建筑钢结构设计及安装分析

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【摘要】钢结构在国外的使用已有一百多年的历史。随着我国经济的飞速发展，钢结构在建筑行业得到了越来越广泛的使用，钢结构建筑技术日趋成熟，质量也较为可靠。本文从钢结构的设计与安装两个方面对建筑钢结构进行了分析和探讨，以期为相关工作提供参考和依据。

【关键词】建筑钢结构；设计；安装

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

随着经济的发展和科学技术的进步，建筑行业有了较大的变化，自重大、占地面积大的钢筋混凝土结构已逐渐被钢结构取而代之。钢结构越来越受到建筑师的青睐，在钢结构设计方面，应遵循科学、合理、安全、经济的设计原则，选择相应的建筑结构体系。对建筑企业来说，必须对钢结构的设计有充分认识，同时还要做好钢结构的安装工作，只有这样才能确保建筑物的质量。

建筑钢结构设计分析

1.1结构形式与结构布置

一般来讲，钢结构在设计的过程当中主要是打着“概念设计”的口碑，在钢结构设计的过程当中概念设计起着非常重要的作用。它确定了整个建筑形态的方向，能够将灵感体验很好的把握。当前已经有一些针对计算数据是否正常的软件投入到工程当中，给工程带来很大的便利，从而有效避免手算产生错误的可能，还能够解决结构分析时负责的数据计算。

1.2构件设计

构件设计的首要问题就是建筑材料的选择，Q235和Q345是较常选用的设计材料。一般情况下，主要结构多采用单一钢种，这样管理起来比较方便，若从经济方面考虑，也可适当选择不同强度的钢材进行组合使用，以减少成本消耗。为确保钢材强度，可优先考虑Q345钢材，若想达到稳定控制的目的， Q235钢材则是比较理想的选择。就现行的构件设计来看，多是采用弹塑性的方法进行截面验算，这与结构内力计算所使用的弹性方法是不匹配的。

目前所使用的结构软件，都具备后处理功能。随着程序技术的不断进步，一些软件能够将截面验算时未通过的构件，从截面库里选择加大一级，然后再重新进行验算分析，一直到通过为止。结构软件的使用，不仅可以优化截面设计，还可减少设计师的工作量，提高其工作效率。

1.3节点设计

连接点的设计问题是钢结构设计中的又一重要环节。在钢结构分析之前，对节点做出充分考虑和确定是非常必要的。在钢结构设计中，常出现的一种设计问题就是结构分析模型中使用的结构体系与最终设计的节点不完全相同，对于这一误区，必须采取相应的处理措施来避免。根据传力性质的不同，可以将节点分为铰接、半刚接、刚接等多种形式。不同的连接方式对钢结构的影响是非常重大的，在设计连接点时，必须谨慎。

1.4钢框架―支撑体系

对多层及其中高层建筑来讲，因为侧向作用力变大，使得梁柱等构件的尺寸也比较大，没有体现出经济性，此时需要在框架体系当中部分框架柱之间设置支撑，从而形成框架―支撑体系，如图1：

图1 钢框架―支撑体系示意图

1.5具体设计

一般来说，具体设计主要涉及到以下几个方面的内容：

一是焊接。规范中对焊接焊缝的尺寸、形式等有明确规定，在进行焊接设计时，必须严格按规范执行，在焊条的选用方面，要求与被连接金属材质相适应。E43对应Q235, E50则 对应Q345，需要注意的是，Q345和Q235进行连接使，应选用E43。此外，在焊接设计中，不允许任意加大焊缝，对于焊缝的重心，力求接近被连接构件的重心，关于其他方面的一些的规定和要求可详查相应规范中的有关规定。

二是栓接。在现行的建筑工程中，已基本上不采用铆接形式。高强螺栓的使用则越来越广泛，通常采用的两个强度等级为：8.8s和10.9s，按照受力特点的不同，可将高强螺栓分为摩擦型和承压型两种形式。两者的计算方法有一定的差别，对于高强螺栓，其常用规格宜控制在M 16 ～M 30的范围内，对于超大规格的螺栓，因其性能不稳，使用时应慎重。对于自攻螺丝，则通常用于结构间的次要连接。

三是连接板。关于连接板厚度的确定，可简单的定为梁腹板厚度加4 mm，厚度确定后，就可进行净截面抗剪验算。

四是梁腹板。梁腹板的设计主要包括：栓孔处腹板的净截面抗剪验算以及孔壁局部承压验算。

五是节点设计既要考虑螺栓安装、现场焊接等的施工空间和构件的吊装顺序，还要考虑制造厂的工艺水平。

1.6图纸编制

图纸编制包括两方面的内容，分别为：设计图和施工详图。建筑设计图由设计单位提供，它是制定施工详图的重要依据。施工详图也称之为“加工图”或“放样图”，一般是由钢结构制造公司编制，当然也存在设计单位代编的情况。

设计图是编制施工详图的重要依据，目前对建筑设计图的要求越来越高，设计图不仅要具备一定的深度，且内容必须完整齐全但不冗余。设计图上应对设计依据、技术数据、使用材料选择、设计要求、结构布置、结构节点构造等要求，应列表表示清楚，以便于施工详图的编制以及对设计意图的理解。

施工详图的设计应满足各个车间直接加工制造，若构件设计单元的要求不完全相同时，应单独绘制表示，并要求附有详细的材料表。

2.建筑钢结构的安装分析

钢结构的安装主要包括钢柱的安装、框架梁的制作和安装以及楼盖安装这三方面的内容，在此进行具体介绍：

2.1钢柱的安装

钢柱作为一种主要的竖向构件，对建筑的层高以及总高度有着决定性的作用。在钢柱制造过程中，必须严格按照现行规范进行验收。一般情况下，可将100米的钢柱分为8―12 节构件，在进行翻样下料时首要考虑的问题就是构件间焊缝的收缩、变形以及竖向负荷引起的压缩变形。值得注意的是，钢柱的翻样下料与设计长度是有差别的，忽略不得。每一节钢柱都有自身的特点和作用，即使上下两节钢柱具有相同的截面积，也不允许任意调换位置，并且每一节钢柱要求标注不同的编号，以便于使用时容易区分。

关于钢柱的标高控制，有以下两种方法可供选择。一是根据相对标高进行制作、安装。钢柱的长度误差不得超过3毫米，不要求考虑构件间焊缝的收缩、变形以及竖向负荷引起的压缩变形，建筑物的总高度只有达到钢柱制作允许的偏差总和与钢柱压缩变形的总和，才能视为合格。该控制方式对于12 层以下的建筑以及层高控制要求不太严格的建筑物比较适用。

二是根据设计标高进行制作、安装。此方法对1 2层以上的建筑物较为适用，此方法对精度有较高的要求，每一节钢柱尺寸的总和必须与建筑设计所要求的尺寸相符。在焊接钢柱时，应将构件间焊缝的收缩、变形以及竖向负荷引起的压缩变形等影响计入到钢柱的加工长度上。

2.2框架梁的制作及安装

通常情况下，高层以及超高层的框架梁多使用H型钢材，钢柱与框架梁间尽量采用刚性连接，为了获得较大的支撑力并避免较大变形现象，可在钢柱内部与框架梁的边缘设置加劲肋。在工厂进行框架梁制作时，为确保钢柱与框架梁焊接处的节点连接的可靠性以及层高的精确性，应设置悬臂梁于框架梁安装处。目前常见的一种焊接方法即衬板全熔焊接法。对于腹板的焊接，则常使用贴角焊接方式。选用高强度螺栓连接时，对孔的大小有严格的要求。

近年来，常采用的制孔方法有多轴数控钻孔以及模板制孔这两种，前者的精度要高于后者，因此宜采用前一种制空方法。若采用模板制孔，则首先要确保模板达到一定的精度。

2.3楼盖安装

高层和超高层的屋盖平面具有较大的刚度。钢结构建筑物的屋盖以钢筋混凝土屋盖居多，其厚度要求超过150毫米。目前，在钢筋混凝土屋盖的设计中，很少有设计人员对屋盖和钢梁的共同作用加以考虑。一些设计人员在进行板底呈现波形的计算时，因缺乏足够的知识或觉得计算麻烦，就简单地按平板情况进行计算，这样势必会造成严重的后果，从而为建筑物的安全留下隐患。因此对建筑钢结构楼板进行设计时必须细致、慎重，将各种影响因素都要考虑在内。

3.结语

随着经济的发展和科学技术的进步，建筑行业发生了较大的变化，钢筋混凝土结构逐渐被钢结构所取代，钢结构越来越受到建筑师的关注和重视。做好建筑钢结构的设计以及安装工作对提高建筑物的质量有着极其重要的作用。

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[4]翁俊森.浅谈建筑钢结构设计及施工技术分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012,6(33):45-47.

陈飞，男，出生1979年10月，职称：助理工程师 研究方向： 钢结构结构设计， 学历： 大专， 毕业院校：合肥学院