建筑钢结构工程设计及其注意事项

霍剑峰

摘 要：近年来，钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，并且取得了非常不错的应用效果。不过在实际的应用过程中，也有因为钢结构工程的设计工作做得不到位，导致钢结构建筑出来稳定性不足的问题，这严重影响到了使用者的生命财产安全。为了确保建筑钢结构工程的建设具有更高的质量，需要在进行钢结构工程设计的时候，严格地按照相应的规范和标准进行设计，并做好相应的设计要点工作，从而为使用者提供更加安全、可靠的钢结构建筑。

关键词：建筑；钢结构工程；设计；注意事项

1 建筑钢结构设计

1.1 钢结构的详图设计

由于建筑钢结构的施工主要是根据钢结构的详图设计来进行的，因此为保证建筑钢结构工程的质量，首先就需要做好钢结构的详图设计工作。为了保证详图设计的质量，需要设计人员充分了解和掌握钢结构的组成、所采用的焊接技术，并且对于资深的设计人员进行沟通，从而确保将钢结构的详图设计工作做得更好。

1.2 建筑钢结构工程的稳定性设计

做好钢结构的详图设计之后，还需要保证建筑钢结构工程设计的稳定性。而要想实现这一设计目标，需要保证钢结构整体的设计质量，只有钢结构整体具有足够的刚度和强度，才能保证建筑钢结构工程具有更高的稳定性。因此，在实际的设计过程中，需要对建筑钢结构工程的整体刚度以及稳定性方面的系数进行准确地计算，目前在实际的计算过程中常采用的方法主要有折减系数法和临界压力求解法这两种方法。在得出钢结构的刚度和强度系数之后，将其应用到建筑工程中的时候需要努力寻找最佳的平衡状体，从而能够使得建筑钢结构工程整体具有更好的稳定性。

1.3 钢结构设计中不同软件对比

建筑钢结构设计领域较为推崇的代表软件有上海同济大学土木工程学院开发的空间钢结构杆系系统3D3S软件及中国建筑科学研究院开发的钢结构设计软件STS.国外软件较为著名的是美国BENTLEY公司的钢结构设计软件STAAD/CHINA及SSDD.其中SSDD可按中国现行规范进行设计。3D3S及STS软件作为结构力学精确计算程序，建模时没有较多的条件限制，能真实反映实际结构力学模型。而STAAD/CHINA及SSDD软件除进行结构分析外，还能对结构分析进行优化设计，做到工程智能化设计。STAAD可选择国内外不同规范对结构设计，可进行涉外工程设计，应用范围广。几款软件各有特点。3D3S优点是与AUTOCAD完全接口，许多命令与AUTOCAD类似，简单明确易于掌握。同时后处理功能比较完善，可生成一系列施工图、节点图、材料表等。STS优点为操作简单、界面友好，是PKPM系列软件的一个模块。对如门式钢架、多高层钢框架、排架及支架结构等常用结构建模方便，常用结构后处理功能强大。节点设计后进行梁、柱节点并归，并绘制梁、柱及节点大样图。STAAD特点为国际国内知名度高，拥有20万用户。分析功能强大，可采用线性、非线性、动力分析等多种方法。软件精确度高，通用性、适应性强，是中国轻钢设计领域的优秀软件。设计师在使用软件时要了解程序中的理论和假定，同时应具有知识、经验、洞察力这样的才能。不能完全依赖软件，要在保证结构安全的同时，能采用更为合理的结构方案。

2 建筑工程钢结构设计方法

在建筑工程钢结构设计时，采取的方法较多，较为常用的有以下几种设计方法。

2.1 塑性设计法

当建筑物的结构构件塑性性质以及强度比标准荷载的构件乘以安全系数要高的时候，在构件的内力结构分析中通常就会采用塑性设计法。这一方法有一定的优点，主要表現在其结构进入到塑性之后能够允许进行内力的重分布，但必须要注意，其结构和构件需要具有足够的延性，并且要在设计过程中根据实际需求，严格限制翼缘以及截面腹板的比例尺寸。

2.2 容许应力法

容许应力法在设计应用的过程中也需要坚持一定的原则，具体来讲，要求其结构计算应力需要比结构构件设计中规定的容许应力要小。在结构构件应力计算时，一定要按照规定的标准荷载进行设计，计算是以一阶弹性理论得到的，是以一个去除材料并且大于1的安全系数的极限应力或者是屈服应力确定的。这一设计方法存在一定的缺陷，在应用过程中需要根据实际情况科学选择。

2.3 极限状态法

极限状态法的出现，能够有效解决上述两种方法中存在的缺陷，更好的提升设计质量。极限状态法采用荷载分项系数和抗力替代单一安全系数。在荷载作用之下，结构能够在一定的周期内达到两种极限的状态，即正常使用状态下的极限状态以及承载能力极限状态。后者所对应的是结构的安全性，主要指的是结构的断裂、塑性变形等引起的结构破坏。极限状态是当前建筑工程钢结构设计中应用最为广泛的设计方法，其能够有效提升设计质量，确保建筑钢结构的稳定性。

3 建筑钢结构工程设计的注意事项

3.1 建筑钢结构工程设计过程中的钢材选择

建筑钢结构工程设计过程中的选材非常重要，主要是因为：（1）我国钢铁工业迅速发展，钢材的种类繁多，要从众多的钢材种类中选出适合某种建筑工程的钢材是有难度的；（2）目前钢结构建筑的种类也在不断增加，不同建筑物对钢结构的强度、变形度、疲劳应力等方面的要求也不一致，因此选择合适的钢材显得至关重要，否则就不能发挥出钢结构建筑的功用。

3.2 判断建筑钢结构的适用性

当前钢结构主要用于跨度和荷载较大、体型复杂的高层建筑中。要求其能够承受较高的温度、方便拆卸、能够承受大幅度的振动、密封严实，因此在钢结构设计之前必须要对这些方面进行全面的分析，考虑所设计的钢结构是否适用、能否满足要求。

3.3 加强对建筑钢结构受力体系以及细部节点的设计

建筑钢结构工程设计方案确定后，需要立即对钢结构的受力体系以及细部节点进行具体的计算和完善。首先基于钢结构受力体系设计而言，当前很多钢结构都是采用的杆系结构，这种结构要求钢材强度大、截面尺寸小；在生产的时候可以在现场组装、构件之间的约束作用小。因此其设计的重点是保证构件节点之间的连接稳固性。其次对于钢结构建筑的细部节点设计来说，钢结构建筑的设计要求细致且设计内容复杂，都需要对细部节点进行严格的设计。

4 结束语

钢结构具有空间跨度大、造价低、结构性能突出、安装便利等优势，使得钢结构的应用越来越普遍。与混凝土相比，它有自重轻、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的优点。随着城市化建设的快速推进，工业化的发展，高层及大型建筑越来越多，使得钢结构应用日益广泛。

参考文献：

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[2] 常凤杰.钢结构设计简单步骤与设计思路[J].黑龙江科技信息，2011（2）.

[3] 张展飞.建筑钢结构工程设计及质量安全策略分析[J].建筑工程技术与设计，2015（15）.