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摘要：在钢结构建筑得到普遍运用和发展时，其设计中的技术措施也相当重要。本文分析了钢结构设计的特点和应用现状，重点讨论了设计中的一些技术规范。
关键词：现代钢结构；设计；技术规范
中图分类号：TU391文献标识码：A
随着科学技术和国民经济的快速发展，人们的生活水平已经有了巨大的变化，人们对建筑物的结构设计要求越来越高。在2008年时，奥运会在中国北京成功举办，作为现代钢结构的重要建筑工程---鸟巢，不论从形体的美观性，还是结构的稳定性，都获得世界性的认可。于是，钢结构在二十一世纪的现代建筑工程中，发挥着越来越重要的作用，彻底改变了传统的建筑设计模式和设计理念。本文阐述了钢结构设计的特点及应用现状，并重点介绍了设计中的技术运用及需要注意的问题，希望能够给设计人员提供一点借鉴和参考，从而提高现代钢结构建筑工程的技术水平和质量安全。。
一、钢结构设计特点及应用现状。
（一）钢结构的设计特征。主要体现在以下四个方面：一是力学性能好，它具有轻质、高强、承重力强、抗震效果好、力学性能强等特点，适合高层建筑及大跨度建筑结构要求高的建筑体；二是施工成本低，大部分钢结构在出厂时已生产完毕，在施工时只需进行焊接和螺栓组装，且不用拆模和支横，可降低施工时间和成本；三是环境污染少，钢结构绿色环保，較之使用混凝土和砼结构，其更能处理好环境污染问题；四是造型手段多，关于利用曲线和斜线等造型方式，创造各种外观优美、新奇的形象和空间。
（二）钢结构的应用现状。一直以来，钢结构在国内的发展和推广十分缓慢，是一些建筑结构设计工程师缺乏对钢结构设计的认知，无法科学地处理一些部件的衔接，以及外立面交接处理生硬等技术问题。目前，这种状况得到了良好的改观，钢结构建筑的数量呈现不断上升的趋势，如国家体育场（鸟巢）、国家游泳中心（水立方）、国家大剧院、首都机场3号航站楼、五棵松体育馆、老山自行车馆、中国农业大学体育馆、天津环球金融中心、广州歌剧院、上海金茂大厦及上海世贸国际广场等，都是十分有名的钢结构建筑。随着人们环保意识地不断加强，钢结构的应用将得到更大的普及和发展。
二、现代钢结构设计的技术规范。
在钢结构建筑工程中，要想符合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的规定，设计阶段关于技术方面的应用十分重要，是钢结构质量安全和外观形式的重要保障。
（一）钢结构设计的技术理念。钢结构在建筑结构设计理念，主要包括概念设计理念、一体化设计理念、截面优化设计理念及建筑表现理念等。概念设计是一个完整而全面的设计过程，要重点处理钢结构的结构造型及结构布置，注意框架、网架（壳）、塔桅、平面桁架、轻钢、索膜等结构形式的选用，考虑到建筑物的自身特点，并根据体系特征、荷载分布及性质等情况进行结构布置；一体化设计则主要是做到建筑结构设计一体化、围护系统与主体结构设计一体化、配件系统与整体建筑系统设计一体化；截面优化设计则指通过使用最优化理念和穷举法，合理的使用构件截面形式，降低用钢量；建筑表现则主要包括建筑规模、线条、色彩和变化，即注意建筑的外观形式。要想将钢结构的设计理念运用自如，还需要结构设计人员学习设计理念，转换设计思维，总结设计经验，突破传统结构设计理念的束缚，从而适应现代钢结构的设计要求。
（二）钢结构设计的材料要求。承重结构所用钢材的钢号、钢种、强度设计及冷弯性能等，应参考结构的重要性、连接方法、荷载特征及工作温度等情况。同时，镙栓紧固件及焊接材料的质量，都必须符合现行相关标准的规定及提供合格证书，严格保证其化学成分限值及机械性能。3号沸腾钢在一些承重结构中不宜采用，也要加以注意。一些钢铸件、连接材料也要按照标准，保证材料的质量安全问题。抗震高层建筑钢结构的钢材性能，要注意屈服强度与抗拉强度的实测值之比不应大于0.85；屈服台阶明显，可焊性良好，伸长率大于20%；高层建筑所用钢材的屈服点不宜超过标准值10%；考虑钢材耐大气腐蚀和避免低温冷脆的因素；当焊接连接的梁-柱节点约束较强，板厚在5毫米以上，并承受沿板厚方向的拉力作用，要想避免层状撕裂，板厚方向的伸长率必须重视；在同一高层的不同部位，因受力情况不同，钢构件所用钢号及强度级别也会不同。
（三）屋面活荷载的标准取值。在钢结构的设计中，荷载的标准植、荷载分项系数、荷载组合值系数及动力荷载的动力系数等，都应遵照国家标准《建筑结构载花荷载规范》(GB50009)的要求。对支承轻屋面的檩条、屋架及框架等构件或结构，如果只有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60㎡，则其均布活荷载标准值应取0.3kN/㎡。在实际设计中，要注意计算重级工作制吊车桁架（或吊车梁）及其制动结构的稳定性、强度及连接（吊车桁架或吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）强度。在屋盖桁架同一跨间每条运行线路上的梁式吊车不应超过2台，电动葫芦不就超过1台。在国外，通常会考虑0.15-0.5N/㎡的附加荷载，这一点值得参考，避免克扣荷载的现象。
（四）控制钢结构的屋脊垂度。框架斜梁在一般情况下，其竖向挠度限值是1/180。除此外，还要注意验算跨中下垂度，避免脊点下垂导致屋面漏水。具体的控制方法是：因为跨中垂中能够反映屋面的竖向刚度，如果刚度太小，即会导致竖向变形太大，所以在分析框架时，通过将构件分段，利用等截面程序计算每段的竖向和水平位移，避免大于允许值。一些钢结构建筑因为屋面竖向刚度偏小，在山墙和第一榀刚架间的屋面出现斜坡变形。新颁布的规程，则采取了技术措施对屋面刚度进行控制，即侧移刚架后，一旦山尖下垂产生不良影响时，即导致坡度小于1/20时，则必须验算山尖垂度。
（五）钢柱配砼柱的技术措施。在一些建筑设计中，客户出于节省钢材降低成本的目的，往往采用混凝土柱和轻钢斜梁组成的门式刚架。但需要注意的是，不能采用刚接技术，而应倡用铰接技术。混凝土比较脆性，连接部位的抗冲切和抗拉性能不行，一旦遭遇外力作用，则容易破坏或松动。又或者用砼柱代替钢柱，但不改变梁截面，这种做法存在很大安全隐患，在设计中需要避免。
（六）高层钢结构的防火技术。火灾隐患是高层钢结构建筑亟待解决的一个问题，必须加强防火措施，保证居民的生命财产安全。在设计时，要充分考虑到灾前预防及灾时措施。灾前预防主要是钢结构材料的耐火等级和耐火构造，以及分隔易起火部位和控制可燃物数量等；后者则可设置防火间距、防火分区、安全疏散通道出口，以及安放灭火设备、强化报警系统等。
三、结束语。
现代钢结构是建筑中常用的建筑材料，其优势是十分明显的。在进行设计时，要注意发挥优势，避免缺点。总体而言，现代钢结构技术先进，经济效益良好，有着不错的市场前景。随着现代钢结构的不断推广和应用，必将在国内住宅、桥梁、工厂、体育场馆等建筑领导获得更大范围的应用和发展。
参考文献：
[1]王元清等.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用.建筑结构学报.
[2]刘大海,杨翠如.高楼钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003;
[3]卢卫红.钢结构设计思路和步骤浅析[J].江苏建筑,2004 ,(2):25-31;
[4]庞庆艳,张峰.钢结构建筑设计理念[J].油气田地面工程,2004(2):40-43;
关键词：现代钢结构；设计；技术规范
中图分类号：TU391文献标识码：A
随着科学技术和国民经济的快速发展，人们的生活水平已经有了巨大的变化，人们对建筑物的结构设计要求越来越高。在2008年时，奥运会在中国北京成功举办，作为现代钢结构的重要建筑工程---鸟巢，不论从形体的美观性，还是结构的稳定性，都获得世界性的认可。于是，钢结构在二十一世纪的现代建筑工程中，发挥着越来越重要的作用，彻底改变了传统的建筑设计模式和设计理念。本文阐述了钢结构设计的特点及应用现状，并重点介绍了设计中的技术运用及需要注意的问题，希望能够给设计人员提供一点借鉴和参考，从而提高现代钢结构建筑工程的技术水平和质量安全。。
一、钢结构设计特点及应用现状。
（一）钢结构的设计特征。主要体现在以下四个方面：一是力学性能好，它具有轻质、高强、承重力强、抗震效果好、力学性能强等特点，适合高层建筑及大跨度建筑结构要求高的建筑体；二是施工成本低，大部分钢结构在出厂时已生产完毕，在施工时只需进行焊接和螺栓组装，且不用拆模和支横，可降低施工时间和成本；三是环境污染少，钢结构绿色环保，較之使用混凝土和砼结构，其更能处理好环境污染问题；四是造型手段多，关于利用曲线和斜线等造型方式，创造各种外观优美、新奇的形象和空间。
（二）钢结构的应用现状。一直以来，钢结构在国内的发展和推广十分缓慢，是一些建筑结构设计工程师缺乏对钢结构设计的认知，无法科学地处理一些部件的衔接，以及外立面交接处理生硬等技术问题。目前，这种状况得到了良好的改观，钢结构建筑的数量呈现不断上升的趋势，如国家体育场（鸟巢）、国家游泳中心（水立方）、国家大剧院、首都机场3号航站楼、五棵松体育馆、老山自行车馆、中国农业大学体育馆、天津环球金融中心、广州歌剧院、上海金茂大厦及上海世贸国际广场等，都是十分有名的钢结构建筑。随着人们环保意识地不断加强，钢结构的应用将得到更大的普及和发展。
二、现代钢结构设计的技术规范。
在钢结构建筑工程中，要想符合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的规定，设计阶段关于技术方面的应用十分重要，是钢结构质量安全和外观形式的重要保障。
（一）钢结构设计的技术理念。钢结构在建筑结构设计理念，主要包括概念设计理念、一体化设计理念、截面优化设计理念及建筑表现理念等。概念设计是一个完整而全面的设计过程，要重点处理钢结构的结构造型及结构布置，注意框架、网架（壳）、塔桅、平面桁架、轻钢、索膜等结构形式的选用，考虑到建筑物的自身特点，并根据体系特征、荷载分布及性质等情况进行结构布置；一体化设计则主要是做到建筑结构设计一体化、围护系统与主体结构设计一体化、配件系统与整体建筑系统设计一体化；截面优化设计则指通过使用最优化理念和穷举法，合理的使用构件截面形式，降低用钢量；建筑表现则主要包括建筑规模、线条、色彩和变化，即注意建筑的外观形式。要想将钢结构的设计理念运用自如，还需要结构设计人员学习设计理念，转换设计思维，总结设计经验，突破传统结构设计理念的束缚，从而适应现代钢结构的设计要求。
（二）钢结构设计的材料要求。承重结构所用钢材的钢号、钢种、强度设计及冷弯性能等，应参考结构的重要性、连接方法、荷载特征及工作温度等情况。同时，镙栓紧固件及焊接材料的质量，都必须符合现行相关标准的规定及提供合格证书，严格保证其化学成分限值及机械性能。3号沸腾钢在一些承重结构中不宜采用，也要加以注意。一些钢铸件、连接材料也要按照标准，保证材料的质量安全问题。抗震高层建筑钢结构的钢材性能，要注意屈服强度与抗拉强度的实测值之比不应大于0.85；屈服台阶明显，可焊性良好，伸长率大于20%；高层建筑所用钢材的屈服点不宜超过标准值10%；考虑钢材耐大气腐蚀和避免低温冷脆的因素；当焊接连接的梁-柱节点约束较强，板厚在5毫米以上，并承受沿板厚方向的拉力作用，要想避免层状撕裂，板厚方向的伸长率必须重视；在同一高层的不同部位，因受力情况不同，钢构件所用钢号及强度级别也会不同。
（三）屋面活荷载的标准取值。在钢结构的设计中，荷载的标准植、荷载分项系数、荷载组合值系数及动力荷载的动力系数等，都应遵照国家标准《建筑结构载花荷载规范》(GB50009)的要求。对支承轻屋面的檩条、屋架及框架等构件或结构，如果只有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60㎡，则其均布活荷载标准值应取0.3kN/㎡。在实际设计中，要注意计算重级工作制吊车桁架（或吊车梁）及其制动结构的稳定性、强度及连接（吊车桁架或吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）强度。在屋盖桁架同一跨间每条运行线路上的梁式吊车不应超过2台，电动葫芦不就超过1台。在国外，通常会考虑0.15-0.5N/㎡的附加荷载，这一点值得参考，避免克扣荷载的现象。
（四）控制钢结构的屋脊垂度。框架斜梁在一般情况下，其竖向挠度限值是1/180。除此外，还要注意验算跨中下垂度，避免脊点下垂导致屋面漏水。具体的控制方法是：因为跨中垂中能够反映屋面的竖向刚度，如果刚度太小，即会导致竖向变形太大，所以在分析框架时，通过将构件分段，利用等截面程序计算每段的竖向和水平位移，避免大于允许值。一些钢结构建筑因为屋面竖向刚度偏小，在山墙和第一榀刚架间的屋面出现斜坡变形。新颁布的规程，则采取了技术措施对屋面刚度进行控制，即侧移刚架后，一旦山尖下垂产生不良影响时，即导致坡度小于1/20时，则必须验算山尖垂度。
（五）钢柱配砼柱的技术措施。在一些建筑设计中，客户出于节省钢材降低成本的目的，往往采用混凝土柱和轻钢斜梁组成的门式刚架。但需要注意的是，不能采用刚接技术，而应倡用铰接技术。混凝土比较脆性，连接部位的抗冲切和抗拉性能不行，一旦遭遇外力作用，则容易破坏或松动。又或者用砼柱代替钢柱，但不改变梁截面，这种做法存在很大安全隐患，在设计中需要避免。
（六）高层钢结构的防火技术。火灾隐患是高层钢结构建筑亟待解决的一个问题，必须加强防火措施，保证居民的生命财产安全。在设计时，要充分考虑到灾前预防及灾时措施。灾前预防主要是钢结构材料的耐火等级和耐火构造，以及分隔易起火部位和控制可燃物数量等；后者则可设置防火间距、防火分区、安全疏散通道出口，以及安放灭火设备、强化报警系统等。
三、结束语。
现代钢结构是建筑中常用的建筑材料，其优势是十分明显的。在进行设计时，要注意发挥优势，避免缺点。总体而言，现代钢结构技术先进，经济效益良好，有着不错的市场前景。随着现代钢结构的不断推广和应用，必将在国内住宅、桥梁、工厂、体育场馆等建筑领导获得更大范围的应用和发展。
参考文献：
[1]王元清等.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用.建筑结构学报.
[2]刘大海,杨翠如.高楼钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003;
[3]卢卫红.钢结构设计思路和步骤浅析[J].江苏建筑,2004 ,(2):25-31;
[4]庞庆艳,张峰.钢结构建筑设计理念[J].油气田地面工程,2004(2):40-43;