摘要：鋼結(jié)構(gòu)建筑以施工工期短、建筑整體結(jié)構(gòu)韌性強、抗震性能好、彈塑性優(yōu)異等優(yōu)勢特點目前已在建筑工程領域廣泛地推廣建設。但鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)要求高，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能引發(fā)工程質(zhì)量問題。鋼結(jié)構(gòu)建筑設計是整個工程項目的核心環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量對整個建筑質(zhì)量有著直接影響，為了能夠提升現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量，加強對鋼結(jié)構(gòu)建筑設計探討是十分有必要的。本文就現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設計進行了淺顯的探討提供有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)建筑設計人員參考。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設計
鋼結(jié)構(gòu)建筑以施工工期短、建筑整體結(jié)構(gòu)韌性強、抗震性能好、彈塑性優(yōu)異等優(yōu)勢特點目前已在建筑工程領域廣泛地推廣建設。而以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，鋼結(jié)構(gòu)建筑與鋼筋混凝土，砌體，木結(jié)構(gòu)建筑相比有一定的差別，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常由型鋼、鋼管、鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，有的還用鋼鉸線、鋼絲繩（束）組成，其連接方式采用焊縫、螺栓或鉚釘連接，探討現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設計與表現(xiàn)具有重要的意義和價值。我國自1949年鋼結(jié)構(gòu)就在大跨重型工業(yè)廠房、大型公共建筑和高聳結(jié)構(gòu)中得到了應用。尤其是近20年來，鋼結(jié)構(gòu)更加廣泛應用于土木工程的公共建筑中，比如沈陽桃仙國際機場屋蓋，北京天文館新館工程等，我國目前不僅能生產(chǎn)各種類型的建筑鋼材，同時鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品日益也增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復合板、彩鋼扣板、拱形廠房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)充滿現(xiàn)代化時代氣息，實際證明鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。
1鋼結(jié)構(gòu)布置鋼結(jié)構(gòu)設計的基本原則
由于在進行鋼結(jié)構(gòu)有著很好的強度和穩(wěn)定性，這也極大了符合現(xiàn)代建筑的要求，而且還有效提高了建筑工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。不過在進行結(jié)構(gòu)設計時，應該有著一定的基本原則：在進行鋼材使用設計時，要盡量節(jié)省鋼材，減少鋼材結(jié)構(gòu)的重量，盡可能的縮短制造安裝時候，而且要盡量保持耐久性，而且進行結(jié)構(gòu)施工的時候，還要多注重建筑的美觀，并且還要從經(jīng)濟實惠的角度上對其進行思考，只有這樣才有利于我國的建筑行業(yè)的發(fā)展和進步。
在鋼結(jié)構(gòu)梁柱工程施工中，為了提高梁柱系統(tǒng)的穩(wěn)定性，施工人員就采用普通的體系結(jié)構(gòu)對其進行施工。其中在對梁結(jié)構(gòu)進行施工的時候，施工人員是采用H形截面鋼梁，而柱結(jié)構(gòu)則是利用的焊接箱型鋼，從而將整個建筑結(jié)構(gòu)施工體系設計成為一個剛性框架結(jié)構(gòu)，整個建筑結(jié)構(gòu)的豎向荷載就有梁、板、柱這3個鋼結(jié)構(gòu)體系來承擔，從而有效的提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性和可靠性。
根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，鋼結(jié)構(gòu)抗剪系統(tǒng)在建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載和地震力的作用下，其鋼結(jié)構(gòu)體系的剛度比較弱，這就使得該鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到了一定的影響，因此為了保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工人員就要在鋼結(jié)構(gòu)體系的中部設置鋼筋混凝土剪力墻，來抵抗水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)的沖擊。
在鋼框架建筑結(jié)構(gòu)施工過程中，由于抗剪系統(tǒng)在使用的過程中所受的荷載除了豎向的壓力以外，還有著水平荷載的作用，施工人員在對鋼結(jié)構(gòu)建筑進行設計的時候，在鋼框架剪力墻進行施工是除了采用住下獨基的施工方法以外，還要利用筏板基礎。
2鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計要點
2.1明確鋼結(jié)構(gòu)建筑設計中需要面臨的問題
鋼結(jié)構(gòu)建筑潛在的最大隱患是火災，因此要注意防火問題；鋼材在空氣中暴露時間過長，因受到空氣侵蝕易生銹老化，從而影響建筑的外觀，并使其承載力下降。因此鋼結(jié)構(gòu)建筑應解決好防腐問題；另外還要考慮吸音、隔音與保溫等物理性問題。如何減輕噪聲污染已經(jīng)成為建筑學中的重要課題，一些建筑的大廳，如音樂廳中由頂棚反射板增加的反射聲幾乎同一時間被聽眾的雙耳吸收，由于缺乏側(cè)向反射，就會使音樂失去一定圍繞感。對于此類建筑要使用吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲材料，目前建筑保溫的重點在于外圍護結(jié)構(gòu)的改善。
2.2設計鋼結(jié)構(gòu)建筑的流程
（1）應判斷建筑結(jié)構(gòu)可否采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)一般多用于經(jīng)常裝拆或能活動的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)一般體型較復雜、荷載大、振動大、跨度大及高層等特點。
（2）應考慮好結(jié)構(gòu)的布置與選型。在結(jié)構(gòu)布置與選型階段“概念設計”起著重要的作用，在整個鋼結(jié)構(gòu)設計過程也是如此。對于一些不能確定的規(guī)范和不易作出定性分析的問題，可依據(jù)分體系間的力學關(guān)系、破壞機理、震害及整體結(jié)構(gòu)體系與工程經(jīng)驗所獲得的設計思想，從整體的角度來把握結(jié)構(gòu)的選型與布置。在設計早期運用概念設計可有效、快速地進行選擇、構(gòu)思與比較，從而可以避免在結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運算，也使得結(jié)構(gòu)方案定性準確、概念清晰、計算簡單。對于鋼結(jié)構(gòu)的布置需要綜合考慮整體的性質(zhì)與特征、荷載等分布狀況。鋼結(jié)構(gòu)大多可設計成網(wǎng)架、平面架、輕鋼、索膜等等的型式。
（3）應進行結(jié)構(gòu)分析。在實際設計中，目前鋼結(jié)構(gòu)分析一般采用線彈性分析，也有一部分考慮鋼材的彈塑性能與幾何非線性分析，這對鋼結(jié)構(gòu)更加精確的進行分析有利。
（4）進行構(gòu)件設計。首先做好材料選擇，通常常用的是Q23和Q345，主結(jié)構(gòu)一般使用單一鋼種，這樣可方便工程管理。從經(jīng)濟性考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當強度起到控制作用時，可選擇Q345，當穩(wěn)定控制時宜使用Q235。進行構(gòu)件設計時，現(xiàn)行規(guī)范中最常用的是用彈塑性的方法來驗算構(gòu)件截面。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，一些設計軟件可通過在給定截面庫中選擇加大一級的方法，將原本驗算時不通過的構(gòu)件進行自動重新分析驗算，直到通過為止。它大大減少了結(jié)構(gòu)設計師的工作量�？傊瑢嵱眯允卿摻Y(jié)構(gòu)建筑設計的前提，技術(shù)構(gòu)思和變現(xiàn)是鋼結(jié)構(gòu)建筑在設計過程中的關(guān)鍵，功能與藝術(shù)的和諧統(tǒng)一是設計師和使用者的共同追求。
（5）截面的選擇預估。鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)類型選定后的下一環(huán)節(jié)就是對鋼結(jié)構(gòu)截面進行預估和選擇。一般而言對于鋼結(jié)構(gòu)截面的選擇是在建筑施工前對各種支撐構(gòu)件的尺寸和形狀進行設定和假設。鋼結(jié)構(gòu)鋼梁一般在鋼結(jié)構(gòu)設計中選用比較多的是槽鋼或者焊接H型鋼截面等，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的荷載情況和支座具體位置一般截面高度設置在建筑結(jié)構(gòu)跨度的1/20-1/50之間。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距來確定；待截面高度和翼緣寬度確定后，按照鋼結(jié)構(gòu)設計的有關(guān)規(guī)范規(guī)定對板件的厚度進行預估。柱截面一般按照柱的長度和直徑比來預估。
（6）節(jié)點設計。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點傳力特性的不同可將節(jié)點分為剛接、鉸接和半剛接；節(jié)點的連接比較常用的方式是等強設計和實際受力設計兩種。就當前的鋼結(jié)構(gòu)建筑設計中比較常用的節(jié)點形式是剛接和鉸接，這是因為這類節(jié)點的連接數(shù)據(jù)可以從有關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設計手冊中直接查閱。也可通過結(jié)構(gòu)軟件后處理部分自動完成連接。節(jié)點焊接也是節(jié)點設計的重要設計環(huán)節(jié)，應嚴格按照鋼結(jié)構(gòu)設計中的規(guī)范規(guī)定控制焊縫的尺寸和形式。比如，所選用的焊條應和焊接的金屬材質(zhì)相匹配：E43對應Q235，E50對應Q345，Q235與Q345連接時應選低強度的E43。焊接設計中應嚴格控制焊縫，不能隨意的加大焊縫，焊縫重心應同被連接構(gòu)件重心重合或接近。就栓接節(jié)點而言，普通的螺栓抗剪性能比較差，一般使用在結(jié)構(gòu)的次要部位。對于結(jié)構(gòu)重要部位，對抗剪性能要求高時應采用高強度螺栓，當前在鋼結(jié)構(gòu)建筑設計中選用比較多是螺栓強度等級為8.8和10.9。
（7）圖紙編制。建筑鋼結(jié)構(gòu)圖分設計圖和施工詳圖兩階段。設計圖是設計單位提供給構(gòu)件制造廠用來編制施工詳圖的依據(jù)。鋼結(jié)構(gòu)制造廠根據(jù)設計單位提供的設計圖，按照圖紙內(nèi)容要求，比如各種參數(shù)、工藝、技術(shù)等編制施工詳圖。
