建筑結構設計發(fā)展提倡采用概念設計思想來促進結構工程師的創(chuàng)造性，推動結構設計的合理性。一般大型工程經(jīng)常要求大空間，或建筑造型新穎，設計師往往會考慮鋼結構，而鋼結構工程對結構設計師提出了更高的要求，它不但要設計出安全、可靠的結構型式，還要盡量壓縮施工周期，節(jié)約成本。本文主要介紹了廠房結構設計工作中鋼結構設計的一些經(jīng)驗。
1 判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動或經(jīng)常裝拆的結構。直觀的說：大型廠房、大廈、體育館、歌劇院、電視塔、工廠和臨時建筑等，這是跟鋼結構自身的特點相一致的。
2 結構選型與結構布置
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“ 概念設計”，它在結構選型及布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理和工程經(jīng)驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。由于大型廠房專業(yè)多、配合多、工藝復雜等特殊性，為了滿足工藝專業(yè)的功能需要，經(jīng)常需要構思出一些非常規(guī)的結構類型，這就需要一定工程經(jīng)驗的積累及對“概念設計”具備一定深度理解的工程人員，發(fā)揮主觀能動性，設計出經(jīng)濟、實用的工程。
結構選型時，應考慮它們不同的特點，在工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架。基本雪壓大的地區(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落，降雨量大的地區(qū)類似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比純框架有更好的經(jīng)濟性。結構的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻，力學模型清晰，盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎，柱間抗側支撐的分布應均勻，其形心要盡量靠近側向力的作用線。否則應考慮結構的扭轉。
框架結構的樓層平面次梁的布置，有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時會超限，此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。
3 預估截面
結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。
鋼梁可選擇槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等，根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1／20 ~1／50之間選擇，確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。
柱截面按長細比預估。通常50
4 結構分析
目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，設計院一般會有STS，3D3S等鋼結構計算分析軟件。有些可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結構提供了條件，復雜結構需要兩種以上軟件建模計算分析。
5 工程判定
要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做“工程判定”。比如，評估周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)“工程判定’’選擇修改模型重新分析，修正計算結果。不同的軟件會有不同的適用條件。此外，工程設計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離，會通過“適用條件、概念及構造”的方式來保證結構的安全。鋼結構設計中，“適用條件、概念及構造”是比定量計算更重要的內(nèi)容,不應該過分信任與依賴結構軟件，注重概念設計和工程判定是避免因結構軟件出錯而造成嚴重的后果。
6 構件設計
構件的設計首先是材料的選擇，比較常用的是Q235和Q345，通常主結構使用單一鋼種,也可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當強度起控制作用時，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時，宜使用Q235。
當前的結構軟件，大都提供截面驗算的后處理功能，一些軟件可以將驗算時通不過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，這是常說的截面優(yōu)化設計功能之一，它減少了結構師的很多工作量，但是，初學鋼結構至少應注意兩點：
(1)軟件在做構件的截面驗算時，計算長度系數(shù)的取定，有時會不符合規(guī)范的規(guī)定，尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構件，應該逐個檢查。
(2)當預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區(qū)別對待。
①強度不滿足，通常加大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿足加大翼緣分厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。
②變形超限，通常不應加大板件厚度，而應考慮加大截面的高度，否則，會很不經(jīng)濟。
使用軟件加大界面的優(yōu)化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū)別，實際工作中，常常并不合適。
7 節(jié)點設計
連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內(nèi)容之一。在結構分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。這必須避免。連接的不同對結構影響甚大，會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。
連接接點有等強設計和實際受力設計兩種常見的方法，設計手冊中通常有焊縫及螺栓連接表格等供設計者查用，比較方便，也可以使用結構軟件的后處理部分來完成。具體設計主要包括以下內(nèi)容：
(1)焊接：對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制規(guī)定，應嚴格遵守，焊條的選用應和被連接金屬材質適用。E43對應Q235，E50對應Q345。
焊接設計中不得任意人加大焊縫，焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近，其它詳細內(nèi)容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定。
(2)栓接：普通螺栓抗剪性能差，可在次要結構部位使用，高強螺栓，使用日益廣泛，通常8.8s和10.9s兩個強度等級，根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型，兩者 算方法不同，高強螺栓常用M16～ M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。
(3)連接板可簡單取其厚度為梁腹板厚度增加2mm～4mm，然后驗算凈截面抗剪等。
(4)梁腹板：應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪，承壓型高強度螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。
(5)節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。
(6)節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平，比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床設備才能完成。
8 圖紙編制
鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構公司根據(jù)設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。
(1)設計圖：是鋼結構公司編制施工詳圖的依據(jù)，深度及內(nèi)容應完整但不冗余。在設汁圖中，對于設計依據(jù)、荷載資料、技術數(shù)據(jù)、材料選用及材質要求、設計要求、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚， 以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設計的意圖。
(2)施工詳圖：又稱加工圖或放樣圖等，深度須能滿足車間直接制造加工，并應附有詳細的材料表。
