刘宇飞1 张跃 2
1身份证号：11022619911109****
2身份证号：11022619871227****
摘要：钢结构工程以钢材为主，是建筑结构的主要类型。钢结构在国内外高层建筑和大跨度结构中的应用越来越广泛。钢结构将是未来结构发展的主流方向。然而，钢结构施工中仍有许多问题有待解决。如何实现合理的设计、经济的应用和施工安全，将是广大科研、设计和施工人员长期面临的问题。笔者认为，只要合理规划，加强领导，积极组织，产、学、研紧密结合，产、学、研共同努力，钢结构行业的发展将更加繁荣。从钢结构稳定性设计、围护结构檩条设计、钢结构建筑设计防火防腐问题、钢结构建筑物理问题等方面分析了钢结构设计中的一些问题。
关键词：钢结构；设计；建筑
1.钢结构发展
钢结构建筑有着一百多年的发展历史，具有重量轻、性能好、施工速度快、工业化程度高、劳动强度低等优点，因此钢结构工程以其强大的优越性能，越来越广泛地应用于建筑行业。然而，我国钢结构工程起步较晚，特别是高层建筑钢结构工程与发达国家相比，钢结构设计的理论和设计经验还比较浅，存在一些问题。因此，钢结构工程设计是我国钢结构设计行业面临的新课题。针对设计行业面临的这些新问题，本文从以下几个方面对钢结构工程设计中的一些问题进行了分析和探讨。
2.现代钢结构建筑的特点
2.1建筑与结构的设计与功能整合，使建筑更具功能性
在钢结构建筑中，结构是形象的重要元素。结构的构件、形状和节点在很大程度上制约和塑造了建筑的形象。只有将建筑与结构的功能和设计融为一体，才能使建筑的功能更加优越，使后续的所有设计环节都能顺利进行，才能创造出艺术与技术相结合的钢结构建筑。2008年北京奥运会国家体育场的许多投标方案都体现了钢结构建筑的特点。例如，在清华大学建筑设计院的可缩回设计中，在体育场屋顶的中心设置两个半圆形玻璃顶面，大屋顶通过相对旋转和平行滑动而打开和关闭。
2.2钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求
钢材组织均匀，近似于各向同性匀质体，强度高，弹性模量亦高。其强度与密度比远小于混凝土，砖石或木材。在同样受力的情况下，钢结构自重小，进而做成高度较高和跨度较大的结构以及灵活的结构形体。现代人已具备建造高度超过1000米最高到4000米与跨度超过1000米的超大穹顶的超高层建筑的能力。并且膜与钢索结构相结合形成索膜结构体系更能满足建筑对跨度的要求，使这类型建筑成为标志性建筑。英国政府为了迎接21th世纪而兴建的标志性大型综合性展览建筑--伦敦千年穹顶亦是索膜结构体系，它的穹顶直径达到320米。
2.3原材料能循环使用，有助于环保与可持续发展
我国的能源与资源都日益短缺，发展钢结构对于中国有着意义重大，因为我国是世界上最大的混凝土建筑与砖砌体建筑国家。钢材是一种高效能高强度的材料，具有高再循环价值及边角料价值，无需制模施工。当前国际上的新型住宅产品已进入我国，其环保节能的优点主要体现在以下两个方面：
2.2.1该类型住宅采取全封闭式保温隔热防潮系统，热损失低，温差变化小。各种季节都具备舒适的居住环境。在室外温度达到30℃的情况下，室内温度仅在21℃左右；室外0℃时，室内仍可保持17℃以上。
2.2.2相比砖混结构住宅，可节能60%以上，冬夏季空调设备可节约耗电三分之一，结构的废旧利用率为100%；相比砖混结构，同样楼层净高条件下，钢结构维护墙体面积较小，节约空调所需能源，减小维护花费。
3.钢结构的稳定设计
稳定性是钢结构设计中的一个重要问题，在各类型的钢结构设计中，都会遇到稳定性问题。当前，钢结构中出现的失稳事故多数是由于设计者缺乏经验，不了解结构及构件的稳定性，对如何保证结构稳定缺少明确认识，造成结构设计中出现不该有的薄弱部位。在设计中，应明确钢结构稳定的基本概念，方能更好地处理钢结构的稳定问题。
3.1强度与稳定的区别
强度问题属于应力问题。稳定问题则与强度问题不同，它本质上属于变形问题。如轴压柱，因为失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，所以柱子的破坏荷载可以远低于它的轴压强度。
3.2钢结构稳定设计的原则
钢结构稳定设计应遵循以下二项基本原则：
（1）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相匹配。在设计单层和多层框架结构的时候，经常不进行框架稳定分析而以框架柱的稳定计算代之。采取此种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数应该从框架整体的稳定分析得出，这样方能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架各式各样，在设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型假定。根据这些假定，框架各柱的稳定参数及杆件稳定计算的常用方法，通常是根据一定的简化假设或典型情况得出，设计者必须明确所设计的结构符合这些假设时才能正确地应用。
（2）结构的细部构造和构件的稳定计算必需互相配合，使两者一致。结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中建筑界非常看重的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应该分别赋予它足够的柔度与刚度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心，这些都是设计者处理构造细部时必须考虑到的。然而，在涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。比如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定的时候，上述要求显得并不足够，支座仍必须能阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁端截面自由翘曲和梁在水平平面内转动，以便符合稳定分析所采取的边界条件。
4.围护结构中檩条的设计
檩条的设计可按《钢结构设计规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（简称《轻钢结构规程》）相关条文的要求进行平面内及平面外稳定、强度、变形等计算，但对檩条平面外计算长度起决定作用的斜拉条、拉条、撑杆的布置概念比较模糊，特别是斜拉条如何设置、在何处设置撑杆等不是很清晰。如《轻钢结构规程》第6.3.5条已清楚规定当檩条跨度大于6米时，应在檩条跨度三分点各设一道拉条（或撑杆），斜拉条应与刚性檩条连接。前者要求一般能达到，但对于斜拉条的连接及撑杆的设置通常被设计者忽视。曾有设计者将斜拉条上端固定在柔性檩条上，且最上端两根檩条间的拉条仍设置为柔性拉条。对于对称屋面的檩条布置是有条件的，就是屋脊处两边的两根檩条必需连在一起，考虑两侧檩条的拉力平衡；但对于不对称的屋面来说，因为两侧拉力不能平衡，无论从传力还是受力角度来说，这样的布置显然是错误的。因此，决定檩条侧向计算长度的撑杆、拉条、斜拉条的布置必须具体问题具体分析，并于计算假定相一致。
结语
钢结构工程在我国起步较晚，尤其是高层建筑钢结构工程与发达国家相比较少。钢结构工程以其独特的优越性，在建筑业被越来越广泛的应用。但我国钢结构设计方面的理论和设计经验不足，存在着一些问题。所以，如何开展对此类工程的设计工作，成为我国钢结构设计行业面临的新问题。
参考文献：
[1]赵荣超.关于钢结构工程设计施工的一点体会[J].科技创新导报.2012（08）
[2]陈怀志.关于钢结构工程设计问题的分析[J].河南科技.2013（3）