钢结构在高层建筑结构设计中的研究
摘要：近几年来，中国经济发展迅速，在良好的经济环境下很多行业都迎来了自己发展的春天。而在众多的行业中，建筑业是发展最快的行业之一，快速发展的工商业大大的促进了对于工业厂房的需求，与此同时，随着我国城镇化的快速发展，大量的城镇人口涌入城市，住房的刚性需求增大。而如今，在高层建筑行业中钢结构的设计与使用十分常见，也成为现阶段建筑行业发展的一个重要标志。本文就高层建筑结构设计中的钢结构设计进行探讨，以供参考。
关键词：钢结构；结构设计；要点分析 引言
上海世博会展馆的建设，对建筑、结构业内人士来讲是一个“万国建筑博物馆”，几乎所有的展馆均采用了钢结构，创造出了千姿百态形态各异的建筑风格，也说明钢结构可以设计出建筑艺术精品。作为低碳环保的绿色建筑，钢结构高层建筑理应为构建资源节约型、环境友好型社会发挥更大的作用。与钢筋混凝土结构相比，钢结构具有自重轻、强度高以及施工快等优点，因此，随着国家经济建设的发展，在大跨度空间、多层以及小高层住宅领域中，应用钢结构产品的领域不断扩大。从西气东送、西电东输、南水北调、青藏铁路、2008 年奥运会场馆设施、钢结构住宅、西部大开发等建设实践来看，一个发展建筑钢结构行业和市场的势头正在我国出现。
一、钢结构工程的优点
相比于传统的砖混结构来说，钢结构高层建筑的优势十分明显。①钢结构高层建筑的施工速度快，施工时间短。就房地产市场而言，现在很多业主所买的都是期房，对交房时间看得很重。如果采用大量砖混结构的建筑的施工时间是三年，那么采用钢结构的高层建筑的施工时间至少可以减半。这在很大程度上大大地提前了房地产开发商的交房时间，也能够让业主早日迁入新房。②钢结构高层建筑物的格局比较个性化，造型相对更丰富。钢结构高层建筑的内部空间，除了住宅类建筑内的卫生间以及厨房是固定的以外，其余空间格局都可以随意进行改变，而传统砖混结构的建筑却不具备此功能。③建筑物室内面积的利用率高。钢结构高层建筑的室内格局比较灵活，不会像砖混结构那般有诸多，因此业主可以对室内空间随意进行设计，最大限度的提升室内空间的利用率。④钢结构高层建筑的抗震性能比砖混结构建筑更为突出。如日本等地震频发国家多是采用的钢结构高层建筑，其抗震效果极佳。⑤钢结构高层建筑能够起到较好的节能环保作用。在传统砖混结构建筑施工建设中，所使用的建筑材料以及辅助材料会消耗很多的自然资源，造成资源浪费。而使用钢结构高层建筑，则可以免去支模施工等工序，同时还可以节约极多的边角料，在节能的同时还能最大限度地降低建筑工程施工建设中对环境的影响和破坏。
二、钢结构的设计难点
（一）、加强对钢结构受力体系以及细部节点的设计
在钢结构方案确定以后，必须要立即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，对于钢结构高层建筑的细部节点设计而言，钢结构高层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。很多时候，细部节点的设计直接决定着钢结构的整体质量。在细部节点设计中，除了要确保其满足结构受力要求之外，还必须要充分考虑钢结构安装的便利性以及可行性。
（二）、判断钢结构的适用性
现今建筑行业中，钢结构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。
（三）、钢材的选择
对于钢结构设计来说，选材是一项极为重要且难度较大的工作。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高层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高层建筑的功用。
三、钢结构设计的注意事项
（一）、理解钢结构设计使用年限、设计基准期和建筑寿命的概念
钢结构设计使用年限、设计基准期和建筑寿命的区别。所谓的设计的年限，通常是指在设计之初规定的时间之内，该项产品不会出现大的问题进行大型的维修，只需进行日常的维修保养即可，就能达到设计之初的设计理念。对于设计基准期，是指在设计的过程中确定活荷载代表值选用的时间参数，根据某一特定的区域与关系，进行不同年段进行统计，确定其失效率，最后定下基准。在我们这里提到的建筑的寿命，指的是建筑最终的使用时间，一般情况下，这个时间是按建筑开始，一直到完全报废退出历史的舞台的整个的时间。在我们的如今的钢结构设计中这几方面的参数数据是不可缺少的。
（二）、区分钢结构设计的承载能力极限状态和正常使用极限状态
承载能力极限状态是指结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适宜继续承载的变形。正常使用极限状态指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的
某项规定限。钢结构设计中，对承载能力极限状态进行严格的控制，保证结构不发生安全破坏；对正常使用极限状态，要结合建筑物的安全等级，使用功能等要求进行有效地控制。既满足建筑物的使用要求，又要兼顾建筑结构的经济性。
（三）、钢结构制图注意事项
钢结构的设计图纸和很多的设计图一样也是分为两部分，设计之初的设计图和施工图两部分，我们严格按照设计审核的相关的规定，图纸的设计者主要的方向是在设计图方面进行深入的钻研探索，钢结构的相关的施工单位根据实际的工程方向进行设计。在设计的过程中这两部分的设计人一定要进好工作的协调工作，互相渗透自己的思想理念，达成共同的目标，以保证工程的进度顺利地实施，最后达到工程的目的。
四、钢结构设计细节
（一）、施工图设计
根据工艺、建筑要求及初步设计等，并经施工设计方案与计算等工作而编制的较高阶段施工设计。施工图作为方案设计的后续，其使得建筑设计作用更加贴近生活和施工。因此，要求设计师要加强对生活的体验以及对建筑规范的透彻理解。通过一年多对大量施工图的设计，屋面排水和节点大样是施工图设计的难点所在。如：在设计地下车库以及人防工程的时候应当加深对《高层建筑防火规范》的理解，提高对楼梯梯阶净高的认识，以及布置的卫生间一定要满足人性化的需要等。
（二）、施工图详图设计绘制
钢结构设计制图作为钢结构工程的基础和指导，对钢结构工程的质量和进度有着直接的影响。钢结构制图从内容和形式上分为钢结构设计制图阶段划分和深度、绘制钢筋结构设计图以及绘制钢结构施工详图等。钢结构详图的绘制工作是为钢结构的制作与安装提供准确、完善、美观的图纸资料。施工图按系统的划分，可分为单跨厂房和多跨厂房；单跨厂房又可分为：钢柱及柱间支撑系统、吊车梁系统、屋面系统及墙面系统等不同的系统。多跨厂房中：钢柱及柱间支撑系统或墙面系统以“列”为单位，吊车梁系统或屋面系统以“跨”为单位进行系统划分。施工图详图应包括：建施图、结施图、水施图、电施图、总平图、消防总平图等。建施图包括：图纸目录、建筑总说明、系统（平面、立面）图；结施图包括：图纸目录、结构总说明、系统（平面、立面）结构布置图及相应构件详图。
结束语
目前，钢结构的设计取得了一定的成绩但是还有很多的问题存在，想要更好地发展，我们还要不断的走下去，一步一个脚印的解决问题，不断地满足市场的需求，用先进的科学技术说活，我相信在不久的将来我们的钢结构设计一定会取得更大的成绩。
参考文献
[1] 邱鹤年.钢结构设计禁忌及实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2] 曾裕林.空间网格结构计算机辅助设计系统研究[D].湖南大学，2003.
