关于建筑钢结构设计探讨

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1、关于建筑钢结构设计探讨昆明合创建筑设计事务所王小诤摘要：木文从钢结构设计入手，通过分析钢结构的范畴及其在建筑中具有的优势，论述了目前钢结构设计中的一般性问题及应对策略，推论了钢结构优化设计的相关原则。关键词：钢结构；范畴；优势；问题及策略；设计原则建筑钢结构目前应用较为广泛，能全方位地提高现代建筑设计质量，使建筑行业呈现出革命性进步，•有其它结构无法企及的优势。推动钢结构在建筑设计中的应用，要切实地解决钢结构设计中的问题，按照优化设计原则开展设计工作。一、建筑钢结构的范畴建筑钢结构以钢材为主要受力材料构件形成的建筑结构型式或结构体系。目前我国建筑钢结构主

2、要包括轻钢结构、高多层钢结构、大跨度钢结构、重型工业钢结构建筑等。轻钢结构应用于层数较少、荷载力较低的建筑，以冷弯C型钢及压型钢板来建设屋面，以冷弯薄壁型材来做复合墙面，以热轧H型钢来构建结构较轻的房屋。高层钢结构建筑主要应用钢结构的高承载力以及优越的抗震性能构筑而成的建筑结构体。大跨度钢结构应用于体育馆、航空站、会展中心等跨度不小于60m的建筑。重型工业钢结构应用于火力发电厂、大型冶金厂等跨度大、支柱高度与间距大，且具有较多的重量级生产设备的建筑。911事件发牛.时，作为钢结构建筑的纽约世贸中心被撞毁受剧烈爆炸而垮塌，使得人们对于钢结构的应用产生疑虑。

3、而汶川大地震后，钢结构建筑抗震性能、强度、延性优势的呈现，使其应用又重新崛起。此时相应加强了对于钢结构耐火、耐腐蚀、柔韧、抗爆等性能的要求。二、钢结构在建筑中所只备的优势分析1.材料自身的优势：钢材较混凝土等比其它结构所用材质更加接近匀质，其组织具有各向同性的材料力学特性，各向均能承受最大主应力，受外荷载施作用吋各构件和结构体几乎可以具备完全的弹性。钢材由优质铁矿石冶炼而成，具有非常高的强度性能，而在锻造成钢结构型材过程中，还经过了炼钢轧延等工艺的锻炼，更为符合建设要求。钢材自身的性能为建筑提供了较好的刚度、塑性与柔韧性，使得建筑构件不会因为突然的超载而

4、断裂，也不会在动力荷载过大吋产生结构性的建筑倒塌。钢结构构件因为自身具备较高的强度，从而能够以较小的截面以及较薄的壁形形态存在，能有效地满足受压吋对稳定性能的要求。1.相对力学性能所提供的建筑结构性价比：钢结构能够以相冋的跨度或相同的建筑高度承载更大的使用外荷载和地震作用，大人降低了结构整体质量,达到对于地震力的有效抵抗，其延展性和吸能能力较强，能提高建筑对于震害的抵抗能力。由于建筑钢结构具备的材料优势，各种力学假定和力学模型的计算结果与其实际性能结果极为贴近，便于对精度与质量控制。钢结构能以较小的构件空间尺1*和灵活的空间构成提供较高的力学性能，满足

5、建筑艺术表达和使用功能要求方面的进步，即钢结构能达到较高的结构性价比。2.钢结构设计目标明确，施工便捷，易于检测：0前全世界范围内钢结构设计均统一为对应力控制的方法，基于材料本身的特点，容易达到对建筑结构及构件的设计0标，便于设计、生产安装、检测、防护全过程实现对构件和结构体的性能化控制要求。钢结构具备较为完善的工业化工艺，施工周期短，程式化的钢构件可直接在工厂进行高精度制作，在施工现场只需可控的连接工艺将各部分构件进行有效的拼接焊接。三、建筑钢结构设计中一般性问题及应对策略1.钢结构的防护①防火：911事件使得工程界意识到钢结构防火工作的重要性，采用高

6、效的防火材料和防火技术对钢结构进行防护形成普遍共识，当前应用优质防火材料，可实现高达四级的耐火等级。②防腐：钢结构的使用环境对其具奋不可避免腐蚀作用，在外露与高空等一般的环境中受到酸雨或污染空气等腐蚀；而在化工及潮湿等特殊环境中受到化学制剂或者潮湿的侵蚀，发生腐蚀状况更加严重。一般可采用防腐涂层的方式来避免腐蚀，在特殊环境中则可以涂刷隔绝外界腐蚀制剂的化工材料来隔离腐蚀。1.提高建筑钢结构性价比，控制建筑结构的合理用钢合理设计钢结构布局控制用钢量，尽量使结构呈现规则性，从而加强钢结构的抗震性能，并加强协调管理来加大对钢结构全应用过程的优化，尽可能降低钢结

7、构在建筑中的造价。如合理优选结构构件尺寸，充分发挥钢构件的截面特性，实现截面和应力的合理性；在整个结构体中钢构件的空间组成直接决定了钢结构的性价比，著名建筑“鸟巢”的钢结构优化过程就是典型案例。2.钢结构的体系设计与构造设计①体系设计：现代钢结构设计往往与混凝土结构等复合而成，这里所述的钢结构体系问题，主要讨论钢结构在整个结构体中的贡献。由于建筑的复杂和性能化设计要求，基于钢结构的较强适应性能，从构件到结构分体系再到结构体，钢结构均能达到局部或全面的性能要求，对体系设计的研究使建筑的多样性成为可能。如钢管混凝土、型钢混凝土可大大改善混凝土结构构件性能；钢

8、网架可解决大跨度的结构水平分体系问题，钢桁架支撑可部分提供竖向分体系解决方案；复