1、1浅谈建筑钢结构设计摘要：近些年来我国建筑钢结构发展迅速，建成了或正在建设一大批大跨度及高层钢结构，如鸟巢、水立方、国家大剧院、中央电视台、上海环球中心、广州电视塔等，这些项目的建设使我国钢结构的设计水平得到很大提高。随着建筑类经济快速的发展，工业建筑应用钢结构的越来越多。防止结构失稳，是钢结构设计中应充分注意的问题。 关键词：建筑钢结构设计 中图分类号：TS958.1+7 文献标识码：A 文章编号： 1 建筑钢结构设计 1.1 基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；所设计结
2、构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。 1.2 设计过程。 1.2.1 收集资料：钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料，包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是钢结构设计规范GB50017-2003 其次，还需要了解结构设计的习惯做法，根据以往的设计经验找出最优设计方案。 1.2.2 确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。2横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相
3、关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。 2 现代钢结构的建筑特点 2.1 预工程化程度高，建设成本降低，工期缩短 钢结构建筑模数协调统一标准实现了建筑工业化大规模生产，提高了建筑预工程化，使不同材料、不同形状和不同制造方法的建筑构配件具有一定的通用性和互换性。同时钢结构建筑的预工程化使材料加工和安装一体化，大大降低了建设成本；并且加快了施工速度，使工期能够缩短 40以上，从而加快了房地产开发商的资金周转速度，使建筑能更早投入使用。 2.2 建筑与结构的设计与
4、功能一体化,使建筑更富有功能化 在钢结构建筑中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体，构件，节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化，才能使建筑更富有功能化以便随后的各个设计环节进行下去，创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。北京 2008 年奥运会国家体育场投标方案中有许多方案都体现了钢结构建筑的这一特点。例如清华大学建筑设计院设计的可开合式方案，在体育场大屋面的中央设置两个半圆型的玻璃顶面，同时相对旋转、平行滑动完成大屋面的开合；又如中国建筑设计研究院场馆方案外观即为建筑的结构，形象完美3纯净，功能与结构达到了完美的统一；还有日本朱式会设建筑事务所设计
5、的折叠式方案，屋顶由悬臂的钢架结构支承，可在 30 分钟内完成开闭的动作，确保全年比赛的及活动不受天气影响。 2.3 钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，强度高，弹性模量亦高。其密度与强度的比值远小于砖石，混凝土，木材，在同样受力情况下钢结构自重小，从而可以做成跨度较大和高度较高的结构以及灵活的结构形体。现在人类已具有建造跨度超过 1000 米的超大穹顶与高度超过 1000米最高至 4000 米的超高层建筑的能力。并且钢索与膜结构相结合形成索膜结构体系更能满足建筑对跨度的要求，使这类型建筑成为标志性建筑，比如日本东京后乐园棒球场屋盖是钢索与气承膜组成的索
6、膜结构，面积达 28000 平方米，英国政府为迎接 21 世纪而兴建的标志性建筑伦敦千年穹顶?大型综合性展览建筑也是索膜结构体系，其穹顶直径达到 320m。 2.4 原材料可以循环使用，有助于环保和可持续发展 发展钢结构对于资源，能源都非常短缺的我国意义尤为重大，因为中国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国。钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，边角料也有价值，不需要制模施工。目前国际上引人瞩目的新型住宅产品已引入我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面： （1）该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统，温度变化小，热损失低。不论冬夏，都具有舒适当居住环境。室外 0 摄氏度时，
7、室内仍可以保持 17 摄氏度以上；在室外温度达到 30 摄氏度的情况下，室内温4度仅为 21 摄氏度左右。 （2）与砖混结构住宅相比，可节能 60以上，冬夏季空调设备可节约耗电 30以上，结构的废旧利用为 100，与砖混结构比较，同样楼层净高条件下，钢结构维护墙体面积小，节约空调所需能源，减小维护费用。 3 结构选型与结构布置 在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确性或规范规定的情况，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系，破坏机理，震害，试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施，运用概念设计
8、可以在早期迅速有效地进行构思，比较与选择，所得结构方案往往都易于计算，概念清晰，定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算，同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 钢结构通常是框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构形式，其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单适用的设计方法，结构和选形式，方应考虑它们的特点，基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。 4 现代钢结构建筑设计面临的问题 火灾是对钢结构建筑的最大危害，钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为 400 度时，钢材的屈服强度将降至
9、室温下强度的一半，温度5达到 600 度时，钢材基本损失全部强度和刚度，因此当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，很容易使建筑损坏，比如美国世贸中心大楼外墙是排列很密的钢柱，外面包以银色铝板，在美国 911 事件中两个塔楼分别受飞机撞击后所产生的大火使钢材软化，最终导致大楼倒塌。从发生的钢结构建筑火灾案例可以发现两类现象，一类为防火保护的钢结构在火灾中没有达到规定的耐火时间而破坏，另一类防火保护的钢结构在火灾中超过了预期的耐火时间而并没有破坏。建筑的构造防火问题一般在钢筋混凝土结构上较易解决，而在钢结构建筑上则需考虑更多的因素，以下为两种常用防火措施：.一是采用进口的新型防火板保全
10、板；二是根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂装饰漆。 5 结语 总之，钢结构由于强度高、自重轻、抗震性能好和材料可回收等诸多优点而被广泛应用到现代建筑工程中。而钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛，究其原因在于其拥有自重轻，高强度和工业化强度高的特点，所以钢结构设计对建筑物的安全和使用寿命起着至关重要的作用。 参考文献：1黄友江，钢结构的稳定设计分析J.黑龙江科技信息，2009 2陈淑燕，提高钢结构设计稳定性的有效策略J.城市建设与商业刊点，2009 3康珍珍,高层建筑结构体系分析及结构选型模糊决策研究D辽宁6工程技术大学，2006. 4李英攀,我国钢结构住宅建筑及其产业化研究D武汉理工大学，2003.
