宋彬
中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海市 200135
摘要：在建筑行业发展进程中，钢结构设计受到高度重视。只有优化钢结构设计，才能保证建筑工程强度等级符合标准要求。为此，全面探究如何优化建筑钢结构设计具有重要意义。
关键词：建筑工程；钢结构；优化设计
引言
钢结构具有强度较高、稳定性好以及成本低廉等诸多优势特点，因此，在我国建筑工程中得到了广泛应用。而实现对建筑钢结构节点的优化设计，则能够进一步巩固钢结构的应用优势，全面提升建筑结构质量水平。本研究旨在丰富该领域理论研究的同时，也能够为相关工作人员完成建筑钢结构节点优化设计，提供必要实践指导与帮助。
1 钢结构的基本概念
在建筑工程中，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。建筑钢结构工程具有抗拉应能力与抗荷载能力强等优势特征，能够维护公众生命财产安全。建筑钢结构工程在使用过程中也会出现不稳定情况，具体体现在如下两方面：其一，钢结构支撑点受力不均衡造成结构失稳；其二，钢结构内部构件使用年限较长，稳定性不足，导致结构失稳。
2 建筑钢结构工程的损伤机理
（1）钢结构的稳定性问题。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）钢结构的脆性裂变问题。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 优化建筑钢结构设计的具体策略
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。
结语：
综上，在实际开展建筑钢结构节点设计时，相关工作人员需要充分结合工程实际与钢结构具体特征，在严格遵循相关标准要求下，合理选择与之相适宜的节点连接方式。并主动运用建模思想，配合使用各种专业工具软件建立该模型，对各钢结构节点受力情况进行准确分析。在此基础上，对建筑钢结构中的各个节点进行科学优化设计，对其中各项设计要点进行严格把控。从而有效完成建筑钢结构节点设计工作，并获得理想的设计效果。
参考文献：
[1]韦婉，李晨光.装配式钢结构建筑结构设计在实际工程中的应用[J].工程建设与设计，2020（8）：1-2.
[2]王天亮,张豪杰.土木工程钢结构施工技术的有关问题研究[J].居舍,2019(29).