摘要：人们为了满足自身生活空间和生活品质的提高要求，对房屋建筑形式的要求也越来越高。随着时代和科技的进步，钢结构以其跨度大、荷载高、建筑立面美观及围护形式多样化等优点已经代替了传统的建筑结构形式，被现在的建筑行业广泛应用。本文就钢结构设计涉及的几个步骤，进行阐述，提高大家对钢结构设计步骤的认识。
关键词：钢结构设计；步骤分析；钢结构设计认识
Abstract: in order to meet the people own life space and the improvement of life quality request, to the requirements of the housing construction form more and more is also high. Along with the time and the progress of science and technology, with its span steel structure, load high, the building elevation of the beautiful and the advantages of retaining various form has replaced the traditional architectural structure form, is now widely used in the industry of building. This paper steel structure design involves several steps, is expounded, improve everyone to the steel structure design steps understanding.
Keywords: steel structure design; Step analysis; Steel structure design knowledge
中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号：
建筑为生活之根本，一个国家的发展程度，要看其国民的生活品质。随着经济的快速发展，人们对居住生活环境的要求也不断提高，作为经济发展的龙头产业――建筑业，也在与时俱进，不断推出和采用新型技术和新型材料，以满足人们的生活需求。钢结构凭借其在建设过程中跨度大、可靠度高、施工方便、抗震性能强等特点，近年来在建筑行业得到快速发展。尤其在工业厂房、普通住宅、商务大厦、展览馆、大型体育场馆、图书馆、立交桥梁等领域应用广泛。
1 钢结构在我国的应用现状分析
在我国，钢结构被应用在建筑行业，有着较长的历史。从建国初期开始起步至今已有60多年，虽然存在一些问题，但应用现状和前景是可观的，到现在我们基本实现了自主设计、加工、施工安装。近些年来，建筑钢结构的发展尤为迅速，特别是高层、大跨度的建筑已经颇具成效，如北京奥运会场馆鸟巢国家体育场、上海2010年世博会展览馆、上海环球金融中心等就是钢结构在我国应用的最好实例，很多城市的奥体中心和大剧院也都使钢结构得到了良好的应用。
2 设计步骤分析
钢结构与钢筋混凝土相比，钢材的强度比较大，在相同的荷载条件下，钢构件相比钢筋混凝土的截面面积小、重量轻。为使大家进一步了解钢结构，下面重点阐述钢结构设计的几个步骤，包括结构选型、结构计算、结构分析判断、节点设计、构件防腐及图纸编制等。
2.1钢结构选型布置
钢结构设计的第一步就是选择适合的钢结构类型，常用的钢结构类型有：①轻钢；②网架；③框架；④桁架；⑤索膜；⑥塔桅。在不同的建筑上，根据以上类型的不同特点进行选择。如：若是悬挂和移动荷载较大的轻钢结构厂房，最好选用网架形式钢结构；若是使用在我国东北地区，应该考虑到冬季大量积雪所产生的荷载，最好选用网壳形式的钢结构；若是在降雨量较多的地区，考虑到释放雨水短时聚集所产生的荷载，宜选用网壳形式的钢结构；若是使用在高层建筑中，考虑到地震烈度，宜采用周边支柱，核心筒体结构形式的钢结构；若是体育场等跨度较大的建筑，可选择索膜形式的钢结构[1]。
对于钢结构的布置，则要考虑多方面因素，根据建筑的荷载分布情况、使用性质、体系特征等，尽可能以最直接的方式将荷载传递到基础，尽量考虑荷载均匀分布，而且框架的支撑柱还要能承受25%的总水平力。 结构设计重要的是概念设计，钢结构设计同样也要重视结构概念设计，从整体控制设计细节，提前规划、构思及选择，通过概念设计简化近似设计，可以节省计算工作量。如门式刚架，依据合适的刚架跨度和檐口高度l/h之比，合理的进行柱脚形式刚接或铰接的假定，合理进行风荷载的选取，是参考建筑结构荷载规范还是门刚规程附录A；根据有无吊车荷载以及地震烈度情况，合理进行柱顶侧移的控制，是参考钢结构设计规范还是门刚规程；对于结构构件的验算规范的选取，须与荷载选取情况相一致，综合比较后得出较为经济合理的构件截面。钢结构设计的选型和布置要求较高，要依据规范和设计要求综合进行设计。
2.2估算截面
在选型和布置完成后，要假定梁柱及支撑的截面及尺寸，用于估算钢结构构件的截面。根据相关规范选定所需项的范围，确定构件截面类型，如H型钢、圆管、方管、热轧型钢等，在进行预估截面时要注意，钢材材质的选择不同，计算要求不同，要分清是普通钢材还是轻钢钢材。根据经验，在符合设计规范要求的情况下，综合经济和安全因素，尽量选择美观合理的截面形式[2]。2.3结构分析
钢结构在选型布置及截面估算完成后，要对钢结构做线弹性分析，有必要时也可以做P-Δ与p-δ分析。随着科学技术的发展，现有的钢结构分析软件也可以对非线性部分进行分析，使结构分析更加准确，对于复杂的结构需要通过软件进行结构分析，如有些简单易算的结构，直接手算即可，还有的设计选用典型的或常用的结构，可以查阅相关书籍规范，根据定值或经验值直接获取数据[3]。
2.4工程判断
对于较复杂的需要用不同的结构软件进行分析的钢结构，要对软件分析结果进行“工程判断”，根据评估结果，对软件分析结果进行修改或修正。
由于使用软件时会有一些计算假定条件来模拟实际工程结构形式，这些条件与实际应用存在误差，这样软件输出结果会存在偏差，这种误差在所难免，为了尽量使分析结果接近准确，设计者应学会运用概念设计和钢结构在实际应用中的使用条件来修正软件分析中的误差。熟悉掌握软件的应用条件和范围，以及了解每个计算软件对规范相关条文的把握，尽可能做到合理优化的设计。
2.5构件设计
选择合适的材料是构件设计中的第一步，通常构件选用Q235钢、Q345钢，有时也会用到不锈钢、铸钢等材质。实际应用中，应根据主控因素不同，选择不同材料的构件材质。Q235钢适用于构件要求稳定控制的情况，而 Q345钢适用于构件要求强度控制的情况。在使用软件进行计算时，构件的选择和计算都可以通过软件来完成，但结构设计师们不能因此而忽视结构的概念设计，有时软件会存在误差，计算系数不符合规范设计要求等，这时就需要设计师进行复查，纠正偏差。如SFCAD网架计算软件中节点系数值的选取会直接影响计算结果及工程量，须反复验算至满足要求为止；PKPM软件中STS模块计算门式刚架的参数设置中默认构件净截面系数0.85（用户可根据要求自行修改），3D3S空间结构计算软件中此项默认为1，此时就要了解如何复核、对比不同计算软件的计算结果，熟悉针对不同的强度计算类别选择使用毛截面模量或净截面模量进行计算。
2.6节点设计
连接节点设计是结构设计中比较重要的环节。节点连接按传力特性分为三种：①刚接；②铰接；③半刚接。刚接应综合考虑弯矩和转动问题，避免只考虑符合弯矩要求，而不考虑其产生的转动，致使实际应用中产生较大变形，降低工程质量。
连接节点常用的设计方法有等强设计和根据工程实际受力情况设计两种。节点连接形式通常用焊接连接、螺栓连接以及铆钉连接等，具体方法可以查阅相关规范。严格按照规范要求进行节点设计，并考虑施工安装要求，如构件栓焊连接时须考虑节点位置的焊接对高强螺栓承载能力的影响，按规范要求考虑承载力折减系数，因此在设计时就应全面考虑连接点的操作空间以及操作方法[4]。
2.7构件防腐
钢结构构件由于其材料的特殊性，防腐及防火要求就显得尤为重要，钢结构构件防腐，主要以油漆为主，对于无防火要求的建筑，防腐说明应注明除锈方法及等级、底漆、中间漆、面漆遍数及厚度指标，使用环境及室内室外均须明确；对于有防火要求的建筑，应注明构件不同的耐火极限要求，并说明如所用防火涂料不起防锈作用，还应涂刷防锈底漆，有的建筑对外观效果要求较高，还要在防火涂料外表面涂刷面漆，此时选用油漆时就应考虑其不应与防火涂料进行化学反应，以保证结合牢固。如已施工完成的赤道几内亚会议中心主体钢花篮钢结构，防腐做法由内而外依次为：无机富锌底漆两遍、环氧中间漆两遍、脂肪族聚氨酯面漆两遍、薄型防火涂料、氟碳面漆，并且选取了合适的施工方法来保证外表面油漆完成后经久耐用不致脱落损坏，以确保构件形式不发生改变，不影响结构整体受力情况。
2.8图纸编制
钢结构的图纸分为两个阶段，1）施工图纸编制；2）加工详图及安装图编制。
施工图纸是加工详图及安装图编制的依据，所以在图纸设计时应明确说明设计条件、设计依据的规范、材料材质的要求、截面的选用、结构类型选用和布置、重要连接节点的设计等。并且要在设计图纸中表达清楚设计所用数据及要求，为编制加工详图及安装图提供尽量全面的数据[5]。
加工详图及安装图是零件和构件加工、施工安装时使用的图纸，构件加工详图还要进行焊接工艺的设计，尽量避免层状撕裂构造，避免焊缝立体交叉、在一处集中大量焊缝等现象出现，焊缝布置应对称于构件形心等，图纸须绘制清楚，以便车间能顺利加工制造，避免因图纸绘制不清楚，材料不明确，而给加工及施工安装带来困难，延误工期。
3 结语
在近些年的工业与民用建筑中，钢结构的应用越来越广泛，人们对自己的生活质量和生活舒适度要求都在提高，所以建设更能满足人们生活幸福度要求的建筑是现代建筑设计者须考虑的问题。钢结构在现代具有更广阔的发展前景，北京奥运会的举办、上海世博会的举办、工业企业的体制改革等，都为钢结构的发展提供了空间。虽然我国在钢结构设计和应用领域已具有一定的规模，具有一批专业的队伍，培养了大批专业的设计、制造、施工人员，但仍然存在一些问题，如设计中存在不符合规范要求、图纸说明不明确等，希望结构设计者提高自身专业素质，加工和施工安装人员锻炼良好的专业技术，使钢结构行业得到更好的发展。
参考文献
[1] 申海啸、 张玉生、 蔡鹏. 谈钢结构设计的一般过程[J]. 陕西建筑. 2008 (09)
[2] 赖少峰. 分析现阶段钢结构设计中存在的问题[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2008 (06)
[3] 万迎春. 钢结构构件设计及节点设计分析[J]. 黑龙江科技信息. 2010(14)
[4] 陈雯. 论钢结构设计步骤和设计思路[J]. 科教文汇(中旬刊). 2008 (20) .
[5] 高志岭、 赵海陆. 浅析工业建筑中钢结构设计步骤[J]. 黑龙江科技信息. 2008(31)