对建筑钢结构设计中存在问题与改进措施的探讨

姜铭

摘要：随着我国钢产量的猛增，带动了我国建筑钢结构设计的发展。笔者就当前我国建筑钢结构设计存在的主要问题进行探讨，而后提出了相应的对策，旨在不断提高建筑钢结构设计技术。

关键词：建筑；钢结构；设计

近年来，随着建筑工程的发展，钢结构建筑技术在我国得到快速发展和日益广泛的应用。我国建筑钢结构设计的起步晚、水平低，相对于发达国家而言，还有相当的距离。笔者结合当前建筑钢结构存在的问题，着重探讨了建筑钢结构设计的改进措施。

1.建筑钢结构设计应遵循的原则

1.1注重经济性，尽量节约成本

设计的根本目的是便于施工和使用，故此，在进行建筑钢结构设计时，应该充分考虑到建筑钢结构施工的技术性和安全性。一是必须要确保建筑钢结构设计满足技术和质量的要求。故此，必须将确保建筑钢结构可靠性和牢固性作为前提。二是着重考虑钢结构的经济性。从经济性的角度出发，确保钢结构能够实现经济效益最大化的目标，选择最佳的钢结构体系设计方案。必须要考虑到设计方案中钢结构所需要耗费的钢量，还要对施工工期长短、人工费用多少等进行全面综合地考虑，从总造价上进行考虑。此外，还需要充分考虑建筑材料的供应和补给，还需要对制造刚才和安装水平进行分析和考虑，加强与业主的交流。

1.2刚柔并济，充分考虑其刚柔度

在进行建筑钢结构设计时，不仅要注意到钢结构的刚度，而且要考虑到钢结构体系的柔韧度，必须是刚柔适度，才能够确保钢结构具有足够的抗变形能力和抗挤压、拉扯能力。如果钢结构的抗变形能力不强，就会在强大破坏力作用下而局部受损。如果过柔的话，虽然具有消弱外力的作用，但同时也很容易因为刚性不够而出现太大的变形，从而避免建筑结构的坍塌。当然，刚柔度一直是争论的焦点，现在的规范也只是给出了控制指标的规范限值，而缺乏精确的标准。故此，设计人员应该根据具体情况及相關经验来确定最佳的设计方案[1]。

2.当前建筑钢结构设计中存在的主要问题

2.1建筑钢结构设计缺乏足够深度

一是有的设计单位在设计钢结构时，钢结构缺乏科学性和合理性，往往采用比较保守的方式，导致耗钢量使用过大，这样就会使造价过高。二是设计存在诸多缺陷。如节点设计构造、制造等都存在较大的设计缺陷，从而给施工造成了诸多不便，这些都是需要解决的重要问题。三是有的设计人员对建筑钢结构设计存在较大盲目性，为了确保其达到设计标准和安全等级，就盲目的增加建筑钢结构的构建，从而导致投资资金过大，特别是导致设计费用的急剧增加。这种不负责任的设计方式已经与当前的市场经济体制不相适应。

2.2建筑钢结构的防火性、防腐蚀性不强

一是缺乏较强的耐火性。从钢材来看，缺乏足够的耐火性，当温度超过400℃时，钢材的屈服强度就只能是室温下强度的1/2。当温度大于600℃时，钢材的刚度、强度就会完全丧失。故此，火灾是危险钢结构建筑物的最大克星。如果钢结构建筑物的防火措施不到位，一旦遭遇火灾，就会被严重破坏。因此，从设计规定来看，当钢材表问高于150℃时，就需要进行隔热防护，特别是一些对防火具有特殊要求的建筑，更需要采用特殊的材料和措施进行隔热防护。二是钢材缺乏较强的耐腐蚀性。因此，如果其环境中有较强的腐蚀性介质，是不能够采用钢结构的。如果钢结构建筑长期受到风霜雨雪的侵蚀，也非常容易出现腐蚀生锈的问题，这样不仅影响钢材料的承载能力，而且会影响钢结构建筑的美观。从当前的钢结构建筑设计来看，确保其不受腐蚀。故此，为了尽可能地做好钢结构建筑防腐措施，当前国内最常用的方式就是在钢结构外增加防护层。从防护层的种类来看，主要有金属类防护层、化学防护层及非金属防护层。在涂装防护层之前，必须做好彻底除锈工作，且要确保防锈及涂层与相关要求相符合。

2.3建筑钢结构的物理性能问题

众所周知，钢材的导热性较强。在建筑钢结构设计时，如果对建筑物外面防护结构对热量吸收能力考虑不周全，或是对室内钢材墙面的设计不到位，就会影响热量的传递效果，从而影响钢结构建筑物的保温性能。此外，钢板具有反射声音的作用。在进行钢结构音乐厅设计时，不仅要考虑到材料的强度，还要考虑诸多方面。如果对建筑钢材结构的吸声能力、吸湿能力等因素考虑不周，就会影响音乐庁的音质效果和噪声控制[2]。

3建筑钢结构设计的改进措施

3.1在结构形式与布置方面的改进

钢结构有多种形式，如框架、网架、平面桁架、索膜、等结构形式，这些不同的结构，其特点也不相同，故此，在设计时，必须根据实际需要进行科学合理的选型，譬如，在建设轻钢厂房时，因为需要大量的悬挂荷载和移动荷载，故此，就应该在设计时尽量地选用网架结构，而不能够选择门式钢架。在布置钢结构时，必须要考虑到所选结构模式的特征、性质、荷载分布等情况。一般应该按照刚度均匀的要求进行设计，对打荷载、动载进行最有效地控制，使钢结构能够达到最佳的传力效果。

3.2通过利用钢材截面改进设计

当初步确定钢结构的位置和形式后，就应该估算构件结构的截面。做好梁柱截面、断面的假定。从支座以及荷载来看，一般应该确保钢梁截面高度相当于跨度的1/50—1/20之间。在确定截面时，为了确保其计算的准确性，应该尽可能根据梁间侧向支柱之间的距离来确定。通过长细比值，来预估柱截面，其λ值在50-150之间。故此，在设计时，应该选择合适的构建截面。根据构件的受力情况，合理的选择安全、经济、美观的构件截面[3]。

3.3从结构分析进行改进

为了确保结构具有足够的稳定性，故此在进行钢结构设计时，必须充分格外注意。从钢结构建筑来看，梁是主要构件。在设计梁时，必须要对梁的强度和稳定进行验收。在对钢结构建筑的柱子进行设计时，必须要选择好材料，这样才能够确保设计质量。从材料来看，主要有Q235和Q345这两种材料。如果从工程管理的角度进行分析，在主结构上主要采用单一的钢种。如果从经济角度考虑，在截面结合方面，都充分考虑到强度不同的钢材。譬如，如果在进行趋向于稳定控制时，应该选择Q235；如果趋向于强度控制时，则要选择Q345。当前，随着程序技术的发展，可以充分利用结构软件，对整体结构进行优化。通过优化后，我们需要对截面进行调整，还需要考虑到计算长度的参数定义，充分利用模型进行设计。

3.4从节点的设计方面进行改进

在进行结构分析时，必须对节点的形式进行充分地考虑。如果分析不到位，就容易导致模型中的节点与设计中的节点不完全符合。值得注意的是，不同的结构，其传力特点也不同。一般可以将节点分为刚接、半刚接和铰接。在选用节点的时候，必须准确地判断节点的连接方式，以确保设计的合理性与安全性。在节点设计时，还应对施工人员、施工现场环境、吊装安装等所需要的条件进行充分考虑，这样才能确保建筑钢结构设计的科学性和合理性[4]。

4.结语

综上所述，与一般钢筋混凝土结构比较而言，钢结构具施工方便、强度高、匀质和可回收率高等优点。展望未来的建筑发展趋势，建筑钢结构具有十分广阔的市场前景。故此，作为设计人员，我们应该根据建筑发展的需要，不断引进新技术，采用新方法，不断探索研究，改进设计方式，提高设计水平，以便设计出更加符合人们需要的优质、舒适的钢结构建筑。

参考文献：

[1]周世斌.高层建筑钢结构设计中应注意的问题分析[J].中国建筑金属结构，2013，08：3.

[2]赵虹.浅谈建筑钢结构设计中面临的问题及改进对策[J].中国建筑金属结构，2013，12：8-9.

[3]王微.浅谈建筑钢结构设计现状及存在的问题[J].黑龙江科技信息，2013，21：256.

[4]李有力，张利为.建筑结构设计中存在的问题与对策[J].中华民居，2012，03：251.