建筑结构设计中钢结构设计的重要性与策略

杜智刚

（广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510630）

0 前言

在建筑行业不断发展的背景下，建筑钢结构的应用范围以及频率也得到明显提高。

建筑钢结构之所以得到广泛应用主要在于其优良的特性，钢材质的延展性以及刚性能够明显提升建筑结构的稳定性以及塑形变形能力[1]。建筑钢结构虽然得到广泛的应用，可是很多建筑工程在进行建筑结构设计时却没有充分考虑对于后续施工的影响，对建筑钢结构设计的忽略导致无法充分发挥钢材的独特性能，严重情况下甚至会因为设计不合理引起建筑钢结构失稳造成安全事故的发生。因此，相关工作人员对于建筑结构设计中的钢结构设计工作应当引起足够的重视，探讨能够有效提高建筑钢结构设计水平的策略。

1 建筑结构设计中钢结构设计的重要价值

建筑钢结构属于建筑行业快速发展过程的产物，施工人员需要按照设计图纸通过焊接、热轧以及冷弯等工艺使钢板塑形为建筑工程所需要的钢形。目前，建筑钢结构应用过程主要会用到轻钢结构以及重钢结构两种类型，这两种类型各有千秋，其应用范围也具有明显的差别。建筑钢结构的轻钢具有自重和占用面积均较小的特点，因此在跨度较小的建筑项目会更加偏向于应用轻钢，常见建筑钢结构如图1 所示。而建筑钢结构的重钢与轻钢相比其自重明显更高，在跨度较大的建筑物当中重钢结构得到广泛应用[2]。如今，建筑钢结构设计在建筑结构设计中的占比逐渐提高，其设计工作的重要性也在与日俱增。建筑结构钢设计工作不仅会对建筑物整体质量产生直接影响，还会间接影响整个建筑行业的发展，同时还会对现代钢结构制造业的发展产生明显影响，综合这两方面考虑建筑钢结构设计至关重要。而建筑钢结构设计工作同样具有较高的难度，相关涉及人员除了要严格按照建筑结构的设计规划进行钢结构设计工作外，还应当充分考虑建筑项目施工性质以及相关的工程图纸，对于钢结构设计过程的要点要进行充分把握。建筑钢结构设计具有十分明显的关联性，一旦某一环节或者某一构件出现设计问题都将直接影响到整体的钢结构设计质量，进而会影响建筑工程后期施工质量，成为安全事故的诱因。建筑企业重视建筑项目当中钢结构设计工作可以在提高建筑质量的同时，为建筑企业市场竞争力的进一步提升以及建筑行业的进一步发展提供促进作用。

图1 建筑钢结构

2 建筑结构设计中钢结构设计的问题

现阶段，建筑钢结构设计工作当中仍旧存在较多的问题严重降低钢结构设计水平，进而制约建筑行业的进一步发展。很多建筑设计人员对钢结构特点的了解处于比较表面的状态，在设计过程没有充分落实钢结构分析、钢结构评估以及钢结构判断等前期设计工作，导致很多建筑工程钢结构设计与施工要求具有一定的距离[3]。建筑钢结构设计工作的内容与以往相比变得更难以及更复杂，因为设计人员不仅要分析钢结构节点受力情况，还应当对钢结构建筑的外观承重以及内部承重结构进行合理分析，这在无形之中提高建筑钢结构设计的难度。还有一部分建筑设计部门并没有接触太多钢结构设计工作，所以在设计工作中会直接将以往砖石结构建筑的设计经验照搬到钢结构设计工作中，这给钢结构建筑的稳定性以及安全性都埋下巨大的安全隐患。钢结构建筑设计不仅会影响建筑外观，同时还会影响所带来的经济效益，很多国内的建筑设计人员会在钢结构设计过程过度参考相关的国外经验，而国外与我国发展水平具有一定差异，其钢结构建筑设计过程往往会忽略建筑经济效益。因此，一味仿照国外钢结构建筑设计对于国家以及建设部门的经济效益会造成明显的负面影响。除此之外，很多建筑项目当中的设计工作都是通过外包的形式完成的，这不仅明显降低钢结构设计的深度，甚至还会因为分包问题导致钢结构设计方案与原设计要求具有明显的差别[4]。钢结构虽然具有诸多优势，可是钢结构同样在抗腐蚀性方面存在一定的局限性，如果设计人员没有充分考虑建筑地点环境对于钢结构的侵蚀性，将会造成钢结构腐蚀性问题引发钢屋架倒塌等严重安全事故。另外，钢结构对于温度也比较敏感，在设计过程如果忽略使用耐火材料保护钢结构那么在火灾发生时建筑材料承载性也会受到严重的负面影响。

3 建筑结构设计中钢结构设计的策略

3.1 工程概况

以某一钢结构建筑工程为例，对其工程概况进行简单介绍。本建筑工程属于工业建筑，总建筑面积为33929.84m2，层数为单层，无地下室。建筑结构类型为钢结构、框架结构，基础类型为独立柱基。建筑檐高7.75m，无地下室，抗震等级要求达到Ⅵ级，地基与基础要求采用柱下独立基础。建筑外墙装饰采用水泥砂浆分两次施工，面层为白色外墙涂料。

3.2 设计策略

在进行建筑钢结构设计工作时应当注重建筑梁与柱之间结构设计要点、次梁与主梁连接结构设计要点以及柱脚结构设计要点等。首先，钢结构建筑梁与柱之间结构设计比较关键性的部分为钢结构承受力要求以及抗震性能的设计，大部分建筑钢结构柱设计都采用贯通型设计，此时对于钢结构的承受力设计应当进行充分考虑，在进行梁柱连接设计时应当采用刚性连接，以达到翼缘能够提高钢结构受弯承受力，在设计环节使承受力设计高于梁整体塑形受弯力的1.5 倍，而腹板受剪承受力设计应高于梁两端所产生施加力的1.4 倍。为了提高钢结构的抗震性能设计，对于连接结构设计应充分考虑梁的全截面塑性模量。次梁与主梁连接点设计则应根据工程实际情况选择铰接结构或者钢结构。柱脚结构设计要点则包含嵌入式柱脚结构设计以及外包式柱脚结构设计。

设计师在钢结构设计过程应当充分考虑钢结构设计原则，首先要确保钢结构的稳定性，其次还应当对钢结构平面结构的平稳性进行充分考虑。设计师只需要对钢结构钢架进行稳定计算即可，可以免去多层或者中层设计框架稳定性分析工作环节。在钢结构设计过程，设计师既要充分考虑工程概况，还要运用自己以往的实践经验以及科学的理论基础，尽量增强钢结构设计的实际应用效果。建筑钢结构设计过程不可忽略的两个设计问题便是钢结构的防腐设计以及火灾隐患。为了避免钢结构受到腐蚀，在设计工作中可以提前分析和确定在钢结构周围喷涂防腐材料或者设计防腐结构，以此减少钢铁腐蚀情况的发生。钢结构防火设计除了喷涂相应的防火涂料外，还应充分考虑混凝土防火保护、耐火钢以及防火板保护设计等。设计人员对于钢结构的每一个部位都应进行明确，在设计采用刚才防护措施的同时，还应考虑其使用空间。并且，钢结构设计工作还应当注重所使用钢材防护材料的可靠程度，以及实际施工过程施工场地的顺利程度和经济条件等。

钢结构设计图纸编制主要包括钢结构设计图与钢结构详细施工图两部分，这两部分分别需要设计方以及钢结构生产企业分别编制。钢结构设计图为钢结构生产企业编制详细的施工图提供良好的基础，并且提供关键性的内容。因此，设计人员在进行钢结构设计图编制时，应当确保其内容和深度的完整性，同时还应避免设计过度冗余情况的发生。设计人员应当充分考虑实际的设计需求、荷载材料、材料材质以及技术数据等内容，在钢结构设计图中详细标识这些内容。而钢结构设计施工详图则为后续车间制造与加工钢结构提供可靠依据，因此其设计深度应在考虑钢结构设计图的基础上充分考虑车间制造与加工的符合性。

4 结语

综上所述，建筑钢结构具有十分明显的耐用性以及经济性，其在建筑行业的广泛应用对于建筑行业进一步发展起到明显的促进作用。建筑钢结构设计不仅会间接影响建筑行业的发展，还会对钢结构制造业产生直接影响。建筑钢结构设计过程应当充分考虑钢结构的强度、刚度以及稳定持久性，为了进一步提高钢结构建筑的稳定性以及经济效益，设计人员在钢结构设计环节应当充分考虑钢结构的行业变化，对于相应的施工技术进行不断优化，在保证钢结构建筑施工质量的基础上，为建筑行业以及钢结构制造业的可持续发展提供保障。