探析钢结构设计与应用难点

探析钢结构设计与应用难点

苏杭

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摘要：随着城市化进程的不断加快，我国建筑事业得到稳健发展，在工业用房和民用住房的建筑设计水平和施工技术水平都有很大提升，在这一进程中，拥有较多优点的钢结构建筑得到广大人民的喜爱，这使得其能够在近几年中迅速发展。对于一些间距较大的场地，楼层较高的建筑以及一些中小层建筑等，都需要采用钢结构进行施工。但随着人们对建筑的要求不断提高，钢结构建筑又暴露出很多问题，因此本文将针对钢结构设计以及应用中出现的问题进行探讨。

关键词：钢结构；设计特点；应用难点

随着我国经济水平的不断发展，人们对建筑的要求不仅局限于建筑本身所必须拥有的要求，作为现代化建筑，还应该拥有绿色环保的特点，而钢结构建筑就满足现代化建筑的要求，因此发展钢架构建筑是建筑发展的趋势。从宏观上来看，钢结构具有延展性好，韧性好，受力形变量小以及结构较为均匀等特点。钢结构能够承受较大的冲击以及拥有良好的抗震性能，由于其本身质量较轻，结构匀称，因此有利于进行机械化建造。但在实际应用过程中，由于施工环境有自身的独特性，因此在使用钢结构进行建造时，往往会出现很多问题，这就需要设计师在进行钢结构设计时能够针对实际情况科学的进行设计。防止问题的出现。

1钢结构工程的现状

在我国，随着时代的发展，人们在做事时往往会追求效率，在建筑行业也不例外，由于钢结构的总体重量相对于混凝土工程来说降低了七成，在进行施工时，刚结构比较规整，因此施工起来也比较容易，总体来说钢结构的施工速度大于混凝土工程的施工速度，同时钢结构还具有良好的抗冲击抗震等性能，近年来得到建筑行业的广泛青睐。

2钢结构工程的优点

在能源消耗较大且污染较多的地球环境下，每个国家都追求节能环保。发展钢结构建筑，能够改变我国从古至今能源相对短缺的状况。在没有钢结构建筑之前，我国的建筑大都采用砖和混凝土共同施工的方式，这种建造方式会使用大量的材料，在施工过程中由于外部原因会造成资源极大的浪费，在使用钢结构和混凝土进行建造时，可以省去传统建筑中的模板施工过程，一方面由于钢结构施工简单，规整度较高，那么在施工过程中就不会造成很大的资源浪费，节省自然资源；另一方面钢结构施工不会对环境造成很大的伤害，对于我国保护环境方面来说起着很大的作用。与此同时，钢结构建筑省去了模板建造工程，施工效率稳步提升，对于业主来说就能够早一步住进新房。

3钢结构的设计与应用难点

3.1钢结构工程的节点及稳定设计

（1）钢节点设计

钢结构在进行设计时，最为关键的设计部分是对于节点的设计。因此在设计过程中，要对模板进行仔细的分析，同时还要与节点设计保持一致。针对这一要求，将节点分为半刚性节点、铰接节点和刚性节点。对于混凝土的选择来说应该在分析了钢结构的实际受力后再做决定。

在钢结构中，刚节点起着传递力的作用，是钢结构中非常重要的一部分。在进行钢节点设计时，如果采用非常精确的方法进行节点的设计，那么在腹板的抗弯性能上就很难满足，想要满足抗弯要求，那么就必须将腹板加厚，但是这样一来，就会使得制作成本提高。针对这一问题，在钢结构设计中，我们大都采用普遍使用的设计方法。在这种设计模型中，机械关系是确定的，因此在设计中我们要注意防震措施，比如说对于塑料铰链移动的梁，需要在两端加强连接和固定，防止梁上下凸缘。如果没有对这种梁的两端进行连接和固定，那么梁的弯矩就要由翼缘承担，但是翼缘的抗抗弯承载能力仅仅只有梁的八成，再加上梁本身可能会出现损伤，翼缘的抗弯能力将更小，这不符合钢节点的设计思想。

（2）稳定设计

钢结构的稳定性是工程师在结构设计中的经常出现的问题。在设计钢结构的过程中，都会遇到在受压翼缘作用下钢梁所产生的稳定性问题。所以工程师在其结构设计时需要时刻警惕稳定性尽可能避免有可能的突发问题，如果出现需要及时解决处理。如果钢结构出现破坏等问题，不仅会造成使用人不必要的经济投入而产生的损失，还有可能会出现人员伤亡等多种情况。因此，我们必须要在考虑到其稳定性在一定程度上才能去进行钢结构的设计。据以往数据得知，由于钢结构稳定性的而出现的事故有很大一部分是由于设计人员缺乏必要的相关知识，其缺乏对钢结构和构件的稳定性的明确认识，以及不知如何来保证在设计过程中钢结构具有优良的稳定性。从而在其结构设计中出现了不合适等问题。因此，作为结构工程师，应将稳定性作为结构设计中必须去深入了解的概念，可以去了解为何会出现结构不稳定的因素和原理，从而可以更从容地去处理有可能面临的那些结构设计中出现的稳定性问题。

3.2钢结构的设计难点

（1）判断钢结构的适用性

在如今建筑工程中钢结构的应用极广，钢结构优点在于其在跨度大、荷载大、形状复杂的高层建筑中依然能够远超其他建筑材料。钢结构的设计理念是其必须能够负荷较重的荷载、有利于人们进行拆卸、可以经受大幅度的振动以及拥有良好的密封效果，所以在进行钢结构的设计过程中应该进行全方面的考虑以及进行必要的考察分析。考虑所设计的结构是否能够胜任此任务和满足人们对于其所要求的功能。

（2）钢材的选择

在钢结构设计过程中，最重要和困难的步骤就是材料的选择。一方面，我国钢铁工业高速发展，使得材料品种众多，导致我们很难选择到最优的适合该项目的材料。另一方面，研发工艺也在时刻显出成效，即钢结构的类型也在增加，不同建筑对钢结构要求也大不相同。故选择适合的材料是很重要的一步，否则突显不出钢结构远超其他建筑材料的原因所在。

（3）加强对钢结构受力体系以及细部节点的设计

在确定钢结构方案后，需要计算和完善钢结构的应力体系和关键节点。首先，就在钢结构受力体系的设计中表明目前钢筋体系中使用了很多的钢结构，要求钢的强度大，截面尺寸小，可以进行现场组装，互相之间没有强烈的约束作用。因此，其设计的关键是能够保证其之间的稳定性。在一般情况下，细节节点的设计越精细则钢结构的整体质量会上升很大的档次。在节点的设计中，除了需要保证结构应力要求外，还必须考虑钢结构是否能更加方便的进行安装。

3.2钢结构的应用难点

（1）对于钢网架工程来说，做成钢网架的结构制作特别复杂和繁琐。主要步骤有：铺球、排杆、平面网架的装配和焊接等。首先在安装节点前需要将焊接球放入其中，调整受力角度和大小。需要将球以它的规格和数量进行摆放。然后放置杆并在之前检查杆的规格，焊缝和斜面，将杆放在两个球之间。平面空间桁架的装配顺序应该是从中心线开始，逐渐展开。在平面网架焊接前应选择规范的焊接工艺，并严格制定好焊接顺序，防止其在发生变形。

（2）因为钢结构的防腐和防火作用不是特别良好，所以如果钢结构长时间的处于空气中，很容易被腐蚀，从而导致其锈蚀和老化，使其负载能力下降，并会很大程度上影响外观。因此，必须在使用时要搭配新型防腐材料进行防腐处理。另外火灾也会使钢结构产生很大的危害。钢虽然不是燃烧材料，但其耐火性能远远不如砖混结构。当温度升高到400摄氏度以上时，钢的屈服强度会发生明显的下降，这时候结构也会受到强烈的破坏，因此钢结构的抗火处理是工程师必须要时刻牢记的一点。

4结论

总之，因为钢结构的设计对于其发展相当的重要，而且需要保证其能满足人类的需求，我们应当将设计环节作为重中之重，注意设计过程中出现的问题，才能充分的突显出钢结构工程的质量。充分发挥其节能、环保的特点，从而使钢结构成为我们日常建设中不可或缺的一部分。作为设计师，我们必须确保设计的产品达到规定要求。

参考文献

[1]秦效启.钢结构技术规范、规程概论[M].上海:同济大学出版社,2000.

[2]卢俊澄.探析钢结构设计与应用难点[J].中华民居(下旬刊)，2014.

[3]钟善桐.钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.