钢结构设计在民用建筑中的难点分析

摘要：本文从钢结构设计的稳定性与设计要点出发，分析了钢结构在民用建筑中的应用，针对钢结构设计在民用建筑中的难点进行详细探究。

关键词：钢结构设计；民用建筑；难点

中图分类号：TU318 文献标识码： A

引言

近年来，随着建筑行业的发展，钢结构运用在民用建筑中已经成为一种趋势，这是因为钢结构有着一些其他建材不具备的特点。虽说在民用建筑设计过程中对钢结构进行了应用，但是其兴起的时间并不是太久，应用的范围也不算广。

一、钢结构设计的稳定性与设计要点

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、钢结构稳定性的计算方法

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3、钢结构稳定性的分析方法

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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[1]。

二、钢结构在民用建筑中的应用

1、钢结构建筑的优点

1.1 有非常高的预工程化程度。预工程化钢结构建筑这个概念来自西方，它实现了材料加工和安装的一体化，能有效地降低材料耗损，从而节约工程成本。并且这种结构能节约施工时间，缩短工期，使建筑早日完工并投入到使用中。

1.3 钢结构使建筑具有艺术美，能满足人们审美的视觉需求。它在结构设计上，充分体现了材料的真实与结构的逻辑性，将技术与艺术完美的结合在了一起。尤其是现代化钢结构的发展，将结构的受力体系从平面发展到空间范围内，充分展现了钢结构的独特魅力。

1.4 钢结构具有节约成本，环保的特点。在现代建筑中合理使用钢结构，只要控制好钢结构施工技术，就能有效节约工程成本，建设高效优质低耗的工程。钢结构施工材料对环境的损害少，改建和拆建非常方便，对环境破坏小，污染也少，是一种新型的绿色环保建筑。

2、钢结构在民用建筑中的应用

三、钢结构设计在民用建筑中的难点探究

1、无法充分地发挥钢结构的多断面隐藏优势

在民用建筑钢结构设计中，由于技术人员和设计人员的职业水平还有待提高，因此其结构设计仍然比较单一。而过于强调施工的安全性，也让设计人员无法充分发挥想象力，导致结构设计出现了使用和审美上的质量缺陷，也不能充分展示钢结构的造型艺术魅力。因而，在设计时要高度重视装修细节，隐藏结构观感缺陷，改变目前钢结构梁柱和梁断形式，通过设计达到利用墙体和楼板等砌筑体隐藏钢结构的目的，使钢结构更加符合相关标准，满足建筑审美要求。

2、难以提高集成化程度

在钢结构设计中，对结构、维护体系、服务设施以及构件之间的关系没有协调处理，无法顺利将新的施工工艺运用到传统体系中，出现了新结构老体系的现象。这不仅导致钢结构无法正常衔接和协调，也降低建筑物的整体质量。同时，钢结构在民用住宅中的使用，没有很好地解决结构与墙体的冲突造成的安全隐患，且钢结构与防火、节能、隔音、保温以及轻质等方面的关系也很难处理，而这些又是衡量一个建筑物结构设计水平高低的标准，也是目前钢结构设计和施工中最难解决的问题，直接影响着整个建筑物的质量。由于新工艺与老结构之间的衔接无法协调，而在钢结构施工中，其结构设计是否科学合理直接关系着施工质量，因此这个问题已经成为众多钢结构设计人员密切关注的问题。要大力推广很更好地发挥钢结构的优势，必须提高结构设计水平，在钢结构设计中多于国外技术研究人员进行交流，并且聘用具有丰富实践经验的技术人员，结合他们在施工过程中遇到的难点，具有针对性的调整设计方案，及时解决存在问题，提高钢结构集成化程度，实现一体化施工，确保建筑物质量。

3、难以让楼板、管线以及钢结构墙体合理地交叉

钢结构设计中，很难避免专业管线从钢梁、墙体或者楼板等结构上穿过这种情况。在施工过程中需要在钢梁腹板上大量的开孔，由于开孔过程中必须要选择剪力较小的地方，或者是弯矩较小处，因而给结构设计人员的工作带来了挑战，在结构设计上要严格控制钢梁腹板的剪力点。而目前在民用建筑中，经常出现随处开孔的现象，这种操作具有危险性，会影响结构梁板的稳定性能，造成结构的安全隐患。在开孔施工中必须要慎重，一定要对设计进行反复审核，及时进行结构设计的加固，使结构不断满足住宅墙体楼板布设管线精度的要求。如果出现偏较大的情况，就必须要及时调整，避免不合理的管线交叉现象，以免影响墙体的隔音、保温和防渗透性能[3]。

4、难以全面地保证围板墙的质量

在民用建筑中使用钢结构时，在选材方面就具有一定的难度，要考虑材料的可重复、可循环和可再生性，最大限度的节约材料资源。施工中很多因素都会影响围护墙板的质量，导致外墙裂缝现象、建筑物漏水等问题。目前外墙板应用在钢结构民用建筑方面的规模和推广范围比较小，这主要是由于部分墙体墙板的施工成本比较高。与常规墙体造价相比，其单位建筑面积的投资额会增加60元/m2，且会伴随墙体和结构衔接不够融洽的现象，尤其是定型板材与不同建筑结构相配套的问题。板材的选择工作十分重要，如果板材使用不合理就会出现板与板之间衔接裂缝，造成严重的质量问题。

结束语

综上所述，钢结构兼有高强度、工业化程度高、施工过程速度快等优势，因此在民用建筑中迅速得到较为广泛的应用。尽管钢结构的发展还存在很多制约因素，但会随着人们不断提高对钢结构和相关技术的认识，不断完善相应的配套材料，使钢结构在民用建筑中取得更好的发展。