论文部分内容阅读
【摘 要】 现代钢结构建筑是一种以钢材作为主要材料，并以此作为骨架，以保温材料作为墙体的建筑体。钢结构建筑在许多国家流行开来，影响并改变着传统的建筑理念，因为优点较多，逐渐成为建筑体系当中的主流，我们要不断研究，充分发挥出它的优势，设计出更好的建筑物，使其成为现代化建筑的标志。
【关键词】 钢结构；建筑；设计
引言：
随着社会的不断发展，我国的建筑行业也得到了较好的发展，建筑结构也在不停的改进和完善，其中由于钢结构有着超强的强度，并且安装和运输比较便捷，大幅度的提升了施工进度，这对我国的社会主要建设也有着重要的贡献。目前，钢结构材料在我国已经得到了很好的发展，并且我国也研发出了许多新型的钢制产品，极大的改善了钢结构的防火防腐性差的问题，目前这种施工材料在建设工程中有着广泛的应用。
一、现代钢结构建筑的特点
1、钢结构建筑高度和跨度的效果好
钢材是一种本身的重量轻、强度非常大、弹性模量很高、各向属性近乎均匀的材料。比起传统的木质材料、砖石及其混凝土来，钢材的韧性更好，可以在高度和跨度方面，产生超越前者的性能。使用钢结构的建筑，灵活性更好，到现在为止，世界上已经建造出介于1000-4000m之间高度的建筑和跨度大于1000m的建筑，而且钢材料可还以和其他材料进行组合，使建筑的综合性能变得更好。比如，钢材料和膜进行组合，可以进一步提高跨度，提升建筑品质。
2、钢结构建筑预工程化程度高
现代钢结构建筑统一标准，使用统一的材料与组件，建筑预工程化程度提高很大，施工时所要用到的建筑组件不论大小、材料、形状等，都有了一定的互换性和通用性，这样建筑配件就可以被大规模的生产，实现加工和安装一体化，预工程化的提高，大大降低了建筑成本，缩短了建筑工程时间，使得建筑尽早投入使用，对开发商来说，资金的流动也会加快，进而促使建筑业的发展。
3、钢结构建筑利于绿色建筑的发展
我国的资源比较匮乏，发展绿色节能建筑是必然的。而钢材这种材料，强度大，效能高，还可以循环使用，本身就是一种节能环保的绿色材料，而且还可以通过与其他材料进行组合，更可以体现其绿色生态建筑的概念。由钢结构建造的建筑有着很多优点，比如钢结构建筑的墙体维护费用较少；可以使建筑内的温度保持常温，这与传统的建筑相比，能够节约近一半的能源。现代钢结构建筑引领着建筑行业的节能潮流，在全球资源不断下降的情况下，可持续发展的钢结构有利的做出了贡献。
二、钢结构建筑设计步骤
首先，在设计施工前，要判断该建筑结构是否能够采用钢结构。因为钢结构一般用于要求经常裝拆或能活动的结构，而这些结构多具有体型复杂、振动较大、荷载大、高层等特点，所以我们在做建筑结构设计时，应该事先结合钢结构的特点以及工程实际造价，综合判断该项目是否适合钢结构。
其次，实际建筑结构设计时，应该综合考虑建筑结构的布置和选型。对于钢结构的布置，要综合考虑整个建筑体系的性质、特征、荷载分布状况等因素；在钢结构的选型方面，钢结构一般可设计成网架、轻钢、平面架、索膜等型式。
再次，对钢结构进行系统的结构分析。目前，在建筑结构的实际设计中，钢结构分析一般多采用线弹性分析方法，当然，为了进行更加准确的分析，也可以考虑钢材的弹塑性能分析和几何非线性分析。
最后，钢结构建筑的节点设计。在钢结构建筑设计中，节点设计是重要的内容之一，在实际建筑结构设计前，我们应该对节点的设计形式进行细致的思考，慎重的选择，这是因为钢结构节点的连接方式不同对结构的影响较大，一旦不注意，会产生一系列不必要的误差和麻烦。
三、钢结构布置钢结构设计的基本原则
由于在进行钢结构有着很好的强度和稳定性，这也极大了符合现代建筑的要求，而且还有效提高了建筑工程结构的质量。不过在进行结构设计时，应该有着一定的基本原则：在进行钢材使用设计时，要尽量节省钢材，减少钢材结构的重量，尽可能的缩短制造安装时候，而且要尽量保持耐久性，而且进行结构施工的时候，还要多注重建筑的美观，并且还要从经济实惠的角度上对其进行思考，只有这样才有利于我国的建筑行业的发展和进步。
在钢结构梁柱工程施工中，为了提高梁柱系统的稳定性，施工人员就采用普通的体系结构对其进行施工。其中在对梁结构进行施工的时候，施工人员是采用H形截面钢梁，而柱结构则是利用的焊接箱型钢，从而将整个建筑结构施工体系设计成为一个刚性框架结构，整个建筑结构的竖向荷载就有梁、板、柱这3个钢结构体系来承担，从而有效的提高了钢结构建筑的稳定性和可靠性。根据相关数据表明，钢结构抗剪系统在建筑结构的水平荷载和地震力的作用下，其钢结构体系的刚度比较弱，这就使得该钢结构建筑体系的整体结构质量受到了一定的影响，因此为了保证建筑结构的稳定性，施工人员就要在钢结构体系的中部设置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平荷载对建筑结构的冲击。在钢框架建筑结构施工过程中，由于抗剪系统在使用的过程中所受的荷载除了竖向的压力以外，还有着水平荷载的作用，施工人员在对钢结构建筑进行设计的时候，在钢框架剪力墙进行施工是除了采用住下独基的施工方法以外，还要利用筏板基础。
四、钢结构建筑的设计要点
1、钢材等级的选择
钢结构建筑中的所用钢材，应当符合屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯、冷拉、和硫、磷含量的基本保证；此外，对于焊接类结构，还应具有合格的含碳量。对于地震区的钢结构房屋，钢材除了上述要求外，还有具有良好的冲击韧性，符合抗震设计规范的相关规定，规范里面对钢材的各项物理和力学指标都进行了详细的规定。一般来讲，钢结构建筑的主要受力构件，要优先选用Q235B及以上等级的碳素钢，或是Q345B及以上等级的低合金高强钢，原因是Q235A钢材不能保证焊接要求的含碳量规定。 2、楼面结构设计
楼面结构设计是钢结构设计的要点之一，钢结构房屋和混凝土结构房屋变形缝长度相差甚大，比如钢结构框架房屋的温度伸缩缝长度为120m，而混凝土结构房屋则为55m，钢框架结构房屋采用混凝土楼盖时，为了防止楼板裂缝，一般情况下，仍然采用混凝土结构房屋要求留设变形缝。只有遇到设置后浇带，或者遇到减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以增加伸缩缝的长度。
对于压型钢板——混凝土组合楼盖的设计，除了在钢梁上焊接栓钉外，还要保证混凝土和压型钢板的良好连接，其措施主要是：在压型钢板上焊接横向钢筋；压型钢板的纵向波槽；压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼等于混凝土共同工作，保障该楼盖的整体性和强度。另外，需要说明的是，压型钢板端部必须焊接栓钉。
3、地基结构设计
地基结构设计是建筑结构设计的重头戏，钢结构设计也不例外，下面阐述下这方面的问题。基础设计应该根据工程、水文地质条件、荷载大小及其分布情况、建筑物体型及功能要求、相邻建筑地基情况、施工条件等综合因素来考虑，选择合理的基础形式。砌体结构房屋应采用刚性基础，如素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础等，若基础宽度大于2.5m，需运用柔性基础，如钢筋混凝土扩展基础。当为多层内框架结构时，因无地下室、荷载较大和地基较差等原因，为增加基础的整体性，通常采用交叉梁条基。若上述基础仍不能满足基础强度要求时，需要采用筏式基础。当为剪力墙结构且无地下室或有地下室，地基较好，无防水要求時，应选用交叉条形基础，当有防水要求时，可采用箱形基础或筏板基础。
4、网架结构设计
钢结构中经常遇到的是网架结构，设计人员通常将网架和下部结构分开设计、分开计算。先是假定网架支座刚度无限大，这时支座刚度均相同，顺便计算出支座反力，然后再传递到下部结构上。事实上，下部结构通常是柱、梁或其他情况，不但刚度不大且差别较大，与计算假定刚度无限大且刚度相同相违背，算出来的网架内力及支座反力与实际情况会出入很大。
这是因为超静定结构的网架内力和反力分配与刚度大小有关，网架和下部结构分开计算会造成误差较大的的后果。但怎么没出现工程事故呢？原因是钢网架结构是高次超静定空间结构，钢材又是非常理想的弹塑性材料，个别杆件出现超载达到流限，会立即发生塑性内力重分布，不会造成杆件断裂甚至破坏，但笔者认为，不能因为不出现工程事故，就认为在设计网架结构时，网架和下部结构分开计算是正确的，事实上，是严重违背了实际结构的实际受力情况的，与实际结构不符。
五、结束语
总的来说，钢结构因其强度高、质量轻、跨度大、可循乱利用以及可与其他材料组合等优点，成为现代建筑的常用结构。进行现代建筑设计的时候，要注意一些相关性的问题，了解现代建筑工艺，注意钢材的防腐，防火以及室内环境的舒适程度，考虑周全，减少低质量建筑的出现。钢结构建筑的发展前景很美好，我们要顺应时代潮流，不断加强对建筑设计的研究，建造出美观且实用的现代化精品建筑。
参考文献：
[1]刘斌，吴占亮，孙亦斌.《浅谈钢结构设计》[J]商业文化（下半月），2012（03）
[2]朱伟峰：《建筑钢结构设计中应注意的问题分析》[J]中国建筑金属结构，2013（12）
【关键词】 钢结构；建筑；设计
引言：
随着社会的不断发展，我国的建筑行业也得到了较好的发展，建筑结构也在不停的改进和完善，其中由于钢结构有着超强的强度，并且安装和运输比较便捷，大幅度的提升了施工进度，这对我国的社会主要建设也有着重要的贡献。目前，钢结构材料在我国已经得到了很好的发展，并且我国也研发出了许多新型的钢制产品，极大的改善了钢结构的防火防腐性差的问题，目前这种施工材料在建设工程中有着广泛的应用。
一、现代钢结构建筑的特点
1、钢结构建筑高度和跨度的效果好
钢材是一种本身的重量轻、强度非常大、弹性模量很高、各向属性近乎均匀的材料。比起传统的木质材料、砖石及其混凝土来，钢材的韧性更好，可以在高度和跨度方面，产生超越前者的性能。使用钢结构的建筑，灵活性更好，到现在为止，世界上已经建造出介于1000-4000m之间高度的建筑和跨度大于1000m的建筑，而且钢材料可还以和其他材料进行组合，使建筑的综合性能变得更好。比如，钢材料和膜进行组合，可以进一步提高跨度，提升建筑品质。
2、钢结构建筑预工程化程度高
现代钢结构建筑统一标准，使用统一的材料与组件，建筑预工程化程度提高很大，施工时所要用到的建筑组件不论大小、材料、形状等，都有了一定的互换性和通用性，这样建筑配件就可以被大规模的生产，实现加工和安装一体化，预工程化的提高，大大降低了建筑成本，缩短了建筑工程时间，使得建筑尽早投入使用，对开发商来说，资金的流动也会加快，进而促使建筑业的发展。
3、钢结构建筑利于绿色建筑的发展
我国的资源比较匮乏，发展绿色节能建筑是必然的。而钢材这种材料，强度大，效能高，还可以循环使用，本身就是一种节能环保的绿色材料，而且还可以通过与其他材料进行组合，更可以体现其绿色生态建筑的概念。由钢结构建造的建筑有着很多优点，比如钢结构建筑的墙体维护费用较少；可以使建筑内的温度保持常温，这与传统的建筑相比，能够节约近一半的能源。现代钢结构建筑引领着建筑行业的节能潮流，在全球资源不断下降的情况下，可持续发展的钢结构有利的做出了贡献。
二、钢结构建筑设计步骤
首先，在设计施工前，要判断该建筑结构是否能够采用钢结构。因为钢结构一般用于要求经常裝拆或能活动的结构，而这些结构多具有体型复杂、振动较大、荷载大、高层等特点，所以我们在做建筑结构设计时，应该事先结合钢结构的特点以及工程实际造价，综合判断该项目是否适合钢结构。
其次，实际建筑结构设计时，应该综合考虑建筑结构的布置和选型。对于钢结构的布置，要综合考虑整个建筑体系的性质、特征、荷载分布状况等因素；在钢结构的选型方面，钢结构一般可设计成网架、轻钢、平面架、索膜等型式。
再次，对钢结构进行系统的结构分析。目前，在建筑结构的实际设计中，钢结构分析一般多采用线弹性分析方法，当然，为了进行更加准确的分析，也可以考虑钢材的弹塑性能分析和几何非线性分析。
最后，钢结构建筑的节点设计。在钢结构建筑设计中，节点设计是重要的内容之一，在实际建筑结构设计前，我们应该对节点的设计形式进行细致的思考，慎重的选择，这是因为钢结构节点的连接方式不同对结构的影响较大，一旦不注意，会产生一系列不必要的误差和麻烦。
三、钢结构布置钢结构设计的基本原则
由于在进行钢结构有着很好的强度和稳定性，这也极大了符合现代建筑的要求，而且还有效提高了建筑工程结构的质量。不过在进行结构设计时，应该有着一定的基本原则：在进行钢材使用设计时，要尽量节省钢材，减少钢材结构的重量，尽可能的缩短制造安装时候，而且要尽量保持耐久性，而且进行结构施工的时候，还要多注重建筑的美观，并且还要从经济实惠的角度上对其进行思考，只有这样才有利于我国的建筑行业的发展和进步。
在钢结构梁柱工程施工中，为了提高梁柱系统的稳定性，施工人员就采用普通的体系结构对其进行施工。其中在对梁结构进行施工的时候，施工人员是采用H形截面钢梁，而柱结构则是利用的焊接箱型钢，从而将整个建筑结构施工体系设计成为一个刚性框架结构，整个建筑结构的竖向荷载就有梁、板、柱这3个钢结构体系来承担，从而有效的提高了钢结构建筑的稳定性和可靠性。根据相关数据表明，钢结构抗剪系统在建筑结构的水平荷载和地震力的作用下，其钢结构体系的刚度比较弱，这就使得该钢结构建筑体系的整体结构质量受到了一定的影响，因此为了保证建筑结构的稳定性，施工人员就要在钢结构体系的中部设置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平荷载对建筑结构的冲击。在钢框架建筑结构施工过程中，由于抗剪系统在使用的过程中所受的荷载除了竖向的压力以外，还有着水平荷载的作用，施工人员在对钢结构建筑进行设计的时候，在钢框架剪力墙进行施工是除了采用住下独基的施工方法以外，还要利用筏板基础。
四、钢结构建筑的设计要点
1、钢材等级的选择
钢结构建筑中的所用钢材，应当符合屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯、冷拉、和硫、磷含量的基本保证；此外，对于焊接类结构，还应具有合格的含碳量。对于地震区的钢结构房屋，钢材除了上述要求外，还有具有良好的冲击韧性，符合抗震设计规范的相关规定，规范里面对钢材的各项物理和力学指标都进行了详细的规定。一般来讲，钢结构建筑的主要受力构件，要优先选用Q235B及以上等级的碳素钢，或是Q345B及以上等级的低合金高强钢，原因是Q235A钢材不能保证焊接要求的含碳量规定。 2、楼面结构设计
楼面结构设计是钢结构设计的要点之一，钢结构房屋和混凝土结构房屋变形缝长度相差甚大，比如钢结构框架房屋的温度伸缩缝长度为120m，而混凝土结构房屋则为55m，钢框架结构房屋采用混凝土楼盖时，为了防止楼板裂缝，一般情况下，仍然采用混凝土结构房屋要求留设变形缝。只有遇到设置后浇带，或者遇到减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以增加伸缩缝的长度。
对于压型钢板——混凝土组合楼盖的设计，除了在钢梁上焊接栓钉外，还要保证混凝土和压型钢板的良好连接，其措施主要是：在压型钢板上焊接横向钢筋；压型钢板的纵向波槽；压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼等于混凝土共同工作，保障该楼盖的整体性和强度。另外，需要说明的是，压型钢板端部必须焊接栓钉。
3、地基结构设计
地基结构设计是建筑结构设计的重头戏，钢结构设计也不例外，下面阐述下这方面的问题。基础设计应该根据工程、水文地质条件、荷载大小及其分布情况、建筑物体型及功能要求、相邻建筑地基情况、施工条件等综合因素来考虑，选择合理的基础形式。砌体结构房屋应采用刚性基础，如素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础等，若基础宽度大于2.5m，需运用柔性基础，如钢筋混凝土扩展基础。当为多层内框架结构时，因无地下室、荷载较大和地基较差等原因，为增加基础的整体性，通常采用交叉梁条基。若上述基础仍不能满足基础强度要求时，需要采用筏式基础。当为剪力墙结构且无地下室或有地下室，地基较好，无防水要求時，应选用交叉条形基础，当有防水要求时，可采用箱形基础或筏板基础。
4、网架结构设计
钢结构中经常遇到的是网架结构，设计人员通常将网架和下部结构分开设计、分开计算。先是假定网架支座刚度无限大，这时支座刚度均相同，顺便计算出支座反力，然后再传递到下部结构上。事实上，下部结构通常是柱、梁或其他情况，不但刚度不大且差别较大，与计算假定刚度无限大且刚度相同相违背，算出来的网架内力及支座反力与实际情况会出入很大。
这是因为超静定结构的网架内力和反力分配与刚度大小有关，网架和下部结构分开计算会造成误差较大的的后果。但怎么没出现工程事故呢？原因是钢网架结构是高次超静定空间结构，钢材又是非常理想的弹塑性材料，个别杆件出现超载达到流限，会立即发生塑性内力重分布，不会造成杆件断裂甚至破坏，但笔者认为，不能因为不出现工程事故，就认为在设计网架结构时，网架和下部结构分开计算是正确的，事实上，是严重违背了实际结构的实际受力情况的，与实际结构不符。
五、结束语
总的来说，钢结构因其强度高、质量轻、跨度大、可循乱利用以及可与其他材料组合等优点，成为现代建筑的常用结构。进行现代建筑设计的时候，要注意一些相关性的问题，了解现代建筑工艺，注意钢材的防腐，防火以及室内环境的舒适程度，考虑周全，减少低质量建筑的出现。钢结构建筑的发展前景很美好，我们要顺应时代潮流，不断加强对建筑设计的研究，建造出美观且实用的现代化精品建筑。
参考文献：
[1]刘斌，吴占亮，孙亦斌.《浅谈钢结构设计》[J]商业文化（下半月），2012（03）
[2]朱伟峰：《建筑钢结构设计中应注意的问题分析》[J]中国建筑金属结构，2013（12）