钢结构设计工作中应关注的问题分析

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【摘要】建筑钢结构设计是有着较强系统性的一项工作，因而在设计工作中通常会难以避免的遇到多种多样的问题，这便迫切的需要设计人员具备灵活的创新思维及扎实的理论基础，并且对工作高度认真负责的态度。在将建筑钢结构设计原则和内容认识不断加强的基础上，必须尽可能的减少或避免钢结构设计中的错误，注意与设计中的常见问题相结合，以便于提高钢结构设计水平。本文钢结构设计行业的发展现状，深入的探析了钢结构设计工作中所需注意的诸多问题，希望能够产生积极的影响。

【关键词】钢结构设计；原则；问题

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

前言

从整体上来看，我国的钢结构产业的发展时间相对较短，再加上钢结构设计人员的能力及水平参差不齐，这便使得因设计失误或设计疏漏，进而导致了一系列钢结构质量问题。就建筑工程项目的结构设计而言，除了要最大限度的确保安全以外，还会涉及到诸多有着丰富内涵的要求，因此，钢结构设计人员必须对这些设计需求全面的加以了解，并且制定出最佳的设计方案，从而为钢结构的设计质量提供可靠的保障。

钢结构设计的基本原则

2.1轻小重大的原则

钢结构设计应当立足于全局，将“强剪弱弯”以及“强柱弱梁”等相关概念的理解加强，与此同时，就整个结构体系来看，离不开各个部分的配合协调，充分的发挥出各个部分的作用，以便于使整体钢结构具备轻重之分，确保钢结构的质量安全。

2.2层层设置的原则

为了从根本上确保钢结构体系的安全，那么在设计过程中就必须进行层层设置，这样便能够在危险状况发生时，各层及层间连接均能够将不同的效果作用发挥出来。在实际的设计工作中，相当一部分的设计人员为了寻求方便，往往在某一个建筑结构上集中钢结构设计，造成钢结构的失衡。另外，框架剪力较优于纯框架结构，多肢墙较优于单片墙，这些均需要在钢结构设计工作中加以遵循。

2.3优劣互补的原则

钢结构设计应当切实的执行及贯彻优劣互补的基本设计原则。一般当结构刚度较大时，那么其变形能力就会过差，建筑钢结构但凡受到相对较严重的破坏力，经常性的会造成整体建筑受损，而如果建筑钢结构过柔，可以对较大的变形加以抵御，但是当有着较大变形时便无法恢复变形以前的情况，直接对使用造成负面性影响。

钢结构设计中所需注意的诸多问题

3.1结构布置

在开始计算结构以前，设计人员首先应当从抗震能力的优劣性、刚度分布的均匀性、结构整体的稳定性、结构布置的规则性、传力途径的明确性等方面着手，以此确定结构布置方案，并且还应当同时考虑结构形式和布置方案的指导思想，对几个方案加以初步选定，然后按照相关资料及设计经验分析和比较各种方案的结构及经济情况，最终将最理想的结构布置方案确定出来，进而展开下一步的工作。往往结构布置的优劣对设计成果的好坏有着直接的影响，就门式钢架举例而言，在与建筑使用功能相满足的基础上，要对结构体系的经济性与合理性进行充分的考虑，必要时还应当详细的测算主次结构，在布置方案的选择中放置过度追求压低次结构或主结构的用钢量而将整体用钢量的概念造成忽视。进行方案优选的目的是为了在确保安全度的基础上，实现最低的结构整体用钢量。

3.2合理选择钢材

在建筑物的钢结构设计中，钢筋的选择需要具备一定的伸长率、抗拉强度及屈服强度，同时对各类元素的含量和冷弯试验均有着不同的要求。在钢结构设计工作中，如果采用的为焊接连接，那么就应当明确规定碳含量；如果是有着较高抗震设防的地区，除了满足以上规定外，钢材的选择还应当切实的与《建筑抗震设计规范》中的有关规定相满足，其中规定了钢材的屈服强度实测值和抗拉强度实测值的比值、良好的可焊性和伸长率的限值等物理力学指标，同时要求在设计文件中将其写入，以便于确保足够的塑性变形能力和必要的安全储备。通常在钢结构体系的选择中，应当合理择取钢结构的受力构件，因而A级等级的钢材有着较差的延展性以及较低的冲击韧度，而采取焊接工艺时，极易导致脆断现象的产生，所以，不推荐使用A级钢材作为钢结构体系中的主要受力构件，而应当使用不低于Q235B等级的钢材。

3.3网架结构的计算

在计算钢结构的网架过程中，一般划分成上下两大部分加以分别计算。设计人员在计算中能够认为网架支座有着无穷大的刚度，借助于计算机对所有支座的反力进行计算，最后将其加至下部结构当中。然而，此类计算方法是非常简化的一种算法，下部结构形式并非一定为支座，还有可能是梁或柱，通过该计算所得出的支座反力以及网架内力与设计状况差别较大，由于超静定网架结构的支反力和内力的分配与结构刚度有着较大的关系，单方面的将支座的刚度提高，通常会造成不合理的下部结构内力分布。

3.4边界条件假定

计算结构能否将结构实际的受力情况反映出来，在很大程度上是由结构边界条件假定所决定的。就以两端铰接的双层柱面网壳举例而言，在对上述结构进行单独计算时，若假设两端的支座固定，那么更多的是网壳表示出拱的特征，如果将平面内一端支座的水平位移约束加以释放，那么可能网壳会展现出曲梁的特征，也就是支座侧移刚度的假定会直接影响到计算结果，因此，对结构的边界条件进行正确的设置就显得尤为重要。较为妥当的做法便是一起建模上部结构和下部结构，将相关的特性加以赋予后进行综合计算和分析，以便于与真实的结构承载状态相符合。

3.5构件协同及计算模型简化工作

是否能够将各种结构正确的简化为可以应用在计算模型中，是钢结构设计工作的关键所在。在钢结构的结构设计工作中，应当真正的保证最终实际结构和计算模型的一致性。比如，在进行桁架或钢架的平面内计算过程中，需要对其平面外的计算长度加以假定，该计算长度的实现离不开设置支撑类构件于结构平面外，若不能采取措施或设置加以保证，那么就应当对计算长度假定加以改变；再比如，如果在抗风柱的计算中，没有对柱顶所承受的竖向荷载进行考虑，而节点设计时未将抗风柱和屋面梁的传力途径切断，不仅会引发安全隐患，而且还与计算假设不符。在计算过程中，如果某几个构件验算无法满足规范要求，则需要对相应构件进行直接调整，或者由整体构件的协同角度对以具体原因加以分析。

3.6结构安全储备

可以说，结构安全便是整体安全，提高个别杆件的承载能力并非有助于整个结构承载能力的提高，还可能对特定结构产生相反的作用。有相当一部分人对结构优化设计的优劣用平米用钢量进行衡量，但是却对相同平米用钢量的结构安全储备造成了极大的忽视。钢结构设计的优化要对变化方案进行充分的考虑，适当的简化结构的传力途径以及传力模式，真正的做到大处节省，而杆件节点则需要放宽。原结构各构件安全储备如果有着严重的偏差，则应当选取合适的一个安全储备标准来对各构件型号加以调整，该减小的减小，该加大的加大，以便于实现结构中各个构件的安全储备能够处在基本相同的水准。部分设计人员为了尽可能的节省钢材，往往较大的应用汇总设计中的构件应力指标，与规范允许的限值非常接近，该做法不仅会导致功能限制过死，还会牺牲结构的安全储备，最终造价的大打折扣而造成综合经济效益的下降。

结束语

总而言之，钢结构设计工作是非常复杂的，不但需要在实际的设计工作中积累总结经验，还应当牢固专业知识，完善及更新知识体系，对本文所述的各类问题提起高度的重视。在钢结构的设计中，设计人员必须综合性的考虑结构的美观性、安全性、经济性以及适用性，真正的将实际与理论联系起来，切实的将自身的设计水平提高。

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