钢结构设计中的要点及难点探析
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摘要：伴随着我国建筑行业的不断高速发展，钢结构工程也得到了发展的契机，大量的钢结构工程不断上马，钢结构建筑早已成为我们日常工作生活中必不可少的一部分，但在发展的过程中也逐步暴露出在设计环节的问题。因此，本文笔者根据个人几年来钢结构设计行业的工作经验，并结合当前我国钢结构设计行业的实际情况，先对钢结构工程进行简要描述，继而对钢结构工程的特点进行简单分析，最后再对钢结构设计中的要点及难点进行详细的论述，希望可以起到抛砖引玉的作用，在推动我国钢结构设计行业不断进步的同时，也为我国建筑行业的不断进步注入新的活力。
关键词：钢结构；设计；概述；特点；要点；难点
中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：
前言
随着人们物质生活水平的提高，对于绿色建筑的要求也在不断提升，因此以钢材为主体的钢结构建筑是未来建筑行业发展的必然趋势。近年来，我国钢结构工程行业得到了高速的发展，但是也出现了大量的问题，特别是在设计环节由于缺乏足够的监管，出现了大量的问题。因此，笔者对钢结构设计中的要点和难点进行简要分析，希望可以对大家日后的工作起到一定程度的帮助作用。
一、钢结构工程的现状
作为建筑行业中重要组成之一，钢结构工程在建筑工程告诉发展的这一巨大契机之下也得到了不断地进步以及应用。根据权威部门的统计，钢结构工程与传统的混凝土工程相比，不仅减少了约70%的自重，还大幅度增强了抗震能力，并且由于其施工速度远超过传统建筑，所以近年来，我国钢结构工程得到了长足的发展。
二、钢结构工程的特点
1节能环保
钢结构建筑对于我国的能源短缺现状会起到非常大的改善作用，并且由于我国是世界上最大的混凝土建筑大国，钢结构建筑明显的改善了我国对于建筑材料的迫切需求，不仅不需要支模施工，还节省了大量的边角料，具有非常高的再利用价值。现阶段，我国已经引进了新型的住宅产品，钢结构建筑由于其特殊的防潮以及保温隔热系统，大幅度的减少了热损失，保证在任何气候下，都能将温度以及湿度维持在一个适宜人类居住的环境，对于我国的能源短缺的局面起到了一定的改善作用。
2功能丰富
由于钢结构工程的特殊性，我们通过从节点、构件以及形体等方面的设计对建筑外在形象进行改善。唯有在设计时充分考虑到钢结构建筑的功能，才能够在充分发挥建筑功能的同时，完善建筑的外在形象，即可创造出艺术与技术合为一体的钢结构建筑。
三、钢结构设计中的要点及难点
1对钢结构适用性的判定
由于钢结构大多数都是使用在荷载较大、体型复杂、跨度较大以及高层建筑中，要求其便于拆卸、密封严、耐高温以及能够承受较大幅度振动，所以我们在进行钢结构设计之前一定要注意该条件下钢结构是否适用，能否满足正常使用需求。
2加强对其结构的分析
在实际的设计工作中，我们通常对钢结构进行线弹性分析。现在新开发出来的的一些软件则可以考虑钢材的弹塑性以及几何非线性，可以更加精准的对钢结构受力进行分析。但是我们在实际的工作中，并不全依靠先进的软件，也可以通过对力学手册等工具书的充分利用，来获得结构的内力以及变形等数据，并通过相关的计算进行分析。一旦遇到复杂的建筑结构就需要进行建模，对其进行详细的模拟分析。
3加强对其截面的分析
在进行结构布置后，应对钢结构的截面进行预估。首先就要对主要支撑以及梁柱的尺寸以及形状进行假定，其中钢梁可以选择H型钢或者槽钢，根据支座和荷载的情况，我们可以将截面的高度定在跨度的1/50～1/20之间。此外还要按照梁间侧向支撑的l/b限值进行翼缘宽度的确定，由于这种方法避免了对钢梁稳定性的计算，现阶段已经得到了广泛的使用。在确定了截面高度以及翼缘宽度后，我们可以按照相关规范对板件的厚度进行预估。其中λ在50～150的范围内进行选择，但大多数为了便于计算都选在100左右。再根据轴心受到压力的不同，可以选择H型钢或者钢管。根据不同的结构，我们可以选择不同的界面构造。最后，我们就是需要根据构件受力的实际情况，在考虑到安全、美观的前提下，进行构件截面形式的自由选择。
4加强对节点的设计
钢结构的设计工作中，节点的设计工作是其中最为关键的一部分，因此，我们必须避免由于模型分析的节点与设计的节点不一致的现象，所以我们要按照不同的传力特性，将节点分为半刚接、铰接以及刚接三种，其中具体的选择要按照钢结构的实际受力进行选择。
四、钢结构设计中需要注意的问题
1选择适合的构件
由于钢结构对于构件的要求非常高，所以我们需要在设计的环节加强对构件的选择，保证每个构件的稳定。由于钢结构工程中，采用的材料的韧性、塑性以及强度都比较高，而且由于其截面积较小，属于细长的构件，所以我们在设计的环节就需要根据稳定、变形以及疲劳应力等来计算钢结构的截面尺寸。这项工作在设计环节中非常重要，因为在一些环境较为恶劣的地区钢结构会受到较大外力的作用，所以我们在进行拱架、长悬臂结构、风口地区、地震区以及大跨度索网等的钢结构设计时，一定要加强对构件选择的重视。
2选择合适的钢材
借助我国建筑行业飞速发展的良机，我国钢铁工业也得到了迅猛的发展，现阶段我国的钢产量已经位居世界首位，钢材的类型也是多种多样，这就给我们在设计中的钢材选型带来了很大的难度，甚至由于钢材质量等级难以区分，造成很多设计人员不清楚钢材选用。所以，我们要加强对标准规范的学习，通过在设计说明中对钢材种类、质量等级以及其他附加要求等的说明，来保证选用的钢材能够满足性能要求。
3加强对结构受力体系的完善
在确定了结构方案之后，我们就要立即进行结构受力体系的完善工作，这在钢结构设计中占据着非常重要的地位。由于绝大多数的钢结构都采用杆系结构，钢材强度较高，构件刚度差、截面尺寸小，并且由于其是工厂生产，在现场进行组装，每个构件之间仅有的约束作用非常小，所以我们一定要保证构件节点之间的连接稳固，继而保证整个结构的稳定。
4加强钢结构建筑的细部节点设计
钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对节点细部设计的要求也越高，因为细部节点设计决定一个地方最终是否得到确认及其优良的质量。节点设计时除了要满足结构的受力要求外还有考虑钢构件安装的可行性和便易性。同时，在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，值得提倡。
5加强钢结构的稳定设计
结构的稳定性是钢结构设计中的一个突出问题，在各种类型的钢结构设计中，都会遇到稳定问题例如钢梁受压翼缘的稳定等。钢构件的稳定问题也是钢结构设计中亟待解决的主要问题，一旦出现钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，甚至会造成人员的伤亡。所以我们在钢结构设计中，一定要把好这一关。然而，钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确的认识，导致造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此，作为结构工程师应在钢结构设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念，理解造成结构失稳的原理才能更好地处理钢结构的稳定问题。
五、结论
综上所述，由于钢结构设计工作的重要性，我们为了保证建筑质量就要从设计环节加强管理，通过对设计环节中要点和难点的重视，来保证钢结构工程的质量，继而充分发挥其节能环保、功能丰富的特点，助其在我国的建筑行业中发挥越来越重要的作用。作为一名设计人员，我们一定要为人民群众的生命和财产安全负责，保证设计的产品符合要求。
参考文献：
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[2] 林同炎.结构概念和体系[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
[3] 钟善桐.钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.