摘要：建筑工程钢结构设计关系着整个工程的施工质量，提高钢结构设计水平有助于提升建筑物的稳定性和安全性。设计人员必须注重钢结构设计的施工安全性，严格遵守施工方案以及国家的相关设计规范要求。
关键词：建筑工程；钢结构设计；安全施工
1建筑钢结构的简介
1.1建筑钢结构的概述
建筑钢结构主要是由钢制的材料共同组成的结构，这也是目前的建筑结构形式之一。钢结构通常是由钢板和型钢等制成的钢柱、钢梁和钢衍架等构件共同组成。其中构件与部件之间采用螺栓、铆钉和焊缝来进行连接。因为其自重比较轻，而且施工比较简便，所以在许多的建筑领域都会广泛应用。
1.2钢结构工程的特点
1.2.1钢结构制作简便，施工工期短
①在土木工程中，钢结构工程基本是在工厂进行加工制作，而后运抵现场进行安装施工的工程；这也是钢结构工程本身的一个特点，其特点就是简便、快捷，不受环境等因素的影响。②由于钢结构型材构件比较轻，相对于其他工程而言施工简单，安装更加方便；而对于一些小型的钢结构或者轻型钢结构构件，也可以根据现场的实际情况进行现场制作，简易吊装，从而很大程度上起到了灵活机动性的特点，进而有效的缩短了施工工期，提高了施工进度。所以说钢结构工程中，其制作简单、施工工期短，是建筑工程施工过程中一个亮点，也是最为突出的特点。
1.2.2钢结构工程空间分隔更具灵活性
在建筑工程中，空间分隔的合理性、科学性，一直以来是建筑工程中发展的重点；因为其分隔的合理、科学性，可以大大的提升工程的利用价值，从而提升工程建设的实际意义；而钢结构工程在空间分隔中就体现了这种特点。钢结构工程在住宅或者厂房使用上，要比传统的工程模式更具有灵活性；它能够在空间分隔中大开间的进行灵活分隔，并可以通过减少柱子的截面面积进行扩展空间，同时也可以通过轻质隔墙在钢结构工程中的使用，提高到空间分隔的特点；进而有效提升面积使用率，可以将户内的面积从很大程度上提升利用效果。所以说，钢结构工程空间分隔更具有灵活性，也是钢结构工程推行的一个特点。
1.2.3钢结构工程更具有环保性
为了有效提升建筑工程节能环保的效果，国家在建筑工程中采取了多项建筑工程的政策，钢结构工程施工在很大程度上促进了节能环保的政策落实工作。首先节能效果好，由于在钢结构工程设计中，墙体基本采用了各种节能环保的材料，如轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板等材料，这些材料在钢结构工程中应用，不仅在室内保温过程中，有效提升保温性能，更从很大程度上提升了钢结构的抗震性能，且其抗震性能优于其他建筑工程结构。其次、钢结构工程环保效果好。钢结构工程施工时改变了传统的建筑工程施工模式，从建筑材料使用上，大大的减少了对砂、石、灰的依赖，多是绿色环保材料，从而有效促进绿色建筑工程的实施。同时在建筑物拆除时，其大部分材料可以再利用，从而有效的减少了资源的浪费，使其不会造成垃圾污染的问题出现。所以说，钢结构工程更具有环保性，这也更加有利于国家建筑工程环保政策的开展。
3建筑工程钢结构设计中存在的设计问题
3.1钢结构的防火性能
当钢结构是整个建筑物的主体结构时，钢结构的强度直接影响着建筑物的稳定性。尽管钢材的强度较高，但钢材的耐高温性能不佳，当温度超出钢材耐热界限后，钢材就会发生断裂，进而严重影响钢结构质量，损害建筑物的稳定性，使建筑物出现严重的安全问题。
3.2钢结构焊缝连接处质量问题
在建筑工程钢结构部分有许多互相连接的缝隙，这些缝隙需要通过焊接来连接，但焊接质量不能保证就会影响钢结构的整体稳定性。焊接时电弧高温会使空气中的水分分解产生氢气，氢气会导致焊接产生延迟裂缝，这种延迟裂缝不易在验收时发现。
3.3设计不合理钢结构承重过高
在钢结构设计时，设计人员没有考虑到钢结构真正需要承载的重量，设计不合理就会让钢结构难以满足建筑的承重需求。承载能力不足的钢结构在长时间超荷载过程中，钢结构就会出现弯曲、扭曲等变形现象，进而影响建筑物的稳定性。
4建筑工程钢结构设计方法
4.1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。
4.2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。
4.3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。
5建筑工程中钢结构稳定性设计要点
5.1荷载设计
在钢结构设计中，要注重结构的对称性及上下贯通性，减少扭转等情况的发生，加强钢结构的连贯性和稳定性。通常情况下，钢结构的设计会以L型或T型为准，并对外围结构实施加固处理，以增大钢结构的抗扭曲变形能力，保证钢结构质量，保障其性能的发挥。
另外，在钢结构设计上，为了减少问题，降低设计难度，设计人员可从结构刚度、结构中心设计及几何图形设计等方面进行综合考虑，合理规划钢结构类型，确保其稳定性。在扭转设计上，设计人员需要对水平承载力进行综合考量，深入分析影响钢结构强度或性能的特殊因素，以保证钢结构稳定性。例如，在剪支梁的抗弯强度设计，不动铰支座除了要做到水平面内的有效移动以及阻止位移现象产生，还需具备阻止梁绕纵轴扭转带来隐患的能力，并加强水平面内转动与梁端截面的自由翘曲，提升简支梁设计的稳定性，进而达到最终的设计要求。
5.2防火设计
钢结构的防火设计主要是通过耐火材料及防火涂料的合理选用来实现的。在钢结构防火设计中，首先要根据工程建设的防火等级及防火种类进行合理的规划布局，确定钢结构防火设计所需的材料及涂料类型，之后按照规范要求，开始耐火材料及防火涂料的选用。防火涂料的选择一般以厚度较厚、黏结强度以0.05MPa以上的材料为主，钢结构外包防火材料则以硬质的防火性板材为主。而防火涂料的选择，要按照防火指数要求合理选购及涂抹，从而优化各节点部位的防火性能，避免问题的产生。在钢材的选用上，也要注重耐火性能的检查，降低火灾对材料带来的影响，保证建筑工程质量。此外，吊顶设计也是需要重点考虑的内容。在钢结构防火设计中，可通过多种方案的对比研究，确定最终的设计方案，进而优化建筑整体防火性能。
5.3防腐设计
钢结构腐蚀问题不仅会降低结构自身的强度和耐久性，还会对建筑工程结构的安全和稳定带来严重影响。所以加大钢结构防腐设计的重视力度尤为必要。钢结构防腐设计主要分为电化学腐蚀和化学腐蚀两种。设计人员需要结合区域环境特征及工程钢结构的具体要求，设计合理的防腐方案，推动工程的有序进行。
另外，为了降低腐蚀对钢材结构的影响，还应在工程建设中及完工后加大维修养护力度，确保结构质量。
5.4稳定性设计
钢结构稳定性设计中，失稳度和整体刚度的参数确定主要是以临界压力求解法和折减系数法得出的。且在实际设计中，还要对钢材的质量进行严格检测，确保满足钢结构稳定性的设计要求。在临界值确定中，当F=Fn时，钢结构的弯曲性能趋近于零，这就需要对钢结构的稳定问题予以调整。而在弹性稳定计算中，可应用二阶分析方法完成对柔性构件变形能力的分析和掌握，且在迭加原理下，准确计算出弹性稳定值，从而加强钢结构稳定性设计的合理性。
6建筑钢结构安装施工技术
6.1建筑钢结构的安装施工技术
6.1.1钢柱施工技术
钢柱施工技术是钢结构技术工作的基础。在安装之前，先要对钢构件的设计文件与合格证进行检查，钢柱施工中的取样模板和长度、尺寸都必须要按照建筑的实际情况进行测量与确定。对钢柱的标高和轴线进行严格的检查，倘若出现偏差就需要及时的修正。做好相关检验工作之后，进行安装钢梯等设备，在进行钢梁的安装时，要注意对钢柱结构连接件以及混凝土核心筒壁上的预埋件进行预检。
6.1.2吊装施工技术
钢结构的吊装通常有两种，平面吊装及竖向立体吊装。在对钢结构进行吊装时，要充分利用物理学以及力学知识。找准钢结构吊装的中心位置，避免在吊装过程中出现不平衡的状态。结合绳索的受力情况找到平衡点。确定好吊装结构的刚度，强度以及稳定性。在进行平面吊装时，首先要从中心核心筒的位置进行安装。然后再对周围进行吊装和固定，而竖向立体吊装则是先对下层框架梁进行吊装，然后是中层，最后是上层。吊装工作需要一边进行固定，一边进行测量。对于特殊钢结构，因为组合方式比较多样，而且连接的要求比普通钢结构要高，在整个建筑当中的作用非常的重要。所以一般需要按要求先进行组合拼装后再根据建筑的实际情况，制定科学合理的安装工艺和安装模式，再依规定进行吊装。
6.1.3焊接技术
在对钢结构进行加固时，通常会采用焊接的方法。要进行焊接之前，首先要对结构材料的表面锈斑和油污等杂质进行清理，防止影响焊接的质量。同时焊接中需要使用的焊条、焊剂等材料都必须要求合乎规定。处理因为焊接而变形的钢构件时，通常会使用加热的方法来对钢结构进行矫正，焊接的过程中要注意在低温环境下和厚钢板焊接前，先进行预热，避免钢材在焊接的过程中产生裂纹，减少焊接的应力，在焊缝焊接完成后，需要进行后热消除残余应力的处理。
6.1.4高层建筑钢结构的测量与校正
在高层的钢结构安装中，一段安装完成后需要及时对安装完成的工序进行校正，并且可以对焊后的钢柱进行复测，依照这个顺序一段段进行安装，一直到全部完成。在进行校正之前，通常会对钢结构的建筑标准柱进行确定，这样就可以在一定限度上降低安装的误差。在标准柱的垂直度进行观测时要在柱顶固定好测量的目标，确定基准点固定点，并且以复核来确定测量的精准，避免误差。
6.2钢结构安装施工中的注意事项
钢结构的施工材料的质量对整体结构的质量与安全有着重要的影响，也影响着建筑施工的安全。采购前就必须对钢结构的加工企业的资质进行全面的检查，注重企业机械设备的先进性以及生产的规模，另外在安装前仍然需要再次对安装中涉及的材料进行全面的检验，确保钢材的质量满足工程设计的要求。另外需要确定结构与尺寸，同时要避免钢结构的锈蚀问题，不同钢结构的材料除锈的方法也不同，比如在涂装除锈时也要注意涂刷的厚度及涂装的次数。安装方面要做好水平的基准线，每层调和都需要进行联测，做好不同层柱中底标高和梁标高线的控制，要求偏差保证在2mm以内，保证整体的精准度。同时对于不同节间钢柱的垂直度进行控制，要求保证每层钢柱的垂直度都符合规定。
在对焊件进行焊接时需要焊接人员必须持证上岗，而且对钢构材料的特性和焊接工艺都熟悉和掌握，在作业时需要针对不同的钢材选择相应的焊接技术，在进行焊接时也需要使用一定的工艺以及对焊接的顺序和方向进行控制，确保焊接的质量，避免对钢构的外形、尺寸以及外观造成影响。焊接完成后需要及时地进行打磨工作，全部外露钢结构修补底漆和面漆（外浇混凝土密封的钢构件不做防腐处理，混凝土充当防腐保护层），在完成焊接后还需要反复测量，并且将测量结果进行细致比较。
7提升建筑工程施工安全的对策
7.1控制基础工程的质量
在吊装钢结构前，还需要进行基础工程施工,具体的施工内容包括混凝土的浇筑.在进行混凝土短柱的设计时，必须考虑螺栓部分的布置，加强对整个施工环节的质量管控，这样就能提升基础工程部分的施工质量。在设计过程中，螺栓与螺栓之间不能出现较大的间距与偏差，施工中必须保证每颗螺栓都已充分固定，施工人员必须严格遵守施工要求。
7.2规范安装钢结构模板
在组装钢结构模板时，必须确保钢板螺栓孔的位置对应准确，避免孔位出现偏差，完成螺栓的定位后，再使用钢筋焊进行焊接，将三块钢板焊接成一个整体。在这个过程中必须根据螺栓的不同，控制好间距与偏差。
7.3保证施工图纸的审核质量
在完成钢结构设计后，还需要做好对施工图纸的审核工作.在安装钢结构模板时，必须完全参照施工图纸，提升施工人员的综合素质水平，注意钢结构施工过程的规范性，明确各设计节点，这样才能进一步提升钢结构环节的施工安全。在选择钢结构材料时，必须严格遵守《钢结构设计规范》GB50017—2017的设计标准，达到质量等级的审核标准。
7.4加强各施工环节的监督管理
在钢结构的各个施工环节，必须做好施工质量的管理，做好对各个环节施工人员的监督工作。在各施工环节完成后要做好验收工作，提升相关人员的安全施工意识。做好各施工环节的交接工作，每个施工环节都要积极配合检查，这样才能更好地提升钢结构的施工安全性。
7.5做好钢结构设计的技术交底工作
在进行钢结构施工之前，设计人员还应该做好技术交底工作，制订相应的备案，提升施工人员、监理人员对安全施工的重视度。深入分析施工图纸，明确其设计意图，严格参考施工图纸的设计要求，确保钢结构安装顺序的正确性，这样才能更好地提升钢结构的施工质量，避免出现安全隐患。
7.6重点设计钢结构的细节部分
建筑工程钢结构设计中，不仅包含了主体结构设计，还涉及了诸多的细节问题，如果在设计过程中，有关设计人员没有做好这些细节问题的处理，就会影响钢结构的整体稳定性。有关设计人员在确定了钢结构设计方案以后，还需要进行受力情况、细节的分析，随后根据这些细节分析结果，完善整个钢结构设计体系。钢结构受力分析是钢结构设计与优化的重要参考。当前，在我国建筑工程领域，建筑工程多以杆系结构为主，这种特殊的结构使得在钢结构设计的过程中，必须保障钢结构的强度等级较高、截面尺寸符合要求，才能够符合结构设计的要求。钢结构设计时，设计人员需要做好相应的细节处理，提高钢结构的整体稳定性。
结束语
目前，在建筑工程钢结构设计过程中，还存在一定的设计问题，严重影响了整个工程的施工质量，降低了建筑物的稳定性，也给施工带来了较大的安全隐患。为了确保建筑工程的施工质量，提升施工安全性，必须对钢结构设计问题加以解决，给出相应的应对策略。
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