建筑钢结构工程设计方法与要点分析

　　摘要：当下，绝大多数建筑应用的材料都是钢制的。钢结构具有较强的抗震性、抗裂性与耐久性，备受建筑行业的青睐。钢结构建筑不仅具有良好的性能，而且施工流程简单，节省时间成本和资金成本。对于部分工期短、投资有限的工程项目来说，钢结构是绝佳选择。基于此，本文围绕建筑钢结构工程设计及其注意事项展开探究。

　　关键词：钢结构； 工程设计； 注意事项；

　　如今，高层建筑数量及规模不断扩张，缓解了城市可开发土地资源供应紧缺的现状。由于高层建筑自体重量较大，对基础结构的承载负荷力也提出了更高的标准要求。而采用钢结构工程设计，可以提升施工效率，压缩投资成本，增大工程综合效益。

　　1、建筑钢结构的基本特征

　　钢结构是一种新型建筑结构形式。钢结构具有一定的特点，受到业内人士的大力推崇。钢结构的特点如下所述：

　　（1）抗震性。钢材是钢结构的主要原材料，具有良好的塑性与韧性，可以在很大程度上优化整个钢结构的抗震性能，进而延长钢结构的使用寿命。如果钢结构受到外部作用力，发生结构形变，也不会出现脆性裂变。且采用柔性连接方式，也有助于形变部位恢复原形，增强整体结构的抗震能力。

　　（2）抗裂性。通常砖混结构建筑受到温度的影响，极易出现墙体开裂现象，在墙体结构出现裂缝后，墙体材料的保温性能与防水性能也会受到较大的影响，缩短整个建筑物的使用寿命。相较而言，钢结构具有良好的抗裂性，能够分担承重墙的压力，降低发生裂缝的概率。

　　（3）耐久性。与木质结构相比，钢结构具有较强的耐腐蚀性，可以在很大程度上增强整体结构的抗腐蚀能力。据相关调查数据显示，钢结构的耐腐蚀性约为砖混结构耐腐蚀性的1.5倍，且保温隔热效果较为突出。

　　（4）施工便捷化。一般情况下，工厂会预先生产钢结构构件，然后，将钢制构件运输至指定地点进行现场拼装。整个钢结构构件拼装流程可以依靠机械化模式，施工流程便捷化，能够保障工程安全。

　　2、建筑钢结构工程设计的具体方法

　　当下，应用较为广泛的建筑钢结构工程设计法主要包括塑性设计法、容许应力法、极限状态法与半概率法四类。各类设计法的核心原理不同，且各具优缺点。具体内容如下所述：

　　2.1 塑性设计法的核心原理

　　塑性设计原则是指结构构件的强度与塑性本质高于标准荷载乘以安全系数的乘积。在内力结构分析时，往往采用钢塑性分析法和一阶塑性分析法。采用塑性分析法，在结构构件进入塑性后，允许内力的重新分配。但必须保证材料的延性特征达到一定标准要求。在建筑结构设计时，相关人员要明确翼缘与截面腹板的规格参数，并设定限制标准。塑性设计法对非线性处理有特殊要求，只不过无法反馈结构构件或原材料的扩展特性。

　　2.2 容许应力法的核心原理

　　容许应力法是指在建筑结构设计时，计算应力参数要小于既定容许力。相关人员要严格按照标准规范，设定结构构件的计算应力，同时根据阶弹理论进行准确计算。客观来说，容许应力法有如下几方面缺陷：（1）对结构的非线性影响考虑不到位；（2）采用单一安全系数，无法反馈荷载变异情况，以及独立抗力情况。

　　2.3 极限状态法的核心原理

　　极限状态法能够有效弥补塑性设计法和容许应力法的不足。极限状态法的核心原理是使用荷载分项系数和抗力取代单一安全系数。当下，极限状态法的应用效果更为突出。由于受到荷载的影响，整个建筑结构往往会呈现出如下两种极限状态：（1）正常使用极限状态；（2）承载能力极限状态。其中，承载能力极限状态对应整体结构的安全稳固性，主要指因构件塑性形变与脆性裂变造成的结构损坏。

　　2.4 半概率法的核心原理

　　伴随现代科技的快速发展，定值法逐步向半概率法发展。在应用半概率法设计时，往往需要全面考虑材料强度因素与荷载强度因素。但在取值环节，未能充分衡量结构可靠度与概率的理性关系，由此，称之为半概率法。

配图：建筑钢结构工程

　　3、建筑钢结构工程的设计要点

　　3.1 加大对结构选型的重视

　　在建筑钢结构设计要点中，结构选型至关重要，结构选型直接决定了整体设计工作的落实效果。在建筑钢结构设计过程中，相关人员应以结构力学关系和结构破坏机理等方面为切入点，完善结构选型，保障整体工程结构质量。

　　3.2 优化钢结构工程抗震设计

　　全面了解钢结构之间的稳定关系，可以进一步优化工程结构稳定性设计。为此，设计人员要加大对钢结构抗震设计的重视。在钢结构设计时，需遵循简洁化、规整化与标准化的基本原则。在钢结构构件连接处理时，结合实际情况进行操作。确保屋架和屋面板、屋架和柱体、柱体和基础的连接稳固性，完善整体钢结构的抗震性能。需要格外强调的是，钢结构的抗震性能与配置位置和支撑形式存在紧密联系。为此，在钢结构设计时，需全面考虑相关因素，尽可能的减小这些因素对钢结构抗震性能的影响。在钢结构设计环节，还要着重注意小规格的零构件，以铆钉为例，铆钉的连接性能在很大程度上决定了整体建筑结构的稳固性。为此，相关人员要根据结构特点选择对应规格和材质的铆钉。

　　3.3 严格控制梁柱连接节点

　　按照配置方式差异，门式刚架斜梁与柱主体的连接方式可划分为端板竖放、端板横放以及端板斜放三类。

　　其中，端板竖放形式适用于截面柱。若竖向荷载发挥着控制作用，可以尝试将端板横向放置，进一步减轻节点的负荷力，同时，利用柱体的自体重量对节点施压。如果节点弯矩较大，可以尝试采取端板斜向放置方式，进而适当延展抗弯连接的力臂，为布置螺栓提供有利条件。

　　一般情况下，端板拼接方式主要包括外伸和平齐两类。相较而言，端板外伸拼接方式比端板平齐拼接方式的受力稳定性更强，而且，端板外伸拼接方式的节点数量更多。在结点板外伸部分设置加劲肋，可以让靠近受拉翼缘两侧的螺栓均衡受力，增强节点的抗剪能力，预防节点板的形变。

　　4、建筑钢结构工程设计的注意事项

　　4.1 钢结构设计与预设施工场地的适应性

　　在建筑钢结构处理环节，要进一步明确钢结构设计方案与预设施工场地的协调性。同时，积极做好调研工作，考虑建筑钢结构使用人群的基本需求。且全面了解建筑钢结构的用途，组织施工地点勘察工作，在充分考虑设计因素的基础上，制定完整性、合理性、准确性的建筑钢结构工程设计方案，加强整体工程结构的安全稳定性。

　　4.2 钢结构工程的消防安全设计

　　在执行建筑钢结构工程设计方案时，要明确工程结构是否存在消防安全隐患。由于钢结构建材的防火性能较差，在设计环节，需完善工程结构的防火设计，并确保消防安全系统设计与整体设计风格相协调。现阶段，建筑钢结构工程设计中，应用较为普遍的消防安全设计法就是对钢材进行防火涂层处理。

　　4.3 钢结构工程的细节处理

　　在建筑钢结构工程设计环节，要注重细节设计。细节设计的主要目的是注重建筑钢结构节点数量与节点配置方式的合理性，以及整体结构的安全稳固性。根据不同的结构设计形式，选择对应的连接方式，加强整体结构的协调性，避免钢结构出现节点形变或受力失衡现象，从而影响整体建筑结构的安全性。尤其是螺栓连接处理与构件焊接处理两方面，务必注重连接方式的科学合理性。

　　5、结束语

　　综上所述，建筑钢结构具有自体重量轻，具有极强的抗震性、抗裂性、抗形变能力及耐腐蚀能力，而且其工期短、投资低、质量有保障。也正因如此，建筑钢结构工程受到建筑行业，乃至整个社会的推崇和青睐。

　　参考文献

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　　[2]郑维。建筑钢结构工程设计及其注意事项[J].化工管理，2018（24）。