对房屋建筑钢结构设计中应注意事项的分析
0 引言
钢结构在使用功能、设计、施工，以及综合经济方面与砖混结构和混泥土结构相比都具有一定优势，在建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面：自重轻、抗震性能好；施工方便、工期短；综合造价低；符合住宅产业化和可持续发展的要求。因此，钢结构建筑发展迅速。但是，目前一些钢结构项目设计方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，不符合中国国情。那么，钢结构设计应注意哪些问题呢？下面作者将进行简单分析。
1钢材、焊缝质量等级的正确选用
在钢结构设计文件中，应当注明所用钢材的质量等级(包括相适应的焊接材料型号)，并对焊缝质量提出质量等级要求。
钢结构房屋所使用的钢材应当具有抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验和硫、磷含量的合格保证：对于焊接钢结构，尚应具有含碳量的合格保证。在地震区，钢结构所使用的钢材，除了具有上述合格保证外，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)还要求它们具有冲击韧性的合格保证。为保证结构有必要的安全储备和足够的塑性变形能力，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)还对钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值、伸长率的限值和良好的可焊性等物
理力学指标做出了明确的规定，并要求写入设计文件中。
通常，钢结构的主要受力构件宜采用Q235B及以上等级的碳素结构钢和Q345B及以上等级的低合金高强度结构钢。不建议使用质量等级为A级的钢材，原因是这种类型的钢材不保证冲击韧性和延性性能，Q235A级钢材还不保证焊接要求的含碳量限值。
在钢结构中，焊接连接已成为钢结构连接的最基本方法，焊缝质量的好坏直接影响到结构安全，所以应当根据结构或构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况，确定焊缝的质量等级。
一般来说，板材的对接焊缝，承受动力荷载构件(如吊车梁)的较重要的焊缝，需作疲劳验算的焊缝，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝(如框架梁、柱及其连接节点的对接焊缝，工字形截面与其端板的对接焊缝)，其焊缝应采用坡口全熔透对接焊缝，其焊缝质量等级不得低于二级。其他部位的焊缝，一般均可采用角焊缝。角焊缝由于应力集中现象严重，内部探伤亦很困难．其焊缝质量等级一般只能是三级，其中某些重要角焊缝可允许要求其外观缺陷符合二级的要求。
2门式钢架房屋的温度区段内应按规范设置的空间稳定支撑体系
(1)应将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间内，形成的空间支撑体系，既利于抗震，又给施工安装带来方便。
(2)将屋面横向水平支撑设在端部第二个开间的同时，应在端跨相应位置设置刚性纵向系杆，使山墙的风荷载等水平力能可靠传递。
(3)屋面支撑的布置应与山墙抗风柱的位置相协调，使抗风柱的柱顶反力能直接传到屋面横向支撑的节点上，使山墙处屋面系统受力简单化，从而保证结构的安全。
(4)屋面横向水平支撑的直腹杆(包括屋脊处和柱顶处)应按刚性系杆考虑。采用檩条兼做时，应对檩条的刚度和承载力进行验算。否则，檩条很难起到刚性系杆作用，因为常用的Z形或C形冷弯薄壁型钢檩条侧向刚度很差，直接影响到房屋的纵向受力和传力性能。当檩条无法起到刚性直腹杆的作用时，通常应在屋脊处、柱顶处以及屋面设置横向水平支撑直腹杆，在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的刚性杆件，以保证房屋纵向结构安全可靠地工作。在刚架转角处(边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋相应位置的中间柱柱顶)的刚性系杆应沿房屋全长设置。
(5)屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时，宜设张紧装置，当荷载较大时，柔性圆钢拉条宜改为型钢。
3实腹式门式钢架应按规范设置隅撑
在檩条或墙梁与刚架的连接处，在斜梁下翼缘的受压区或刚架柱内侧翼缘的受压区，至少每隔一根檩条或墙梁应设置按受压构件设计的隅撑，将檩条或墙梁与翼缘受压区直接连接起来。采用双层屋面板时亦应设置隅撑。
值得设计人员注意的是，隅撑虽小，但作用很大，它是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。如果工程未按规范要求设置隅撑，或者设置得很少，或者设置得不当．这都将影响刚架的整体稳定性，危及结构的安全。
4压型钢板轻型屋面拉条的合理设置
对于有檩体系的压型钢板轻型屋面，为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转，通常在檩条间要设置拉条和撑杆作为檩条的侧向支点，以保证檩条的侧向稳定。拉条按拉杆设计，撑杆按压杆设计。拉条和撑杆不大，但作用不小，设计人员必须十分重视。
5楼面结构设计
(1)钢结构房屋和混凝土结构房屋由于材料性质不同。温度伸缩缝区段长度差别很大。例如现浇混凝土框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度最大为55m，钢
框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度约为120mm。为了防止或减轻混凝土楼板开裂．钢框架结构房屋采用现浇混凝土楼板时，原则上仍应按混凝土结构的要求留设温度伸缩缝。只有当采用设置施工后浇带和其它减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以适当增大温度伸缩缝区段长度。
(2)压型钢板组合混凝土楼板，除了按计算(并满足构造要求)在钢梁上焊接栓钉外，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施。其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。由于产品规格的，目前国内带纵向波槽的压型钢板和带压痕或开小洞的压型钢板不多。所以，当无法采用上述这两种板犁时，要实现压型钢板和混凝土的连接，可在压型钢板上焊接横向钢筋。而且在任何情况下，压型钢板端部必须焊接栓钉。
(3)当框架型钢梁(无压型钢板底模的非组合梁)直接支承现浇混凝土楼板时，应在钢梁上焊接构造抗剪连接件，通常采用弯筋连接件。弯筋连接件的钢筋弯
折方向应与混凝土翼板对钢梁的水平剪力方向相同。
(4)在框架梁柱连接处。当柱截面尺寸较大时，通常应在梁端之间焊接45°的角钢支托来支承压型钢板，但在混凝土板顶面，规范并未要求采取任何加强措施。钢框架梁柱节点处的混凝土板位于负弯矩区，受力较大且复杂，钢柱的存在使该处混凝土楼板不连续。因此笔者认为，当钢柱截面尺寸较大时。应当像混凝土楼板开洞时洞边加强的处理办法那样，通过设置加强钢筋来加强该处的混凝土楼板。
6网架结构的计算
实际工作中，设计人员通常将网架和下部结构分开计算。计算时，假定网架支座刚度为无穷大，因此所有支座刚度相同，算出支座反力后再加到下部结构上。
实际上，下部结构可能是柱，也可能是梁，也可能是其它结构形式，不仅刚度是有限的，而且刚度差异可能很大。在这种假定条件下，算出来的网架内力和支座反力及下部结构内力与采用网架支座刚度为实际刚度且上、下部结构共同工作的力学模型所计算出来的结果肯定是不相同的，因为超静定的网架结构的内力和反力分配与结构刚度分布有关。网架和下部结构分开计算会导致不合理的结果。那么为什么出事故的工程只占少数呢?这是因为钢网架结构是高次超静定空间结构，钢材又是非常理想的弹塑性材料，个别杆件出现超载达到流限，会立即发生塑性内力重分布，使该杆件不至于断裂破坏。这正是钢网架结构的重要优点之一，但不应因此就认为分开计算是正确的。
7钢结构房屋的抗震设计
钢结构房屋抗震设计时，应根据设防烈度、结构类型和房屋高度，采用不同的地震作用效应调整系数，并采取不同的抗震构造措施。抗震构造措施主要是控
制柱和支撑的长细比，控制梁、柱及支撑杆件板件的宽厚比，控制梁柱连接节点的构造要求，包括设置加劲肋、设置侧向支撑，包括连接焊缝的质量要求和高强度螺栓连接的构造要求等。
设计人员应注意，抗震设计时不仅要满足《钢结构设计规范》(GB50017--2003)中的有关要求，还应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中的有关要求。
8 钢结构的防护
建筑钢结构的防护主要包括两个方面，即防腐蚀和防火及隔热。有的设计人员往往在这两个方面注意得不够。没有在设计文件中加以强调和说明。
设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和涂料及涂层厚度；柱脚在地面以下的部分应采用混凝土包裹，受侵蚀作用的柱脚不宜埋人地下；钢结构构件的防火保护层厚度应根据建筑物的耐火等级和构件的不同耐火极限进行设计；受高温作用的结构，应根据不同情况采取相应的隔热防护措施。
做好建筑钢结构防护是保证钢结构房屋耐久性和正常使用的关键，应引起设计人员的足够重视。
9结束语
结构设计在一个良好的工程中至关重要。钢结构在工程中有很多优点，并且已经在我国的建筑领域广泛应用，但是它的缺点也是不可忽视的，所以在设计过程中要全面考虑各方面的因素，才不会在日后的使用中出现问题。
