浅谈民用钢结构设计中的若干思考及解决方法

计世雄

银川市规划建筑设计研究院有限公司 宁夏 银川 750000

1 民用钢结构的特点

对于民用钢结构而言，作为当前建筑中较为重要的组成，钢结构特点体现在以下方面：

第一，钢材强度高，质量轻，弹性模量高，构件轻巧便于运输、安装。第二，材料均匀，塑性、韧性好，抗震性能优越，对于我国地震设防高烈度地区的建筑物具有较高的经济性，是理想的弹性材料。第三，加工制造比较方便，标准化程度高，能够有效推进当下国家实施的装配化建筑的进程，施工周期短，资金回报率高。第四，构件截面小，利用率大，相比钢筋混凝土、砖石及木质材料的建筑物而言，表现出更加轻盈、美观的特点。第五，低碳节能，绿色环保，可以循环利用，符合建筑节能和环保的要求。第六，结构体系多样化，能够满足当前建筑功能多元化、特殊化的需求，更加适用于大跨度、高层以及工业厂房类的建筑。第七，民用建筑工程中，设备管道相对较多，采用钢结构可在梁腹板处开孔，既不影响结构安全，又减小了建筑层高，合理、经济。

2 民用钢结构设计中存在的问题

2.1 设计人员水平不足，经验欠缺

结合民用钢结构工程特点，由于其技术发展时间不长，工程实践中存在着技术人员专业水平不足的问题，这些现象为民用钢结构的设计带来影响，同时也无法满足建筑行业的高质量发展需求。对于部分结构设计人员，在具体工作中，由于缺少钢结构设计经验，再加上设计周期紧张，缺少对整体概念设计的把控以及关键部位节点分析的重视，无法保证民用钢结构设计项目的合理性、安全性、经济性，为建筑行业的发展带来限制。所以作为设计人员本身，应加强理论知识，多向前辈请教，学习已有的工程实例，自己摸索领悟与积累，为能够成为合格的结构设计师而不懈努力！

2.2 缺少对自然力量的认识

在民用钢结构设计中，建筑物的使用年限相对较长，由于钢结构耐腐蚀性能差，长期处于自然条件下，在自然环境的影响下，尤其是我国沿海城市的民用钢结构建筑，会出现钢构件生锈以及脆性增加的问题，这些现象会导致钢结构承载能力降低，如果不能处理上述问题，会为建筑工程带来隐患。而且，在实际的民用钢结构项目设计中，如果缺少强化钢结构的措施，会降低构件使用寿命，无法满足民用建筑工程的长期使用需求。应重视钢结构防护措施，采用油漆、镀铝(锌)复核涂层，来延长钢结构的寿命。

2.3 人为造成的影响

对于未按照设计荷载使用，或者改变其原设计功能及用途，使实际作用荷载超过设计荷载，导致的钢结构主要受力构件失稳、侧向刚度不足的问题，设计人员应在图纸中注明严格的使用荷载要求。

在后期深化、加工过程中，未能完全理解设计师的设计意图，缺少沟通，导致构件偏差，对现场施工安装造成了很大的难度。设计人员应在图纸中注明深化、加工的专业厂家要求且全程密切跟进。

3 民用钢结构设计要点

3.1 平面布置

根据建筑功能布局，钢结构设计人员确定合理的结构形式进行平面布置，需要注意的是，结构的传力体系要设计的清晰、简捷，分析构件的受力特点，选取合理的截面形式，同时对竖向及水平的主要受力构件的侧向刚度予以重视，使整体刚度、稳定性增强，提高结构承载能力。

3.2 柱、梁截面选择

柱截面的预估，根据受力体系选择合适的截面形式，一般双向受力体系采用箱形、十字弓形、圆管双轴刚度均匀的截面形式；单向受力体系可采用工字形截面形式，然后根据柱子高度满足规范长细比要求进行预估，再根据受力分析确定最终柱截面。在梁柱截面选择中，应该做到：第一，根据民用钢结构设计工程的项目特点，梁一般会采用工字形截面，之后根据项目需求确定截面高度、宽度，并将截面的高度跨度控制在1/18～1/12的预估值范围内；第二，在板件厚度的构件设计中，需要按照构件截面，满足规范的高厚比、宽厚比等要求预估，再根据受力分析最终确定受力构件翼缘、腹板的厚度。

3.3 钢结构整体分析

①除疲劳强度计算采用容许应力法外，其他设计计算均采用以概率论为基础的极限状态设计方法进行设计；②所有承载结构按承载力极限状态和正常使用极限状态的原则进行设计计算；③设计时应根据不同建筑来考虑安全等级要求，并通过相应系数体现在荷载效应计算中；④结构构件或连接按承载能力极限状态设计时，一般应按照使用条件采用荷载效应的基本组合或偶然组合进行考虑；⑤对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用不同的荷载组合（标准组合、频遇组合或准永久组合等）；⑥疲劳强度验算时仍采用允许应力法[1]。

3.4 钢结构节点分析设计

钢结构节点的设计在整个设计中是一个至关重要的环节，连接节点决定着整个设计的成败，在节点设计时，节点应保证足够的强度、刚度、安全度，须做到“强节点，弱构件”，同时根据施工安装情况，节点的构造要方便加工与施工，且经济合理[2]。

对于一些复杂节点，可采用有限元节点分析软件（Ansys，Midas FEA等），进行有限元分析，以确保节点的安全可靠!

4 结束语

总而言之，在建筑行业发展中，为了更好地提高民用钢结构的应用，在实际的工程项目设计中，设计单位需要结合民用钢结构的设计特点，确定设计及施工方案，保证各项工序的稳步协调，以提高民用钢结构设计的稳定性。