建筑钢结构工程设计及其注意事项侯明贵

建筑钢结构工程设计及其注意事项侯明贵

侯明贵

中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃兰州730000

摘要：建筑钢结构经特殊工艺加工而成，其材质为钢制材料，所以称之为钢结构，当前阶段被建筑工程广泛应用。钢结构指的是钢板、型钢等通过不同加工工艺制作成钢架、钢梁以及钢柱类型的构件，然后利用焊缝、螺栓、铆钉等方式将构件连接并固定的一种工程类型。

安装简单便捷且成本相对较低是钢结构的主要特征，因此被广泛应用于建筑行业，比如大规模的仓库、工厂、车间以及高层建筑等。本文由建筑钢结构工程设计方法着手展开分析，进而讨论建筑钢结构工程设计的步骤等，最后对建筑钢结构设计的注意事项进行总结，旨在提升建筑钢结构的整体质量，以推动我国建筑行业持续健康的发展。

关键词：建筑钢结构工程设计注意事项

近些年来我国整体经济水平和科学技术水平不断提升，国内城市化建设随着快速进步，建筑工程施工中大量采用钢结构工程，无论是工厂厂房还是高层民用建筑，处处可见钢结构的身影。钢结构工程具有造价较低且施工便捷的优势，因此在建筑行业内被广泛推广应用。钢结构在建筑行业的应用，可对建筑工程结构施工处理效率进行大幅度提升，同时可降低成本投入，反之建筑企业利润一定程度提升。此外建筑钢结构具有十分理想的安全性能，稳定性与可靠性都相对较高，因此有利于我国建筑行业的有序发展。

一、建筑钢结构工程设计方法分析

建筑钢结构工程设计可大致分为三个种类，下面展开详细分析。

第一，定值法。定值法将对结构设计造成影响的所有原因设置为定值，将经验判断作为安全系数思考的依据，对设计中各类不同因素所造成的影响进行考虑，最后对结构安全度进行计算的一种方法，其中应用最为广泛的当属容许应力法。此种方法执行的根本原则是结构构件设计所限定的容许应力不需在结构计算应力之上，同时必须将标准荷载的要求作为依据对结构构件应力进行计算，最后通过一阶弹性理论的方式得出相应的计算结果。但是容许应力也存在一定的弊端，首先，无法对结构几何非线性影响进行全面细致的考虑；其次，容许应力法采用的安全系统相对单一，无法对荷载变异与抗力特性进行全面展示。

第二，半概率法。近些年来工程技术不断发展，定值法开始向概率设计法转变，首先对材料强度不确定性和荷载进行考虑，采用概率方法对其取值进行确定。不过结构可靠度与概率依旧无法有机联系在一起，因此将其称之为半概率法。半概率法的设计表达式仍可继续沿用容许应力法的设计式，但安全系数由多系数分析最终决定。

第三，概率极限状态法。极限状态法将概率和结构可靠度联系起来，有效应对半概率法和容许应力法的所有缺陷，此种方法采用荷载分项系数及抗力对单一安全系数进行取代。目前阶段，建筑钢结构的设计中极限状态法应用最为广泛。其结构因荷载作用可在一定周期内达到两种极限状态，第一种为承载能力极限状态；第二种为正常使用极限状态。承载能力极限状态与结构安全性相互对应，主要指的是构建塑性变形、断裂等情况引发的结构损坏。

二、建筑钢结构工程设计探讨

1.建筑钢结构工程设计步骤探讨

在进行建筑钢结构绘图之前，绘制人员需全面细致的了解钢结构的整体情况，掌握制图规范，并对深化设计流程进行确立。首先，了解钢结构设计图纸；其次，与相关专业进行交流和沟通；最后，模型制作并最终绘制详图。设计详图时主要采用PKPM或3D3S建模分析计算，采用CAD制图。

2.建筑钢结构工程稳定性探讨

首先，想要对钢结构稳定性进行有效保证，必须从钢结构的整体出发，对结构的平立面及构件的布置进行细致的考虑；其次，对钢结构整体刚度及可靠性进行分析，最好采用折减系数法与临界压力求解法进行计算；最后，计算弹性稳定时，不能仅仅考虑结构的整体性，同时需要对二阶分析提高重视。因结构内力会因柔性构件变型量而产生一定的差异，因此借助钢结构工程设计时必须严格按照结构的设计要求进行，并且掌握稳定性与强度的区分方式。使用材料的性质决定强度的大小，而稳定性是在应对强度问题时必须确定其不稳定的平衡状态。

3.建筑钢结构工程设计中软件对比

进行建筑钢结构图设计时，必须同时将构件表和材料表做出，并且需包含最早的材料计划。因此拿到图纸后的首要工作是制定材料计划。建筑钢结构工程深化设计往往借助电脑软件进行，当前阶段市面上存在不同功能、不同品牌的设计软件，软件之间也存在一定的差异性，各有各的优势和弊端。目前国内用户最多当属建研院的PKPK系列软件以及同济大学3D3S系列空间钢结构软件。在实际工程中应用PKPM-STS系列软件可高效完成设计的结构形式有：（1）.门式刚架结构；（2）平面屋架、桁架结构；（3）钢支架结构；（4）空间钢框架、框-支撑结构。同时PKPM紧扣规范，参数详尽，后处理节点设计类型比较全面。但是PKPM在处理带夹层的门式刚架以及复杂三维空间结构稍显不足。反之，3D3S与PKPM相比，除能很好的完成（1）.门式刚架结构；（2）平面屋架、桁架结构；（3）多高层钢框架外，在（1）空间桁架；（2）网架、网壳。（3）索膜结构；（4）空间任意结构的结构分析方面更有优势。尤其在网架、网壳的结构分析及后处理出加工图方面更方便。美中不足的是它的节点设计以及后处理出图存在一定的缺憾，截面库截面类型也不够完善。总之任意结构分析设计，带夹层门式刚架网架、网壳结构优先考虑3D3S。

三、建筑钢结构工程设计注意事项总结

1.钢材选择

现阶段国内钢材品种众多，质量也参差不齐，因此需要结合实际工程需要对合适的钢材进行选择；现阶段建筑工程中钢结构建筑种类不断增加，不同建筑物钢结构荷载、强度、变形等方面的要求也存在一定差异，如钢材选用不合理，不仅会导致材料浪费，而且会给整个建筑工程造成一定的安全隐患，因此需要提升对钢材选择的重视程度。

2.建筑钢结构适用性确定

现阶段钢结构主要应用对象为荷载量及跨度均较大，且规模与形体相对复杂的多层以及高层建筑。对振动幅度、承重负荷上限、安装拆卸便捷程度等方面要求相对严格，因此在设计钢结构时，需在全面分析和总结整体施工内容的基础上，综合性考虑钢结构的适用性。

3.加强建筑钢结构受力体系及细节部分设计

确定建筑钢结构工程最终设计方案之后，需要即刻计算钢结构的受力体系及细节部分，并对其逐步完善。首先，由钢结构受力体系角度进行考虑，当前阶段绝大多数钢结构都对杆系结构进行采用，此种结构要求钢材截面尺寸较小且强度较大；具体施工时刻进行现场组装，构件之间约束作用会相对较小。因此构件节点之间连接的稳固性保证是设计的关键环节；其次，由钢结构建筑细节部分考虑，钢结构建筑设计本身内容比较复杂且要求细致，因此需要保证细节部分设计的严格。

结束语

综合上述所言，现阶段钢结构工程被建筑行业广泛应用，不仅整体造价较低，而且具有安装拆卸方便、结构稳定性较强等优势。相比于混凝土工程而言，钢结构安全性及可靠性都更胜一筹。此外，钢结构具有相对满意的抗震性能，并且相比传统工程施工而言工程周期更短。随着现阶段人们生活水平的不断提升，对于建筑工程方面的需求也越来越高，因此钢结构工程设计也面临更大的挑战，但是只要将设计方案科学合理的进行运用，并且严格把好质量关，即可保证建筑钢结构价值的最大限度发挥，并且在一定程度推动建筑钢结构行业的发展，最终有利于我国建筑行业的整体进步，提升我国现代化建设的速度。

参考文献

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