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摘要：钢结构因其自重轻，建设周期短及较强的抗震性能被建筑师和结构师广泛地应用于建筑工程中，然而在实际设计中，会出现很多问题，致使运用此结构时也出现了许多问题。本文主要谈谈钢结构设计的理论研究现状、钢结构设计方法的研究重点，并以门架式钢架设计为例，提出合理化的设计优化建议。
关键词：钢结构设计；方法；研究
中图分类号：TU391 文献标识码： A
前言
随着时代的发展，钢结构框架结构的建筑将会逐渐的取代混凝土建筑的地位，成为日后建筑的主体。对于钢结构框架结构的建设来说，设计阶段是至关重要的，只有将设计做好，才能够建设出更好、更高的建筑。
一、钢结构框架结构设计理论研究的现状
经过近些年来的发展，钢结构在我国得到了非常广泛的应用，具有很多的体系。钢结构框架结构多用于电厂锅炉钢架、单层厂房的门式钢架、矿山的采矿井架、以及高层的民用建筑等。以结构立面的形式为根据进行划分，钢结构框架结构可分为中心支撑框架、纯框架、框筒以及偏心支撑框架。对于纯框架结构来说，这种框架的延性非常的好，但是抗侧力相对来说是比较差的。中心支撑框架的有点就是其支撑的作用，这种支撑的作用可以在很大的程度上提高框架现有的刚度，但是如果出现了支撑受到壓力屈曲将会严重的影响到原结构的承载力，当然，为了避免这种情况的出现，在进行钢结构框架结构的设计时可采用防屈曲支撑，从而提高钢结构框架的承载力。偏心支撑框架为了能够保证具有着足够的耗能性能和承载力，则可以通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲。
二、钢结构设计方法的研究进展 就目前来说，我国的钢结构框架结构的设计主要有两种方法：第一种、将构件作为研究的对象，从而计算其长度的设计方法，这种设计的方法主要是根据一阶弹性法来求解其结构的内力，然后对构件的计算长度进行确定，最后将隔离的构件按照压弯构件进行稳定的承载力验算。这种方法的特点是计算起来相对的比较简单，在对比较规则的结构进行计算时可以得到较为精确的结果。但是这种方法还是存在着一定的问题的，主要的问题是这种计算方法忽略了节间荷载的影响，无法准确的预算到框架在失稳是的位移，无法考虑二阶效应的影响 。另一个方面就是无法将结构内力重分布计算在内，对于大型的结构体系来说，这种设计方法太过于保守；第二种、将结构的整体作为研究的对象，从而对其弹塑性的极限承载力进行分析的方法，简称高等分析法，但是这种设计的方法计算非常的复杂，还无法得到广泛的应用。
（一）钢结构的构件设计 在钢结构的设计之前要进行材料的选取,一般使用Q345、Q235 作为钢构件的材料，同时，钢结构的主要部分往往会使用相同的钢材料，以利于工程管理的进行。除此之外，为了减少成本，可以使用强度大小不同的钢种构件组合截面。 一般如果想要根据强度控制整个钢结构时，可以使用Q345 钢；但要是根据稳定来控制整个钢结构时，可以使用择Q235 钢。不同于结构的内力计算，钢构件构建工程中，要确保使用弹塑性的办法对截面进行验算。 （二）钢结构节点设计
整个钢结构的设计过程中，连接节点的设计过程是非常重要的，一般会在研究钢结构开始前，开始对节点的设计形式进行研究，进而解决结构分析模型与实际设计节点的形式不一样问题。因为不同的节点拥有不同的特性，可以细分为铰接、刚接以及半刚接，一般工程会选取刚接或铰接。如果节点通过焊接连接时，首先要制定一个焊接标准，确定焊接的形式以及尺寸，同时，要求焊条的材料与构件材料的属性相同，也就是说，应当使用E43焊条来焊接Q235钢，使用E50焊条来焊接Q345钢，使用E43焊条来焊接Q345钢与Q235钢。在焊接过程中，焊缝有具体的要求，不能够随便加大，保证焊缝的重心接近构件的重心。如果使用栓接焊接节点时，铆接的适用范围只能局限在次要的结构位置，主要位置就应当使用高强螺栓，构件设计时往往使用8.8s和10.9s这两个强度等级的高强螺栓。从螺栓受力形式的不角度，可以将其分为摩擦型和承压型，这两种形式的计算方法有很大区别，同时，大螺栓往往会存在性能不稳定的特性，所以应当谨慎使用大螺栓。构件节点连接板的厚度往往是在梁腹板的厚度基础上再适当加厚，再经过净截面的抗剪运算得到。在进行节点的梁腹板设计时，合理的方法是将栓孔地方的腹板做净截面抗剪处理，然后在使用高强螺栓连接孔壁，最后再做出局部的承压运算。除此之外，在进行节点设计时，必须严格按照更强节点以及强柱弱梁原则，而且，节点能够有一、二级抗震能力条件下做出受剪承载力的计算，如果钢结构的跨度、负载以及空间都相对较大，那么它的抗剪验算就非常重要。
三、门式刚架结构设计方法优化措施分析
（一）门式刚架重要设计方法——弹性设计法
弹性设计法首先根据荷载分析内力，然后验算柱子的强度，平面内外的稳定性，验算斜梁的强度和平面外稳定。在强度和平面外的稳定计算公式上看,我国与欧美国家相差不大。在强度计算上，我们利用弹性设计或允许开展部分塑性,而西方发达国家根据板件宽厚比对截面分类，要分别采用完全弹性或完全塑性设计法,这可造成5%左右的应力差距。平面外稳定的计算公式与外国公式及试验资料进行过比较而确定，因而无太大的差别。 对门架的平面内有侧移失稳，我们根据横梁展开的线刚度与柱的线刚度比值，查表或用近似公式确定柱子计算长度，对柱脚铰接的情况，计算长度系数在2~4之间，大部分在2.5~3.5之间，5m长的门架柱要按12~15m长确定压杆稳定系数。带中间铰接柱的新型多跨门架结构，在结构设计中出现了一个新问题：带摆柱结构的稳定性计算问题。这一问题的特殊性在于，摆柱承受竖向荷载的能力是由其他柱子提供的。没有其他结构，中间绞接柱会象一个摆一样绕柱脚转动，所以西方学者对它有一个专门的名字：摆柱。摆柱结构的平面内和平面外稳定计算，要记住的一点:摆柱的稳定性靠它的邻柱提供,因而加重了邻柱的负担，邻柱的计算长度系数要相应增大。增大多少户具体情况应具体分析。陷阱框架，国内有的资料对右边柱子给出过大于1.0的系数。实际上摆柱本身的稳定计算总是按两端铰接柱考虑计算长度系数取应引起注意。
（二）梁柱节点的最优化
轻型门式刚架房屋钢结构的梁柱节点通常采用端板相接，端板相接种类分为端板竖放、端板斜放和端板平放三种形式，具体每种放置形式又可细分为外伸和平齐两种设计方法，经过运用力学知识，进行受力分析。计算说明，端板平齐式相接因为连接刚度相对比较小，通常情况下很难满足刚性节点的设计需求，相对而言，端板外伸式节点的受力较合理，且荷载力也较端板平齐式相接高；此外，通过分析计算说明，端板竖放的节点设计内力相对较大，节点相接处的剪力和弯矩也相应较大，从而导致相对应的形变也相对增加，而平放节点的刚度与竖放节点的刚度相差很小，然而设计的轴向压力却大，剪力却较小，这样设计对节点受力有好处，节点处比较牢固，形变也相对微小。
（三）最优化截面的选择
门式刚架常常采用实腹式梁和柱，梁柱的截面也随内力变化而变化，往往由其挠度控制截面尺寸，而不是由强度控制，楔形柱的最大截面高度通常取最小截面高度的2~3倍，无吊车轻型钢结构房屋，还要注意柱截面和梁截面的协调，通过调整梁柱截面关系可以达到节省钢材的目的。当变形直接影响刚架截面时，可以通过调整梁连接处截面和刚架柱相接处，从而求出最小的用钢量，在用穷竭法解决截面最优化问题时，多变量因素导致了计算次数与构件数目是呈指数关系比例增加的，当设计工程师确定了结构形式后，通常常用办法，最优化截面是根据构件的内力变化来相应调整截面的尺寸大小，经过多次反复测算最终确定最优化的截面大小。
结语
综上所述，建筑中钢铁的使用不但可以有效的提高建筑的安全性能，同时也可以使建筑本身的载重量得到减轻，同时钢结构的建筑具有一定的抗震性能，因此钢结构建筑的安全性能更高。所以在今后进一步加大对钢结构设计的研究十分必要。
参考文献：
[1]王承丽,马芳.浅谈钢结构设计中的几个问题[J].山西建筑,2011,11:47-48.
[2]岳曼.分析钢结构设计及施工要点[J].门窗,2013,07:197+200.
关键词：钢结构设计；方法；研究
中图分类号：TU391 文献标识码： A
前言
随着时代的发展，钢结构框架结构的建筑将会逐渐的取代混凝土建筑的地位，成为日后建筑的主体。对于钢结构框架结构的建设来说，设计阶段是至关重要的，只有将设计做好，才能够建设出更好、更高的建筑。
一、钢结构框架结构设计理论研究的现状
经过近些年来的发展，钢结构在我国得到了非常广泛的应用，具有很多的体系。钢结构框架结构多用于电厂锅炉钢架、单层厂房的门式钢架、矿山的采矿井架、以及高层的民用建筑等。以结构立面的形式为根据进行划分，钢结构框架结构可分为中心支撑框架、纯框架、框筒以及偏心支撑框架。对于纯框架结构来说，这种框架的延性非常的好，但是抗侧力相对来说是比较差的。中心支撑框架的有点就是其支撑的作用，这种支撑的作用可以在很大的程度上提高框架现有的刚度，但是如果出现了支撑受到壓力屈曲将会严重的影响到原结构的承载力，当然，为了避免这种情况的出现，在进行钢结构框架结构的设计时可采用防屈曲支撑，从而提高钢结构框架的承载力。偏心支撑框架为了能够保证具有着足够的耗能性能和承载力，则可以通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲。
二、钢结构设计方法的研究进展 就目前来说，我国的钢结构框架结构的设计主要有两种方法：第一种、将构件作为研究的对象，从而计算其长度的设计方法，这种设计的方法主要是根据一阶弹性法来求解其结构的内力，然后对构件的计算长度进行确定，最后将隔离的构件按照压弯构件进行稳定的承载力验算。这种方法的特点是计算起来相对的比较简单，在对比较规则的结构进行计算时可以得到较为精确的结果。但是这种方法还是存在着一定的问题的，主要的问题是这种计算方法忽略了节间荷载的影响，无法准确的预算到框架在失稳是的位移，无法考虑二阶效应的影响 。另一个方面就是无法将结构内力重分布计算在内，对于大型的结构体系来说，这种设计方法太过于保守；第二种、将结构的整体作为研究的对象，从而对其弹塑性的极限承载力进行分析的方法，简称高等分析法，但是这种设计的方法计算非常的复杂，还无法得到广泛的应用。
（一）钢结构的构件设计 在钢结构的设计之前要进行材料的选取,一般使用Q345、Q235 作为钢构件的材料，同时，钢结构的主要部分往往会使用相同的钢材料，以利于工程管理的进行。除此之外，为了减少成本，可以使用强度大小不同的钢种构件组合截面。 一般如果想要根据强度控制整个钢结构时，可以使用Q345 钢；但要是根据稳定来控制整个钢结构时，可以使用择Q235 钢。不同于结构的内力计算，钢构件构建工程中，要确保使用弹塑性的办法对截面进行验算。 （二）钢结构节点设计
整个钢结构的设计过程中，连接节点的设计过程是非常重要的，一般会在研究钢结构开始前，开始对节点的设计形式进行研究，进而解决结构分析模型与实际设计节点的形式不一样问题。因为不同的节点拥有不同的特性，可以细分为铰接、刚接以及半刚接，一般工程会选取刚接或铰接。如果节点通过焊接连接时，首先要制定一个焊接标准，确定焊接的形式以及尺寸，同时，要求焊条的材料与构件材料的属性相同，也就是说，应当使用E43焊条来焊接Q235钢，使用E50焊条来焊接Q345钢，使用E43焊条来焊接Q345钢与Q235钢。在焊接过程中，焊缝有具体的要求，不能够随便加大，保证焊缝的重心接近构件的重心。如果使用栓接焊接节点时，铆接的适用范围只能局限在次要的结构位置，主要位置就应当使用高强螺栓，构件设计时往往使用8.8s和10.9s这两个强度等级的高强螺栓。从螺栓受力形式的不角度，可以将其分为摩擦型和承压型，这两种形式的计算方法有很大区别，同时，大螺栓往往会存在性能不稳定的特性，所以应当谨慎使用大螺栓。构件节点连接板的厚度往往是在梁腹板的厚度基础上再适当加厚，再经过净截面的抗剪运算得到。在进行节点的梁腹板设计时，合理的方法是将栓孔地方的腹板做净截面抗剪处理，然后在使用高强螺栓连接孔壁，最后再做出局部的承压运算。除此之外，在进行节点设计时，必须严格按照更强节点以及强柱弱梁原则，而且，节点能够有一、二级抗震能力条件下做出受剪承载力的计算，如果钢结构的跨度、负载以及空间都相对较大，那么它的抗剪验算就非常重要。
三、门式刚架结构设计方法优化措施分析
（一）门式刚架重要设计方法——弹性设计法
弹性设计法首先根据荷载分析内力，然后验算柱子的强度，平面内外的稳定性，验算斜梁的强度和平面外稳定。在强度和平面外的稳定计算公式上看,我国与欧美国家相差不大。在强度计算上，我们利用弹性设计或允许开展部分塑性,而西方发达国家根据板件宽厚比对截面分类，要分别采用完全弹性或完全塑性设计法,这可造成5%左右的应力差距。平面外稳定的计算公式与外国公式及试验资料进行过比较而确定，因而无太大的差别。 对门架的平面内有侧移失稳，我们根据横梁展开的线刚度与柱的线刚度比值，查表或用近似公式确定柱子计算长度，对柱脚铰接的情况，计算长度系数在2~4之间，大部分在2.5~3.5之间，5m长的门架柱要按12~15m长确定压杆稳定系数。带中间铰接柱的新型多跨门架结构，在结构设计中出现了一个新问题：带摆柱结构的稳定性计算问题。这一问题的特殊性在于，摆柱承受竖向荷载的能力是由其他柱子提供的。没有其他结构，中间绞接柱会象一个摆一样绕柱脚转动，所以西方学者对它有一个专门的名字：摆柱。摆柱结构的平面内和平面外稳定计算，要记住的一点:摆柱的稳定性靠它的邻柱提供,因而加重了邻柱的负担，邻柱的计算长度系数要相应增大。增大多少户具体情况应具体分析。陷阱框架，国内有的资料对右边柱子给出过大于1.0的系数。实际上摆柱本身的稳定计算总是按两端铰接柱考虑计算长度系数取应引起注意。
（二）梁柱节点的最优化
轻型门式刚架房屋钢结构的梁柱节点通常采用端板相接，端板相接种类分为端板竖放、端板斜放和端板平放三种形式，具体每种放置形式又可细分为外伸和平齐两种设计方法，经过运用力学知识，进行受力分析。计算说明，端板平齐式相接因为连接刚度相对比较小，通常情况下很难满足刚性节点的设计需求，相对而言，端板外伸式节点的受力较合理，且荷载力也较端板平齐式相接高；此外，通过分析计算说明，端板竖放的节点设计内力相对较大，节点相接处的剪力和弯矩也相应较大，从而导致相对应的形变也相对增加，而平放节点的刚度与竖放节点的刚度相差很小，然而设计的轴向压力却大，剪力却较小，这样设计对节点受力有好处，节点处比较牢固，形变也相对微小。
（三）最优化截面的选择
门式刚架常常采用实腹式梁和柱，梁柱的截面也随内力变化而变化，往往由其挠度控制截面尺寸，而不是由强度控制，楔形柱的最大截面高度通常取最小截面高度的2~3倍，无吊车轻型钢结构房屋，还要注意柱截面和梁截面的协调，通过调整梁柱截面关系可以达到节省钢材的目的。当变形直接影响刚架截面时，可以通过调整梁连接处截面和刚架柱相接处，从而求出最小的用钢量，在用穷竭法解决截面最优化问题时，多变量因素导致了计算次数与构件数目是呈指数关系比例增加的，当设计工程师确定了结构形式后，通常常用办法，最优化截面是根据构件的内力变化来相应调整截面的尺寸大小，经过多次反复测算最终确定最优化的截面大小。
结语
综上所述，建筑中钢铁的使用不但可以有效的提高建筑的安全性能，同时也可以使建筑本身的载重量得到减轻，同时钢结构的建筑具有一定的抗震性能，因此钢结构建筑的安全性能更高。所以在今后进一步加大对钢结构设计的研究十分必要。
参考文献：
[1]王承丽,马芳.浅谈钢结构设计中的几个问题[J].山西建筑,2011,11:47-48.
[2]岳曼.分析钢结构设计及施工要点[J].门窗,2013,07:197+200.