劉濤

摘要：隨著現代建筑的不斷發(fā)展，鋼材已成為普遍的建筑新型材料.以鋼結構為主體的現代結構建筑成為城市的主體。如何更好的設計出符合新時代要求的銅結構建筑已成為的建筑工作者的工作重要突破點。本文將對鋼結構建筑設計相關問題進行深入研究與探討。

關鍵詞：鋼結構；穩(wěn)定性；設計；分析

1鋼結構發(fā)展的前景

自改革開放以來，中國建筑業(yè)一直在保持高速增長，鋼結構建筑作為其重要分支，也作為新世紀引領尖端建筑的肱骨，在新時期的建筑行業(yè)里面一枝獨秀，其擁有非常遼闊的前景。在國家政府鼓勵用鋼政策的指導下，鋼結構的諸多優(yōu)勢得到廣泛重視并迅速推廣，從以前的重大工程、標志性建筑使用鋼結構到如今的鋼結構被普遍使用。目前我國的鋼結構設計具有國際領先水平，其體量及工程建設規(guī)模均是屬世界空前，其發(fā)展在我國呈現出一片極好的發(fā)展事態(tài)。鋼產品和建筑鋼材品種的增加也為鋼結構的發(fā)展打下了良好的基礎。

根據國家統計局的數據，1996年我國的鋼鐵產量就突破了一億噸，成為世界上的鋼鐵大國。在“十二五”規(guī)劃綱要里面，2015年建筑鋼結構的發(fā)展目標，是爭取每年全國建筑鋼結構的用鋼量達到鋼材總量的6%。同時在各種鋼結構技術如各種反面襯墊方法的雙面成型單絲和多絲埋弧焊、龍門架工字梁雙側雙絲快速焊接生產線以及各種高效焊接材料的運用推廣，為鋼結構建筑的發(fā)展奠定了堅買的基礎。

2鋼結構建筑的缺點

鋼結構作為一種新的材料，其造價相對于傳統的磚混和鋼混來說當然會高一些。同時輕鋼結構住宅以其特有的鋼骨架和墻體，屋面等材料以及標準化、定型化的內部布局和配套設施，不能再任由人們在上面“再加工”，很難適應群眾往日對住房可“任意處理”的習性，因為鋼結構已經將房屋按設計分割好了，不能再在上面“穿墻鑿洞”了。雖然與混凝土結構相比鋼結構存在很多的優(yōu)點，但是由于施工條件的限制，在施工的過程中受到各種因素的制約，在使用鋼結構的過程中也會出現相應的問題，在工程建筑中應認識到鋼結構存在的問題，及時采取措施進行規(guī)避，保證工程建筑的整體質量。

2.1鋼建筑材料自身存在的缺點

與混凝土結構相比，鋼結構的最大弱點就是耐腐蝕性和抗火性較弱，因此若果在施工的過程中溫度超過150攝氏度，那么鋼結構就會出現問題。在建筑的過程中就需要對鋼結構進行防護，而這些隔熱設施的使用又會增加建筑的成本，所以在具體的工程建筑過程中，應該根據工程施工的具體情況，選取結構材料。另外，雖然鋼結構就有較高的強度，但是在鋼結構的實際應用中，通常選取強度較低的構件，且這些構件的橫截面多是以薄壁的形式出現，使建筑鋼結構的整體穩(wěn)定性受到了限制。在具體的施工中通常容易出現只重視鋼結構的穩(wěn)定性忽視了其強度的充分發(fā)揮，造成建筑材料浪費的現象，工程的整體質量也得不到保證。

2.2鋼結構設計上存在的缺陷

在鋼結構的建筑施工過程中，還存在設計不合理的現象，使鋼結構的各種特性不能得到充分發(fā)揮，增加了鋼結構的不穩(wěn)定性，因此在鋼結構的設計過程中必須遵循一定的設計原則，保證工程建筑的穩(wěn)定性，規(guī)避在建筑過程中對鋼結構造成的不利影響，保證工程建筑的質量。

3鋼結構建筑的設計

鋼結構建筑的設計是鋼結構成功地運用實例。為保證鋼結構建筑合理有效的產生，良好精確的設計是至關重要的。鋼結構設計最為關鍵的兩大步驟是正確選擇結構方案和正確估計結構的截面高度。

3.1鋼結構預算的設計

鋼結構的設計需要十分準確的計算估計。以國家大劇院為例，國家大劇院由法國建筑師保羅·安德魯主持設計，設計方為法國巴黎機場公司。國家大劇院建筑屋面呈半橢圓形，其結構：212mx143m，跨度>100m，結構方案選屋蓋空間結構網殼。但在上機前，結構師把結構的截面高度選得太大，用鋼量高達292kg/㎡。根據1963年美國教授史密斯（smithM.G）對166個已建大跨度屋蓋進行的回歸分析，這種跨度的網殼結構用鋼量不超過80kg/㎡。故而在采取建設的時候，需對其精確核實才能避免錯誤產生。

3.2鋼結構建筑整體與局部精細設計

建筑的設計不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協調能力。鋼結構建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結構建筑特殊性的同時也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結構特個性設計的同時，也必須滿足一般建筑的共性。由于鋼結構的特殊性，通常在建造鋼結構建筑的時候，會導致部分細節(jié)部位出現偏差或者裸露在外。因而在設計鋼結構建筑的時候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結合的同時，設計復雜化和工程精細化也更加嚴苛。鋼結構建筑具有牽一發(fā)而動全身的特點，每一個細節(jié)設計、制作、完成都有可能牽涉到整體的形成和完善。有的時候為了體現鋼結構建筑獨特的金屬感，而將其部位、部件裸露在外。這樣會更加增加建筑的難度。因而在對鋼結構建筑設計時，細節(jié)的把握是至關重要的。對整個建筑而言，細節(jié)的較高質量將會帶來更好地整體效果，為人們展示更美好的形象。

3.3鋼結構的穩(wěn)定設計

在鋼結構穩(wěn)定性的設計過程中，必須對原有的設計方法進行變革，并遵循一定的設計原則。在設計的過程中，充分發(fā)揮鋼結構的各種優(yōu)勢，同時規(guī)避鋼結構存在的缺點，使工程建筑的鋼結構穩(wěn)定性更強，保證工程建筑的整體質量。

3.3.1建筑鋼結構主體穩(wěn)定性設計的原則

在建筑鋼結構穩(wěn)定性設計的過程中，應該將鋼結構的穩(wěn)定性與強度區(qū)分開來，因為在實際的建筑過程中，只有將二者區(qū)分開來，才能保證鋼結構的各項優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。在鋼結構的設計過程中一定要以全局的眼光來進行鋼結構的整體布局，只有這樣才能保證工程建筑的整體穩(wěn)定性，同時還要保證鋼結構的每一個布局的穩(wěn)定性，因為在工程建筑的過程中，鋼結構的整體與局部是相互依存的，在具體的設計過程中，可以在保證鋼結構整體穩(wěn)定性的情況下，設計必要的支撐構件，來保證工程建筑的整體穩(wěn)定性。

在建筑鋼結構穩(wěn)定性的設計過程中，結構設計簡圖和計算方法所依據的簡圖必須在一致的情況下進行，因為在鋼結構的實際設計中只對框架柱的穩(wěn)定性進行設計，而不對每一層框架做穩(wěn)定性分析，造成這種現象的原因是在工程建筑的過程中，涉及到眾多的框架，在實際的工作中對每一個框架都做穩(wěn)定性分析是不現實的，所以在工程設計的過程中，通常計算框架柱的穩(wěn)定性，因為在實際的計算過程中，框架柱的穩(wěn)定性與框架的穩(wěn)定性是一致的。在進行框架柱穩(wěn)定性的計算時，需要用到柱長度計算系數。但是在實際的計算過程中，往往容易出現設計的框架不符合實際條件，使框架柱的計算無法具體實行。

在鋼結構的細部構造上也應該進行細致的穩(wěn)定型設計，同樣鋼結構的構件穩(wěn)定性也應該被充分的考慮在內。在構件的細部設計上，如果對細部的傳遞彎矩與不傳遞彎矩之間的節(jié)點有具體的要求，應該在充分考慮構件柔韌性與剛性的情況下，根據工程結構的不同強度要求作出具體的計算。

3.3.2建筑鋼結構穩(wěn)定性的設計特點

在建筑鋼結構的穩(wěn)定性設計過程中，必須先了解設計過程中的特點，只有這樣才能保證工程設計的整體質量。首先，在鋼結構穩(wěn)定性的設計過程中，要在鋼結構的整體上進行充分分析，保證各個鋼件的穩(wěn)定性。在鋼結構穩(wěn)定性的設計過程中，軸心壓桿的穩(wěn)定性計算通常采用折減系數法或是臨界壓力求解法，這兩種計算方法，對鋼結構的失穩(wěn)及整體剛度的計算具有重要作用。在鋼結構的彈性穩(wěn)定性計算中，應該首先應用柔性構件的第二階分析法，因為在彈性結構的計算中柔性構件的彈性會對鋼結構的整體穩(wěn)定性產生影響，所以在設計時，應該在鋼結構整體穩(wěn)定性的情況下進行計算，使鋼結構的整體穩(wěn)定性得到保證，彈性較大結構的穩(wěn)定性也能得到保證，且使這部分建筑結構的精確度更高。

3.3.3在鋼結構穩(wěn)定性設計過程中需要注意的問題

在鋼結構穩(wěn)定性的設計過程中，不能一味的采取統一的設計方法，在實際的設計過程中應該充分考慮工程建筑的具體情況。比如，如今的工程建筑可以分為多層建筑和低層建筑，建筑物的層數不同，對鋼結構的穩(wěn)定性的要求是不同的，通常只有12層以下的建筑材料適用于鋼結構，同時為了提高鋼結構的穩(wěn)定性，應盡量設計對稱的建筑，保證建筑工程在遇到地震時，具有較高的穩(wěn)定性，對建筑的損壞降到最低。

在鋼結構的建設過程中，還應保證鋼構件的穩(wěn)定性及強度能達到標準，可以根據構件的厚度和長度的比值，設計穩(wěn)定性最強的構件。如果鋼構件在鋼結構整體失效前已經發(fā)生了屈曲，則需要通過鋼構件的屈曲強度來增加構件整體的承載力。在鋼結構穩(wěn)定性設計的過程中，還可以借助于先進的計算機軟件，對一些復雜的計算，計算機比人的計算準確度更高，同時也提高了鋼建筑穩(wěn)定性計算的效率，可以將其作為鋼建筑穩(wěn)定性設計的輔助工具。

4鋼結構的可持續(xù)發(fā)展

中國是日前世界上最大的建筑業(yè)大國，其建筑的修建多以混凝土和磚體結構構成，根據國建建設部、發(fā)改委指出，新時期的建筑要符合十二五綱要的可持續(xù)發(fā)展。相比于普通的混凝土和磚體的不可循環(huán)利用，鋼結構材料完全突破了這一點，即便是無法利用上的邊角材料，在鋼結構領域里面也是可以再次加以利用的。同時它還具有節(jié)能高效環(huán)保和產業(yè)化的優(yōu)良特點，在相同的混凝土建筑和鋼結構建筑里面，鋼結構建筑的溫度變化小，不受外間環(huán)境變化而劇烈變化，結構相對更加輕便簡潔，同樣的使用面積的建筑，鋼結構建筑的占地面積將遠遠小于混凝土建筑的建筑面積。通過對能源、土地使用資源等各方面對原始材料的節(jié)約和可再生的利用，能更好地減少生產、維護費用。

5結語

鋼結構設計是藝術與實用的雙重結合，結構設計者在確保安全的情況下保證平面的布局規(guī)整，完成了建筑體在受力性的干擾下不會存在很嚴重的扭轉反應。所以在工程建筑的過程中，應該盡可能的發(fā)揮鋼結構的積極作用，重視鋼建筑的穩(wěn)定性設計，同時在建筑的過程中應及時規(guī)避缺點，保證工程建筑的質量，只有這樣才能保證我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。