孙铃铃
中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海市 200135
摘要：随着建筑业的发展，建筑工程的取材也在发生改变，高层建筑的兴起，使得钢铁的使用越来越广泛，本文通过对劲性钢构托座处加劲板、劲性钢构柱截面、外露钢构梁–梁刚性连接节点和外露连廊结构进行优化设计，可减少施工难度和工作量，降低工程成本，取得了显著的技术进步及经济效益，并为钢结构优化设计提供参考经验。
关键词：钢结构；工程造价；优化设计
引言
随着社会的发展和精神文明的进步，人们对建筑的设计理念要求越来越高，不仅要满足功能需求及保证外观、形式美，而且现代建筑设H逐渐向综合型、多元化、智能化、高精尖发展，由此对结构的外观要求更加严谨。钢结构具有高强度、刚度大、比重轻、标准化加工、适应快速建造、可以完成奇观外形等特点，被推广应用于高层及超高层建筑、异型结构、大跨度空间的公共建筑。复杂的钢结构工程具有节点繁琐、受力复杂等难点，所以要针对每个复杂构件进行详细的拆解,方能实现制作及施工。
1 钢结构的概念
钢结构在一定意义上来讲，是在保护环境阻止生态环境被破坏，为改进结构质量，满足人们的生活需求，会消耗大量的木材材料，造成生态资源的严重破坏，阻碍生态环境的持续发展，但是采用钢结构后，木材数量明显降低，并在加强结构安全性的同时，增大了材料的回收利用率，降低了工程建设中损耗，达到环保的效果。建筑钢结构工程是指使用钢材制作钢梁、钢柱与钢板等不同类型的结构组件，将这些组件用焊接处理与螺丝紧固的方式进行组装，形成安全稳固的建筑钢结构体系。
2 建筑钢结构工程存在的问题
（1）钢结构具有不稳定性。如果结构组件局部受力位置未设置支撑建肋筋，且外部作用力超过薄腹板的抗荷载强度，就会导致局部结构失稳。
（2）钢结构具有易脆性裂变。钢结构最显著的特点之一就是抗形变能力较强，尤其是使用低碳钢材组成的结构组件。低碳钢材具有明显的屈服台阶，若钢结构发生损坏，会出现一定的征兆。
（3）钢结构的其他延伸问题。钢结构的变形钢结构在加工、运输、吊装过程中，往往会受到温度条件与应力条件的影响而发生形变。其中，焊接钢结构的形变问题较为严重。按照钢结构形变量差异，可分为局部形变和总体形变两类。总体形变是指整个钢结构的尺寸与外形发生明显变化，如结构组件长度拉长、宽度变窄、下部弯曲等。如果结构组件发生形变，不仅会加大组装难度，还会影响受力平衡，造成结构失稳。
3 建筑钢结构节点设计的方法与策略
3.1荷载设计
荷载设计对专业性要求较高，同时也需要结合实际采取科学的计算方法完成数据计算，这可有效提高钢结构荷载设计的准确性与科学性。现阶段的结构设计中，设计人员通常采用专业软件来完成设计环节。荷载取值时，应考虑工程所在地的自然环境和气候特点。如工程所在地降雪量较大，则需适度提高钢结构屋面的积雪荷载，确保结构荷载的最大值可承载积雪的压力和负面影响。
3.2加强楼面钢结构设计的合理性
在建筑钢结构设计中，还要注重创新设计方式。例如，在楼面钢结构设计中，由于混凝土结构的变形缝较大，且钢框架中温度可调线圈系统的长度为110m，为预防底板裂缝问题，需要加大对变形缝设计的重视，有效控制伸缩缝。设计人员可以采用压缩型钢与混凝土相混合的方式作为主体楼板设计形式，一方面，对梁体的螺柱实施焊接处理，另一方面，确保衔接性能符合标准要求。需要格外注意的是，必须对压缩型钢的栓钉实施焊接处理，以强化技术的应用效果。
3.3增强基础工程钢结构设计的合理性
在基础工程的钢结构设计中，应树立正确的思想观念，将其作为整体设计工作的核心内容。
但纵观钢结构设计工作开展现状，荷载分布问题与形态功能问题较多，根本无法保证整体钢结构工程的安全稳固性。对此，设计人员需不断总结实践经验，充分考虑地质结构条件、地下水文环境条件与荷载分布特征等，秉承因地制宜的基本原则，开展地基工程的钢结构设计工作。在实际设计中，要求设计人员合理应用素混凝土与毛石混凝土材料，将条形结构的宽度设定为3m，采用钢筋进行拓展处理。若该区域的土质结构条件差，且框架数量较多，可以使用交叉梁条的形式完成设计。
3.4注重网架设计的合理性
通常情况下，建筑钢结构工程的网架系统以钢材为主。在设计过程中，必须对网架的上部区域和下部区域进行独立计算。假设网架所承载的刚度指标无限大，需要保持支座刚度的均匀性，准确计算反支撑作用力，之后将各种作用力转移到下部区域。整个下部区域以梁体和柱体为主，且不同结构的刚度性能存在一定差异，应准确计算网架区域的内力指标与支座的反支撑作用力指标。在网格设计中，极易出现下部计算结果失真的问题。之所以使用刚度无限大的计算方法，是因为网架钢结构属于高次超静定类型的部分，而且钢材料具有极强的弹性与塑性，在结构组件出现超载问题时，不会出现断裂。
4 钢结构优化经验
4.1预防错位和变形
无论是何种场合，建筑钢结构的不连续部位极易出现损伤或裂缝。对此，相关工作人员要提高装配精度，加强结构的连续性。尤其是承受总纵弯曲的纵桁，必须保持连续。针对过渡带位置，设计人员要严格参照设计图纸与标准规范进行操作。
4.2预防应力集中问题
钢结构设计中的一个重点问题就是应力集中。部分钢结构工程的刚度、强度与稳定性分析均符合标准要求，且应力参数值在合理范围内，但由于节点的处理不到位或制作工艺不合理等因素，导致应力集中现象，严重情况下，还会造成结构的损坏。针对该种情况，相应的防治措施如下所述：受弯曲的梁翼板边缘不能出现缺口与毛刺等现象，技术人员可采用模切割法对压缩型钢断面进行切割，使用半自动气割机对板材予以切割，确保板材边缘的平整性与圆润性。
4.3预防层状撕裂问题
钢材层状撕裂又称夹灰，严重情况下，会极大程度的影响钢材强度，需要相关人员引起高度重视。这里要求工作人员加强对原材料的质量检查；选择合适的坡口；且在焊接处理前，要对母材焊道中心线侧位实行超声波探伤检查，避免出现分层或裂纹等问题；采用低氢焊条实施相应操作。
4.4消除焊接残余应力
焊接残余应力会削弱钢结构的刚度性能，进而影响杆件的稳定性。与此同时，存在残余应力的焊件的薄弱点位，极易出现裂缝问题。产生这种现象的主要原因如下所述：部分弧形构件的加工尺寸不合理，在组装时，使用油泵与千斤顶等工具进行强行装配；焊接电流过大，导致焊缝中出现残余应力。处理方法主要包括热处理法和加载法两种。在实际生产过程中，常用高温回火法消除焊接残余应力。
4.5预防脆性断裂问题
焊接缺陷是导致脆性裂变的关键因素。针对此种情况，设计人员要保证选材的合理性与结构设计的合理性，严格控制焊接缺陷。在持续低温天气状况下，必须缩短焊缝处理时间，尽可能当天完成任务。氢脆也是一种危险系数较高的结构损害。氢脆的具体表现是延迟裂纹。要想有效预防氢脆问题，技术人员应当使用低氢焊条，且避免强力拘束造成应力集中现象。在焊接完毕后，可采用消氢处理等措施。
5 结束语
总之，在我国建筑钢结构施工中，通过制度建设及人员安全管理、质控意识的强化来为钢结构施工的安全与质量控制效力强化提供保障，为钢结构的总体建设稳定性优化提供基础条件，施工中还应做好环境控制及质控责任落实工作，保证建筑工程的高质、高效运行推进，为我国建筑结构施工行业的进步贡献力量。
参考文献：
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