建筑设计中钢结构的优劣势与应用实践

梁天政,李笑千,李硕,邓留藏

摘要：随着社会的发展，建筑工程不断进步。对于现代建筑工程来说，钢结构是一种非常重要的建筑结构形式，在各种建筑设计中应用的是非常多的，特别是那些大型的建筑结构，比如说机场、厂房及超高层建筑等等，都会应用到钢结构。20世纪的时候，钢铁冶炼技术还比较落后，建筑使用的钢材往往会有很高的碳含量，韧性以及耐腐蚀性都不太高，因为各种各样的缺点，导致在建筑设计领域对于钢结构的应用并不是很多。不过随着金属冶炼技术的发展进步，钢材的质量、性能也在不断地提升，强度更高，韧性更强，也有了更高的耐腐蚀性，所以在建筑方面对钢材的应用也越来越多，如今很多新项目都会采用钢结构作为主体结构形式，在工程建设中，钢结构的应用也受到了人们的广泛关注。这种结构形式能够大大的减轻建筑结构的总重量，能够提高其稳定性与安全性。如今建筑水平越来越高，钢结构的应用也变得更加广泛，需要面对的应用条件也变得更加复杂，这就需要钢结构能够有更强的稳定性。

关键词：建筑设计；钢结构；优劣势；应用实践

引言

由于现代化城市建设的速度越来越快，城市当中的建筑物不断增加。为了让建筑工程钢结构设计得到更好的使用，设计人员结合最新的科学技术对建筑工程钢结构的设计方法进行改进，使得钢结构变得更加合理化、系统化。对于钢结构而言，与其他建筑材料有着很大的不同，能够对资源进行有效节省，让建筑达到节能减排的效果。在实际建筑工程中，钢结构设计依然存在很多方面的问题，相关人员如果不对这些问题进行合理的解决，会对钢结构的稳定性产生严重的影响，因此应该对钢结构的稳定性进行严格的把控，对人员的安全提高重视。

1建筑工程钢结设计优点

1.1钢结构的多样性

对于钢结构而言，要想让其拥有较高的稳定性，就必须对钢结构的设计提高重视，避免钢结构受到设计方面的影响。设计人员在对钢结构进行设计的时候，应该对设计的所有环节都提高重视，并对其进行充分的思考，特别是钢结构的受压部位，在对其进行设计的过程中，应该对钢结构的稳定性进行充分的考虑。在一些建筑工程当中，钢结构很容易受到结构变形的影响，使钢结构受到了严重的压力，容易导致钢结构失去稳定性。

1.2钢结构的整体性

在建筑工程当中，钢结构是最为重要的组成部分，通常情况下是由多个部件共同组成。钢结构如果有一个部件出现了问题，就会产生严重的连带反应，从而对其他部件产生十分严重的影响，甚至会对钢结构的整体稳定性产生十分严重的影响。

1.3失稳与整体刚度

对于钢结构而言，稳定性与承受能力都会受到自身刚度的影响，并且钢结构的刚度还会对钢结构的整体构成产生十分严重的限制。因此，稳定性成为整体钢结构最为重要的核心。只有保障钢结构的各个部分拥有稳定性，才能够避免整个建筑结构受到影响。如果在实际使用当中，钢结构内部出现了一定程度的变形，就会对内力的分布产生十分严重的影响，甚至会对局部产生一定程度的弱化，从而对建筑物的整体承载能力产生严重的影响。

2建筑工程钢结构设计缺陷

2.1钢材本身具有缺陷

（1）钢材在化学成分上的缺陷。化学成分对于钢材来说有着很大的影响，比如低碳钢，它的主要化学成分有八种，分别是碳、锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢，在这其中碳、锰、硅是有益的元素，对钢材性能有积极的影响；硫、磷、氧、氮、氢属于有害性元素，因此从这种角度来看，钢材在制作过程中的化学成分应该受到严格的控制。（2）钢材的耐热与耐腐蚀性能不好，生产制作过程不当会存在裂纹。

2.2钢结构的缺陷研究

因为钢材都会有些缺陷，因此，在进行建筑钢结构设计的时候，就必须要进行必要的防范，这样导致增加成本。（1）在耐热方面的缺陷，钢结构有着一定的耐热性，不过温度一旦超过150℃的话，就会导致钢材的强度大幅降低，往往就会产生形变，一般的应对措施就是为其设置隔热层。（2）钢结构是没有耐火性的，所以对于建筑钢结构设施必须要设置好防火保护措施，防止出现意外事故。（3）钢结构有着很高的强度，可不代表钢结构制造的构件强度很高，如果钢结构采用冷弯薄壁的形式，这些构件的横截面积比较小，如果承受了较大荷载，就可能发生形变，无法保证其稳定性以及强度。

3钢结构设计稳定性原则

3.1保证结构稳定

建筑钢结构设计有着较高的难度，任何一项因素考虑不到位都有可能引发结构失稳现象。为此，在钢结构设计时要加强和相关部门沟通，全面考虑各种影响因素，加强现代信息技术的应用，加强对业主方真实需求和施工方技术水平的了解，提高设计方案可行性、科学性，尽量降低数据误差。为保证建筑钢结构的稳定性设计，可以利用BIM等先进的软件辅助设计，通过不断改进优化得到最佳的设计方案。

3.2不规则建筑钢结构的稳定性

随着钢结构的不断发展，建筑行业涌现出越来越多的不规则建筑。在钢结构建筑中，斜柱的应用能够从很大程度上提高钢结构建筑的美观性，但是同时也增加了钢结构稳定性设计的难度。设计人员需要将斜柱的位置清晰地标注在设计图纸上，对斜柱水平方向、垂直方向受力情况以及构件所受压力情况进行科学计算和准确分析，通过不断完善设计方案平衡斜柱受力情况，进而提高钢结构整体稳定性。

3.3遵循强柱弱梁

一旦发生地震灾害，建筑物会受到极大的外界应力，这种应力会严重破坏梁柱结构，当柱子的损伤较为明显时整个建筑也会坍塌。为了避免建筑坍塌，需要按照强柱弱梁的原则进行建筑钢结构设计和建造。通过这种方式可以减少柱子承担上部重量造成的压力，能够分散荷载，可以将塑性铰出现于梁上，避免柱子第一时间受到破坏，这符合建筑抗震设计要求。在发生地震时柱结构坚持的时间越长建筑整体稳定性越强，越不容易发生变形、坍塌等问题，越能够保证内部人员安全。

4钢结构设计中稳定性的设计要点

（1）结构选型。为了提高建筑钢结构的稳定性，在选择结构类型的时候，需要考虑下面几个原则，首先，在钢结构平面上要尽量做到对称、规整，并且比较简单，而且要尽可能使刚度和质量的中心重合到一起，这样在遇到地震时，可以防止结构出现扭转效应，保证结构的安全性。其次，尽量不要使用角部重叠或者是细腰型的钢结构，也不能使用内凹、外凸型的，设置的钢结构构件必须是上下贯通的，钢结构底部一般采用L型、T型以及U型几种结构，这样可以减轻自然灾害带来的影响，使结构更加的稳定。（2）防腐设计。降雨、日照或者是大雾，对于钢结构也会产生影响，会导致其受到腐蚀，降低结构的稳定性。对于建筑钢结构来说，比较常见的情况就是电化学腐蚀。为了应对腐蚀情况，需要根据地区的实际环境条件为钢结构设置相应的抗腐蚀性表面涂料，确保其在高温、高湿环境下也可以有良好的耐腐蚀性。（3）防火设计。建筑钢结构缺少耐火性，一旦环境温度超过540℃，钢结构负载能力就会快速的降低，结构也会失去平衡稳定性。所以对于钢结构防火设计，首先就是要使用具有良好防火性能的涂料，有比较高的粘性，要有很厚的涂层，使其具有良好的阻燃性，也就能够赋予钢结构更强的防火性能。其次，在施工的过程中，可以采用防火板来保护钢结构，对钢结构进行包敷保护，提高钢结构的防火性能。

结语

钢结构的优点在于其良好的结构强度，自身的重量也较轻，但对稳定性的设计要求较高，对于稳定性设计，通过对长细比的判断，还有对阻尼系数的分析，综合的应用各种不同的设计方法来进行设计，将钢结构的优势充分发挥出来，可有利于实现建筑工业技术的集成化和产业化。可以有效降低碳排放，环保性能更好。另外，钢结构还有钢材容易拆除，可回收的优点，提高了材料的重复利用率。

参考文献

[1]杨帆.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究[J].房地产世界,2020(22):32-34.

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[3]王晓亮,张俊生.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法探讨[J].绿色环保建材,2020(03):78-79.