多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与分析

摘 要：钢结构体系与其他住宅体系不同，通常采用的是装配式结构，这种结构的主要优势是施工速度快，布局限制小，由多层水平楼盖和竖向墙组成，多层钢结构模块与钢框架复合对现代建筑施工起到了非常重要的引导作用。本文主要针对多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计进行详细分析。

关键词：多层钢结构模块；钢框架复合；建筑结构设计分析

1 前言

在现代建筑工程施工中需要及时根据建筑自身特点来设定目标函数，建立钢框结构框架，优化结构设计模型，在此基础上，采用钢结构复合法来编制相应的优化程序，不仅提高了工作效率，还促进了建筑结构设计水平的进一步提升[1]。目前我国的建筑结构通常是多层建筑，混凝土结构对建筑总造价起到了决定性的影响，所以在规范化施工的前提下，必须要强化施工过程管理，加大对建筑结构设计过程的监督，及时进行钢结构住宅设计优化，减少钢结构的使用量，这样一来，不仅减少了成本投入，还有效推动了我国建筑工程的更好发展。在钢结构设计的过程中主要采用了钢结构设计软件，由于设计过程周期长，费用高，因此这种软件目前没有得到广泛应用。及时进行钢结构设计优化，采用综合性的优化算法来提高优化策略，有效改善应力指标，在保障质量的前提下尽可能降低工程造价，切实做到了经济、安全[2]。

2 钢结构建筑的主要特点分析

抗震性强，建筑工程中使用的钢材的强度比普通砌体、混凝土的强度要高出十几倍，同时在荷载力相同的情况下，需要的构件面积很小[3]。以钢结构为主要设计的现代住宅是将钢柱为骨架，并使用了轻质型墙板，因此这种钢结构建筑的重量仅相当于普通混凝土建筑重量的百分之七十，同时具有很好的延展性，抗震性能较强，从而延长了建筑结构的使用寿命，由于我国是一个地震多法的国家，因此目前钢结构在多层建筑中得到了普遍应用。钢结构的施工周期较短，所有的构件都是由正规厂家统一生产的，只需要在施工前将其及时运送到现场即可，产量质量高，安全性高，施工速度快，比传统建筑节约一半的时间。施工中受到自然环境的影响很小，从一定程度上降低了工程造价[4]。

3 多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计的相关研究

3.1 复合建筑结构设计的主要思路

在设定空间内，采用无约束算法来优化钢结构建筑设计，及时设计变量，找到复合形定点，在此基础上，去掉目标函数最大值对应的最坏点，将其取代最坏反射点，得到了映射点，由此构成了一个复合形钢结构建筑。在重复以上操作中，复合形位置逐渐向最优点靠近，最后将目标函数中的最小点来作为最优点[5]。在设定的空间内组成一个复合形，继而经过反射、延伸、收缩等操作，顺利替代了复合形中目标函数的最大值，在逐步缩小的前提下，复合形接近最优点。

3.2 钢结构的主要设计类型

钢结构建筑主要采用的是成本低廉的碳素结构作为梁柱，如：工字型、箱型、H型等，选用不同厚度的钢板来进行设计，及时按照设计要求来进行焊接加工，促进钢结构成型，并对其不同结构的受力情况进行科学计算，有效节约了钢材。采用了轻型钢结构、薄型钢结构，结构厚度约为2mm到6mm，从而制作成不同截面形式的钢结构，合理的利用材料，有效提高钢结构的强度，将薄形钢材作为主要支撑构件，合理的利用钢材强度，在日常工作中将薄形钢制品的厚度控制在1.6mm以下，保证钢结构受力情况均匀。预制板结构：预制板机构主要用于楼板、承重墙、屋面板，在施工中将需要使用的构件提前制作好，然后将其运输到现场就可以完成建筑钢结构施工，目前这种结构更多的被应用于多层建筑中。

3.3 构件连接方式

在梁柱连接的过程中主要有交接，半刚接这几种形式，制作过程较为简单，只需要设置支撑结构就可以起到提升整个结构稳定性、安全性的良好作用。在半刚性连接的环节，需要及时掌握其受力情况，及时实际经验来进行操作，避免出现质量问题。保证梁柱构件尽量大，从而便于安装，将梁柱单根长度控制在10m到12m之间，对于梁柱的连接部位要及时固定好，避免不稳定，及时调整设计方案，将人员安全放在首位。

3.4 钢结构建筑设计中的注意事项

由于配套管线数量较多，因此要采用暗敷方式进行，避免多条管线交叉，确保墙体施工与管线敷设的同步进行，将施工工期控制好，科学的布置建筑布局，在此环节主要是对管线的排放、墙面装修等施工质量作出合理管控，尽量减少管线敷设、墙体施工对人员日常活动造成的影響[6]。采用专门的切割工具来进行开槽施工，积极使用质量过关的材料，保证结构在遭受破坏后便于修复。做好防水防渗，要注意钢结构建筑的防水防渗工作，结构设计之前要及时制定合理有效的防护措施，避免墙体渗水，合理的选用隔热、防水材料。

4 结束语

多层钢结构模块与钢框架复合对现代建筑施工起到了非常重要的引导作用，因此需要及时建立钢框结构框架，了解复合建筑结构设计的主要思路，采用无约束算法来优化钢结构建筑设计，及时设计变量，从而找到复合形定点。保证钢结构受力均匀，合理的利用材料，有效提高钢结构的强度。明确.构件连接方式，通过设置支撑结构来提升整个建筑结构的稳定性、安全性，及时调整设计方案，将人员安全放在首位，制定合理有效的防护措施，合理的选用隔热、防水材料，充分体现复合形钢结构建筑设计的经济性与有效性。

参考文献：

[1] 张鹏飞，张锡治，刘佳迪，等.多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与分析[J].建筑结构，2016（10）：95～100.

[2] 王惠艳.基于物质点法多层钢结构复合建筑研究[J].辽宁科技大学学报， 2016（5）：385～391.

[3] 徐冰冰.新型多高层钢结构箱式模块建筑的设计[J].建筑建材装饰， 2017（22）：26.

[4] 何亚利，赵明洋.多层钢结构框架建筑结构设计探索[J].城市建设理论研究，2014（12）：27.

[5] 李荣生， 李超.“钢结构箱式模块化建筑”未来装配式建筑发展的重要方向--深圳“前海创新商务中心”项目A、B组团设计之思考[J].建筑工程技术与设计，2016（22）：24.

[6] 刘学春，徐阿新，张爱林，等.模块化装配式高层钢结构节点静力性能分析与试验研究[J].工业建筑，2014（8）：27～34.