制作和安装，同时也能使建设成本更加经济。根据GB 50017—2017《鋼结构设计标准》，选用材料可归纳为以下几点。

（1）所有承重构件的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格性保证，对焊接材料还要具有碳含量的合格保证。

（2）焊接承重构件以及重要的非焊接承重构件的钢材应具有冷弯试验的合格保证。

（3）对需要验算疲劳的结构，还应分别按照当地环境条件，具有相应的冲击韧性的合格保证。

（4）对布置有大吨位起重机（不小于50 t）的中级及以上工作制的起重机，也应满足冲击韧性的要求。

（5）对于厚度大于40mm的厚钢板，材料还应有Z向性能的保证。正确选用材料，遵循技术可靠、经济合理的原则，结合结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、材料厚度和价格因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。

1.2钢构件的截面选用

选择合适的钢构件截面是钢结构设计过程中的重要环节，当结构布置完成后，接下来就是估算出合适、合理的钢构件截面。根据构件的属性、结构的跨度及高度、侧向约束的条件、荷载作用的条件、内力的包络图及构件的受力状态等条件，初步估算截面所需要提供的惯性矩、截面面积，并结合设计控制参数条件，如材料的设计强度指标、挠度控制值、长细比限值、构造板件宽厚比和高厚比等，选取一种最适合的截面形式同时预估其截面的尺寸。目前我国常用的截面形式有以下几种：热轧H形钢（分窄翼缘、中翼缘、宽翼缘）、热轧角钢（等边、不等边）、普通槽钢、普通工字钢、热轧T形钢等热轧型材;冷弯C形钢、冷弯Z形钢、冷成型焊接钢管、冷弯帽形钢等冷成型薄壁型钢;焊接H形钢、变截面焊接H形钢、十字形截面、箱形截面、田字形截面、日字形截面、实腹式焊接组合截面、格构式焊接组合截面等钢板焊接类截面。一般结构中多用常规的焊接H形钢和热轧类型钢，当构件受力较大或受建筑条件约束时，采用各类其他焊接组合截面，冷成型薄壁构件一般多用于围护体系和轻型低层建筑钢结构中。

1.3结构布置及注意事项

（1）单层钢结构厂房

单层钢结构厂房可分为单跨或多跨组合，其跨度应按工艺及生产要求、起重机配置及荷载情况等条件确定，一般跨度宜为12～48m，经济跨度为18～36m，当符合门式钢架结构条件时，经济跨度宜取为21～30m。单层厂房柱距的合理性也应与工艺、荷载情况、有无起重机及地基状况等因素结合考虑，一般柱距为6～9m，当为重型厂房时，则应扩大柱距到12m，甚至15m，但屋架开间仍可选用6～7.5m，屋架可支撑在托架上，墙面系统可设置墙架柱。纵向温度区段根据结构情况，可取为120～250m不等。横向温度区段根据结构情况，结合柱顶约束条件，可取为100～150m;当符合门式钢架结构条件时，纵向温度区段可加长至300m，横向温度区段可大于150m，但应考虑温度的影响。

（2）多层钢框架结构

多层框架以抗侧力为其承载主要特点，框架结构应按高度、体形、荷载等条件合理选择其结构体系，一般按高度不同可分别选用，框架、框架–支撑、框架–剪力墙等体系。一般6层及以下的多层框架可采用纯框架体系，7～12层多层框架宜选用框架–支撑、框架–剪力墙体系，支撑一般选用型钢支撑，剪力墙可选用混凝土剪力墙或钢板剪力墙。多层钢框架的柱网尺寸，一般按使用条件、梁格的合理布置以及停车位的合理空间等条件确定，一般取为6～10m。

2. 建筑工程钢结构设计方法

2.1塑性设计法

在建筑工程中，如果其结构构件塑性性质、强度大于标准荷载构件与安全系数的乘积时，有关设计人员在钢结构的设计上，一般采用的是塑性设计法，应用此种设计方式，能够在结构进入塑性以后，实现结构内力的重新分布。但是，如果应用此种设计理念，要求有关的结构与构件，都能够具备一定的延性，翼缘与截面腹板的比例尺寸需要严格根据工程的设计标准来进行。

2.2容许应力法

容许应力法在应用中，需要使得钢结构计算所获得的应力值要低于结构构件设计中的容许应力，只有这样，容许应力法所获得的钢结构才更具科学性。在结构构件的应力计算上，必须以标准荷载为基础，根据一阶弹性理论，保障计算的准确性。这种设计方法在应用的

过程中，需要根据实际需求来进行设计的优化。

2.3极限状态法

极限状态法是一种新型的设计方法，该种方法的应用，有效克服了塑性设计与容许应力设计的缺陷，有效保障了钢结构的完整性与稳定性。在实际的设计过程中，主要是将单一安全系数用荷载分项系数与抗力来取代，当钢结构受到荷载作用力以后，结构会逐步在一定的

周期范围内达到两种极限：正常极限与承载极限，承载极限的存在在一定程度上避免了钢结构的断裂、塑性变形。

3. 建筑钢结构工程设计的注意事项

3.1谨慎选择钢结构的建材

设计师要了解各种钢结构材料的性质和特点，要仔细分析钢结构材料的技术指标，还要对工程项目的地理、气候、温度条件进行深入分析，保证钢结构建材满足当地使用条件。注意各种钢结构建材的韧性、强度、长度、宽度等基本资料，要保证钢结构的建材可满足建筑钢结构工程的施工条件。

3.2注意钢结构设计的适宜性

在进行钢结构工程的设计中要注意设计方案是否可顺利进行施工建设，在设计之初还要考慮到钢结构工程使用单位的情况，到施工地点进行现场考察，保证对建筑钢结构进行全面的考察分析，要对所有的考察资料进行统筹分析，为建筑钢结构的精确设计提供有效帮助。

3.3注意建筑钢结构的安全防火设计

在进行建筑钢结构的设计前要对钢结构的消防隐患进行安全设计，因为建筑钢结构防火性能较差，火灾破坏性大，因此在进行建筑钢结构的设计时要重点对消防安全进行设计，要根据建筑钢结构的风格进行设计，要保证消防设计可发挥应有的效果。目前，建筑钢结构的消防设计应用比较多的是对建筑钢结构进行防火涂层的处理。

3.4处理好建筑钢结构设计的细部节点

为提高建筑钢结构的设计水平，必须处理好建筑钢结构的细节设计工作，建筑钢结构的细节设计要保证钢结构关键节点的安全稳定性，连接方式要根据不同的结构设计选择最合适的设计方案，要保证使用中具备协调性，防止在连接部位出现变形和过载现象，给整个钢结构造成安全危害，对螺栓或焊接处理的连接节，须重点关注，对数据进行认真的分析，确保钢结构的连接节点必须安全，做到强节点弱杆件设计原则。

3.5加强钢结构设计的抗震性能

我国很多地区处于地震带，因此抗震设计尤为重要。钢结构作为抗震性能良好的结构体系，应充分发挥出材料的特性。钢结构构件的抗震性能化设计应根据建筑的抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则结构构件在整个结构中的作用、使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复的难易程度等，经综合分析，选定其抗震性能目标。

结束语

在建筑尤其是高层建筑施工中，运用钢结构的施工形式可使建筑达到很大的跨度空间，且钢结构具有安装方便、成本低等优点，所以在建筑中得到了普遍推广。随着我国城乡一体化的发展建筑工程越来越多，因此钢结构的设计也要符合建筑的整体的要求，所以设计人员必须掌握钢结构的设计重点，为了保证钢结构的质量必须进行精细化设计。

参考文献：

[1]冯涛.建筑钢结构工程设计及其注意事项浅述[J].城市建设理论研究（电子版），2017（36）：96.

[2]关吉隆.关于建筑钢结构工程设计及其注意事项的探析[J].黑龙江科技信息，2017（08）：234.

[3]邱艳军.关于建筑钢结构工程设计及其注意事项的探析[J].中国室内装饰装修天地，2017（23）：202

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000）