淄博市建筑设计研究院 山东淄博 255000
摘要：在建筑工程中，大型钢结构因具有极强的性能，已得到大范围推广应用。与传统的混凝土结构相比，钢结构具有重量轻、防裂性能强、施工便捷迅速等诸多优势。随着城市建设规模扩大，为应对极为复杂的施工现状，行业内对新型材料的期待极高。钢结构的出现，解决了基础承载力不足的弊端。本文首先对钢结构特点及设计原则进行了论述，并对设计方法及要点做了说明。
关键词：建筑工程；钢结构；设计方法；设计要点
1.钢结构的特点
1.1功能优越
由于钢结构极为稳定，加之施工便捷，已成为建筑工程的发展方向。钢结构是构建起建筑物主体的基础，钢结构的设计效果影响着建筑物的功能及外观，应将结构设计与实用功能进行充分融合，重点突出建筑物的功能性，在此基础上做好其它要素设计，在钢结构建筑中巧妙融入艺术气息。如广州恒大足球场项目，采用了大量的钢结构，外观酷似一朵盛开的“并蒂莲”，风格纯净整洁，将功能、结构、外观等因素完美结合在了一起。中国建筑设计研究院场馆采用了折叠式设计方案，屋顶仅依靠多条钢结构悬臂支撑，屋顶可实现顺畅闭合及开启，即使在突遭暴风雨侵袭时，仍旧不会影响各类比赛及活动的进行。
1.2生态环保
由于社会建设速度加快，能源消耗量随之增大，使各类能源均出现不同程度的短缺。我国的建筑行业普遍应用混凝土及砖石结构作为建筑原料，在钢结构建筑技术日益成熟的状况下，将钢材引入建筑行业中已成为时代发展的必然因素。钢材相比于混凝土等传统建筑原料，具有强度高、性能强等特点，加之可以循环利用，即使剩余的下脚料也可以二次回收。现今在国际社会中已出现了全钢结构的住宅型建筑产品，具有密封性能好、保温防潮等优势。即使在室外温度降至0℃以下时，室内还可以保持17℃的最佳体感温度。当室外温度已超过30℃时，室内温度能够维持在21℃。
2.钢结构设计原则
由于钢结构自身特点，致使在设计过程中经常会出现无法全局把控稳定性的现象。如未能完全掌握钢结构施工原则，极易造成严重的事故，对施工人员的安全构成了极大威胁，并导致巨大经济损失。随着技术的发展，各类型的钢结构层出不穷，建筑工程设计人员往往不能及时掌握多样化的钢结构特点，使得相关设计出现瑕疵。加之钢结构设计较为复杂，设计人员如不能全局掌控钢结构构件的相关原理，使此类建筑物整体稳定性较差。从上述分析中可见，如何保持稳定性是制约钢结构建筑物发展的关键问题，如不能对此加以研究即匆忙开工，将会使建筑工程时刻面临着各种意外状况。为切实保障钢结构构件的稳定性，应在设计时遵从以下基本原则：首先，要重视钢结构的细部构造，使其与构件稳定因素相互平衡；其次，在进行钢结构构造布局时，应将保障建筑物整体稳定性放在首要位置；最后，要保证论证阶段的初步图纸与严密计算后的结论相一致，从而进一步确保数据的准确性，使钢结构模式保持稳定性。
3.钢结构设计方法
3.1钢结构的形式与布置
钢结构具有较多的结构形式，如网架、轻钢、索膜等。这些种类各异的结构形式，因其具有不同的特点，需在选择时依据建筑工程实际需要，确定出最为适用的结构形式。如在建筑工程横向面积较大的工程中，主要选择悬索及索膜形式，保障构件不易受到拉力影响；在建设钢结构厂房类工程时，应重点考虑到后期实际需要，适当增加悬挂载荷及移动载荷能力。据此应配以相符合的网架结构。从上述分析中可见，选择合适的钢结构应依据实际需要，如荷载程度、使用性质等，制定出具体实施方案。
3.2结构分析
在对钢结构进行深入分析时，应依据线性弹性的方式进行，应重点考虑重力二阶效应、构件挠曲二阶效应。随着有限元分析软件的大量应用，可从几何非线性和钢材自身具备的弹塑性能方面极易论证，使结构分析更具针对性，其效果更为显著。另外，还存在较多无需借助专业软件即可完成分析工作的结构类型，如某些结构较为复杂的结构，应主要依靠设立相应模型，辅以运行程序共同完成结构分析工作。
如待分析的钢结构较为简单，则仅依靠手动计算即可完成。另外对于某些具有典型性的结构，由于其具有极高的标准化特点，可在查询相关资料后得到内力及变形等数据。在结构分析过程中，应始终将确保建筑物整体稳定性放在首要位置。如在建设层数较多的钢结构建筑时，在不具备纯框架侧移的条件下，可使用带支撑框架结构。在整体框架内，设置多条纵横交错的支撑条。这些由纵向及横向支撑条组成的网状结构形成了支撑芯筒，其中纵向支撑条可起到剪力墙的效果，相比较单纯依靠纯框架结构，极大提升了抗侧力的强度，避免了钢结构建筑物产生层间位移的现象。
3.3构件设计
在构件设计过程中，应首先选择好合适的材料。Q235 、Q345是目前应用最为广泛的钢结构材料，具有极强的应用价值。如从成本节约的角度出发，可选择各类钢材的截面组合，如工程施工现场管理更为重要，则在建设主体结构时选择一种钢材类型为宜。随着计算机技术的飞速发展，现今已出现了较为成熟的结构软件，可对整体结构进行优化设计。在软件的作用下，只需将截面做适当调整即可满足使用需要，在此过程中，操作员要建立起构件模型，并将相关数据录入即可得到相应结果。
3.4节点的设计
在连接节点时，可采取等强设计及实际受力设计方法。为保障施工安全，通常采取等强设计法进行焊缝及螺栓连接。结构焊接是一项极为重要的工作，主要包括直角及斜角焊接。节点设计涉及内容较多，如焊接、栓接、梁腹板等，另外，要在施工前对现场情况进行调查，避免因场地或固定场所狭窄产生不利影响。焊接焊缝的形式对节点性能有着重要促进作用，要严格依据设计规范，合理把控尺寸及形式，还应注意选择与之相配套的焊条。在选择节点时，应准确判断节点连接形式，使设计更具实用性。
4.建筑工程钢结构设计要点
在建筑工程钢结构设计中，应依据工程实际需要建立起合理的分析模型，应保证模型的完整性，不应将任何部分做简化处理，如涉及到空间结构方面的问题，应从立体的角度进行分析，切不可将其平面化。另外，要对设计结果进行适当优化，使钢结构设计同时兼顾安全及经济。在进行钢结构设计时，不应仅从稳定性及强度方面考虑，在设计过程中还要时刻关注钢结构的整体刚度，确保具有大跨度特点结构的安全性。钢结构材料的整体性能极佳，完全能够满足设计需求，加之连接模型与工程施工极为接近，使得计算结果准确率极高，这对于保障钢结构整体稳定性起到极为了重要的作用。
5.结语
在现代建筑工程中，钢结构的应用范围极为广阔。由于钢性结构具有强度高的优点，已成为大型建筑中较为常用的基础原材料之一。在钢结构设计工作中，应首先确保其稳定性，并以此为基础进一步完善其它设计。钢结构设计具有一定的复杂性，应在日常工作中不断总结经验，逐步提升相应的设计技术，推动我国建筑业快速发展。
参考文献
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