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摘要：本文首先探讨了钢结构建筑的特点和优势，然后就钢结构建筑设计进行了研究，供参考。
关键词：钢结构建筑；特点；设计
Abstract: this paper first discusses the steel structure building features and advantages, and then steel structure building design research, for reference.
Keywords: steel structure building; Characteristics; design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
目前，钢结构的应用在世界建筑领域上得到广泛的发展，诸如应用在工业厂房、大跨结构、轻型钢结构、与混凝土结构的组合结构等等。钢结构以其重量轻、造价低、制作简便、施工工期短得到了在建筑领域上的快速发展，我国由于过去钢量不能满足国民经济各部门的需要，钢结构的应用受到了一定的限制。近几年来我国钢产量有了很大发展，加以钢结构形式的改进，钢结构的应用得到了很大的发展。
1钢结构的特点
1.1建筑钢材强度高、塑性韧性好
强度高，适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构，但由于强度高，一般构件截面小而壁薄，在受压时容易为稳定计算和刚度计算所控制，强度难以得到充分的利用。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，增大变形时易于被发现。此外，尚能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。韧性好，适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构较为有利。
1.2钢结构的重量轻
钢材容重大、强度高，做成的结构却比较轻，结构的轻质性可以用材料的质量密度ρ和强度f的比值a来衡量，a值越小，结构相对越轻。建筑钢材的a值为1.7×10-4/m~3.7×10-4/m;木材为5.4×10-4/m;钢筋混凝土约为18×10-4/m，以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3~1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。重量轻，可以减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和吊装。
1.3材质均匀和力学计算的假定比较符合
钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制，其组织比较均匀，接近各项同性，为理想的弹性—塑性体，其弹性模量和韧性模量都比较大，因此钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，在计算时采用的经验公式不多，从而计算上的不定性小，计算结果比较可靠。
1.4钢结构制作简便，施工工期短
钢结构构件一般是在金属結构厂制作，施工机械化，准确度和精度都比较高。钢结构所有材料都已轧制成各种型材，加工简易而迅速。钢结构较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。小量钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。
1.5钢结构密闭性较好
钢结构的钢材连接(如焊接)的水密性和气密性较好，适宜做要求密闭的板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等。
1.6钢结构耐腐蚀性差
钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件更需注意，因此，处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂油漆以前应彻底除锈、油漆，质量和涂层厚度均应符合要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。
1.7钢材耐热但不耐火
钢材受热，当温度在200℃以内时，其主要性能(屈服点和弹性模量)下降不多。温度超过200℃后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步下降，还有冷脆和徐变现象，当温度达600℃时，钢材进入塑性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面温度超过150℃后即需加以隔热防护，对有防火要求者更需按相应规定采取隔热保护措施。
钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。
1.8抗震性能优越
相比传统的结构，钢结构结构属于柔性结构，自重较轻，因此，在相同设防烈度、相同场地的建筑物承受的地震力较小，带来的地震灾害相应减弱，在地震区应用钢结构住宅将减少人员伤亡和财产损失，具有可观的综合效益。
1.9平面布置灵活、有效使用面积增大
采用钢结构，在截面不至太大的前提下可以实现大跨度，这使得建筑功能具有很强的灵活性，可以根据住户的需要灵活布置，有利于满足现代居家的需求，适应现代住宅市场的需要。而且采用钢结构，梁柱截面较小，同时增加了住户的使用面积。
1.10钢结构住宅节能环保
钢结构建筑主体为钢构件，墙体材料为保温隔热轻质板材，不但能够满足对节能的要求，而且可以回收利用，是一种绿色环保的符合可持续发展要求的循环建筑体。100 mm左右的R15保温棉，热阻值可以达到1 m左右的砖墙厚度。在我国这样一个人口多，能源消耗量大的国家，推广应用钢结构住宅是最终选择。
1.11管网线路布置方便
建筑中，水暖电专业管网线路较多，在传统建筑中会减少有效使用面积，而在钢结构住宅中，梁柱构件中容易开孔或者孔洞较多，容易形成线路布置的空腔，而且可以人为地将梁制作成蜂窝形，方便线路布置，既节约了建筑净高，又增加了使用面积。
1.12结构体系多元化
可用于钢结构住宅的结构体系已经发展的很多，钢框架结构，钢框架—支撑结构，框筒结构(钢框架，混凝土内筒体)，框架—剪力墙结构(剪力墙可以是钢板，混凝土或者内藏钢支撑的混凝土)，轻钢结构以及错列桁架结构体系均可作为住宅的结构选型。
2、钢结构住宅的设计思路
2.1、判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、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、要求能活动或经常装拆的结构。
2.2、结构选型与结构布置
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措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、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。
2.3、预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。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，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。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<150，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.
2.4、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.新近的一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。
2.5、构件设计
构件的设计首先是材料的选择。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面.构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面.这和结构内力计算的弹性方法并不匹配.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，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级.并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000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。
2.6、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.在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定.常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免.按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。
2.7、图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。
结语
钢结构建筑具有较多的优势和特点，在我国日益发展发展的今天，必须重视钢结构建筑的建设，推动钢结构建筑的发展。
参考文献：
[1]雷宏刚.钢结构设计基本原理[M].北京:科学出版社,2003.
[2]孙丽萍.大力推广应用轻钢结构中住宅建筑[J].陕西建筑,2008(160):
[3]田琳,杨彬,韩秀华.钢结构住宅的发展与展望[J].山西建筑, 2009, 35(3)
关键词：钢结构建筑；特点；设计
Abstract: this paper first discusses the steel structure building features and advantages, and then steel structure building design research, for reference.
Keywords: steel structure building; Characteristics; design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
目前，钢结构的应用在世界建筑领域上得到广泛的发展，诸如应用在工业厂房、大跨结构、轻型钢结构、与混凝土结构的组合结构等等。钢结构以其重量轻、造价低、制作简便、施工工期短得到了在建筑领域上的快速发展，我国由于过去钢量不能满足国民经济各部门的需要，钢结构的应用受到了一定的限制。近几年来我国钢产量有了很大发展，加以钢结构形式的改进，钢结构的应用得到了很大的发展。
1钢结构的特点
1.1建筑钢材强度高、塑性韧性好
强度高，适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构，但由于强度高，一般构件截面小而壁薄，在受压时容易为稳定计算和刚度计算所控制，强度难以得到充分的利用。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，增大变形时易于被发现。此外，尚能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。韧性好，适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构较为有利。
1.2钢结构的重量轻
钢材容重大、强度高，做成的结构却比较轻，结构的轻质性可以用材料的质量密度ρ和强度f的比值a来衡量，a值越小，结构相对越轻。建筑钢材的a值为1.7×10-4/m~3.7×10-4/m;木材为5.4×10-4/m;钢筋混凝土约为18×10-4/m，以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3~1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。重量轻，可以减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和吊装。
1.3材质均匀和力学计算的假定比较符合
钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制，其组织比较均匀，接近各项同性，为理想的弹性—塑性体，其弹性模量和韧性模量都比较大，因此钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，在计算时采用的经验公式不多，从而计算上的不定性小，计算结果比较可靠。
1.4钢结构制作简便，施工工期短
钢结构构件一般是在金属結构厂制作，施工机械化，准确度和精度都比较高。钢结构所有材料都已轧制成各种型材，加工简易而迅速。钢结构较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。小量钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。
1.5钢结构密闭性较好
钢结构的钢材连接(如焊接)的水密性和气密性较好，适宜做要求密闭的板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等。
1.6钢结构耐腐蚀性差
钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件更需注意，因此，处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂油漆以前应彻底除锈、油漆，质量和涂层厚度均应符合要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。
1.7钢材耐热但不耐火
钢材受热，当温度在200℃以内时，其主要性能(屈服点和弹性模量)下降不多。温度超过200℃后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步下降，还有冷脆和徐变现象，当温度达600℃时，钢材进入塑性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面温度超过150℃后即需加以隔热防护，对有防火要求者更需按相应规定采取隔热保护措施。
钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。
1.8抗震性能优越
相比传统的结构，钢结构结构属于柔性结构，自重较轻，因此，在相同设防烈度、相同场地的建筑物承受的地震力较小，带来的地震灾害相应减弱，在地震区应用钢结构住宅将减少人员伤亡和财产损失，具有可观的综合效益。
1.9平面布置灵活、有效使用面积增大
采用钢结构，在截面不至太大的前提下可以实现大跨度，这使得建筑功能具有很强的灵活性，可以根据住户的需要灵活布置，有利于满足现代居家的需求，适应现代住宅市场的需要。而且采用钢结构，梁柱截面较小，同时增加了住户的使用面积。
1.10钢结构住宅节能环保
钢结构建筑主体为钢构件，墙体材料为保温隔热轻质板材，不但能够满足对节能的要求，而且可以回收利用，是一种绿色环保的符合可持续发展要求的循环建筑体。100 mm左右的R15保温棉，热阻值可以达到1 m左右的砖墙厚度。在我国这样一个人口多，能源消耗量大的国家，推广应用钢结构住宅是最终选择。
1.11管网线路布置方便
建筑中，水暖电专业管网线路较多，在传统建筑中会减少有效使用面积，而在钢结构住宅中，梁柱构件中容易开孔或者孔洞较多，容易形成线路布置的空腔，而且可以人为地将梁制作成蜂窝形，方便线路布置，既节约了建筑净高，又增加了使用面积。
1.12结构体系多元化
可用于钢结构住宅的结构体系已经发展的很多，钢框架结构，钢框架—支撑结构，框筒结构(钢框架，混凝土内筒体)，框架—剪力墙结构(剪力墙可以是钢板，混凝土或者内藏钢支撑的混凝土)，轻钢结构以及错列桁架结构体系均可作为住宅的结构选型。
2、钢结构住宅的设计思路
2.1、判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、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、要求能活动或经常装拆的结构。
2.2、结构选型与结构布置
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措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、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。
2.3、预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。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，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。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<150，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.
2.4、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.新近的一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。
2.5、构件设计
构件的设计首先是材料的选择。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面.构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面.这和结构内力计算的弹性方法并不匹配.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，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级.并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000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。
2.6、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.在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定.常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免.按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。
2.7、图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。
结语
钢结构建筑具有较多的优势和特点，在我国日益发展发展的今天，必须重视钢结构建筑的建设，推动钢结构建筑的发展。
参考文献：
[1]雷宏刚.钢结构设计基本原理[M].北京:科学出版社,2003.
[2]孙丽萍.大力推广应用轻钢结构中住宅建筑[J].陕西建筑,2008(160):
[3]田琳,杨彬,韩秀华.钢结构住宅的发展与展望[J].山西建筑, 2009, 35(3)