时间：2023-03-16 17:15:56
序论：速发表网结合其深厚的文秘经验，特别为您筛选了11篇建筑钢结构论文范文。如果您需要更多原创资料，欢迎随时与我们的客服老师联系，希望您能从中汲取灵感和知识！
2.工程焊接难点
本工程构件结构形式比较简单，涉及的焊接接头形式主要有对接、角接和角接与对接组合接头。由于钢板厚度较大，故选材上采用低合金高强钢，其屈服强度为390MPa。针对构件类型，焊接时存在如下几方面的难点：①防止正火钢热影响区脆化。②厚板焊接变形控制。③防止母材层状撕裂。
3.厚板高强钢焊接技术
（1）高强钢焊接性分析该钢种属于高强度正火钢，具有良好的综合力学性能和加工工艺性能。其化学成分、力学性能如表1、表2所示。（2）焊接工艺技术第一，焊材的合理选择。根据国家规范GB50661—2011中对焊接材料的推荐使用标准，同时结合焊接工艺性能、焊接材料等强匹配原则，以及不同焊接工艺环境下焊材使用后对母材影响程度来进行选用（见表3）。第二，坡口的制定。由于厚板焊接工程量大、难度高，若采用窄而深的小坡口进行焊接，则不仅焊缝成形系数偏小，影响一次结晶，容易产生区域偏析，而且在拘束应力大的前提下进而导致焊接热裂纹的产生；若采用大坡口进行焊接，则不仅焊接量大大增加，而且焊缝的焊接残余应力也会随之增加，这对钢结构体系初始应力的控制极其不利，同时也影响工程工期。考虑到厚板焊接接头填充量、焊接质量及焊接残余应力等方面的影响，同时，为便于CO2焊枪在焊接过程中能适当地摆动，采用坡口角度适中，且便于正常情况下焊接的窄间隙焊接（NGW）坡口（见图2）。第三，焊接组合新工艺。为了实现高质量、高效率的厚板窄间隙焊接，需解决窄而深的坡口内侧壁焊接熔合质量、焊接飞溅聚集、工艺参数稳定性及焊接操作的可靠性等问题，避免坡口内焊缝金属的一次结晶产生区域偏析，进而产生热裂纹。鉴于上述原因，提出如下焊接工艺方法：打底焊：采用改造型喷嘴的实芯CO2气体保护焊（见图3）。该方法首先可以保证窄间隙坡口环境下的顺利焊接，此外，利用GMAW的高效及熔深相对较大的优点，可提高焊接质量和效率。填充焊：采用双弧双丝自动气体保护焊接：一方面可以利用其熔嘴的优势取代了埋弧焊机头熔嘴无法进行窄而深的焊接，另一方面其焊接效率较手工焊有大幅度提高，同时保证焊缝质量。盖面焊：采用双丝埋弧焊接。主要是提高焊接效率，保证焊缝的表面质量。第四，焊接工艺措施。多层多道错位焊接技术：多层多道焊及合理的焊接参数可减小焊接热输入，从而有效控制焊接变形和焊接应力。在多层多道焊接技术的基础上，加入焊接接头每一道焊道错位连接，即：接头不在一个平面内，通常错位50mm以上。这种技术其显著优点就是上一层焊道对下一层进行了有效的热处理，特别适合于高强钢厚板的焊接。在应用时，可以消除焊接冶金过程中柱状晶并使晶粒细化。同时，对焊接接头的应力应变控制也相当有利，能够提高焊接接头的综合性能。道间温度控制：根据国家标准GB50661—2011要求，在焊接过程中，最低道间温度控制在不低于预热温度。道间温度应在焊缝金属或相邻的母材金属处测得，测量时间选择在电弧经过之前的焊接区域内瞬时测得。由于焊缝较长，未能焊到的地方应采取保温措施。防止温度降低过快，如果焊接区域温度过低，应重新加热。后热与消氢处理：为了加速焊接接头中氢的扩散逸出，防止焊接冷裂纹的产生，焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一。特别是对于氢致裂纹敏感性较强的厚板焊接接头，采用这一工艺不仅可以降低预热温度，减轻焊工劳动强度，而且还可以采用较低的焊接热输入，使焊接接头获得良好的综合力学性能。焊缝锤击消应力措施：焊缝锤击焊接过程中，在热状态下使用带有小圆弧面的锤子锤击焊缝金属，使焊缝得到延展，从而减小焊件的残余收缩应力。锤击应均匀、适度，避免因锤击过分而产生裂纹。当焊缝温度＜300℃时，锤击力不宜过大；在100℃以下时，禁止锤击。
(一)题目的设置应有助于教学相长
毕业设计内容的设置除了应密切结合指导教师的科研项目外，还应结合指导教师的专业特长，这样教师对学生的指导才能高效。例如，笔者从攻读博士学位开始，就从事新型高层钢结构体系及抗震性能等方面的研究。留校后，承担了研究生选修课高层建筑钢结构课程的教学工作，负责讲授高层钢结构的制作和安装，以及新型抗侧力和耗能构件在高层钢结构的应用等内容。以上研究和教学工作均为指导采用新型结构体系的高层钢结构毕业设计奠定了基础。同时，通过给学生答疑，笔者感到，虽然学生的着眼点不同，但多数问题是围绕设计任务提出来的，一些问题也是指导教师尚未涉及而想弄明白的问题。因此，教师愿意投入时间去研究问题，这样既解决了学生的疑惑，也有利于指导教师提高自身的专业技能。
(二)设计题目的指定应兼顾学生的兴趣
目前，学生毕业设计的题目，大体上是由学院统一指定的。这样做是为了避免学生“偏科”，即避免一些设计题目出现无学生选择的窘境。但是，高层钢结构设计题目与其他题目一样，也仅是提升学生在一个专业方向上的理论水平和技能。而且相当多的设计院在未来一定时期内仍主要是开展量大面广的混凝土结构设计。因此，由学院指定毕业设计题目的方式无法完全满足学生的专业设计兴趣和爱好，使真正对钢结构设计有兴趣的学生又得不到应有的锻炼。倘若学生对指定的题目毫无兴趣，毕业设计就可能收效甚微。其实，每个学生经过3年多的学习，基本已有感兴趣的专业方向，毕业设计题目应结合学生毕业后的就业方向或深造计划，并综合考虑学生自己的兴趣、能力和未来发展等因素来选择建议。题目指定要有适当的灵活性，给学生一定的选题权利，可列出每年开设的所有题目，让学生提前自愿申报2～3个题目，然后综合分组。这种适当考虑学生兴趣的选题做法将使学生对毕业设计更有积极性，收效可能更好。
(三)设计内容应结合专业最新发展而适时更新
为避免多年使用同一设计题目可能出现的抄袭现象，指导教师有必要适时更换设计内容和要求。鉴于目前设计院或施工单位“以高层设计为主流”的情况，应结合高层建筑的实际工程应用，增加新型结构体系的设计内容，以缩短学生就业后的工作适应期。对高层钢结构，应要求学生掌握目前比较流行的结构形式、计算方法和构造要求。因此，笔者在设计任务书中鼓励学生应用新型的抗侧力构件和新型的结构体系作为设计任务。除了采用传统的纯钢中心支撑，推荐采用新型的墙板内置无粘结钢支撑或杆状防屈曲支撑(BucklingRestrainedBrace)代替传统的纯钢支撑。除了中心支撑，也鼓励采用偏心支撑和钢板剪力墙等抗侧力构件。例如，在2014年的毕业设计中，一名学生自愿尝试采用偏心支撑钢框架结构形式，通过努力，圆满完成了设计任务，最终取得了较好成绩。
二、积极有效的师生互动是毕业设计取得实效的基石
(一)注重培养学生主动学习的能力
对20多层的高层建筑钢结构设计，要求学生学习结构设计方法和设计软件的使用，进行结构建模、内力分析和设计，这样的工作不仅量大而且有难度。建议教师提前布置和安排任务，给学生自学的机会和时间。以结构建模和分析为例，笔者一开始便尽早安排学生安装和学习使用结构设计软件ETABS，这样学生在做荷载汇集等准备工作之余，就可以有针对性地查阅和学习该软件的使用说明等资料，到建模和分析环节时，学生就可以建立结构模型。为学生自学软件后建立的结构模型。应当注意的是，虽然大多数学生之前并未有建立复杂结构模型的经验，也可能因此而心生畏惧，指导教师应强调学习和使用通用软件的必要性，让学生明白学好一个软件对将来应用其他类似设计软件也有很好的借鉴作用。教师要耐心引导和鼓励，培养学生的兴趣和自信心。可要求学生先简后繁，积累经验。学生消除畏惧心理后，建模和设计操作就会逐渐得心应手，在实践中熟能生巧。有的学生在熟练使用软件后甚至主动去钻研软件内的参数和求解设置等功能，提高了对理论知识的归纳消化和应用能力。
(二)营造积极的心理互动氛围
结构方案的确定以及结构建模、分析和设计等，这些任务一环紧扣一环，教师应在各阶段工作中严格检查，认真引导和解惑。以建模和分析为例，因大部分学生是初次接触大型设计软件和设计规范等，面对陌生的软件以及系数重重的设计公式，要在短时间内掌握并熟练应用软件进行结构设计，有较大难度。特别是对这些软件在内部分析环节可能存在的一些缺陷，指导教师必须强调指出，以免学生误入歧途而影响进度。因此，指导教师应对软件的一些关键环节有使用经验，并能做出正确的判断，才能引导学生去认真求证，加深理解。这样也才可能帮助学生较快熟悉设计过程，培养学生的自信心和学习兴趣。毕业设计为师生提供了长达一学期的交流互动机会，教师应在指导工作中倾注热情，与学生积极互动，这样不仅能使任务完成得更加高效，而且也有利于学生的全面发展。教师不仅要关注学生的专业训练，也要不失时机地对学生进行职业道德的言传身教，引导学生带着问题去思考和讨论，启迪学生的智慧，充分调动学生的积极性和主动性。
三、毕业设计应适当增加针对性实习
与单纯课堂教学相比，毕业设计属于实践环节。但若不加以恰当引导，相当多的学生的毕业设计仅仅是对参考书等资料的简单模仿。因此，在毕业设计过程中，应通过小组或个人(以整个年级为单位的统一毕业实习，针对性不强)的实习活动，例如参观钢结构工程或钢构件制作等，夯实书本所学知识，拓宽知识面，使学生获得真实感受。此外，通过实习，还可消除学生不切实际的想法和由此导致的误差或错误，有助于学生深入思考，以开展更加符合实际应用需求的理性创作。
(一)参观钢结构工程和钢结构安装
应组织学生参观正在建设的高层钢结构工程。因为从施工中暴露的钢骨架，学生可以清楚地观看构件和节点的加工和连接做法。实地考察如不可行时，也应提供必要的实录视频、图形资料和讲解，以加深学生的理解。还可以推荐一些好的参考书和期刊，例如《钢结构进展与市场》和《建筑结构》等，帮助学生了解新型钢结构工程和建造技术。此类资料图文并茂，是本科生很好的课外读物。另外，因高层建筑钢结构一些基本的构造和连接做法等，在低层和多层钢结构中也有体现。因此，也可组织学生考察当地一些在建的多层甚至单层钢结构工程，例如施工现场的焊缝和螺栓连接等。通过接触实际工程，增强学生的认知能力。
(二)参观钢结构加工厂和钢构件制作
在实习中，还可组织学生参观钢构件加工厂等。随着新材料和新工艺的快速发展，目前钢结构中的大型构件的加工制作方法和质量控制技术等都有革新，书本上的知识也非常有限。必要的学习参观有利于学生拓展知识面，帮助他们更好地理解和绘制施工图。指导教师可组织学生参观了解钢构件的生产过程。例如，参观工厂的焊接、刨边和钻孔等相关工艺流程等，并做好有针对性的实地讲解，有利于学生对重要概念的理解和对书本知识的消化。
四、考核应以学生实质性的进步为依据
(一)注重形式，更追求质量
学院毕业设计要求学生完成不少于9张的1号图纸，有些学生甚至能提供多达14张或者更多的图纸。诚然，为确保培养质量，数量上的要求是必要的，但任务完成的质量更为重要。笔者曾在一次钢结构毕业设计的答辩中发现，能够提供十多张图纸的学生，计算书虽然写的很饱满，但是连一个常用角焊缝的符号代表什么意思也回答不上来。可见，依葫芦画瓢的做法，在本科毕业设计中依然存在。再以结构施工图的绘制为例，在坚持部分图纸必须手绘完成这一传统做法的基础上，为了提高学生应用计算机作图的能力，目前鼓励采用计算机绘图。但应强调的是，计算机作图应让学生利用Auto-CAD软件亲手绘制，不能依靠设计软件和绘图软件等自动出图。虽然从表现形式上看，自动出图比学生亲手绘图的图面更美观和全面，但这样会使学生过分依赖软件而使其基本技能得不到应有的训练，导致学生对设计理论不熟悉，不能提高识图和绘图能力，并且也难以准确把握和判断其设计结果。因此，教师在毕业设计过程中应时刻提醒学生，在写计算书或绘图时，每写一句，每画一笔，都要弄清楚为什么，真正弄懂了才算得上学有所获。
二轻钢结构的防腐技术
1表面处理
对钢材料进行必要的表面处理是非常重要，主要是清除掉钢铁表面的铁锈层与油污等污物，对钢铁表面残留的黑氧化皮尤其要清除干净。因为这些污物可以说是钢铁发生电化学腐蚀的阴极，当钢材处于潮湿环境中，就会发生腐蚀，除去后可减少腐蚀的可能。表面处理质量需确保钢构件表面露出金属光泽，具体参照相应的涂装前钢材表面预处理规范。
2常用方法
目前，对钢结构防腐的主要手段是在其表面涂刷防腐漆，也称为涂层法。在进行防腐涂料的涂装时，一定要确保涂层厚度均匀且适度、粘结牢固、无脱层、不可空鼓和漏涂。施工具体要求如下。
(1)要能够选择合理的涂层结构和涂刷方式
能够考虑到轻钢结构的装饰要求、使用年限以及在涂装施工时的具体情况，配套使用底漆、面漆、中漆，发挥其最佳作用。涂层结构就是由这三种防腐漆组合而成的复合涂层。简单来说，底漆在内侧，起到附着与防锈作用;中漆在底漆与面漆之间，增加了漆膜厚度;而面漆在最外侧，主要起防腐蚀与老化作用。合理的涂层结构有利于提高钢材防腐性能，延长轻钢结构的使用寿命。另外，涂刷方式的选择对提高涂装施工进度与质量、节约成本就有重大影响。涂刷方式主要有手工刷涂或滚涂法、空气喷涂法与浸涂法。
(2)涂装施工的质量控制
主要是对涂装施工的环境及过程、干漆膜的厚度进行质量控制。涂装施工的环境为5℃～38℃的温度与不大于85%的相对湿度;另外，还要求施工现场不能有太多的粉尘。在涂装前，轻钢结构表面不能有露珠存在;涂装之后，五天内不能淋雨。在刷漆时，必须等第一遍涂料干透后，才能刷下一遍。干漆膜的厚度要使用测厚仪进行检测，一般要求室内为125μm，室外为150μm，偏差为±25μm。
三轻钢结构的防火技术轻钢结构的防火最常用的方法为防火涂料保护法
1防火涂料的选择
轻钢结构的防火涂料主要按燃烧性能特点、喷涂对象环境或喷涂厚度的不同分类。在这里，只讨论根据其喷涂厚度不同的分类，具体性能特点如下。
(1)厚型8～50。缺陷:①厚型防火涂料的涂层厚、有较大的自重、当涂料的黏结力差时极易剥落。另外，在涂装施工时，需要使用金属丝网加固施工，易造成施工成本的增加和施工周期的延长;②涂层的表面也较为粗糙，美观性差;③需养护水泥基涂料。优势:①厚型防火涂料具有较高的耐火极限，实验证明可达3h;②因其主要组分为无机材料，所以具有相对较好的耐久性。而且，无机材料易得、来源广、价格便宜，涂料价格比其他的低;③涂料遇火后，不会放出任何损害人体健康的有毒烟气;④涂料运输方便，为袋装出厂。
(2)薄型4～7。缺陷:①涂料的耐火极限比厚型涂料的低，最高可达2h;②因其主要组成为有机材料，耐老化和耐久性较差。涂料遇火时，可能会释放出有害烟气，需改进;③涂料大多用于室内钢结构，需向室外的产品研究开发。优势:①薄型防火涂料的涂层薄、自重小、黏结力好、不易剥落、涂装施工较为简单，无需金属丝网加固，干燥较快;②涂层的表面光滑、装饰性好、可调配出多种颜色，;③单位面积消耗涂料的量少，施工成本低;④涂料的抗震性能与抗挠曲性强。(3)超薄型≤3。缺陷:①超薄型防火涂料与薄型涂料具有相同的缺陷;②超薄型防火涂料未能应用于室外钢结构，目前无此类产品。优势:①超薄型防火涂料的涂层更薄，装饰性更好，可调配颜色更丰富;②具备薄型涂料的所有优点。
2基层处理
在喷涂防火涂料前，必须做好基层处理。在轻钢结构的表面应根据使用要求，做好防锈工作。对大多数建筑工程中轻钢结构而言，需要喷涂不与防火涂料发生化学反应的防锈底漆。另外，如果试验证明选用的防火涂料也具有一定的防锈功能，可不做防锈处理。
3涂装施工
由经过培训且合格的专业施工人员进行防火涂料的涂装施工;还需遵循厂家的说明书进行防火涂料的调配，并及时搅拌使调配好的涂料稠度适中，确保在涂料喷涂后不发生剥落与流淌现象。目前常使用的涂刷方式为喷涂法、手工刷涂法等。
四耐候钢的应用
建筑工程中轻钢结构采用耐火耐候钢，可有效做到防腐与防火。因为耐火耐候钢具有优良的耐大气腐蚀性与防火性。目前在建筑工程中，耐火耐候钢是使用较多的Q235与Q345钢的替代钢种。在力学性能上，它与普通建筑用钢具备相差无几的焊接性能、屈服强度、抗压能力等室温力学性能。在施工时，耐火耐候钢的应用可以避免或减少防腐涂料与防火涂料的涂装，有效地节约成本，也可以减少涂料的环境污染。另外，在轻钢结构中采用耐火耐候钢，可有效减薄钢材厚度，能节约一大部分成本。同时，耐火耐候钢自身还具备永久性和自愈性能，也就是说此类钢材在在使用过程中，无论受到挤压、表面擦撞或火灾，都会保持其耐火耐候性不变，这从根本上做到了建筑工程中轻钢结构的防腐及防火工作。
1.2钢柱吊装技术在钢结构建筑施工技术中，钢柱吊装技术是一项非常重要的施工技术手段，它在钢结构建筑施工中占有非常重要的地位。钢柱是钢结构建筑中所需要的重要部件。钢柱在钢结构建筑施工过程中主要应用于高层建筑总高度以及高层建筑层高的决定性竖向构件。在对钢柱元件进行加工制造的过程中，应该严格的要求它的规格，严格的按照有关规定的标准对其进行合理有效地加工，确保钢结构建筑施工工程中的需求量。钢柱在翻样下料的操作工艺流程中，必须要充分全面地考虑到所存在的负面因素，如由于焊接缝隙而产生钢柱收缩变形的现象，另外，钢柱还可能会产生竖向荷载的现象。因此，对于钢柱的实际操作中的长度不能等同于设计当中的长度。在实际的造作中不能对其有分毫之差，一旦出现一点差错，就很可能影响到整个工程的正常运行。
2钢结构建筑在施工中的质量控制
在进行钢结构建筑的施工过程中，施工图纸在建筑施工中占有主导的作用，施工图纸是保证施工正常进行的前提，同时也是保证施工质量的前提条件。因此，必须重视钢结构在施工前图纸的绘制环节，一定要确保图纸绘制的准确性。可以采用两种方法来确保钢结构建筑图纸的准确性。一是建筑施工单位应该联合设计单位共同对图纸的绘制进行监工，以确保图纸的设计以及绘制的质量。二是在图纸审查的过程中，检查的人员应该认真仔细的对其进行详细的解读，确保其他工作人员能够对建筑图纸所表达的内容都了然于胸。另外，在钢结构建筑施工的工程中，应该确保施工人员拥有一定的建筑技术。有一个良好的施工团队，可以确保建筑的施工质量。
1．2粗轧工艺控制粗轧分为三个阶段:整形阶段、展宽阶段、高温延伸阶段。整形阶段消除板坯表面的凹凸不平等缺陷，并促进板坯厚度均匀。展宽阶段主要是将板坯宽度增加到成品宽度。一般认为，整形阶段和展宽阶段不会对钢板性能产生明显影响。合理的高温延伸阶段压下制度是保证钢板厚度方向组织和性能均匀性的关键，也是小压缩比条件下开发厚规格钢板的基础。本文用300mm板坯轧制80mm厚钢板，压缩比较小，仅为3．75，因此必须优化粗轧高温延伸阶段压下制度。在高温延伸阶段需要充分发挥轧机能力，实现强力大压下，以最少道次数将板坯轧到中间坯厚度，促进奥氏体晶粒反复再结晶以细化晶粒。在轧制Q460GJC钢板时，要求高温延伸阶段道次数不大于5道次，至少有2道次压下率大于13%，中间坯厚度112mm。
1．3精轧工艺控制精轧阶段在奥氏体未再结晶区进行，该阶段变形逐渐累积，一方面促进奥氏体晶粒“扁平化”，另一方面在奥氏体晶粒内形成大量位错，增加铁素体晶粒形核位置，细化晶粒。Nb元素显著抑制了奥氏体晶粒再结晶，提高了奥氏体未再结晶区温度。精轧阶段从中间坯温度降到奥氏体未再结晶区后开始，同时考虑到成品钢板较厚，为了避免终轧后钢板温度过高，精轧开轧温度大于900℃，3道次轧制完成，终轧温度定为850℃。为了避免终轧温度过高，钢板表面生成严重氧化铁皮，同时为了促进V化合物的析出，对终轧钢板进行弱控冷，冷速6℃/s，终冷(返红)温度700℃。
2试制结果
2．1材料的实际化学成分在包钢宽厚板线冶炼工序按照表3的成分要求炼钢，炼钢过程中要注意控制夹杂物和有害元素，并利用宽厚板线直弧形连铸机制造300mm厚连铸板坯，要求控制偏析、疏松、裂纹等缺陷，为轧制工序提供成分精确、冶金质量优良的优质连铸板坯，板坯低倍照片见图1。铸坯的中心偏析程度较轻，无严重疏松、裂纹等缺陷，内部质量优良。
2．2钢板生产工艺选用自产优质连铸板坯，其尺寸为3100mm×1960mm×3000mm(长×宽×高)。装炉加热，板坯出炉后进行除鳞，分两阶段轧制成80mm的厚规格钢板。
2．3钢板的力学性能及探伤分别从成品钢板上进行取样，分别按照相关标准制取拉伸、冲击、冷弯试样，并分别按标准进行检验。钢板的各项力学性能检测值见表4。对钢板的Z向性能进行检验，试样厚度方向断面收缩率最小值为37%，平均值为45%，完全满足Z35级别要求。为进一步考察Q460GJC钢板在更苛刻条件下的冲击性能，对试样进行－20℃冲击吸收功检验，冲击吸收功平均值大于100J，低温冲击韧性良好。此外，按照GB/T2970对钢板进行超声波探伤检验，结果达到Ⅰ级。综合来看，包钢开发的厚规格Q460GJC钢板组织、性能稳定，综合力学性能优良。
2．4钢板金相组织及分析从钢板的1/4、1/2厚度处取金相试样。试样经磨制和抛光后用4%硝酸酒精浸蚀进行显微组织分析。金相照片见图2:通过分析金相发现，钢板的组织以铁素体、珠光体为主，晶粒度为8．5～9．5级，平均晶粒尺寸为20μm，晶粒组织细小、均匀。钢板的近表面组织成针状，这主要是钢板表面冷速较快造成，针状组织促进了钢板强度的提高。在钢板心部出现了贝氏体相，这主要是由于C、Mn元素偏析造成钢板心部产生成分过冷造成的。整体来看，组成钢板的主要组织为铁素体加珠光体加少量贝氏体。
随着中国国民经济发展和人口城市化进程加快，我国高层建筑建设持续空前发展。钢结构体系因其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。中国已成为第一产钢大国，钢结构住宅适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高，可以将设计、生产、施工、安装一体化，提高建筑产业化水平。钢结构应用于高层建筑已有数十年的历史。首先采用钢结构建造高层建筑的是美国，战后经过经济恢复，高层钢结构工程建设再度兴起，随着炼钢技术和成型制造工艺的发展，给钢结构工程的应用带来新的活力：工程建设日益增加，相应又推动了钢结构设计与施工技术的不断进步积完善。现对超高层钢结构施工技术进行简要总结。超高层钢结构施工技术主要包含如下几方面内容：（1）做好施工前的准备工作；（2）塔吊的选择与布置；（3）严格原材料；（4）钢构件验收；（5）螺栓安装；（6）钢柱安装；（7）焊接；（8）门窗工程安装。
一、做好施工前的准备工作
首先是强化施工图纸的会审工作，图纸是工程施工的依据，工程开工前项目监理机构要组织监理人员熟悉工程图纸与项目有关的规范标准、工艺技术条件，充分领会设计意图。同时，要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审，检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”，力争把问题解决在施工之前，减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。其次是认真审查钢结构安装施工组织设计，施工组织设计是施工单位全面指导工程实施的技术性文件，施工组织设计的完善程度直接影响工程的质量、进度。因此，钢结构安装工程施工组织设计审查要针对性和重点，主要内容有：①质量保证体系和技术管理体系的建立；②特殊工种的培训合格证和上岗证；③新工艺的应用；④对工程项目的针对性；⑤质量、进度控制的措施和方法；⑥施工计划(工期)的安排。
二、塔吊的选择与布置
塔吊是超高层钢结构工程施工的核心设备，其选择与布置要根据建筑物的布置、现场条件及钢结构的重量等因素综合考虑，并保证装拆的安全、方便、可靠。在塔吊的选择上应优先考虑内爬式塔吊，因为钢结构建筑采用内爬式塔吊不需要对楼层进行加固，并且在起重机布设位置上有较大的自由度。另一方面，采用内爬式塔吊进行钢结构高层建筑吊装施工，对塔吊起重能力和幅度要求不像采用附着式塔吊那样苛刻。从经济上考虑，为节约成本，优先选用内爬式塔吊进行钢结构超高层建筑的施工。
三、严格原材料
钢结构有很多优点，但其缺点是导热系数大，耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。在选择中，首先钢筋的质量证明文件应齐全有效，且进场检验应符合规范和设计要求。连接套筒应有出厂合格证，材料一般为低合金钢、优质碳素结构钢，其设计抗拉承载力标准值应不小于被连接钢筋的受拉承载力标准值的1.2倍，套筒长为钢筋直径的二倍。
四、钢构件验收
钢构件住进入安装现场后，由专业质量检测人员对构件的质量进行检杏。弹出钢柱的安装轴线，若发现在运输过程中钢构件发生变形缺陷后，马上进行矫正和处理。同时还需要对构件纵横两个方向的安装中心线进行验收，对中心线不清晰的要重新弹上安装线。
五、螺栓安装
钢结构工程中螺栓连接一般用高强螺栓和普通螺栓，普通螺栓连接，每个螺栓一端不得垫2个以上垫片，螺栓孔不得用气割扩孔，螺栓拧紧后外露螺纹不得少于2个螺距；高强螺栓使用前我们检查螺栓的合格证和复试单，安装过程中板叠接触面应平整，接触面必须大干75%，边缘缝隙不得大干0.8mm，高强螺栓应自由穿入，不得敲打和扩孔；高强螺栓不得作为临时安装螺栓，螺栓拧紧应按一个方向施拧，当天安装的应终拧完毕，终拧完毕应逐个检查，对欠拧、超拧的应进行补拧或更换。
六、钢柱安装
按结构平面形式分区段绘制吊装图，吊装分区先后次序为：先安装整体框架梁柱结构后楼板结构，平面从中央向四周扩展，先柱后梁、先主梁后次梁吊装，使每日完成的工作量可形成一个空问构架，以保证其刚度，提高抗风稳定性和安全性。为了便于调整柱的垂商度，在预埋螺栓上先拧上数个螺母全部拧到接触基础面，并用水平仪找平后，开始吊装钢柱。吊装钢柱时，为了防止意外事故出现，在柱的上端活系两根缆风绳，可以从多个方向临时固定，也可用来调整垂直度。测量校正，钢柱吊装就位后，用两台经纬仪和水平仪对钢柱进行测控，微调通过调整柱底脚板下的螺母来实现。七、焊接
钢结构使焊前，对焊条的合格证进行检查，按说明书要求使用，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤，一、二焊缝不得有气孔、夹渣、弧坑裂纹，一级焊缝不得有咬边、未满焊等缺陷，一、二级焊缝按要求进行无损检测，在规定的焊缝及部位要检查焊工的钢印。原则是采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接。多层焊接宜连续施焊，每一层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊。焊接接头要求熔透焊的对接和角接焊缝多层梁柱焊接时，应根据安装情况先焊顶层柱与梁节点，其次焊底部柱与梁节点，最后焊中间部分的柱与梁节点。在焊接顶层梓与梁节点时，应先焊梓顶垂直偏差较大的部位，以利用焊接后收缩变形应力达到减少柱顶垂直偏差。焊接顺序宜从中间轴线柱向四周扩散施焊。
八、门窗工程安装
钢窗安装质量的控制重点有两点，一是，钢窗进场合格证、产品试验报告及外观的检查。二是，钢窗和固定钢窗的立柱之间的间隙控制。先施工固定钢窗的立柱，有可能出现钢窗与立柱之间缝隙过大或钢窗安不上。我们在控制过程中，要求施工单位先固定钢窗一边的立柱，待钢窗完全固定就位后，再焊接另一边的立柱，这样保证钢窗与立柱之间无缝隙。
总之，我国正在大力发展钢结构高层民用建筑，我们应及时组织考察总结已建成的钢结构住宅工程的经验，满足住宅在适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能方面的综合要求，形成完善的建筑体系。但愿我国的钢结构高层民用建筑能够经得住历史的考验。
参考文献：
[1]杨鹏宇，钢结构高强螺栓连接施工[J].山西建筑，2006，32(16)：140-141．
[2]郝燕春，大型钢网架安装技术[J].山西建筑，2007，33(10)：195-196．
[3]魏明钟，钢结构[M].武汉，武汉工业大学出版社，2002．
[4]沈祖炎，钢结构基本原理[M].北京，中国建筑工业出版社，2004．
钢结构工程同其他结构工程相比，具有材料强度高、抗震性能好、工业化生产程度高、密闭性能好、安全更可靠的特点，决定了过去在一些高度或跨度较大的结构，荷载或吊车起重量很大的结构、有较大振动的结构、高温车间的结构、密封要求很高的结构、要求能活动或经常装拆的结构、桥梁结构中应用比较广。随着改革开放和经济发展，钢结构工程正从跨度大、多层或高层、耐热性等要求高的工业建筑足见向民用建筑发展。
1从我国钢材生产上看，越来越给钢结构建筑发展创造了非常好的物质基础。随着我国经济的发展，随着老钢厂的不断更新，新钢厂不断崛起，越来越多的钢铁基地为了适应市场的需要，成品钢材的品种越来越齐全，热轧H型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，为钢结构发展创造了重要的条件。其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧H型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。
2从设计、施工、钢结构工业化生产看，越来越多的标志性钢结构建筑，已经足够证明我国的钢结构建筑无论从设计到施工，还是从设计到钢结构构件的工业化生产加工，专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高，一批有特色有实力的专业研究所、设计院、建筑施工单位、施工监理单位都在日臻成熟，专业性、技术性、规模化更加完善。
随着钢结构建筑的遍地开花，我国各地分别建起了钢结构的标志性建筑，如：世界第三高度421米的上海金茂大厦，具有国际领先水平、高度279米的深圳赛格大厦，跨度1490米的润扬长江大桥，跨度550米的上海卢浦大桥，345米高的跨长江输电铁塔，以及首都国际机场，鸟巢国家体育中心，首钢钢结构厂房建筑群等等许多采用钢结构建筑体系的重要工程，标志着建筑钢结构正向高层重型和空间大跨度钢结构发展。
3从钢结构应用范围看，我国的钢结构建筑正从高层重型和空间大跨度工业和公共建筑钢结构向住在发展。近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。其实，我国钢结构住宅起步很晚，只是改革开放后，从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅，才使我们有了学习与借鉴的机会。1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作介绍一种低层钢结构住宅建筑体系——Bsis，并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层钢结构住宅样板房；1988年日本积水株式会社赠送上海同济大学二栋钢结构住宅（二层），建在同济新村中；90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立多层钢结构办公、住宅楼。大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。这说明了钢结构住宅的发展势头良好。
4钢结构作为绿色环保产品，与传统的混凝土结构相比较，具有自重轻、强度高、抗震性能好等优点。适合于活荷载占总荷载比例较小的结构，更适合与大跨度空间结构、高耸构筑物并适合在软土地基上建造。也符合环境保护与节约、集约利用资源的国策，其综合经济效益越来越为各方投资者所认同，客观上将促使设计者和开发商们选择钢结构。也正是钢结构建筑的这些优点和实用性，引起了政府的高度重视和推广，并把钢结构住宅作为我国十五期间的重点推广项目。
5钢结构的发展趋势表明，我国发展钢结构存在着巨大的市场潜力和发展前景。这存在的巨大市场潜力和发展前景及趋势，主要来源于：
（1）我国自1996年开始钢产量超过一亿吨，居世界首位。1998年投产的轧制H型钢系列给钢结构发展创造了良好的物质基础。
（2）高效的焊接工艺和新的焊接、切割设备的应用以及焊接材料的开发应用，都为发展钢结构工程创造了良好的技术条件。
（3）1997年11月建设部的《中国建筑技术政策》中，明确提出发展建筑钢材、建筑钢结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求，使我国长期以来实行的“合理用钢”政策转变为“鼓励用钢”政策。将为促进钢结构的推广应用起到积极的作用。
（4）钢结构行业将出现一批有特色有实力的专业设计院、研究所，年产量超过20万吨的大型钢结构制造厂，有几十家技术一流、设备先进的施工安装企业，上千家中小企业相互补充、协调发展，逐步形成较规范的竞争市场。
6发展钢结构住宅是我国住宅产业化的必由之路。住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。
1．1工业建筑中常规钢结构的作用
在工业建筑中，钢结构的常规应用由来已久，我国多数工业厂房均采用的是常规钢结构人字梁以及工字梁，这些常规钢结构已成为工业早期时代的主要象征。而这些特征构成了我国的吊车梁式系统以及常规钢屋架系统。由于民用建筑、商用建筑以及工业建筑各有不同，在进行工业建筑时要求建筑结构能够为工业生产以及施工提供最好的跨度及空间。而传统钢筋混凝土结构已经不能完全满足现在工业生产在跨度以及空间上的相关需求，从而鉴于此基础上的钢屋架系统应运而生，屋架系统主要由屋架、系杆以及支撑组成。同时吊车梁系统作为工业厂房的重要部分，多数厂房中均设有吊车，主要由车档、吊车梁、轨道、制动结构及连接件等构成。在传统钢筋砼结构不能够满足新时代工业建筑在相应功能及跨度上需求时多采用钢结构。如(1)材料堆场、大型仓库以及飞机装配车间等多采用钢结构体系，这些钢结构体系多为网架、拱架、门式刚架以及悬索等;(2)建筑物受到动力荷载影响时，多采用钢结构体系;(3)碳素厂高楼部碳素振动成型机对相应结构的耐疲劳程度和强度要求均较高时，多采用钢结构体系;(4)在高烈度区，钢筋砼结构早已超出了现行工业行业的规范以及规定，应采用钢结构以满足其新的需要;(5)原有厂房需改建或扩建时，多采用钢结构。综上即可知，钢结构在现今工业建筑中有着十分重要的作用，且应用广泛。
1．2工业钢结构在建筑工程中的应用方向
在工业建筑中，相关人员应该根据规定的生产流程来为工艺服务。在这个过程中，工业钢结构的形式、材料与空间等多个方面都有特殊的标准。由于建筑体量比较大，要求相关人员应该注重把握好尺度，熟练掌握新材料技术。因此，工业建筑与普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工业建筑中，一些比较简单的建材会被新建材取代，落后的施工工艺会被淘汰。如今在工业钢结构方面，包括钢缆、构件和型材等方面的建材类型越来越丰富。另外，高性能施工涂料的应用有效地解决了工业钢结构中存在的防火、防腐、防污染以及隔热等多个方面的问题。随着经济的发展与科学技术的日益进步，涌出了很多新的设备、工艺与材料，有利于迎合工业建筑设计的更高要求，落后的原有工业建筑体系应该与时俱进，实现进一步的完善。
2钢结构在工业建筑中存在的问题
目前，人们对工业钢结构在建筑方面的相关认识还不够全面。传统混凝土结构一直影响着人们的建筑观念，直到现在也还没有彻底转变。工业钢结构体系还不够完善，其具有一定的复杂性以及综合性，涉及到多种配套体系，比如屋面、墙体、防腐、隔热和保温等多个方面的配套材料。而国内的工业钢结构与发达国家相比，其技术水平与设计理念相对落后，专业人才的培养、新产品的研发、设备的制作与安装水平、钢材质量等多个方面都没有得到很明显的提升。从事工业钢结构的设计、制作、安装以及监理等领域的相关工作人员依旧没有掌握好新知识，没有彻底转变新理念，没有充分挖掘新材料，对新的施工方法也缺乏足够的掌握力度。
3优化工业建筑施工过程中的钢结构
在实际工作中，为了有效地提高工业建筑中钢结构的稳定性。
3.1需要我们确保脚螺栓的稳定与坚固，保证在脚螺栓使用过程中控制得当，且可以保证钢结构的应用合理有效。对脚螺栓的安装与埋设，需要重视其精度问题，以保证其他环节的有序稳定运行。
3.2要在地脚螺栓的安装中，注意钢柱的准备，有效地协调平面控制网全系统的每个环节，进而更好地保证螺栓的安装精度，使钢结构稳定性增加。
3.3要注意顺利弹出柱脚底板十字线、地脚螺栓的中心线，并将柱脚剪力孔做好积极的清理工作，在钢柱就位后，要将标高调整好，并坚固螺母。
3.4对钢结构的施工需要注意梁柱安装，并控制梁柱之间的柱间支撑精度，使空间单元的稳定性提高，以保证其他安装工作有效进行。
3.5要注意合理有效地应用垫板，确保垫板定位线精准，以对后续钢结构施工整体运作起到优化的作用。此外，在安装结构构件中，要健全构件储备，并能够充分地利用构件设备，更好地满足实际钢结构工作需要。堆放要合理规范，管理科学。每个存放场地均要有专人管理，根据供货需要携带清单取货，适时清点。
工业建筑钢结构的稳定问题在设计中，设计人员应该注重结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。
1建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：
1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。
1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
2建筑钢结构设计
2.1基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；②所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；③尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。
2.2设计过程。
2.2.1收集资料：钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料，包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是《钢结构设计规范》gb50017-2003其次，还需要了解结构设计的习惯做法，根据以往的设计经验找出最优设计方案。
2.2.2确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。
3建筑钢结构的优势与不足
3.1钢结构的材料优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，和混凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势：首先，钢材的强度高，塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，有助于提供设计施工的精确性。
3.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过，这样会占用较大空间，使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，因此建造相同的楼层高度，采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外，与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比，由于钢结构轻质高强，因此可以简中实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。
3.3钢结构的不足。钢结构因其优势而得到广泛应用，近年来产生的钢结构住宅也促进了住宅产业化的发展进程，尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展的需要，带来了良好的综合效益、但钢材也存在其固有不足、比如钢材的耐腐蚀性和耐火性较差，因此钢结构使用时需要进行较严格的防护，其防护时费用高于钢筋混凝土结构、钢材虽有一定的耐热性，但在温度达150℃以上时，钢结构需要加隔热层加以保护、钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施、钢材的强度高，所做构件多数壁薄且截面较小，受压时为了在强度与稳定之间取得最优，往往满足了稳定的要求，而使得强度不能充分发挥等。
4建筑钢结构设计中应注意的问题
4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅，而多层用于公寓、根据抗震规范gb50011对12层以下和以上房屋的不同要求，建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此，其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。
4.3钢结构稳定性设计的经验。
4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。
钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。
工业建筑钢结构的稳定问题在设计中,设计人员应该注重结构构件的稳定性能,以免在设计过程中发生不必要的失稳损失;其次,随着新型结构的出现,设计人员对其性能认识的不足,从而导致构件的失稳,就这个问题阐述了新型结构现存的问题,并且针对问题论述了产生的原因。
1建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中,由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定,保证工程质量及使用安全,有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏,但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题,指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题,构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的,关键是找出这一不稳定的平衡状态,避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下,要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件:
1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑,目前钢结构大多是按照平面体系进行设计,如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳,要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致,如增加必要的支撑构件等。
1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的,只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的,因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
2建筑钢结构设计
2.1基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则,确保所设计的结构合理,安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求,有足够的强度、刚度和稳定性,有良好的耐久性;②所设计结构应尽可能节约钢材,减轻钢结构重量;尽可能缩短制造、安装时间,应便于运输、便于维护,减少成本;③尽量注意美观,对于外露结构有一定建筑美学要求。
2.2设计过程。
2.2.1收集资料:钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料,包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是《钢结构设计规范》GB50017-2003其次,还需要了解结构设计的习惯做法,根据以往的设计经验找出最优设计方案。
2.2.2确定结构体系、柱网:钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定;纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。
3建筑钢结构的优势与不足
3.1钢结构的材料优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的,和混凝土等其它材料的结构相比,钢结构具有诸多优势:首先,钢材的强度高,塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构,而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强,不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性,这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次,钢材内部组织接近于匀质和各向同性,在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的,加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小,因此,钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合,有助于提供设计施工的精确性。
3.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先,钢结构自重轻,且延性好,因此所建建筑的抗震性能优良,因其总质量小,地震力效应相应也小,而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过,这样会占用较大空间,使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道,因此建造相同的楼层高度,采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外,与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比,由于钢结构轻质高强,因此可以简中实现大跨与复杂几何结构,创造开放式住宅。
3.3钢结构的不足。钢结构因其优势而得到广泛应用,近年来产生的钢结构住宅也促进了住宅产业化的发展进程,尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展的需要,带来了良好的综合效益、但钢材也存在其固有不足、比如钢材的耐腐蚀性和耐火性较差,因此钢结构使用时需要进行较严格的防护,其防护时费用高于钢筋混凝土结构、钢材虽有一定的耐热性,但在温度达150℃以上时,钢结构需要加隔热层加以保护、钢材不耐火,重要的结构必须注意采取防火措施、钢材的强度高,所做构件多数壁薄且截面较小,受压时为了在强度与稳定之间取得最优,往往满足了稳定的要求,而使得强度不能充分发挥等。
4建筑钢结构设计中应注意的问题
4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅,而多层用于公寓、根据抗震规范GB50011对12层以下和以上房屋的不同要求,建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此,其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。
4.3钢结构稳定性设计的经验。
4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展,目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成,而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算,进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便,在设计时可将整个结构按标高进行分解,简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比,使之达到屈曲的极限承载能力,不在构件整体失效前屈曲;②允许板件在构件整体失效前屈曲,然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力;③对梁设置横向或纵向加劲肋,以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现,分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比,如果受压构件为圆管截面,则应控制外径与壁厚之比。
钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点,在建筑工程中得到了广泛的应用,同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点,综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计,克服结构设计缺陷,避免出现失稳事故,加快钢结构应用领域的发展。
钢材受自然因素影响较大，一旦长时间暴露在室外环境中，就极易被锈蚀，不仅钢材的外观会深受影响，钢材的质量也会大打折扣。因此，在钢结构建筑设计中钢材防腐问题也是必须引起高度重视。当前，钢结构建筑设计中对于防腐方面问题的解决方法通常是采用涂抹防腐涂料的措施。设计人员会根据钢结构建筑的要求选用合适的防腐涂料，并要求施工人员在施工中严格按照相关要求规范进行操作。此外，对于钢结构构件也有不同的要求，例如有的构件在出厂前需要涂刷一层底漆。在钢材上涂抹防腐涂料就目前来看是最为有效的防腐措施。但是这样做只是基础性的防腐，因而为了提高钢结构的防腐效果，就必须选用耐候钢作为钢结构建筑的首选材料，并利用热浸镀锌技术对其进行处理，利用镀层，达到保护钢结构不被腐蚀，尤其是应加强有机涂料配套技术的应用，以及阴极保护技术的应用，才能更好地确保其防腐性能得到有效的提升。
1.2钢结构设计在物理方面的问题及对策
1.2.1噪声问题及对策
噪声问题是现代建筑中最为常见的问题之一，且一直没有得到彻底的解决。怎样有效降低噪声已经成为当前建筑学中的重要研究课题之一。人类耳朵能够听到许多种声音，而这些声音又大致能够分为两类，一类是无害悦耳的声音，例如音乐声、鸟鸣声等;另一类则是有害的噪声，例如各种机械发出的轰鸣声，刺耳的喇叭声等。一般情况下，建筑使用功能的不同对隔音的效果要求也不同，例如大型商场建筑，其隔音效果要求较低;寻求安静的住宅建筑隔音效果要求就较高，这就需要设计人员根据建筑使用功能以及隔音效果的不同要求进行专门的设计。在钢结构建筑设计中所采用的隔音措施主要有:使用隔声门、隔声窗，并在建筑或需隔音的房间外墙上使用隔声性能较好的材料。根据建筑使用功能的不同，其对吸音的效果要求也不相同。例如音乐厅类型的建筑，其主要使用功能就是让人类的耳朵吸收发出的音乐声，所以在音乐厅类型的建筑中通常会在顶棚增加反射板用来反射声音，若是音乐厅中的声音无法反射，那么人类的耳朵所听到的声音就会有缺失，甚至是听不到声音。当前，解决吸音问题的主要措施有两种:第一种是科学的设计吸声结构，例如孔石膏板吊顶。第二种是采用先进的吸声材料，例如玻璃、岩棉等吸声性能较好的材料。
2建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
2.1建筑工程中钢结构稳定设计的特点
建筑工程中钢结构稳定设计的特点主要表现为:第一，钢结构的多样性。建筑工程中钢结构设计方面的问题直接影响着钢结构的稳定性，特别是承荷载力大的钢结构部位，在进行这类钢结构部位设计时必须进行多方面的考虑，并对钢结构的稳定性进行认真分析、探究。第二，钢结构的整体性。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，任何一个构件所具有的作用都是不容忽视的，若是当任意一个构件出现问题，例如失稳、变形等情况，那么必定会对其他构件造成影响，最终导致钢结构整体稳定性出现问题。
2.2钢结构稳定性的计算方法
(1)整体刚度计算。在现行的钢结构计算规范中，通用的计算方法是轴心压杆稳定计算方法，其主要采用是折减系数方法和临界压力求解法。其中，临界压力由欧拉公式给出。(2)整体稳定性分析。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，其整体稳定性受各种构件的制约较大，各构件之间是否具有良好的稳定性，是确保钢结构整体稳定性的前提基础。所以，应对其整体稳定性进行分析。(3)其他特点的稳定计算。钢结构的各种组成构件又能分为两大类，为弹性构件和柔性构件，因而，在进行钢结构稳定性时应重视这一特点。由于柔性构件容易发生变形，进而导致钢结构内部也发生变化，最终对钢结构整体稳定性产生严重的影响，所以，必须重视柔性构件的分析。
2.3钢结构稳定性的分析方法
(1)静力法。静力法的分析原理是结合已经出现了微小变形后的一些结构受力的条件，并根据这些条件来建立相对平衡的微分方程。通过建立的微分方程仔细的计算出构件受力的临界相关荷载。在实际中应用静力法构件平衡微分方程时，应遵循相关设定，具体表现为:直杆构件应该为截面，其压力应始终遵循之前的轴线进行作用。(2)动力法。当钢结构的结构体系处于平衡状态下时，若是受到一定的干扰，那么整个结构体系就会产生振动，这时应采用动力法对钢结构的稳定性进行分析。钢结构整体稳定性与其所承受的荷载有着密切关联，在钢结构出现变形以及钢结构振动加速时，这种联系更加紧密。若是钢结构所承受的荷载值低于钢结构自身稳定性的极限荷载值时，会出现加速度和之前的钢结构变形的具体方向相反的状况。(3)能量法。若是在实际应用中钢结构载着保守力并且已经具备结构变形的相关受力条件，那么就能以此条件构建总体势能。如果要计算钢结构的总体势能，则必须满足一个前提条件，即钢结构处于相对平衡的状态下。
