建筑钢结构设计（通用11篇）
教 案
课程编号： 020001807 授课学时： 22 任课班级： 土木05-1，2，3班 开课学期： 2008年秋季学期 任课教师： 张 曰 果 教 研 室： 钢结构教研室
2008年8月28日
课程名称：建筑钢结构设计 学分数：1.5 周学时：2 总学时：22 学时
课程类别： 必修课（专业课）（考查）课程考核方式：
1、出勤、作业、及课堂问题回答20分（20%）
2、两次随堂测试每次20分（2×20%=40%）
3、期末测试40分（40%）
教材： 《房屋建筑钢结构设计》（《钢结构》下册）
说明：
1、教学内容：* 重点； # 难点
2、每章节具体授课内容见讲稿
第一章 轻型门式刚架结构
1.1.概述
了解门式刚架的特点
教学方法：自学 教学手段： 以上需要学时：1
1.2 结构形式和布置 轻型门式刚架结构形式 * 轻型门式刚架建筑尺寸和布置 * 支撑的布置要求
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
1.3刚架设计
1.3.1荷载及荷载组合 荷载汇集
永久荷载：自重
可变荷载：活、雪、灰、吊、风、地 * 荷载组合原则：可能同时 1.3.2内力及侧移计算
内力计算方法简介：弹性设计法、塑性设计法 # 刚架的侧移计算：柱脚刚接、柱脚铰接
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
1.3.3刚架柱、梁设计
刚架柱、梁设计概要（具体设计方法 自学）# 腹板屈曲后的强度计算理论 构件的稳定计算理论（自学）
新增内容：腹板屈曲后的强度计算理论 1.4节点设计
* 节点设计：梁柱刚结 1.5檩条设计、墙架设计 墙梁、檩条的计算概要 * 荷载计算及设计内容 1.6 构造要求
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
1.4 压型钢板设计 面形式、材料、几何特征 荷载及组合 # 板件的有效宽度 压型钢板的强度和挠度 压型钢板的构造
教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：3
本章作业及测验 教材P46习题1.1、1.2 本章随堂测验1次（共第1次）
第二章 单层厂房结构
2.1厂房结构的形式和布置 厂房结构的组成 * 厂房结构的设计步骤 钢结构厂房的特点
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
计算简图的确定 柱网和温度缝的布置 横向框架的荷载和内力 厂房结构的设计步骤 柱间支撑的作用及布置
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
吊车梁的设计
教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：3
2.2 屋盖结构
* 屋盖支撑的种类作用及布置 * 屋架的杆件设计及节点设计
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
2.3 屋架设计 * 荷载汇集及荷载组合 * 内力计算
* 杆件设计 * 节点设计
* 刚接屋架设计特点
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
本章作业及测验： 教材P96习题2.1、2.2 本章随堂测验1次（共第2次）
第三章 多层钢结构房屋
3.1 结构组成 多、高层钢结构特点 高层建筑钢结构的结构体系 * 结构体系及适用范围
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
3.2 多层钢结构设计计算 结构荷载
* 结构设计方法及步骤
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2
3.3 楼(屋)盖结构 楼(屋)结构形式
设计要求设计步骤及构造（结合组合结构内容）
教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：4
3.4 构件及连接设计特点 * 梁的设计方法 * 柱的设计方法
* 构件、连接的计算及其构造要求
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2 抗侧力结构的设计 * 支撑布置及设计概要 连接节点的设计
教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：1
本章作业及测验： 教材P201习题4.1、4.2 期末总测验1次（共第3次）
参考资料 1.《房屋建筑钢结构设计》（《钢结构》下册）陈绍蕃 主编 中国建筑工业出版社； 2.《钢结构设计规范》GB50017 3.《钢结构》（第二版）魏明钟 主编
建筑钢结构相比较传统的混凝土结构和砌体结构等, 它性能稳定、质量轻强度高、抗震性能好, 施工时可以在厂房进行加工再到现场装配, 不仅装配的完整度好精密度高, 而且能够大大地加快施工进度缩短工期。它还有一个非常贴切的称呼, 大家叫它“绿色建筑”, 因为其不仅基础造价低, 材料可回收和再生, 而且可以节能、省地、节水。
一、钢结构工程设计原则
(一) 钢结构设计服务于钢结构的施工与使用, 钢结构工程使用目的是为了创造效益。
公共建筑偏重于社会效益, 工业建筑则偏重于经济效益。因此, “钢结构经济性”是钢结构设计的另一个重要方面。
“钢结构经济性”原则应从总体上加以分析, 不能仅从某一方面孤立地去考察。在很长一段时间内, 钢结构设计以耗钢量为标准, 即耗钢量低就是先进的设计、是好的结构体系或形式。在钢材匮乏的年代, 节约钢材是一种重要的手段。然而, 总体而言, 单纯以耗钢量为评价标准是不完全的, 也不尽合理。对门式刚架轻型钢结构房屋, 全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、安装费、施工周期及基础费用等。
(二) 根据实际情况, 合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。
因此, 如果结构太刚则变形能力差, 当强大的破坏力瞬间袭来时, 需要承受的力很大, 容易造成局部受损最后全部毁坏;但是太柔的结构虽然可以很好的消减外力, 但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。刚柔的程度历来都是专家们争论的焦点, 现今的规范给出的也只是一些控制的指标, 无法提供“放之四海皆准”的精确答案。这就要靠设计者与业主进行沟通来确定一个方案。
(三) 钢结构体系的“适用”原则是针对钢结构体系的功能要求而言的, 钢结构体系适用性与建筑物的使用功能有密切联系。
为此在结构设计时, 必须把握以下方面:对建筑物的功能、特点和所处的环境条件有充分的了解, 如建筑物是民用建筑还是工业建筑, 民用建筑是用于展览馆还是体育馆等, 工业建筑是钢结构仓库还是钢结构厂房, 钢结构厂房的生产工艺对建筑结构的影响情况等;建筑物对防火、保温、隔热、隔振和防腐蚀有何要求;对建筑所在地的环境状况和气象条件应有足够的了解;建筑物内是否有特殊设备或特殊载荷作用, 及吊车的设置情况如何等。
二、判断结构是否适合用钢结构
对建筑工程施工时, 首先要判断此建筑是否可以进行钢结构建设。以免进行施工准备或施工已经进行后还要重新进行设计施工, 浪费大量的时间、人力和资金。建筑的钢结构建设通常适用于机械化程度高、建筑高度大、使用空间严酷 (高温、封闭、震动) 的建筑项目。
三、结构形式与结构布置
钢结构的设计过程主打“概念设计”牌, 概念设计在钢结构的整个过程中都是异常重要的。它确定了整个建筑形态的方向, 透过把握全局来进行项目灵感体验。通过力学关系的对比、钢材结构的优缺点整合和细节上的实际考量来达到钢结构前期设计的方案比较和甄选。目前, 已经有一些针对计算数据正常与否的软件投入到工程的设计中, 给设计提供了很大的帮助, 避免人工手算失误的发生, 还能解决结构分析阶段繁琐的数据计算。
建筑钢结构通常分为框架、平面 (桁) 架、网架 (壳) 、索膜、轻钢、塔桅等几种结构。在对项目进行钢结构的选型确定时, 一定要根据各项目特点的不同, 分析实际情况进行设计。遇到有较大负重的荷载时要放弃门式钢架而采用钢结构网架形态。屋顶要符合重力坠落曲线标准。大跨度的建筑要对覆盖屋顶构建进行拉索或索膜结构的建立。如果项目的经济允许, 可对钢结构框架布置支撑结构, 远期的经济性要比简单的钢结构节点框架好的多。采用钢筋混凝土结构外加巨型SRC柱的组合来应对地震带的建筑项目, 尽量避免图一时资金投入少而采用核心筒外加框形式。
钢结构的设计应使结构受力路线清晰且可以最接近直线的路线将受力传给地基支撑。钢结构在布置上要遵循结构刚度匀称、力学分布平稳, 最大限度减少荷载的影响。钢结构抗力的支撑柱子间距要适中, 且设置多道防线以备意外发生, 核心撑柱的受力应至少占总受力的20%。
四、截面的选择
在对建筑项目进行完钢结构的形式确定后, 就要开始着手下一步骤, 钢结构截面的初步估算, 截面的选择主要是针对钢结构构件的撑柱和撑面进行工程施工前的尺寸设定和形状假设。
钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况, 其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时, 可回避钢梁整体稳定的复杂计算。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50<λ<180, 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。钢结构构件在外形选择上没有固定的规范, 一切遵循保质前提下灵感概念的迸发。
五、结构分析
目前钢结构实际设计中, 结构分析通常为线弹性分析, 条件允许时考虑P-Δ, p-δ。有些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能, 这为更精确的分析结构提供了条件。
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, 简单结构通过手算进行分析, 复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
六、构件设计
构件设计也要考虑材料的合理性, 取材上一般选择Q235和Q345两种。由于对工程管理便捷的追求, 钢结构设计主体时常把材料限定在一种材质上, 但是如果出于经济情况上的考量, 也有很多施工单位将不同材质钢构件强强组合的用于施工, 强度上的要求以Q345为主, 稳定性的要求上以Q235为主。
当前的结构软件, 都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步, 一些软件可以对整个结构进行截面优化, 我们仅做的就是对优化后的截面稍加调整并进行程序自动验算, 直至合理, 如PKPM中的STS等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但要注意, 利用结构软件设计一定要注意模型的建立和参数定义, 尤其是柱及梁的平面内、外计算长度。
七、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。应该注意的问题是最终的设计节点经常与结构模型中使用的形式不完全一致。按传力特性不同, 节点有刚接、铰接和半刚接, 有些人往往会会忽略掉后者, 所以在选用节点时一定要正确判定节点的连接形式, 从而做到设计的安全性、合理性。
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏安全选用前者, 我们可以比较方便的查阅相关设计手册中焊缝及螺栓连接数据。当然也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。
对于焊接节点, 对焊缝的尺寸及形式规范有强制规定, 应严格遵守。如焊条的选用应和被连接金属材质适应:E43对应Q235, E50对应Q345, Q235与Q345连接时应该选择低强度的E43, 而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝, 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。
对于栓接节点, 普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用。高强螺栓的使用日益广泛, 常用8.8和10.9两个强度等级, 根据受力特点分承压型和摩擦型, 两者计算方法不同, 规格常用M16~M30, 超大规格的螺栓性能不稳定, 设计中应慎重使用。
连接板可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm, 然后验算净截面抗剪等。梁腹板应验算栓孔处腹板的净截面抗剪性能, 承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
还要注意构件的现场安装可能性的问题, 节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。
八、结语
关键字：钢结构：钢结构建筑：发展概况
中图分类号：TU391 文献标识码：A
近年来，随着钢结构建筑的应用和发展，国内钢结构市场不断扩大，导致全国各地大量新建和转产钢结构制作安装企业一拥而上，仅沈阳市就有各类钢结构制作安装企业90余家。这里既有国内知名的大型企业，也有不少个人承包的小作坊，良莠不齐。上述情况导致钢结构建筑发展中存在一些不容忽视的问题，国家有关部门应对钢结构行业实施有效的宏观管理，引导该行业在市场经济条件下的健康有序发展，提高整个钢结构行业的整体水平。
1.钢结构建筑设计
钢结构建筑设计的构思成功关键所在是技术构思，特别是在建筑创作中设计构思与结构构思应该是一体化的，而在方案设计的深化中，需要同结构工程师，设备工程师，有时包括机械工程师密切配合。此时技术表现是自然而然的事情，无论是空间形式，形式体量还是构造节点与其结构形式相比都显得尤为重要。建筑形象的构思是一个由概念形象的创作过程，是建筑创作的难点之一，也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。现代科学思维被融入到建筑学之中，建筑设计的宗旨从单纯的追求美发展到追求问题的合理解决，回顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展，可以明显地发现建筑对技术变革反应的迟滞性。近年来，新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。设计的复杂化与精致度要求越来越高，对细部设计要求也越来越高。细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，使建筑带有强烈的科技感。各种细部看起来都非常精致，从中不仅体现出技术美，而且体现出人的智慧和能力。
2.现代钢结构中建筑的设计
2.1防火保护的设计
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室温下强度的1/2;温度达到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。从发生的钢结构建筑火灾案例可以发现两类现象。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;防火保护的钢结构在火灾中超过了预期的耐火时间而没有破坏。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。
2.2防腐保护的设计
钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是钢结构建筑设计需要解决的常见问题，目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。在实际建筑设计中设计人员在遇到钢结构建筑时，对所设计的建筑都做出特别的要求，如涂刷防锈涂料，防火涂料属于油漆类。防火涂料一般做法为先刷红丹防锈底漆2度，再刷钢结构面漆2度（ 面漆颜色由甲方定） 。另外对钢结构建筑的钢结构构件施工也有确定的要求，如构件出厂前涂红丹防锈底漆1道;钢结构安装调整后，将其清洗干净，然后再刷1度底漆，2度面漆。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料，但较为有效的防腐涂料还需从外国进口，随着中国综合国力的增强，中国也将会生产出更优秀的新型防腐涂料。
2.3污染防护的设计
外部环境对建筑的热辐射主要从两个方面影响建筑的热环境。透过窗户进入室内，并被室内表面所吸收，产生了加热的效果;被建筑的外围护结构表面吸收，其中一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。在一些建筑大厅中，尤其是在音乐厅中顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达听众的双耳，缺少侧向反射带来的围绕感。在这类建筑的设计中，需要综合考虑材料的使用，包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面。目前广泛地应用于音质设计和噪声控制中的解决途径是吸声材料和吸声结构。噪声与建筑密不可分，噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。噪声规划、噪声控制等理论也逐渐演化开来。对于旅馆、公用建筑、民用住宅人们对安静的要求也越来越重视，并尽量靠近声源，会提高隔声效果。一般隔声间外墙使用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门。
3.现代钢结构建筑设计的趋势分析
高效性能钢材主要是指钢材的强度比较高，塑性和韧性也比较好，耐火性能优良，价格比较适中的钢材，也包括用高效性能钢材生产出的具有良好截面特性的型材等。研发出高效性能的钢材并应用于钢结构建筑上，可以提高钢结构建筑的承载能力，降低钢结构建筑的造价。充分发挥每一种结构形式的优点，促进结构形式的发展，形成诸如组合结构、杂交结构、预应力结构等新型结构形式，以达到节约材料、降低造价的目的，是今后发展钢结构建筑中值得研究的课题。加强设计计算方法的改进，结构设计考虑优化理论的运用，人们已经做了大量的工作，今后还应继续研究改进。在设计计算中引入计算机辅助设计及绘图，编制通用或专用的计算软件，改进计算手段，提高设计计算的准确度和效率。轻型钢结构建筑是以轻型高效钢材和轻质高效维护材料组装而成的低层或多层钢材料建筑，具有非常突出的优点，属于绿色环保建筑体系，是我国今后一段时期内重点发展的新型钢结构建筑体系。钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，它是以钢结构为骨架，配以多种复合材料做成的轻型墙板和楼板拼装而成。所用材料绝大部分为工厂标准化、系列化、批量化生产，现场经过简单拼装即可，砖、瓦、砂、石的现场作业极少，是住宅产业现代化的一个标志。
参考文献：
[1]马树新，关于钢结构建筑设计的建议[J]，建筑学报，2014
装配式钢结构的防火设计要求是装配式钢结构建筑在深化设计过程中的主要要求。装配式钢结构在社会各行业中的应用都应按照防火设计要求，对相应的装配式钢结构建筑进行构建，尤其是对于火险等级较高的建筑地区诸如配电站和变电站等。装配式钢结构建筑的防火设计要求主要体现在以下几方面。首先，装配式钢结构建筑的外墙表面要选用具有防火性质的岩棉夹心钢板，对装配式钢结构建筑的墙表面进行防火;其次，装配式钢结构建筑的彩色钢板外层用选用具有氟碳样式的防腐涂层，外墙层部位则选用低波纹竖向彩钢板，不仅能够满足建筑室内的感官效果，同时也能够加长装配式钢结构建筑的防腐年限;最后，装配式钢结构建筑的泄爆墙要采用防火性较强的石膏板，石膏板内部还应填入具有防火性质的岩棉，加固防火措施。
1.2 装配式钢结构的接地防雷设计要求
装配式钢结构的接地防雷设计要求是装配式钢结构建筑在深化设计过程中的重要要求。由于部分行业中对于装配式钢结构建筑有不同的要求，对于相关的装配式钢结构的设备有不同需求，因此装配式钢结构建筑在设计过程中应综合社会各行业中关于需求的设计，在设计过程中，装配式钢结构建筑应加强对接地防雷的设计，有部分诸如配电站等行业要求相关的装配式结构建筑需要具有接地防雷的作用，主要是接地防雷在装配式钢结构建筑中的设计，不仅能够有效改善将避雷系统暴露在外部的感官美，同时也能够减少建筑内设置避雷针对建筑内系统存在的潜在威胁。
1.3 装配式钢结构的屋面防水设计要求
一、教学内容分析
本节是江苏版《建筑及其设计》中的第二单元
建筑结构及其简单设计中的第三节。在第一节建筑结构类型中,主要讲述了建筑物承受的荷载、重点介绍了由受力构组成的建筑结构及其类型，按照受力构的材料可分为：木结构、砖石结构、钢筋混泥土结构以及钢架结构等；按照建筑结构受力情况分为：柱、梁板结构，拱券结构，桁架结构、钢架结构，悬索结构等等。在第二节探索建筑结构的受力中，就第一节中的各种结构类型进行了受力分析，并进行了简单的技术试验。在此两节的基础上，本节对各种建筑结构类型进行简单的设计制作模型，并能进行简单的技术试验。
二、教学对象分析
在以上两节的基础之上，同学们对建筑的结构有了初步的理解，对各种结构类型产生了很大兴趣，表现出较强的创作设计制造欲望，希望能制作出各种建筑结构的模型并能进行简单的技术测试，深入了解各种建筑结构，因此，这节主要让他们分组做出各种建筑结构类型。
三、教学目标及分析
1了解各种建筑机构，运用系统的方法确定建筑机构的各受力构。
2制定模型制作的流程，完成模型的制作，能够对模型的进行正确的评价。
3让同学们感受小组合作的乐趣和重要性，体验设计与制作的成就。
4．教学重点：各种建筑结构，如拱券结构，桁架结构，悬索结构等及其各种结构的受力分析并能了解不同的建筑结构对建筑物稳定性和强度的影响。
．教学难点：具体建筑结构受力构的分析与设计及其各构之间的连接设计。
四、教学策略及媒体运用
在第二单元建筑结构及其简单设计中，主要是让学生了解建筑结构的含义以及各种结构类型，并能对其进行受力情况的分析，从而得出影响建筑物稳定性和强度的主要因素。因此，在同学们了解建筑结构的基础上，让他们分组研究某一个结构类型，绘出设计图纸，并根据图纸统筹取料，设计制作出建筑模型，进而进行简单的技术试验，最后分析总结各种建筑结构的特点。
五、教学准备
设备：组合锯床、钻床、磨床、车床；电脑等
材料：桐木板（16×10）、直尺、胶水、什锦锉、砂纸等
六、教学过程 过程 教师活动
学生活动及预期目标 设计思路
知识回顾
讲述各种建筑结构如：拱券结构，桁架结构、钢架结构，悬索结构等
根据各种建筑结构类型，绘制简单的结构图形，并进行简单的稳定和强度等方面的分析。
巩固知识，让学生进一步了解各种建筑结构
搜集资料
提供建筑网站和建筑方面的书籍
上网查找资料以及翻阅图书，查找各种建筑结构图，详细了解它们的结构。
锻炼学生自主探究学习方法，多渠道搜集信息。
设计绘图
根据材料和设备，提出设计要求。
绘制建筑结构设计图
注明尺寸以及构之间的连接方式。
体验设计全过程，培养学生的设计创新能力
模型制作
准备好设备和各种材料
根据设计图纸取料，自己制作建筑模型
适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。这五个方面各有所重,又互为矛盾,一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳组合。往往设计人员注意到适用、安全、经济、美观,而忽略了便于施工。有时设计人员为图方便,用偏于安全的简化方法计算,虽然既省事又保证安全,却增加了造价。
结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,建筑设计不能超出结构设计的能力范围。结构设计决定建筑设计能否实现,在这个意义上,结构设计显得更为重要。但一栋标志性建筑建成后,往往建筑师便成为了人们心目中的建造者,为了实现该建筑设计而付出辛勤劳动一丝不苟的结构师并不为人们所知。但无论如何,设计一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计方案是结构设计人员的责任。
建筑结构设计可分为整体设计和部分设计两部分。
整体设计包括结构结构体系的选择,柱网的布置,梁的布置,剪力墙的分布,基础的选型等。
设计的关键在方案,应进行多方案比较。
建筑的结构方案不应该是预先设想的,所喜爱的某种形式,一般结构设计总可以有多种方案来实现建筑师的构想,而多种方案中通常必有一种相对更为经济、合理,作为方案技术比较和经济分析是一项必不可少的重要工作。
建筑结构平面是否合理,竖向刚度、质量是否均匀,柱网尺寸是否适当,是决定结构方案好坏和经济与否的关键。建筑物的平面及造型一般都是建筑师的工作,市场经济有时往往为投业主所好,标新立异。结构工程师处于比较被动的地位,解决这一问题的办法,除了建筑师需要掌握基本的结构知识,特别是抗震设防的概念外,结构工程师在方案的前期,就应该与建筑师共同商讨,通力合作,密切配合,以实现建筑师在设计上的创新。有时如果能够巧妙地运用结构体系,把它暴露出来,反映不同功能系统相互配合,展示建筑的风格,不但能取得经济效果而且会取得特有的多样化的造型效果。
抗震设计中,影响整个结构抗震能力的因素很多,如:结构构件的承载力和变形性能;非结构构件的材料性能及提供的强度储备;结构的连接构造;结构的稳定性;结构的整体性能在经受第一次地震后多次余震反复作用下的抗破坏能力。对难以准确模拟的复杂结构,七分计算三分构造,更重要的是概念设计。
概念设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为,概念设计做得好的结构工程师,随着他的不懈追求,其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富,设计成果也越来越创新、完善。遗憾的`是,随着社会分工的细化,大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计,缺乏创新,更不愿(不敢)创新,有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳(害怕承担创新的责任)。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天,对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长,导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却,更谈不上设计成果的不断创新。强调概念设计的重要,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,深入、深刻了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用它们。
人们对建筑设计的要求越来越高,因此,设计也要进行创新。建筑架构设计应该建立在计算机的良好运用的基础上,还要结合概念设计,将结构设计进行优化。环保、优质建材的使用,只是建筑结构设计的一部分。最重要的是对概念设计的理解。通过对结构设计的创新,才能够将建筑设计的创新和发展进行得更加顺利。所以,可以说,推广概念设计,将其深刻的进行理解,是工程师的首要任务。结合教育机构对于教材和教学方式的改革,将概念设计在学生时代就进行培养,对于我国的建筑结构设计方面的进步非常重要。
1 钢结构设计简介
钢结构在建筑工程中有着十分重要的作用, 如我国奥运会的场馆鸟巢, 主要是由钢材结构构成。钢结构在现今的二十一世纪建筑工程中扮演着越来越重要的角色, 在国际上, 许多国家都大量的采用钢结构技术, 在国际上广受赞誉。钢结构应用于房屋建筑中, 最早起源于十八世纪末的英国, 随着建筑设计师对钢结构的深入研究和了解, 在十九世纪的法国埃菲尔铁塔就由当时法国最著名的建筑工程设计师埃菲尔利用钢结构设计而成。从此, 在建筑行业内钢结构彻底改变了传统的建筑设计模式, 随后建筑设计的理念也随之发生变化, 钢结构逐渐在建筑工程中得以应用。
1.1 钢结构的特征
由于钢结构具有轻质、高强、抗震、承重能力强等优越性能, 其力学性能也十分良好, 因此在建筑行业中得以广泛利用, 特别是高层建筑和大跨度建筑结构要求比较高的建筑体内, 都应用得十分广泛。同时钢结构本身可以作为劲性结构承担结构荷载和施工荷载等优点, 钢结构施工时无须支横、拆模也降低了建筑施工的成本, 加快了施工的进程, 并且很多钢结构在出厂的时候都已经生产完毕, 在施工现场只需通过焊接和螺栓将其进行整体组合安装起来即可, 适应全天候的施工作业。
建筑行业使用的建筑材料, 有的是使用混凝土和砼结构在工程中来实施, 但是由于水泥本身对环境就有一定的污染, 而钢结构能对资源和能源的利用更加合理, 对环境破坏较少, 能减少对施工环境的污染, 是一种绿色环保的材质, 在建筑行业中得以广泛的使用, 同时对于我们建筑行业来解决环境问题找到了突破口。同时相对于其它建筑形式来说, 钢结构建筑可以超越结构的束缚, 创造多种形式的空间和形象。另外, 斜线、曲线在钢结构建筑中作为一种常见的造型手段创造出了许多新奇、优美的建筑形象。其强大的造型潜力是砖混结构形式建筑难以做到的。
1.2 钢结构使用现状分析
虽然钢结构具有很多优势, 但是, 制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题, 在目前主要是因为设计力量较为薄弱。许多建筑设计的结构设计工程师由于对钢结构设计不是很熟悉, 因此在采用钢结构的设计中常常存在某些部件衔接不合理的现象。例如对于砖混结构的建筑中, 常常存在节点的构造粗糙与砖混结构部分衔接不好以及外立面交接处理生硬等技术问题。对于这种现象, 究其原因主要是因为结构设计师对钢结构建筑的设计缺乏学习和训练, 对钢结构建筑的设计特点研究不够深入。
2 关于钢结构设计的技术
钢结构在建筑中, 其应用时设计是一个重点, 因为先要设计出建筑三维图形, 且精确标明材料的粗细、长短, 之后才能进行生产钢材, 而后用于建筑。
建筑创作的难点之一是建筑的形象构思, 这也是建筑设计中备受关注的核心问题之一, 是一个概念形象的创作过程。对于建筑行业其设计的宗旨从单纯的追求美发展到追求问题合理解决, 改变了人们以往对建筑的认识和设计方式, 影响了人类千百年来形成的传统建筑观。钢结构建筑设计复杂化和精致度要求越高, 对细部设计要求也越高。细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。现代钢结构建筑中, 金属结构杆件, 连接金属杆件的节点细部, 常常暴露在外, 使得建筑带有强烈的科技感。因而, 对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的, 在钢结构建筑中应受到特别重视。钢结构建筑设计具有建筑设计一般属性。客户希望设计师具有更好的业绩, 希望在其最终产品的确定过程中, 设计师和市场专家都能更高效的参与决策。建设设计过程包括持续的信息与知识的交流与整合, 项目更强调整体设计, 更强调专业设计师。另外, 钢结构建筑的专业化能提供丰富的设计知识, 能有效的整合设计资源和市场专家共同对建筑负责, 使设计和业主的经营意图有效的结合起来, 使项目获利和减少风险。
3 当今建筑设计中使用钢结构需要注意的问题
钢结构建筑的房屋虽然有诸多有点, 但是使用时也必须注意这几个方面的问题, 第一钢结构的建筑必须要注意防火、防腐蚀, 第二注意一些物理问题, 如保温、吸热、隔音等效果。
3.1 钢结构建筑设计的防火、防腐蚀
如果发生大火, 当温度高于400度时, 钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半左右, 而当温度高于600度时, 钢材损失全部强度和刚度。钢材虽非燃材料, 但钢材不耐火。所以说火灾对钢结构建筑的最大危害, 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。建筑的构造防火问题一般在钢筋混凝土结构上较易解决, 但是在钢结构建筑设计上需考虑更多的因素。
如果钢材长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀, 会生锈老化, 其自身承载力会下降, 建筑的美观会受到影响。防腐问题是钢结构建筑设计需要解决的常见问题, 目前的主要做法是采用新型防腐和构造材料。防火涂料一般做法为先刷红丹防锈底漆两度, 再刷钢结构面漆两度。对钢结构建筑的钢结构构件施工也有确定的要求。在实际建筑设计中遇到钢结构建筑中对所设计的建筑都做出特别的要求。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料但较为有效的防腐涂料还需外国进口。
3.2 关于钢结构建筑的物理问题
大家都知道钢材是导热性能比较好的材料, 冬天温度低, 夏天温度高, 想让室内外温度有很好的保温效果, 这就需要从两个方面来考虑:第一是被建筑的外围护结构表面吸收, 一部分热量通过建筑围护结构的热传导进入室内;第二是透过窗户进入室内, 并被室内表面吸收, 产生热效果。钢板对声音有反射, 这个总所周知。在音乐厅中顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达听众的双耳, 缺少侧向反射带来的围绕感。这类建筑的设计中, 需综合考虑材料使用, 包括吸声性能以及装饰性、强度、吸湿等多方面。目前广泛应用于音质设计和噪声控制中的解决途径是吸声材料及吸声结构。
4 结论
钢结构是目前建筑中常用的建筑材料, 具有诸多的优势, 但是其缺点也比较明显。利用建筑施工的手段, 避免其缺点、发挥其优势, 是结构设计的重点。一个好的建筑结构的设计, 都需要做到形象构思和设计的结构构思形成一体。形成安全牢靠、美观大方的钢结构建筑是顺应时代的需要。
参考文献
[2]王丽敏.我国高强度建筑钢结构用钢标准的分析[A].2008年全国轧钢生产技术会议文集[C], 2008.[2]王丽敏.我国高强度建筑钢结构用钢标准的分析[A].2008年全国轧钢生产技术会议文集[C], 2008.
【关键词】钢结构 抗火设计 耐火保护 人员疏散
【中图分类号】TU391 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0203—01
钢结构构件防火保护是提高钢结构耐火性能的丰要途径。为此，国内外相关建筑规范均有要求对钢结构构件进行保护的规定。我国的建筑防火规范及钢结构设计标准中也有类似规定，但不完善、不具体。相对而言，《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98的规定较具体些，即要求：钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等应采用喷涂防火涂料或防火板保护。屋盖应采用喷涂防火涂料或自动喷水灭火系统保护。对钢结构构件的耐火保护如何在相关规范中提出合理、实用的要求，本人认为应该通过分析不同场所的火灾荷载密度、空间高度、钢结构的结构类犁、保护对象的性质和功能等因素来确定。在什么情况F应采取何种耐火保护，什么情况下可以不作保护，尽量避免不必要的保护或操作性不强的要求，以节约投资、提高防火投资效益。
一、钢结构的耐火极限
建筑防火的基本原则要求，建筑设计应该认真的遵循“预防为主，防消结合”的方针，并积极的采用先进的防火的技术，从而防患于未然，积极的预防火灾的发生和蔓延。构件防火的设计则要求耐火时间不能低于最短的耐火极限。钢结构的耐火极限指结构在标准的耐火试验中，从接受火作用到失去稳定性或者完整性及绝热性为止，抵抗火作用所用的时间。耐火极限用于划分建筑的耐火等级，也用于进行建筑物防火的构造设计以及火灾后制定建筑物的修复方案。构件耐火极限与构件所采用材料的性质、保护层厚度、构造尺寸、构件的构法和支撑情况以及受火的方式等都有密切关系。在无防护措施的情况下，钢结构的耐火极限只有大约15分钟。火灾时，随着温度的逐渐升高，钢材的性能产生较大变化，钢材的屈服点、弹性摸量、抗压强度等的力学性能都会迅速的下降。一般火灾现场的温度都会达到800℃-1000℃，在这样的高温下裸露的钢结构构件强度会迅速降低，很快会出现塑性变形，产生局部破坏，最终造成钢结构建毓物整体倒塌。
二、如何才能做好钢结构建筑的防火设计
对钢结构采取防火措施，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的范围，防止钢构件在火灾中迅速升温发生形变塌落。其措施是多种多样的，从原理上来讲，主要可概括为两种：截流法和疏导法。
（一）截留法又分为：喷涂法、包封法、水喷淋法、屏蔽法。
它们都是通过一定的技术手段来提高钢结构的耐火极限。具体而言，喷涂法就是将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层，从而提高建筑构件的耐火极限，它有厚型和薄型之分，不同厚度的涂层其耐火极限不同；包封法是用耐火材料把构件包裹起来。包封材料有防火板材，砖或混凝土，钢丝网抹耐火砂浆等。耐火材料将钢结构包裹，从而形成保护层，提高构件耐火极限；水喷淋法是在钢结构顶部设喷淋供水管网，火灾时自动启动（或手动）开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，达到保护作用；屏蔽法是把钢构件包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，主要适用于屋盖系统的保护。
（二）疏导法
疏导法与截留法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可是构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。目前疏导法仅有充水冷却保护这一种方法。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。
（三）喷涂法
喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限。钢结构防火涂料按其涂层厚度及性能特点可分为超薄型钢结构防火涂料、薄型钢结构防火涂料和厚涂型钢结构防火涂料。超薄型钢结构防火涂料涂层厚度在3mm以下，以溶剂型为主，具有良好的装饰性和理化性能，受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层，该防火隔热层极大的延缓了被保护钢材的升温，提高钢结构构件的耐火极限，为一类新型防火涂料。它一般使用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构的防火保护工程中。例如，可对一类建筑中的梁、楼板、屋顶等承重构件，以及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效的防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中使用量较薄型和厚涂型防火涂料大大减少，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前消防部门大力推广的品种；薄型钢结构防火涂料涂层厚度一般为3-7mm，以水溶型为主，其装饰性优于厚涂型防火涂料，逊色于超薄型防火涂料，以受火时膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓被保护钢材的升温，保护钢构件，其耐火极限一般在2.0h以内。因此常用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构上。例如，可对高层民用建筑中的梁、一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板及屋顶等承重构件中的钢结构进行防火保护；厚涂型钢结构防火涂料涂层厚度一般为8～50mm，粒状表面，密度较小，热导率低，以非膨胀型无机防火涂料为主，它具有较高的耐热性、隔热性和完全不燃、不发烟的特点，且原料易得、价格低廉、制备简单、着色容易、施工简便、无毒、无火灾危险等特点。耐火极限可达0.5-3.0h，甚至更长时间。
（四）包封法
（1）用现浇混凝土作耐火保护层。所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。这些材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保护层能使构件的升温减缓。由于混凝土的表层在火灾高温下易于剥落，可在钢构件表面加敷钢丝网。进一步提高其耐火性能。
（2）用砂浆或灰胶泥作耐火保护层。所使用的材料一般有砂浆、轻质岩浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆或石灰胶泥等。上述材料均有良好的耐火性能，其施工方法常为在金属网上涂抹上述材料。
（3）用矿物纤维。其材料有石棉、岩棉及矿渣棉等。具体施工方法是将矿物纤维与水泥混合，再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底部喷涂，构成海绵状的覆盖层，然后抹平或任其呈凹凸状。上述方式可直接喷在钢构件上，也可以向其上的金属网喷涂，以后者效果较好。
（4）用轻质预制板作耐火保护层。所用材料有轻质混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸钙成型板及石棉成型板等，其做法是以上述预制板包覆构件，板间连接可采用钉合及粘合剂粘合。这种构造方式施工简便且工期较短，并有利工业化。同时，承重（钢结构）与防火（预制板）的功能划分明确，火灾后修复简便且不影响主体结构的功能，因而具有良好的复原性。
（五）屏蔽法
屏蔽法就是把钢结构包裹在耐火材料组成的墙体或吊顶内，在钢梁或钢屋架下作耐火吊顶，火灾时可以使钢梁或钢尾架的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能力，而且这种方法还能增加室内的美观，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应处理严密，以防窜火。
（六）水喷淋法
水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时，会自动启动（或手动）开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护作用。
三、钢结构建筑设计时要充分考虑人员疏散问题。
由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，证人员疏散时间小于建筑构件的耐火极限，确保火灾时人员能安全逃生，避免群死群伤火灾事故的发生。
结束语：钢结构防火设计是建筑设计中的重要组成部分，在建筑设计时做好此项工作，可以从根本上防止和减少建筑物发生火灾，且在一旦发生火灾时把火灾损失降低到最低限度。否则，就会给建筑物留下火灾隐患，一旦着火条件成熟，就会酿成火灾，造成人员伤亡和经济损失。
参考文献
[1]建筑设计防火规范（GBJ50016-2006）
[2]高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）
汶川地震震害结果表明，对于教育类项目，如中小学，由于使用功能要求，相比其它建筑，教学楼竖向结构体系相对较弱，强度和刚度不足，并且建筑体型不对称，致使建筑在地震中易倾倒。因此教育类项目，应在建筑侧边及楼梯间布置剪力墙，以增强建筑结构的整体性与稳定性，使其具有良好的工作性能。针对文化体育类项目，例如图书馆、博物馆，根据其典藏书籍及文物的特点，其荷载大，使用空间大，平面不规则，在结构进行竖向布置时不必按照传统9m模数布置，某项目案列按12m模数优化柱网后，结构截面变化不大，但能更好满足建筑使用功能需求。
2.2结合建筑总高度进行优化
在某超高层中，通过对比分析钢骨砼柱—砼梁与钢管砼柱—钢梁，钢梁组合楼盖可有效降低梁柱截面，满足建筑使用净高要求，且中庭洞口各层交错布置，采用钢梁组合楼盖解决了传统支模难题；可有效控制塔楼标准层室内梁高，内部净高高出150～200mm；绝大部分构件都在工厂加工完成，最大化地提高建筑产品工业化水平，大大减少施工现场建筑垃圾；施工工期大大缩短。
2.3结合建筑荷载进行优化
越来越多的企业在项目建设过程中承受着巨额成本的压力,地下室优化的必要性不容忽视。在满足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考虑覆土、消防车、人防等荷载，再进行平面布置，并进行多方案比选，项目实例表明，在常规8.5m×8.5m柱网情况下，荷载越大，采用大板结构，建筑物含钢量最低，最经济。在结构优化过程中应多方面考虑，对建筑安全、美观、经济等全面比较，以实现项目效益最大化。
2.4剪力墙结构优化理论在实际工程中运用
（1）在进行结构计算时，应通过软件分析，满足最大层间位移、周期比、位移比、轴压比等各项指标确要求。（2）通过适当的缩减剪力墙的长度，减轻自重，增加高层建筑内部使用空间。（3）剪力墙的肢截面控制，在具体的控制中，需要保障肢截面以简单、规则为基准，具体的门窗洞口，同样需要设计整齐成列，并形成明确的墙肢与连梁，进而使得应力可以的合理的分布，提升高层建筑的整体安全性和稳定性。（4）剪力墙过长的部分，采用的开设洞口的方式，完成对剪力墙的均分，再由的弱连梁对他们进行连接，避免剪力墙出现的脆性剪切破坏，影响高层建筑的整体质量和安全。（5）剪力墙应自上而下的连续性布置，减少高层建筑出现刚度突变的情况，保障剪力墙的连续性。设计过程中适当对剪力墙的厚度和混凝土强度进行调整，满足轴压比的要求。（6）对窗口梁和阳台梁等截面进行调整，完成对结构刚度及位移的微整，是结构布置更合理。针对高层建筑的结构选型设计的基本情况，可完成高层建筑的结构优化，从而使得高层建筑的空间效果、结构性能和高层建筑的整体综合效益等均可得到改善，在保障高层建筑基本功能的基础上，提升高层建筑的稳定性和安全性。
3结束语
关键词：建筑；结构设计；房屋结构；优化方法
引言
在建筑设计过程中，概念设计及其优化十分重要。良好的设计是建筑工程的前提，而概念设计则是工程建设中体现先进思想及文化的重要关键。作为一名优秀的设计师，在进行建筑设计时不仅要依靠自身的经验，还要能够熟练运用整体概念的设计方法将建筑的本身和外部环境相互结合，最终使得所有的研究方案能够融合在一起，并且能够熟练的将地理环境及结构联系在一起，不断丰富自己的设计知识和概念，能够独立的、有意识地、灵活的运用，只有这样才能将概念设计在建筑机构的设计中进行完美应用。
关键词：钢结构;结构设计;问题
1.建筑钢结构设计特点
1.1钢结构的制造比较简便，施工时间比较短
钢结构需要的材料比较单纯并且属于成材，加工十分简便，并且利用机械进行操作，因此，通常在专业的金属结构厂将钢结构制作为构件，具有较高的精确度。在工地上拼装构件，可以使用安装便捷的普通螺栓和强度较高的螺栓，有时候还能够在地面上进行拼装及焊接成比较大的单元之后进行吊装，以便能够尽量缩短施工时间。除此之外，已经建好的钢结构进行加固和改建也比较容易，采用螺栓对结构进行连接时可以根据需求实施拆迁。
1.2钢结构材料具有较高的强度
塑性与韧性要比其他钢材建筑材料好，例如与木材、砖石作比较，其强度要高出很多。因此，在大跨度和大荷载的结构构件中频繁使用。钢材的特点还有良好的塑性与韧性。良好的塑性，在一定的条件下结构不会因为超载而产生断裂;良好的韧性，结构能够很好的适应动力荷载。钢结构具有的延伸性与吸能力还令其抗震性能十分优越。另一方面，钢材具有极高的强度，制作的构件截面极小且薄，受到压力时能够符合稳定的要求，有时无法充分发挥强度。
1.3均匀的材质
钢材内部组织十分接近向同性和匀质，同时在一定的应力幅度范围内几乎是完全弹性的。因此，钢结构实际的受力状况比较符合工程力学计算的结果。在冶炼与轧制过程中钢材的质量能够获得十分严格的控制，材质在极小的范围内波动。
2.钢结构在建筑结构设计中存在的问题
2.1钢结构设计方案缺乏深度
承接单位和设计单位的分包，在很大程度上降低了设计的深度，甚至有些设计方案不能满足原设计的要求，例如柱脚设计的错误。埋入式、外包式、外露式是柱脚设计的主要类型，外露式主要在民宅中应用，底板的弹性和塑性变形决定了柱脚的刚度，所以底板出现变形就会造成钢结构的变形，设计人员如果不充分考虑这些问题，不进行内力分析，预留位移角限度值，一旦出现地震灾害时，就很容易破坏柱脚节点，损坏建筑物。
2.2设计人员缺乏实践经验
钢结构设计的任务相对繁重，而且相关项目的设计费用较高，在一定程度上增加了钢结构设计的难度，所以很多设计人员都不愿意接这类工作。此外，有些设计单位缺乏钢结构设计的实践经验，往往将钢结构设计进行分包，一旦分包单位设计资质欠缺，就会给钢结构的设计带来安全隐患。另外，当前的设计市场没有相关法律的约束，也没有相应的监督，导致严重的后果，如工程事故的发生。
2.3盲目模仿外国设计方案
我国钢结构设计方案首要考虑的问题是经济效益，而外国的设计方案由于具备强大的经济实力的支持，往往不看重经济效益，因此我国的设计人员照搬外国的设计方案是不符合实际情况的。有些设计人员盲目追求设计的新颖而没有考虑成本问题，最终导致设计方案不合理。
3.提高建筑钢结构设计要点的措施
3.1结构选型
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是”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理性分析或规范未规定的问题，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构造措施。在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、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。结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度外不需考虑雪载），建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。
3.2结构布置
结构布置是设计中比较难的部分，它既要考虑结构整体刚度大小问题，又要考虑结构整体刚度均匀问题。具体地说，也就是柱子主方向的朝向，支撑、剪力墙设置的位置等。假如不对结构布置做仔细的分析工作，整个结构的抗力有效性、传力途径合理性将得不到充分地发挥，从而使经济性不佳。建议初算后，调整结构柱子主方向及支撑、剪力墙位置时，可以尽量参考结构整体变形图和几个主振型图的情况。实际设计工作中结构布置与建筑使用功能往往是有冲突的。针对有冲突的地方，结构布置作出相应的调整，努力做到在满足建筑使用功能的前提下，让结构布置趋于最合理。
3.3结构计算
梁、柱的截面初选时，要考虑构造要求，如翼缘宽厚比、腹板高厚比、构件长细比等。不宜为了一味追求用钢指标，而采用把梁、柱截面高度加大、腹板厚度变薄、翼缘宽度变窄、厚度变薄等措施。如这样做后，将产生负面效应。首先，这将使得梁、柱自身的整体稳定性不易保证（尤其平面外的稳定）。其次，使得运输、施工中都难以保证构件不发生翘曲变形。结构分析中一定要注意结构分别在风荷载作用下、地震作用下的层间位移、顶点位移、自振周期。设计中常常不重视结构的自振周期，有时结构的层间位移、顶点位移都满足规范要求，但自振周期却比较长，这对于建筑物抗震是十分不利的。当建筑物遇到主要为低频的地震波时，地震波对这种周期长、高柔的建筑影响很大。梁、柱变形应该按照规范严格进行控制。当梁跨度很大时，梁变形验算要同时考虑相对变形和绝对变形。
3.4节点设计
在钢结构设计中，最重要最关键的是节点设计，在一些工程中，节点非常复杂，甚至图纸都无法表达清楚，为此，就必须要结合有限元计算对节点做法进行验算复核。如对于连接板的设计，其厚度的控制，主要以在梁腹板的厚度的基础上，再加上4mm，最后通过验算，分析截面的抗剪力。
另外，由于构造间隙及制造误差會导致连接后连接板有微小转动，进而导致次梁顶标高比设计标高下降一定数值，致使主次梁顶标高不在一个平面上，为了避免这一情况的出现，还需要在节点螺栓尚需承受时，采用双排螺栓所产生的一对力偶引起的弯矩，最终控制旋转中心和制造精度，以此来作出合理的判断。
此外，在节点设计时，还要要考虑到螺栓的安装、现场焊接等，优化施工吊装的顺序以及施工空间。
3.5图纸编制
在钢结构设计中，对于图纸的编制，一定要采用合理的钢结构制作技术，结合工程需求，以施工图为参照标准，进行图纸深化，并且要做好细部设计工作，其中，对于细部设计中，主要要控制好桁架的整体稳定性，具体的控制方法就是在桁架单元滑移前增设前后支撑，通过增加支承点的方式来确定计算简图，但是图纸一定要附有详细的材料表、施工详图以及设计图，从而全面提升高钢结构设计的质量。另外，还要利用PKPM设计软化，规范设计流程，确定钢结构的跨度、柱距、建模，并且要以根据荷载规范加载、计算，最终绘制出施工图。
4.结语
目前，我国高层建筑钢结构住宅正在高速发展，可是从设计结构到安装制作等各个环节我们与外国建筑水平存在着比较大的距离。作为设计人员应对高层建筑的钢结构进行更深一步的研究，提高我国建筑钢结构设计水平。
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
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