钢结构建筑设计研究论文
科技不断进步,新型的材料不断得被开发和利用,钢结构材料在建筑行业方面不断得被推广。下面是小编为大家整理的钢结构建筑设计研究论文，供大家参考。
钢结构建筑设计研究论文范文一：浅析现代钢结构建筑设计
【摘要】目前从我国的建筑结构形式来看，最为常见的建筑结构形式主要有混凝土结构与钢结构，其中钢结构是一种利用钢铁与新型材料相互结合使用而形成的新的建筑结构形式，在公共建筑、标志性建筑以及临时性建筑中具有广泛的应用。现本文就针对现代钢结构建筑的设计问题进行分析探讨。文章首先分析了现代钢结构建筑设计的特点，继而探讨了当前钢结构建筑设计所面临的问题及其解决对策。
【关键词】钢结构;建筑设计;特点;问题;对策
现代钢结构是当前建筑结构设计中的主要应用形式。其所使用的主要建筑材料为钢铁。这是一种不同与传统砌体结构或者现代混凝土结构的新兴建筑结构，具有机械化程度高、工程造价低、施工简单快捷等诸多优点，同时还能够实现超高度以及大跨度的建筑设计，功能作用多样化，外观设计更具艺术感。另外钢结构建筑的最大特点是所使用的原材料能够进行循环回收再利用，这对于当前大力提倡节能环保的时代背景下是具有很大应用优势的。因此钢结构必将成为未来建筑结构设计的主要形式之一。为了能够进一步提高钢结建筑的使用性能，就必须要不断的改进和完善其设计方法。以下本文就来谈谈现代钢结构建筑的设计方法。
1、现代钢结构的设计特点
在实际的建筑结构设计中，钢结构建筑的设计水平高低与设计质量好坏对于钢结构的最终施工效果是起到决定性作用的。这是因为钢结构的组成较为简单，施工技术方法大同小异，而要区分钢结构建筑的施工质量优劣，主要是看其设计是否高端新颖、经济可行。一般来讲，现代钢结构建筑设计主要具备以下几个特点：
1.1钢结构建筑设计更注重细部设计
由于钢结构建筑的结构组成主要是由各种杆件连接在一起而形成的，因此不可避免的需要出现很多连接节点部位，这些部位相对来讲都属于结构细部。而一个钢结构建筑的品质高低正是体现在这些细部结构的设计实施中。因此，钢结构建筑的细部设计越好，其最终的钢结构建筑质量越高。
1.2要在建筑策划的基础上进行设计
钢结构建筑作为一种具有很大实用价值的建设内容，其在设计中必须要考虑到设计的经济性与可行性。与其他结构的建筑一样，钢结构建筑设计虽然较为新颖奇特，但并不代表其能够完全按照艺术化的设计方式进行建筑设计。而还是应当遵循建筑的设计要求，根据相应的建筑策划来对设计出业主、施工方都非常满意的结构设计方案方案。
2、现代钢结构建筑设计所面临的问题及其相应的解决对策建议
钢结构建筑与混凝土结构等其他建筑的设计施工方式不同，应用方式也有很大差异，且其防火性、隔热保温性、防腐性、隔音性与吸音性等方面的性能相对较差，这使钢结构建筑的应用发展受到一定的阻碍与限制，为了解决这些问题，必须要在设计中改进设计方式，提高设计质量，来确保现代钢结构的设计效果能够满足各种技术参数的要求。
2.1消防问题
消防问题是每个建筑结构设计中都需要充分考虑到的设计内容，也是一项不可忽视的设计环节。对于钢结构建筑来讲，火灾事故对其所造成的影响要比对其他建筑结构所造成的影响更大，危害也相对更大。这是因为尽管钢材不易燃烧，但其却是一种良好的热导体，能够在发生火灾时迅速升温。而钢材的强度与刚度是随着其自身温度的升高而逐渐降低甚至消失的，这样的话，一旦发生火灾，火势较大时钢材会逐渐软化，导致建筑的整体结构倒塌。为此，必须要对钢结构采取一定的防火措施。一般可以采用新型防火材料进行钢结构防护或者涂刷防火涂料等方式进行防火设计，并建立一定的消防报警系统，以更好的保证钢结构建筑的防火性能。
2.2防腐问题
钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是钢结构建筑设计需要解决常见问题，目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。在实际建筑设计中设计人员在遇到钢结构建筑中对所设计的建筑都做出特别的要求，比如涂刷防锈涂料，防火涂料属于油漆类。防火涂料一般做法为先刷红丹防锈底漆两度，再刷钢结构面漆两度(面漆颜色由甲方定)。另外对钢结构建筑的钢结构构件施工也有确定的要求，比如构件出厂前涂红丹防锈底漆一道;钢结构安装调整后，将其清洗干净，然后再刷一度底漆，两度面漆。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料但较为有效的防腐涂料还需外国进口，但随着我国综合国力的增强，相信未来定将会生产出更优秀的新型防腐涂料。
2.3保温问题
外部环境对建筑的热辐射主要从两个方面影响建筑的热环境：一是透过窗户进入室内，并被室内表面所吸收，产生了加热的效果;二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。由于玻璃可以让阳光直接射入室内从而迅速升高室温，特别是随着新型玻璃材料的不断出现，玻璃的热工性能逐步改进，建筑采光与建筑保温之间的矛盾已日趋淡化，“遮蔽”与“阻隔”走向平衡。所以对建筑的保温措施主要集中在外围护结构上，而目前对此解决办法有两种较为有效：
2.3.1研制、优化保温材料的构造，提高建筑热环境性能。例如在建筑物得内外表面或者外层结构的空气层中，采用高效反射材料，可以将大部分的红外射线反射回去，从而建筑物起到保温和隔热作用;此外还可运用高效节能玻璃，硅气凝胶，新型节能墙体材料，达到节能的目的。
2.3.2防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法。可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮，外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性。外保温作法对外表面的保护层要求较高内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。
2.4吸音问题
在一些建筑大厅中，尤其是在音乐厅中顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达听众的双耳，缺少侧向反射带来的围绕感。在这类建筑的设计中，需要综合考虑材料的使用，包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面。目前广泛地应用于音质设计和噪声控制中的解决途径是吸声材料和吸声结构。
2.5隔音问题
在当前城市人口密集化程度越来越大的今天，各种噪音污染为题愈发严重。为了能够还人们一个清静的生活空间， 加强噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。噪声规划、噪声控制等理论也逐渐演化开来。人们可以听到的声音都属于声环境范畴。人们可以听到谈话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等;但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪声。但主要是有安静要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室等建筑对隔声隔振要求非常高，需要专门的声学设计。对于旅馆、公用建筑、民用住宅人们对安静的要求也越来越重视。并尽量靠近声源，会提高隔声效果。一般隔声间外墙使用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门或吸声迷道等。
3、结语
总之，在现代钢结构建筑的设计中，必须要综合考虑多方面的因素来对其进行设计，包括建设方要求的高度、跨度需求，以及外观质量要求等。另外还要注意施工设计中重点考虑的细部连接问题、防火防腐问题、保温隔音问题等等。可以说，现代钢结构建筑的设计是具有很大科技含量的，这需要建筑设计人员自身具备较高的设计能力，并充分了解钢结构的特点以及其设计注意要点，通过精心设计来提高钢结构的设计水平，保证钢结构建筑的施工质量。
参考文献：
[1]董建设.小议现代建筑钢结构的设计与安装[J].中小企业管理与科技(下旬刊). 2010(03)
[2]张越.钢结构住宅结构设计问题探讨[J].黑龙江科技信息.2011(08).
钢结构建筑设计研究论文范文二：浅析高层建筑钢结构工程设计
【摘 要】目前随着高层建筑的不断兴起，在高层建筑的结构中，钢结构以其强度高、自重轻、抗震性好及材料可回收等诸多优点得以在高层建筑中广泛应用。由于钢结构在许多方面优于传统的混凝土结构和砌体结构，其不仅稳定性较好，而且可以在厂房加工完成后再到现场进行装配，有效的加快了工程建设的速度。目前在高层建筑中钢结构已得到广泛的应用。本文分析了现代钢结构的建筑特点和钢结构的设计原则，同时对钢结构在高层建筑中的应用进行了阐述，并进一步对钢结构设计中应该注意的问题进行了说明。
【关键词】高层建筑;钢结构;设计
1 现代钢结构的建筑特点
1.1 加工和安装一体化，成本较低，施工速度较快
由于钢结构建筑模数标准统一后，钢结构可以进行规模化的生产，而且构配件之间具有良好的通用性和互换性，这就加快了钢结构建筑的加工和安装一体化进程，有效的降低了建设的成本，施工速度加快，有效的缩短了工期，建筑企业可能更早的确保经济效益的实现。
1.2 钢结构使建筑更富功能化
钢结构的设计与功能一体化后，使钢结构建筑的功能性更有效的突显出来，可以有效的实现技术和艺术之间的相融性。
1.3 能够满足超高度和超跨度的要求
由于钢结构可以称为匀质体，无论其强度和弹性都较高，即使在相同的受力条件下，钢结构由于自身重量较轻，所以其可以做成跨度和高度都强于混凝土和木材等结构形体，目前超高层建筑的建设，就是利用钢结构的大跨度和较高高度的特点。
2 钢结构工程设计原则
2.1 钢结构设计的稳定
在进行钢结构设计中，其中稳定性是一个十分关键的问题，一旦设计中没有把握好稳定性这一关，则会带来不必要的损失。而导致设计中稳定性问题出现的原因通常都是由于设计人员自身的原因所导致，首先是缺乏相关设计经验，没有充分掌握结构和构件的稳定性概念，其次是对于一些新型结构不够了解，从而导致设计中薄弱环节的出现。
2.2 选择合适的基础方案
在进行钢结构设计时需要对工程的地质条件进行基础设计，确保所选择的基础方案的合理性，所以在设计过程中不仅需要具有详细的地质勘察报告，而且还需要对地基变形进行验算，确保基础方案的经济合理性。
2.3 结构计算简图和计算方法
在进行设计时需要对框架结构进行稳定计算，目前在进行单层和多层框架结构设计时，则只进行框架柱的稳定计算，但在实际施工过程中，框架的种类较多，所以在设计中需要设定典型条件，从而确保设计中的能够简化计算工作。
3 钢结构在高层建筑中应用
3.1 安装布置和结构的选择
钢结构并不是所有建筑都适合的，通常情况下平面较为规则的建筑则宜采用钢结构，其他一些较为复杂的轴线、扭转较大的住宅平面则不适宜采用钢结构。而在进行钢结构设计时还需要充分的考虑到建筑的负荷量，控制好水平位移，因此在设计时需要对抗侧力结构进行充分的考虑，如把楼梯间、电梯间墙体、单元分户墙、厨房和卫生间的墙体等设计成抗侧力结构。
3.2 对变形的设计考虑
抗侧力结构可以是钢结构，也可以是钢筋混凝土结构。当采用钢桁架作为抗侧力结构组成纯钢结构时，要按照以下规定进行：在风的作用下，层间位移1/400，顶点位移1/500;在地震的作用下，层间位移1/250，顶点位移1/300。因此，采用钢桁架作抗侧力结构就会增加用钢的数量，增加了工程造价。如果根据钢结构的限值1/300来控制整个结构的稳定的话，在地震的情况下，钢筋混凝土剪力墙就会出现损害，这样的设计考虑还是缺乏规范。若按钢筋混凝土剪力墙限值有1/800的控制力度时，钢梁、钢柱截面会因地震力加大而不断增加。
3.3 柱网的确定以及柱断面型式的选择
柱网的确定主要根据平面的分割情况、结合梁的位置和截面高度、以及钢梁的隐蔽方法来决定。通过外墙处的柱距可以确定柱网，处理好沿外墙钢梁和外墙窗上皮的高度关系，柱网就能基本确定。钢柱的截面型式分为三种：圆管柱、方管(箱形)柱和H型钢柱。其中，管柱内灌注混凝土，制作成钢管混凝土柱，其比钢筋混凝土的承载力高出很多，同时还能节省用钢。在节点的构造作法上，方管柱结构简单科学。但是，管柱在与钢梁连接上下翼缘部位，需要用横隔板的形成贯通节点，在一定程度上增加了操作的难度，也增加的工程造价。H型钢柱，当外包钢筋混凝土时形成钢骨混凝土柱。H型钢柱的加工和使用都比较简单，只是需要较多的钢材。
4 钢结构设计中应该注意哪些问题
4.1 钢结构的选型和布置
进行高层建筑钢结构设计时需要充分的考虑建筑条件、荷载能力、使用功能、制作安装和材料使用等因素的影响，而且在确保结构体系具有良好的抗震性和防火性。同时在使用钢结构进行布置时还需要根据钢结构的使用情况及性质来进行综合的考虑，要在唯钢结构的刚度的情况，使其受力均匀，减少建筑的扭转效应，同时确保各层的抗侧力强度，确保建筑的使用功能得以满足。
4.2 构件的选择
在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该要根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。
4.3 钢结构建筑的抗震设计
钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合跟那个结构的具体高度、体系和场地条件惊醒综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比较，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，高层钢结构因该采用全钢框架，当结构的刚度不足时，可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。
4.4 钢结构建筑的抗火设计
在利用钢结构进行设计时，需要对其抗火设计进行重视。尽管钢材是非燃烧材，但由于钢材具有较好的导热性，而且在高温下膨胀系数的增长会导致钢材强度丧失，从而使其在火灾中极其脆弱，所以需要对其抗火设计进行加强。
5 结束语
在高层建筑施工中，钢结构设计是整体工程中极其重要的部分，由于其具有其他结构所无法比拟的优点，所以在当前建筑行业中得到广泛的应用。而且随着设计水平的不断提升，高层建筑钢结构所存在的问题也将逐渐解决，这就有效的推动建筑行业的调整发展，使国民经济得以快速的增长。
【参考文献】
[1]葛家琪，张爱林，杨维国，张国军，王树，张玲.基于性能的大跨度钢结构设计研究[J].建筑结构学报，2011-12-05.
[2]刘任峰.钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J].中国建筑金属结构，2013-10-23.
[3]高志岭.现代钢结构建筑的设计分析[J].中国建筑金属结构，2013-10-23.
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