建筑钢结构的设计理念和心得

摘要：随着近几年来我国钢结构建筑的快速增多，钢结构的设计的重要性也正逐步的展现出来。本文就钢结构的设计理念及设计心得加以简单的阐述。

关键字：建筑钢结构设计理念设计心得

一、建筑钢结构的设计理念

在钢结构设计的整个过程中都应该着重强调“概念设计”的理念。这一理念在结构选型与布置阶段显得尤为重要。例如当我们面对一些难以作出精确的理性分析的问题或无明确规则规范的问题时，就可以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，工程经验及设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布局和细部措施。下文笔者将从8个方面来逐步论证钢结构的设计理念。

1、判断结构是否适用于钢结构

钢结构通常被应用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高及要求能活动或经常装拆的结构。例如大厦、歌剧院、大桥、工厂、住宅和临时建筑等等。因此，在进行钢结构设计前，首先明确此钢结构将要应用于什么建筑形式上。这是至关重要的。

2、钢结构的结构选择和结构布置

钢结构的结构形式通常有：框架、平面、网架、索膜、轻钢等。我们在进行结构选型时，要充分考虑它们的不同特点。如在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载时，就可以考虑放弃门市钢架而采用网架。又如在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。

3、钢结构的预估截面

结构布置结束后，需要对构件截面做初步的估算，估算主要是就梁柱和支撑等的断面形状和尺寸的假定。例如钢梁就可以选择槽钢，通过轧制或焊接来得到h型钢截面，根据荷载和支座情况，其截面高度通常在1/20-1/50之间。这种方法是很受欢迎的。因为我们在确定了截面高度和翼缘高度后，其板件高度就可以按照规范中局部稳定的构造规定预估。另外，构件截面的形式没有固定的要求，结构工程应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。

4、结构分析

目前钢结构的实际设计中，结构分析通常为线弹性分析。在条件允许的情况下，考虑新近的一些有限元软件，也可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，这些都为更精确的分析结构提供了条件，但应注意，并不是所有的结构都需要使用软件。对于典型的结构，我们可以直接查阅力学手册之类的工具书来获取内力和变形情况；简单的结构通过手算就可以分析得出；只有复杂的结构才需要建模，运行程序，并作详细的结构分析。

5、工程判定

要想正确的使用结构软件，还应该对其输出结果做“工程判定”，再根据“工程判定”决定是修改模型重新分析还是修正计算结果。不同的软件会有不同的适用条件，对于这一点，初学者应该充分明了。此外，工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定的距离，为了得到实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但这种误差会通过“适用条件、概念及构造”的方式来保证结构的安全。钢结构设计中，适用条件、概念及构造是比定量计算更重要的内容，注重概念设计和工程判断是避免各种工程灾难的重要方法。

6、构件设计

构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是q235和q345两种。主结构通常都使用单一的钢种，这样便于工程管理。当强度起控制作用时，使用q345，当稳定起控制作用时，使用q235。随着我国钢产量的不断攀升，价格的不断下降，人们越来越普遍的用钢来建造房屋，这不仅仅反映在各类大跨度的建筑项目中，也反映在各种小跨度的项目里。选择钢材作为建筑材料和装饰材料已经成为了一种时尚。而材料选择的多样化也为建筑师提供了更多的表现手法和更多的设计方案。

7、节点的设计

钢结构设计中最重要的内容之一就是连接节点的设计。我们在进行结构分析之前，就应该对节点的形式有充分的考虑与确定。在钢结构设计中常常会出现的一个问题就是：最终的设计节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。这样的情况应该是被竭力避免的。在节点的设计中主要包括5方面的内容：焊接、栓接、连接板、梁腹板、安装螺栓。

8、图纸的编制

在图纸的编制上包含两个方面的内容：

a、设计图

设计图是提供制造厂商编制施工详图的依据，它的深度及内容应该是完整但不冗余的。在图上要明确标示出设计依据、荷载资料、技术数据、材料选用和材质要求、结构布置、构件截面选用及结构的主要节点构造等信息。以便于施工详图的顺利编制及设计意图的充分体现。

b、施工详图

施工详图又被称为加工图或放样图表，它的深度需能够满足车间的直接制造，对于不完全相同的另构件单元需单独绘制表达，并附有详尽的材料表。

二、钢结构的设计心得

1、钢结构的设计现状

近几年来，我国的建筑越来越多的采用钢结构设计，比较著名的钢结构建筑有：鸟巢、水立方、国家大剧院、电视台、上海环球中心、广州电视塔等。这些项目的建设充分说明了我国钢结构的设计水平的有了极大的提高。但我们也应该充分认识到，当前一些较重大的项目基本上都是由国外设计的，其中有不少项目的结构方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，与中国国情并不相符。面对当前大批工程的上马，我们的设计、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题。

2、钢结构设计方面的几点心得

面对中国钢结构设计的现状，笔者认为可以从以下几点入手加以改善。

a、减少设计项目的层层转包

当前各大设计院由于设计任务繁重，且关于工艺及综合专业部分的设计收费较高，而钢结构的设计不仅费工费力，收费还较低，因此大多数的设计院不愿意承接钢结构的设计任务，或者他们缺乏钢结构设计的足够经验，所以他们往往将钢结构部分分包给另外的单位设计。这样层层转包，使得一些没有设计“资质”的设计单位也来进行钢结构的设计。致使最终的设计方案、计算模型、抗震理念均存在大量问题，出现多项倒塌事故。因此要尽量减少设计工作的转包，让那些真正有资质、有能力的设计院承揽钢结构的设计工作。

b、加强设计深度

我国的建设部早就规定了“施工图设计”由设计院完成，这是设计院义不容辞的责任。而且还要求设计院所设计出的“施工图设计”必须要满足一定的设计深度。但有些设计院只做到了“方案设计”或初步设计的深度，然后就将施工图交给加工厂，层层转包最终致使所做出的图纸不符合原设计要求，存在严重的质量隐患。因此要深化“施工图设计”、“深化设计”的职责分配，保证设计质量。

c、强化设计的创新意识

我们在进行钢结构设计时要避免对国外设计方案的照抄照搬，并且敢于对不合理的方案提出挑战，进而设计出结构合理、用钢量小且符合我国国情的优秀、创新的设计作品。

d、设计时要加强施工的考量

一些设计人员整天埋在办公室的图纸堆里，不深入施工现场，不了解施工状况，理论严重脱离实际，他们甚至对自己的设计方案能否施工这一点都没有底。因此说，设计人员在钢结构设计时要强化施工可行性的考量，注重理论要与实际相结合，设计出实际操作性强的设计方案。

三、总结

随着近几年来我国钢结构建筑的快速增多，钢结构的设计的重要性也正逐步的展现出来。因此，我们在明确钢结构的设计理念的同时，要强化设计的创新意识，不要照抄照搬国外的设计方案及理论，因为那并不一定适合我国的国情。而是要坚持理论与实际相结合，从而设计出优秀的钢结构设计作品。