浅谈钢结构在公用建筑设计中要点

摘 要：文章介绍了钢结构建筑的结构特点，结合公用建筑的设计要求造的要求对其抗震性能进行了细致分析，并且探讨了钢结构在公用建筑设计中的发展方向。

毕业论文网 　　 关键字：钢结构；公用建筑；设计要点 　　Abstract: : This paper introduces the structure of the steel structure building features, combined with the design requirements of public buildings which is made of the seismic performance requirements in details, and probes into the steel structures in public construction design of the development direction. 　　Key Word: steel structure; public architecture; key points of the design 　　 　　 中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号： 　　 　　 一、钢结构公用房屋的特点 　　 以钢结构为主的公用建筑是以钢结构为骨架、然后再配上各种复合材料或者轻型墙体组合而成的建筑结构。

在设计钢结构公用建筑之前必须经过严格的地质勘探才能最终决定结构设计以及钢筋、砖石的应用数量。

在勘探过程中几个主要的考虑因素包括土质、浅层土质承载力，地震带分布、气候因素、温差变化等。

比如土质差、浅层土承载力低的建筑场地需要采用桩基础或者厚度大的钢筋混凝土，所需的含钢量随之增大。

位于地震多发带的建筑场地，钢结构的筏板则需要增加钢筋配置以达到抗震效果。

由于钢结构在稳定性以及施工操作上都普遍优于传统的混凝土建筑，所以现如今钢结构已经在各种类型的公用建筑中得到了广泛的应用。

虽然相比传统的混凝土结构，钢结构在韧性、强度以及质量上都有很好的优越性并且能够表现出很强的抗震性能。

但是如果钢结构公用房屋在设计、材料选用以及施工制作和维护上稍有不当，则钢结构自身所具有的优越性就难以发挥，在地震作用下就会造成结构局部破坏甚至整体倒塌等灾难性后果。

由此可见，虽然钢结构公用房屋具有很多优点，受到震害的影响要远远小于混凝土结构的房屋，但对于房屋的设计以及施工过程却有着十分严格的要求，由于焊接、连接以及冷加工等工艺技术以及外部环境的影响以及后期维护不当，就很可能造成结构的破坏。

因此，根据钢结构房屋在历次地震中的破坏形态归纳为以下几类： 　　 （一）结构倒塌 　　 结构倒塌是地震中钢结构公用房屋破坏最为严重的形式。

其中于结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀所形成的结构薄弱层是引发结构坍塌最主要原因，这就要求在设计过程中应该尽量做到结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度的合理分布。

（二）节点破坏 　　 节点破坏是高程钢结构房屋在地震中发生最多的一种破坏形式。

由于钢结构连接一般采用铆接或者焊接形式连接，如果在节点的设计和施工中，结构或者焊缝存在缺陷，节点可能存在受力过于集中，一旦发生地震，就很容易出现节点破坏。

由地震引发的梁柱节点破坏现象主要表现为铆接以及焊接部位断裂、腹板断裂或者加劲板变形等。

（三）构件破坏 　　 钢结构公用房屋构件破坏的形式主要有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。

支撑的破坏与失稳是指当遇到强度较大的地震时，支撑构件由于承受反复拉压的作用力，一旦作用力超过支撑构件的临界力时，就会出现损坏或者失稳；而对于梁柱局部破坏来说，框架柱主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂甚至框架柱会出现水平裂缝或者断裂。

框架梁，主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。

（四）基础锚固破坏 　　 钢构件与基础的锚固破坏主要表现为脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等，在地震的作用下这种破坏形式也经常发生。

二、钢结构在公共建筑的设计要点 　　 钢结构建筑的设计构思强调其技术应用的可行性，钢结构的公用建筑在设计方面力求达到建筑构思与钢结构的融合统一，这一方面体现在常规建筑的构思理念，另一方面是要灵活掌控钢结构这种建筑材料的性能。

因此在设计的同时需要结合结构工程、材料工程以及机械设备的相互配合，从而确保钢结构公用建筑能够在现有的技术条件按下进行施工。

结构稳定性是钢结构房屋的设计要点之一，由于钢结构是区别于其他结构体系建筑的一大特色，所以钢结构整体稳定性直接影响着建筑设计的成败。

在地震作用下建筑物的破坏机理和破坏过程十分复杂，所以要对高层钢结构房屋进行严密的抗震设计。

（一）钢结构公用房屋的结构类型 　　 结构类型直接影响着钢结构公用房屋的抗震性能，所以在进行实际工程设计时，需要综合考虑多种因素对方案进行优化设计，在优化过程中确定最佳的结构体系。

现阶段，我国钢结构公用房屋的结构体系主要可以分为框架结构、框架支撑结构、框架抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等。

（二）钢结构公用房屋结构布置原则 　　 钢结构公用房屋的结构体系和结构布置的选择关系到整体建筑结构的安全性、适用性以及经济性。

和其他类型的建筑结构一样，钢结构公用房屋应该尽量采用规则的建筑方案，当结构体型复杂、平立面不规则时，可根据实际情况在适当部位设置抗震缝，从而形成多个规则的抗侧力结构单元，由于钢结构可耐受的结构变形大于混凝土结构，一般来说不宜设抗震缝，必须设置时，应该将建筑物分割成规则的结构单元。

（三）简化结构平面的布置 　　 钢结构公用房屋的平面布置应该简单、规则和对称，确保结构具有良好的整体性。

为了避免在遭遇地震的情况下钢结构公用房屋由于发生扭转和应力集中或者塑性形变集中或者因局部削弱或者突变形成结构薄弱部位。

另外，还应使各层刚心和质心尽可能处于同一竖宜线上，可以有效地减小扭转作用对建筑的影响。

另外，还应该注意钢结构公用房屋的楼盖应该采用压型钢板现浇混凝土组合楼板或者非组合楼板。

对于钢结构公用房屋还应该设置地下室，因为地下室可以有效地提高上部建筑结构的稳定性、增强其抗倾覆能力以及增加结构下部整体性、减小沉降从而提升整个钢结构公用房屋的抗震性能。

在设置地下室的基础形式时应该根据上部建筑结构以及地下室情况、工程地质水文条件很施工环境等因素综合确定。

（四）钢结构公用房屋适用的最大高度和高宽比 　　 高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比。

在抗震结构体系中，根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度。

钢结构的高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数，它直接影响着结构刚度、侧移以及振动形式。

当高宽比值较大时，可以使结构产生较大的水平位移，而且由于倾覆力矩使支撑柱产生很大的轴向力。

因此需要限定钢结构房屋的最大高宽比值，使其保持在一个合理范围内，超过时应该进行专项研究，采取必要的抗震措施。

（五）用新技术、新材料建造钢结构公用房屋 　　 钢结构公用房屋要充分运用新技术、新材料以及新的建筑构造型式来提升整体建筑的安全质量和使用寿命。

例如给钢结构表面涂刷具有保护作用的涂料不仅可以防止钢材的腐蚀而且还有助于提高整体建筑的安全性。

此外公用建筑与普通住宅以及商业建筑不同是为广大人民设立的建筑类别，不仅在建筑风格上要突出以人为本切近使用者的生活方式和审美习惯，还要在质量上严格把关从而能够更好地突出建筑的使用功能。

三、结束语 　　 随着钢结构在建筑当中的普及推广，越来越多的市政工程、医院等其它公用建筑开始以钢结构的形式建造，尽管钢结构公用建筑与传统的混凝土建筑相比在施工技术以及的结构稳定性上都有明显的优点，但是在目前频发的自然灾害的影响下，钢结构公用建筑也会出现不同程度的损害。

所以就需要设计者仔细分析钢结构公用建筑的设计要点，本文主要从结构设计、结构构造、材料质量、施工质量以及日常维护等方面对钢结构公用房屋的设计要点进行分析，用更加优化的设计方法来提升钢结构公用建筑的稳定性，从而有效地避免自然灾害带来的损失。

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