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建筑钢结构工程的设计原则及其设计要点


建筑钢结构工程随着城市化建设的不断推进,高层及大型建筑越来越多,使得钢结构工程应用日趋增多。基于此,本文对钢结构工程的设计原则及其设计要点进行了探讨分析,并对建筑钢结构工程的注意事项进行了探讨分析。

一、建筑钢结构工程的设计要点

1.钢结构工程的立面设计。传统钢筋混凝土结构工程通常设计大量的采光窗,而大量的采光窗会破坏墙面的线条造型,建筑钢结构工程则不会受此困扰。轻钢结构屋面则大量使用屋面采光板,不仅采光均匀,而且不会破坏墙面的线条造型,既适用又美观,目前非常适合联合型建筑,顺便也解决了建筑的通风问题。建筑钢结构工程的立面设计主要由工艺布置来决定的,立面要求简洁恢弘,同时简单统一突出重点。设计师们往往为了突出建筑结构的重点,会在建筑入口、外天沟或者收边泛水的地方使用跳跃性色彩和冷色调,起到画龙点睛的作用,勾勒出建筑钢结构工程体态轻盈、色彩丰富,给人耳目一新的感觉。

钢结构工程

2.钢结构工程的温度伸缩缝设计。建筑钢结构工程的温度变化会导致钢结构工程发生形变,因此需要设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的设置有两种:一种是横向设置温度缝,另一种是纵向设置温度缝,选择哪一种设置则根据具体建筑设计情况而定。温度缝的设置就把建筑分为了若干个温度区段,钢结构设计规范则决定了每个温度区段的长度。其中处理温度伸缩缝的方法又有两种即双柱设置法和单柱设置法,一般选择前者来处理。倘若设置的是纵向温度伸缩缝,可在屋架支座处设置一个滚动支座,倘若设置的是横向温度伸缩缝,则可在框架梁与檩条连接处采用槽钢夹板滑动方式或者椭圆孔滑动方式。

3.钢结构工程的保温隔热与防火设计。建筑钢结构工程的导热性能特别好,当其处于不同温度的环境下,钢结构的抗拉强度和塑性都会有所变化,大致分为四个层次:一是受热温度在100℃以上;二是受热温度在100~250℃之间;三是受热温度在250~500℃之间;四是受热温度在500℃以上,并且在这四个温度区间钢结构的抗拉强度和塑性会发生不同的变化,随之对钢结构产生不同程度的影响。其中当钢结构所处温度在第二到第四区间时钢结构会分别出现蓝脆现象、徐变现象、钢材节后塌落。

4.钢结构工程的防腐设计。钢结构工程中的钢材主要组成部分是铁、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁以及其他化合物,其中有些物质暴露在空气中时就会被空气氧化还原发生质变,即称腐蚀。所以,当空气中有腐蚀性介质或者钢构件处在潮湿的环境下而未对钢结构作出相应的保护措施时,建筑钢结构工程的锈蚀就会愈加明显。钢结构锈蚀轻微时会使钢材发生形变,比如使钢构件截面厚度发生变化,或者在构件表层形成锈坑层等,严重时甚至使钢构件结构发生大的形变,因此建筑钢结构工程设计时需要加强结构腐蚀设计。

钢结构工程

二、建筑钢结构工程设计的注意事项

(1)钢结构适用性判断的注意事项。通常钢结构工程多是用于跨度和荷载较大、体型复杂的高层建筑中。要求其能够承受较高的温度、方便拆卸、能够承受大幅度的振动、密封严实,因此在钢结构设计之前必须要对这些方面进行全面的分析,考虑所设计的钢结构是否适用、能否满足要求。

(2)钢材选择的注意事项。建筑钢结构工程设计中的选材非常重要且难度较大。究其原因,一方面是我国钢铁工业迅速发展,钢材的种类繁多,要从众多的钢材种类中选出适合某种建筑工程的钢材是有难度的;另一方面是因为目前钢结构建筑的种类也在不断增加,不同建筑物对钢结构的强度、变形度、疲劳应力等方面的要求也不一致,因此选择合适的钢材显得至关重要,否则就不能发挥出钢结构建筑的功用。

钢结构工程

(3)建筑钢结构工程受力体系以及细部节点设计的注意事项。建筑钢结构工程设计方案确定后,需要对钢结构的受力体系以及细部节点进行具体的计算和完善。首先,针对钢结构受力体系设计而言,现今很多钢结构都是采用的杆系结构,这种结构要求钢材强度大、截面尺寸小;在生产的时候可以在现场组装、构件之间的约束作用小。因此其设计的重点是保证构件节点之间的连接稳固性。其次,对于钢结构建筑的细部节点设计而言,钢结构建筑的设计要求细致且设计内容复杂,都需要对细部节点进行严格的设计。

科技的进步发展,使得建筑钢结构工程的应用范围日益广泛,其不仅用于轻钢结构和大跨结构,更多的应用于高层建筑中,与混凝土结构相比,其具有自重轻、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的优点,因此对其结构设计进行分析具有重要的现实意义。

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