工程建设标准化2023年5期

钢结构设计在建筑结构设计中的应用研究

刘聪

武汉天华华中建筑设计有限公司   湖北省武汉市    430024

摘要：钢结构的稳定性和造价低的优势，使得钢结构在建筑结构设计中得到了广泛应用。钢结构体系自身质量较轻，施工便捷且便于安装，较快的施工周期和较低的工程造价，再加上良好的抗震性能，使得钢结构应用范围越来越广泛。另外钢结构建筑污染性小，投资回报见效快，也符合我国现阶段发展的基本需求，所以钢结构的发展水平也从侧面反映了国家的综合经济实力。

关键词：钢结构设计；建筑结构设计；应用

引言

钢结构在现代建筑领域中占有十分重要地位，但在结构设计、加工生产、现场组装方面存在优化空间。钢结构从业人员应不断加强钢结构专业知识学习，提高钢结构设计与施工环节的紧密结合，为快速持续发展的中国建筑业提供可靠保障。

1 钢结构概述

钢材强度高，在满足稳定的前提下，钢构件截面要比其他材料要小，大幅减少了构件占据空间的体积，提高空间利于率。随着钢产量不断增加，材料成本降低，钢结构在建筑工程中使用逐渐扩大。由于其可实现工厂化，统一标准化施工，不仅缩短施工时间，同时钢结构生产工厂化标准化技术的发展，对建筑业的技术改进起到了推波助澜的作用。与其他材料相比，钢结构有独特优势。首先，钢材的强度和强重比高、塑性和韧性好。钢材在受力状态下，当其内部应力超过允许应力时，不会因发生突然断裂，还可以继续抵抗外部荷载。这种在受到外力作用虽然产生较大变形但不发生断裂的性质，对结构的抗震性能提高十分有利。可以避免因突如其来的地震力而使结构发生整体垮塌。有利于减小地震力带来的结构破坏，减少人员伤亡和降低经济损失。其次，钢材质地均匀，更符合材料的计算假定条件，在进行钢构件和结构设计时，能使计算模型的内力情况与实际相吻合而清楚各构件的实际受力情况，即安全又经济。第三，钢结构实行工厂标准化生产，产品质量好，施工现场安装，不仅施工效率得到提升，而且施工质量得到保证。因此，钢结构满足设计人员更高的建筑需求。

2 钢结构在建筑应用中的优势

2.1钢结构建筑绿色节能可持续

钢结构工程建设绿色环保。与钢筋混凝土和砖混结构相比，钢结构在施工期间对周围环境影响最小。施工期间在建筑场地不使用砂石和水泥等建筑材料，并且无大型搅拌机和混凝土泵车等机械的使用，降低了空气中的粉尘含量、机械噪声污染程度大大减轻。同时钢结构安装和拆除方便快捷。并且钢结构具有很高的回收利用率，对于鉴定无法继续使用的钢结构，拆除后可以回收利用，不污染环境。可促进我国资源的可持续发展。

2.2钢结构具有很高的承载力

相对于传统的钢筋混凝土结构形式，钢结构不仅有更好承受外部荷载的能力，同时钢结构占据空间体积小。通常来说，6层钢结构建筑结构的总重量与4层钢筋混凝土建筑结构总重量相当。也正是由于钢结构的重量轻，在相同地震力作用下，钢结构吸收地震能量小，受到破坏程度小。并且钢结构的是延性好，消耗地震力的能力强，因此结构更为安全可靠。

2.3钢结构建筑施工速度快

钢结构构件是工厂标准化加工而成的构件。具有受外界环境影响小，质量稳定性高，加工精度高等特点。施工现场按图纸完成节点连接和构件组装，与砌体和钢筋混凝土结构相比，施工作业简单，易操作，工作效率高。

3 钢结构设计水平的提升策略

3.1钢结构预估截面设计

只有尽量准确估算钢结构支撑体系断面大小和钢结构梁柱断面大小之后，才可以对钢结构预估截面进行设计。钢结构建筑的梁体通常设计为槽钢或H型钢，在对建筑梁所受荷载进行分析计算后可以确定其截面大小，翼缘高度主要是依据梁体侧向支撑点间距来确定的。钢结构梁截面尺寸大小和翼缘高度确定以后，便可以依据相关设计标准预估钢结构板件厚度。钢结构柱截面大小是通过截面受力大小、结构梁体类型来综合确定的。

3.2钢结构防腐设计

钢结构构件不采取任何防护措施且长期处在潮湿空气环境中会受到严重腐蚀，钢结构一旦被腐蚀后其有效受力截面会变小且会出现一定的锈坑，导致钢结构耐用性大幅度降低。基于此，在钢结构设计过程中要给予钢结构防腐问题一定的关注度。钢结构防腐设计的常规做法是在钢结构表面涂抹具有高强度附着能力的防腐材料，将钢结构构件与空气中的水分和氧气隔绝，继而达到防腐的效果。防腐材料的设计涂抹厚度根据钢结构所处位置的不同而有所差异，处于室内区域非裸漏的钢结构防腐层设计厚度通常为100μm，处于室内区域裸漏区域的钢结构防腐层设计厚度通常在150~200μm，钢结构建筑的地面和地面以下部分钢柱柱脚采用C20混凝土包裹并在混凝土表面涂抹防腐涂料，反腐涂料厚度设计在50μm以内。

3.3钢结构抗震性能设计

我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，这也要求我国建筑结构在设计时必须要考虑抗震性能。钢结构设计要确保钢结构均匀受力。钢柱和建筑屋架的连接顺序要正确。此外，准确的钢结构支撑形式同样可以有效提升钢结构建筑物的抗震性能。与此同时，钢结构墙体结构和钢结构钢柱之间的高宽比应进行设计优化，确保钢结构处于良好的抗震状态。

3.4钢结构的隔音效果设计

噪声问题给建筑使用者的生产和生活带来了诸多困扰，近年来，关于消除建筑噪声的研究不少，但是却几乎没有真正消除噪声带给建筑使用者的困扰。不同使用功能的建筑物对隔音效果的需求不同。比如，大型商超对隔音效果并没有太高要求，而民用住宅或者学校建筑对隔音效果要求较高，而音乐厅、礼堂等建筑物需要让观众听清楚声音。基于此，钢结构设计人员要根据建筑具体使用功能和建筑物对隔音效果的要求来进行针对性的噪声消除设计。

3.5钢结构节点结构设计

钢结构节点衔接设计是钢结构设计的重头戏。钢结构设计人员需对钢结构节点的特征和节点形式进行深入分析和计算，再通过设计流程将不同节点进行系统性分类，确保钢结构节点衔接过程中准确无误。钢结构受力情况不同其节点性质也不同，依据受力情况不同钢结构节点可分为刚性节点、半刚性节点以及铰节点。其中，刚性节点和铰节点的承载能力较强且工艺成熟，在钢结构设计中被经常用到。钢结构节点设计应注意以下问题：第一点，要根据施工基本顺序来分层设计钢结构焊接形式和钢结构焊接尺寸。钢结构焊接辅料（焊条）等应选择与其镶嵌的金属材料相匹配的，钢结构焊缝大小的设计是不能随意改变的，焊缝与焊缝所连接构件的重心应该始终保持一致。第二点，钢结构构件连接的传统形式为铆接，但是铆接形式连接的钢结构构件抗剪性能比较差，而且铆接的钢结构位置合理性欠缺。所以，在钢结构设计过程中要选择先进的栓接模式来替代传统的铆接模式。栓接模式下钢结构构件的抗剪能力大幅度提高，而且栓接施工操作更为便捷，在设计过程中还应根据钢结构建筑项目的具体情况来选择栓接强度等级。合理的栓接强度可以有效分担钢结构构件的压力和摩擦力。

结语

钢结构具有体积小、性质稳定、可塑性以及刚度都较强等特点，被广泛应用于建筑施工中。想要更好地提升工程的整体质量，就必须全面分析施工技术在实际工程中的应用，提升整体的工程质量，促进我国建筑行业的快速发展。

参考文献：

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