钢结构工程特点及设计要点分析

郑立楠

【摘要】钢筋混凝土结构在高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比例越来越大，这种情况之下，在建筑中采用部分钢结构或全钢结构的工程越来越多。城市建筑所使用的钢结构建筑具有设计跨度大，强度高的特点，可以实现建筑的特殊外形要求和较低的施工成本，因此，钢结构在现代建筑之中被广泛运用。

【关键词】钢结构；特点；设计要点

在现代的建筑工程之中，使用传统的混凝土结构已经没有办法满足建筑结构的多元化需求，钢结构是一个特殊的建筑结构，其不仅仅可以补偿传统混凝土结构的各种劣势，还具有结构构件较轻、施工周期较短、布置灵活方便等等优势，在建筑工程之中有十分广泛的推广以及应用。

1、钢结构概述

经济的快速发展带动了建筑业的发展，在建筑中钢结构的应用有很多。钢结构指的是采用钢板进行焊接、热轧、冷弯等方法加工形成的钢型。轻钢结构和重钢结构是钢结构的两种类型。轻钢结构在跨度较小的建筑中应用较多，例如货场、仓库、体育馆场、办公楼等，主要特点是自重轻，而且占用的面积相对较小。重钢结构在跨度较大的建筑中应用较多，例如电子厂房。相对于钢筋混凝土来说，无论是轻钢结构还是重钢结构，其自重相对较小，在强度、负载、跨度等条件一样的情况下，钢筋混凝土比钢结构重3倍。

2、建筑钢结构工程的特点

2.1建筑钢结构工程的复杂性

建筑钢结构中存在问题的复杂性主要体现在钢结构设计较为复杂，容易出现问题的环节也较多，宏观监控难度较大。例如出现焊接裂缝的情况，问题可能出现在焊接裂缝的表面，也可能出现在焊接裂缝的内部，既可能出现在焊接裂缝的金属部分，也可能由于母材受到高温影响发生开裂。

2.2建筑钢结构工程问题的严重性

如果建筑钢结构出现了问题，施工人员必须停下目前的施工项目转向问题的处理，由于建筑钢结构问题的复杂性，处理的难度较大，会推延建筑施工项目的工期。如果建筑钢结构出现了不可逆性的问题，只有进行拆除重建，加大了建筑施工成本。

2.3建筑钢结构工程问题的可变性

建筑钢结构出现的问题会随着建筑施工的进程而产生变化，从细微到不可发现的裂缝逐步变成巨大的裂缝。例如钢构件的焊接缝隙原本是可以忽略不计的，但是由于受到应力的作用，使焊缝逐渐扩大形成裂缝；钢构件如果长期处于高强度的负荷下，容易发生弯曲、变形，产生重大安全隐患，威胁了社会公众群体的人身安全，也容易产生负面的社会影响。

3、提高钢结构设计质量的方法

3.1计算参数取值的优化

在处理钢结构抗震设计时，应考虑到平扭转耦联计算结构的扭转效应，振型数不能小于15，多塔结构振型数不能小于塔楼数的9倍，并且在计算振型数时，应让振型参与质量大于总质量的90%。但是在现实的施工图的改善阶段，却经常发现会有缺少处理的振型数的问题，更有甚者一些结构设计振型参与质量只有总质量的一半，这就会使得结构计算结果产生比较大的误差。

3.2钢结构的选型和布置

高层建筑钢结构通常分为4类，并且它们通常是不同的，要依据它们的侧向力来进行划分。在实际钢结构设计工作中，通常是概念设计，应加充分的考虑施工条件比如功能、制造和安装、负载能力、使用的材料以及其他的影响因素，采用火灾或地震阻力良好的现实架构。在施工时间上要满足不同的功能和建筑要求。除此以外，应依据系统配置钢的使用情况和特点，对具体性质进行综合考虑。一般情况下，这是必须的，这样才能够保证结构刚度，并保证均匀分布结构受力，同时也尽可能的降低建筑物的扭转影响，进而保证强度层的横向力抵制。

3.3钢结构的构件设计

首先，构件设计要选择材料。通常情况下，最常用的材料是Q235和Q345。若对工程管理进行考虑，在主结构上常常会采用单一钢种，若从经济角度上进行，就需要考虑截面组合的不同强度的钢材。比如：在偏向于强度控制时，可以选择Q345；在偏向于稳定控制时，可以选择Q235。因为当前程序技术的快速发展，一些结构软件可以对整体结构进行全面的优化，我们不但要调整优化后的截面，使其达到合理的截面标准，还要对模型的建立、计算长度的参数定义等数据进行考虑。

3.4节点的设计

若未充分地考虑在结构分析前节点的形式，就会比较容易出现结构分析模型中的节点与设计中的节点形式不完全相同形式。依据不同的结构传力特点，我们应该将节点分成为刚接、铰接和半刚接。在选用节点时，要准确判断节点的连接形式，进而使设计具有合理性与安全性。除此之外，节点设计还应充分的考虑吊装安装与施工人员现场操作方便等现场问题。

3.5钢结构建筑的抗火设计

尽管钢是由一种非燃烧的材料制成，可是高温下，由于高的热膨胀系数，就会发生变形，所以即使钢拥有比较好的热导率和电阻，还是会致使火灾的蔓延。有些钢在600℃的高温时，钢的强度基本上失去了，在火灾中变得很脆弱。高层建筑更有可能导致火灾，且高层建筑火灾较难控制。因此，高层建筑耐火钢的设计是非常重要的。目前，中国的高层建筑鋼结构的耐火设计是比较落后的，很多设计不考虑高温、钢的变形和应力，同时也没有考虑各个组成部分之间相互作用的影响。高层建筑钢结构的整体抗火设计基于组件级别，是在建筑防火设计的基础上确定的。

结语：

钢结构工程的施工在我国刚起步，在钢结构工程施工控制过程中，要真正发挥工程控制的作用，要求工程在施工时要严格控制好进度，同时工程师也要做好质量把关工作，这样才能保证钢结构工程的施工质量。

参考文献：

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