1、1钢结构建筑设计的简单步骤摘 要:“概念设计”是我们在整个钢结构建筑设计过程中应该非常重视的，因为它贯穿了我们整个设计的全过程，特别是在结构选型与布置阶段更是应该让我们重视。运用“概念设计”能够让我们让我们更早更有效的进行构思、比较和选择。让我们能够对一些难点进行理性和规范的分析。从而能够从全局的角度来把握整个钢结构建筑设计的步骤及细节措施。 关键词：钢结构；建筑设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 因为钢结构建筑与传统的砖结构建筑以及混凝土建筑比较有着很多突出的优点：首先我们都知道钢结构自重轻，而起还能够帮我们有效的节约占有面积，提高我们的空间利用率高；其次钢结构易改造、
2、可以回收再利用，绿色环保；它的抗震性能也比其他结构优越很多，所以现在很多大型建筑都喜欢采用钢结构。为了能够让初学者能够好的了解钢结构建筑设计过程，下面我们简单的介绍钢结构建筑设计的简单步骤。 1 钢结构设计步骤 1.1 判断厂房的结构是否适合用钢结构 2虽然钢建筑有很多的优势,但是我们需要知道的是任何事物都是具有局限性的,钢结构建筑不可能适应于任何的地方。只有大跨度、高层、荷载或吊车起重量大、有较大振动、体型复杂、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构才比较适合使用钢结构。通常也就是说的像大厦、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、体育馆、工厂、住宅和一些临时性的建筑才适合使用钢结构。 2
3、钢结构设计步骤 2.1 结构选型与结构布置 钢结构建筑通常采用的结构有很多种，比较常见的就有框架、轻钢、网架（壳） 、索膜、平面（木行）架、塔桅等等一些不同的形式。而且这些类型的结构在理论上和技术上都是比较成熟的。但是部分的结构类型现在还有很多难题没有得到解决，比如网壳的稳定等。 笔者在这里提醒初学者，在选择钢结构类型的时候一定要考虑到它的特点，看能不能适应到我们的建筑中。比如在轻钢工业厂房中如果需要比较大的悬挂荷载和移动荷载的时候，我们可以考虑放弃门式刚架这种类型，转而使用网架，这样才能最大的保证我们的钢结构建筑的合理性。再比如在那些雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线 50度内需考
4、虑雪载） 。建筑允许时，我们也需要考虑一些结构使用的时候能保证更好的经济性，比如在框架中布置支撑这样就能够比简单的节点刚接的框架更合适。而面对那些屋面覆盖跨度较大的建筑，我们就应该选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。而值得我们注意的就是，现在我国半数以上的高层建筑使用的钢混凝土组合结构都采用了不利于抗震3的核心筒加外框的模式，这样虽然有利于建筑的经济性，但是对抗震非常的不利，所以我们在地震烈度高或很不规则的高层中，宜选择周边巨型 SRC 柱，核心为支撑框架的结构体系，这样才有利于抗震。 而且在选择钢结构使用类型的时候，我们还要根据建筑体系特征，荷载分布情况及性质等综合情况进行考虑。一般的说要
5、刚度均匀、力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受 1/4 的总水平力。 3 钢结构设计步骤 3.1 预估截面 在结构选型和结构布置结束后，我们接下来要做的就是对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。 在钢梁的选择方面，我们可以选择的有轧制、焊接槽钢、H 型钢截面等。然后再结合荷载与支座的一些具体情况，我们可以将其截面高度在1/201/50 之间进行选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑
6、的间距按 l/b 限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。 柱截面按长细比预估。通常 50150，简单选择值在 100 附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或 H 型钢截面等。44 钢结构设计步骤 4.1 结构分析 结构分析一个非常重要的步骤，目前钢结构建筑在实际设计分析中，我们一般会采用线弹性分析，条件允许时考虑 P-，p-。但是并不是所有的结构分析都需要我们使用软件计算： 典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。 简单结构我们可以通过手算进行分析。 复杂结构一般需要
7、我们建模运行程序并做详细的结构分析以保证设计的准确性。 钢结构设计步骤 5.1 工程判定 工程绑定是设计中非常重要的一环，我们一般通过软件来实现，所以我们一定要正确使用结构软件，同时对输出结果做“工程判定” 。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。 在使用软件之前，我们使用者要充分了解不同软件的不同使用条件，以免造成不必要的误差。同时提醒工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。美国一位学者曾警告说：“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。 ” 6 钢结构设计步骤 6.1 构件设计 构件设计步骤比较复杂，我们首先要做的就是材料
8、方面的选择。而5我们在施工设计中通常主结构使用单一钢种这样有利于我们工程管理和施工。结合经济方面的考虑，还可以选择不同强度钢材的组合截面，这样起到控制经济成本的作用。 构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。 当前的结构设计软件很多都提供了截面优化设计功能。它减少了结构师的很多工作量。但是，我们初学者在钢结构设计中至少应注意几点：6.1.1 软件在做构件（主要是柱）的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以，尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构师应该逐个检查。 6.1.2 强度不满足
9、，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。 6.1.3 变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。 7 钢结构设计步骤 7.1 节点设计 连接节点在整个钢结构建筑设计锅中中占有很重要的一个位置，在我们进行结构分析之前就需要对节点的形式进行充分的思考和确定，而且还必须避免在结构分钟模型中使用的形式和最终设计的几点形式不一致。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以6简单定量分析的前两者。常用的参考书2有丰富的推荐的节点做法及计算公式。 连接节点设计的不同对我们整个建筑结构影响非常大。比如，有的钢结构建筑的
10、连接节点虽然可以承受弯矩没有问题，但可能会给我们实际施工产生较大转动，不符合结构分析中的假定。也会导致实际工程中出现变形大于计算数据等等一些不利的结果。 连接节点有等强设计和实际受力设计是我们连接节点设计比较常用的两种方法，很多初学者比较喜欢使用前者。设计手册2中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。 8 钢结构设计步骤 8.1 图纸编制 在整个钢建筑设计的最后就是出图了，而出图我们一般又分为设计图和施工图两个不同阶段。设计图一般由设计单位提供，施工图由钢结构制造公司根据设计图编制而成，在某些情况下，施工图也会由设计单位代为编制，而在现阶
11、段，很多建筑图都由双方共同编制。 8.1.1 设计图：它我们施工方制作施工详图的一个保障依据，以保证内容完整不冗余为基础，而且还应该对设计依据、荷载资料（包括地震作用） 、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等） 、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等等都表达完整、清楚，以利于施工详图的顺利编制，7并能正确体现设计的意图。而且主要材料应单独列表表示。 8.1.2 施工详图：我们一般又可以称为加工图或者放样图等等。这种图样必须要保证能够满足车间直接制作加工，而且某些不完全相同的单元需要单独的进行绘制，并应附有详尽的材料表，以保证施工的顺利进行。 8.1.3 设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。 9 结束语 全文通过简单介绍钢结构建筑设计的八个简单步骤： 判断结构是否适合用钢结构、结构选型与结构布置、预估截面、结构分析、工程判定、构件设计、节点设计、图纸编制让我们能够初步的了解钢结构建筑设计需要怎么继续，希望能够让初学者有一定的了解。
