钢结构设计论文篇1

1、引言

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨钢结构全部坠入河中，桥上施工的人员75人遇难。破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。而美国哈特福特城的体育馆网架结构，平面92m×110m,突然于1978年破坏而落地，破坏起因可能是压杆屈曲。以及1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑有关[1]。在我国1988年也曾发生l3.2×l7.99m网架因腹杆稳定位不足而在施工过程中塌落的事故。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现，如空间网架，网壳结构等，设计者对其如何设计还没有完全的了解。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对新型钢结构稳定性研究应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。

2、钢结构稳定设计的基本概念

2.1强度与稳定的区别[2]

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

2.2钢结构失稳的分类[1]

(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。

(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。

(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

2.3钢结构设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求

目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。

由平面桁架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要[3]。

目前任设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。GBJl7—88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。

2.4钢结构稳定设计特点

（1）失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。

（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理[4]．在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提：

1）材料服从虎克定律变成正比；

2）结构的变形很小。

而弹性稳定计算一般均不能满足第2）个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。

了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系地不断发展，我们对稳定问题的研究要求也不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。

3、钢结构稳定性研究中存在的问题

钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题[5]：

(1)目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正[3]。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。

(2)在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。

(3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

(4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。

从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题（4），我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：

(1)物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。

(2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。

(3)模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。

以上都是钢结构稳定设计中存在的问题，只有我们进一步地深入研究这些稳定，钢结构稳定理论将会进一步完善，如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计，这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。

4、结束语

钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中，设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳,本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。

参考文献

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社，2000.23-25.

[2]夏志斌,潘有昌结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12.

[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社，1995.

[4]朱步范,罗建华.钢结构稳定性设计计算要点.新疆石油科技.l998年第3期(第8卷)－69－.

[5]卢家森,张其林.钢结构稳定问题的可靠性研究评述同济大学学报.

钢结构设计论文篇2

(一)题目的设置应有助于教学相长

毕业设计内容的设置除了应密切结合指导教师的科研项目外，还应结合指导教师的专业特长，这样教师对学生的指导才能高效。例如，笔者从攻读博士学位开始，就从事新型高层钢结构体系及抗震性能等方面的研究。留校后，承担了研究生选修课高层建筑钢结构课程的教学工作，负责讲授高层钢结构的制作和安装，以及新型抗侧力和耗能构件在高层钢结构的应用等内容。以上研究和教学工作均为指导采用新型结构体系的高层钢结构毕业设计奠定了基础。同时，通过给学生答疑，笔者感到，虽然学生的着眼点不同，但多数问题是围绕设计任务提出来的，一些问题也是指导教师尚未涉及而想弄明白的问题。因此，教师愿意投入时间去研究问题，这样既解决了学生的疑惑，也有利于指导教师提高自身的专业技能。

(二)设计题目的指定应兼顾学生的兴趣

目前，学生毕业设计的题目，大体上是由学院统一指定的。这样做是为了避免学生“偏科”，即避免一些设计题目出现无学生选择的窘境。但是，高层钢结构设计题目与其他题目一样，也仅是提升学生在一个专业方向上的理论水平和技能。而且相当多的设计院在未来一定时期内仍主要是开展量大面广的混凝土结构设计。因此，由学院指定毕业设计题目的方式无法完全满足学生的专业设计兴趣和爱好，使真正对钢结构设计有兴趣的学生又得不到应有的锻炼。倘若学生对指定的题目毫无兴趣，毕业设计就可能收效甚微。其实，每个学生经过3年多的学习，基本已有感兴趣的专业方向，毕业设计题目应结合学生毕业后的就业方向或深造计划，并综合考虑学生自己的兴趣、能力和未来发展等因素来选择建议。题目指定要有适当的灵活性，给学生一定的选题权利，可列出每年开设的所有题目，让学生提前自愿申报2～3个题目，然后综合分组。这种适当考虑学生兴趣的选题做法将使学生对毕业设计更有积极性，收效可能更好。

(三)设计内容应结合专业最新发展而适时更新

为避免多年使用同一设计题目可能出现的抄袭现象，指导教师有必要适时更换设计内容和要求。鉴于目前设计院或施工单位“以高层设计为主流”的情况，应结合高层建筑的实际工程应用，增加新型结构体系的设计内容，以缩短学生就业后的工作适应期。对高层钢结构，应要求学生掌握目前比较流行的结构形式、计算方法和构造要求。因此，笔者在设计任务书中鼓励学生应用新型的抗侧力构件和新型的结构体系作为设计任务。除了采用传统的纯钢中心支撑，推荐采用新型的墙板内置无粘结钢支撑或杆状防屈曲支撑(BucklingRestrainedBrace)代替传统的纯钢支撑。除了中心支撑，也鼓励采用偏心支撑和钢板剪力墙等抗侧力构件。例如，在2014年的毕业设计中，一名学生自愿尝试采用偏心支撑钢框架结构形式，通过努力，圆满完成了设计任务，最终取得了较好成绩。

二、积极有效的师生互动是毕业设计取得实效的基石

(一)注重培养学生主动学习的能力

对20多层的高层建筑钢结构设计，要求学生学习结构设计方法和设计软件的使用，进行结构建模、内力分析和设计，这样的工作不仅量大而且有难度。建议教师提前布置和安排任务，给学生自学的机会和时间。以结构建模和分析为例，笔者一开始便尽早安排学生安装和学习使用结构设计软件ETABS，这样学生在做荷载汇集等准备工作之余，就可以有针对性地查阅和学习该软件的使用说明等资料，到建模和分析环节时，学生就可以建立结构模型。为学生自学软件后建立的结构模型。应当注意的是，虽然大多数学生之前并未有建立复杂结构模型的经验，也可能因此而心生畏惧，指导教师应强调学习和使用通用软件的必要性，让学生明白学好一个软件对将来应用其他类似设计软件也有很好的借鉴作用。教师要耐心引导和鼓励，培养学生的兴趣和自信心。可要求学生先简后繁，积累经验。学生消除畏惧心理后，建模和设计操作就会逐渐得心应手，在实践中熟能生巧。有的学生在熟练使用软件后甚至主动去钻研软件内的参数和求解设置等功能，提高了对理论知识的归纳消化和应用能力。

(二)营造积极的心理互动氛围

结构方案的确定以及结构建模、分析和设计等，这些任务一环紧扣一环，教师应在各阶段工作中严格检查，认真引导和解惑。以建模和分析为例，因大部分学生是初次接触大型设计软件和设计规范等，面对陌生的软件以及系数重重的设计公式，要在短时间内掌握并熟练应用软件进行结构设计，有较大难度。特别是对这些软件在内部分析环节可能存在的一些缺陷，指导教师必须强调指出，以免学生误入歧途而影响进度。因此，指导教师应对软件的一些关键环节有使用经验，并能做出正确的判断，才能引导学生去认真求证，加深理解。这样也才可能帮助学生较快熟悉设计过程，培养学生的自信心和学习兴趣。毕业设计为师生提供了长达一学期的交流互动机会，教师应在指导工作中倾注热情，与学生积极互动，这样不仅能使任务完成得更加高效，而且也有利于学生的全面发展。教师不仅要关注学生的专业训练，也要不失时机地对学生进行职业道德的言传身教，引导学生带着问题去思考和讨论，启迪学生的智慧，充分调动学生的积极性和主动性。

三、毕业设计应适当增加针对性实习

与单纯课堂教学相比，毕业设计属于实践环节。但若不加以恰当引导，相当多的学生的毕业设计仅仅是对参考书等资料的简单模仿。因此，在毕业设计过程中，应通过小组或个人(以整个年级为单位的统一毕业实习，针对性不强)的实习活动，例如参观钢结构工程或钢构件制作等，夯实书本所学知识，拓宽知识面，使学生获得真实感受。此外，通过实习，还可消除学生不切实际的想法和由此导致的误差或错误，有助于学生深入思考，以开展更加符合实际应用需求的理性创作。

(一)参观钢结构工程和钢结构安装

应组织学生参观正在建设的高层钢结构工程。因为从施工中暴露的钢骨架，学生可以清楚地观看构件和节点的加工和连接做法。实地考察如不可行时，也应提供必要的实录视频、图形资料和讲解，以加深学生的理解。还可以推荐一些好的参考书和期刊，例如《钢结构进展与市场》和《建筑结构》等，帮助学生了解新型钢结构工程和建造技术。此类资料图文并茂，是本科生很好的课外读物。另外，因高层建筑钢结构一些基本的构造和连接做法等，在低层和多层钢结构中也有体现。因此，也可组织学生考察当地一些在建的多层甚至单层钢结构工程，例如施工现场的焊缝和螺栓连接等。通过接触实际工程，增强学生的认知能力。

(二)参观钢结构加工厂和钢构件制作

在实习中，还可组织学生参观钢构件加工厂等。随着新材料和新工艺的快速发展，目前钢结构中的大型构件的加工制作方法和质量控制技术等都有革新，书本上的知识也非常有限。必要的学习参观有利于学生拓展知识面，帮助他们更好地理解和绘制施工图。指导教师可组织学生参观了解钢构件的生产过程。例如，参观工厂的焊接、刨边和钻孔等相关工艺流程等，并做好有针对性的实地讲解，有利于学生对重要概念的理解和对书本知识的消化。

四、考核应以学生实质性的进步为依据

(一)注重形式，更追求质量

学院毕业设计要求学生完成不少于9张的1号图纸，有些学生甚至能提供多达14张或者更多的图纸。诚然，为确保培养质量，数量上的要求是必要的，但任务完成的质量更为重要。笔者曾在一次钢结构毕业设计的答辩中发现，能够提供十多张图纸的学生，计算书虽然写的很饱满，但是连一个常用角焊缝的符号代表什么意思也回答不上来。可见，依葫芦画瓢的做法，在本科毕业设计中依然存在。再以结构施工图的绘制为例，在坚持部分图纸必须手绘完成这一传统做法的基础上，为了提高学生应用计算机作图的能力，目前鼓励采用计算机绘图。但应强调的是，计算机作图应让学生利用Auto-CAD软件亲手绘制，不能依靠设计软件和绘图软件等自动出图。虽然从表现形式上看，自动出图比学生亲手绘图的图面更美观和全面，但这样会使学生过分依赖软件而使其基本技能得不到应有的训练，导致学生对设计理论不熟悉，不能提高识图和绘图能力，并且也难以准确把握和判断其设计结果。因此，教师在毕业设计过程中应时刻提醒学生，在写计算书或绘图时，每写一句，每画一笔，都要弄清楚为什么，真正弄懂了才算得上学有所获。

钢结构设计论文篇3

2加建工程的现状

我国加建设计起步比较晚，与世界先进国家之间存在着一定的差距。随着社会的不断发展与进步，科学技术水平的不断提高，加建工程得到了很大的发展空间，并且在我国各地都开展了一些旧房挖潜、改造、加建等工程，并且在上海、重庆、广州、贵阳、昆明等地都将旧房改造工程列入到了城市规划项目当中，颁布了相应的文件与规章制度。由此可以看出，我国加建工程得到了很大的发展空间。1)由以往的单个房屋加建发展为成片住宅区的加建工程;2)各种新材料、新工艺应用到了加建工程当中;3)轻钢结构加建技术得到了深入的分析与研究，并且在加建工程中得到了广泛的应用。

3钢结构加建的优缺点

开展钢结构加建工程的时候，具有以下优点:1)节约土地，提高土地面积的使用效率，缩短建设工期;2)因为钢结构的自重比较轻，因此，加建部分的荷载作用对原结构的影响非常小，不需要单独对地基进行加固处理，这样不仅可以减少工作量，还可以缩短工期，节省部分施工成本;3)钢结构具有较强的多样性，在进行加建的时候，可以充分发挥空间的优势，降低对原建筑结构的影响;4)钢结构加建的适用范围比较广，不仅可以对房屋建筑进行加建，还可以对工业建筑进行加建，因此，在建筑加建工程中得到了广泛的应用。当然，其也存在着一些缺点:1)在进行钢结构加建之后，其整体建筑结构就会呈现一种上柔下刚、上轻下重的质量与刚度分布，导致建筑整体性较差，缺乏一定的抗震性能;2)钢结构耐久性较差，在进行加建的时候，需要进行防腐、防火等措施的考虑，这样就会增加一些建筑材料的使用，此时不仅会涉及到原材料的质量问题，还要考虑原材料的成本问题，因此，存在着一定的不足。

4混凝土框架顶层加建钢结构设计

1)楼板设计。在设计楼板的时候，现阶段一般选用的都是现浇灌技术。目前，现浇灌技术是楼板设计中最为常用与有效的方法，在采用此种方式进行钢结构施工的时候，可以有效提高建筑结构整体的稳定性、牢固性与安全性。同时，在钢结构施工中，此种方法可以对出现的问题进行灵活的处理与调整，根据实际情况，提出有效的解决办法，保证楼板设计与施工的顺利进行，确保建筑工程的整体施工质量。2)梁设计。在进行梁设计的时候，一定要结合国际设计标准与实际设计情况，制定合理、科学的钢构设计要求:首先，在进行梁设计的时候，一定要保证其截面宽度不会低于200mm，同时宽度与高度之间的比值不要超过4。其次，在梁设计中必然要使用一些钢筋，对其使用钢筋也要进行一定的规定，保证梁结构具有一定的硬度与抗震性能，进而确保建筑工程整体结构的牢固性与安全性。最后，在设计扁梁的时候，一定要保证梁中线和柱中线重合，采用双向布置结构。同时对扁梁进行严格的计算与设计，保证其结构的合理性与科学性，增强建筑工程整体结构的稳定性。3)柱设计。在进行柱设计的时候，一定要保证其截面符合设计标准:通常情况下，柱截面宽度与高度均不可低于300mm，柱直径一定要超过350mm，截面短边与长边的比值不可以超过3，柱纵向钢筋配比不可以低于0．2%等。在设计柱的时候，一定要严格遵照以上要求，这样才可以保证柱设计的合理性与科学性，同时增强钢结构的稳定性，保证建筑工程施工的顺利完成。4)基础承载重量构件设计。在进行基础承载重量构件设计的时候，一定要综合考虑各方面的因素，结合建筑负荷、结构形式、施工状况等，加强基础设计的合理性与科学性，使其达到建筑工程整体设计要求。针对设计不合理、不符合要求的部分，一定要进行相应的修改，保证其设计的合理性与科学性，这样才可以保证建筑工程整体的施工质量。

钢结构设计论文篇4

1.1结构不合理、性能缺少验证。在高层建筑设计中同时要考虑多种因素，保证结构承载力的前提下尽量减少造价成本，需要将建筑结构从总体至细节进行优化。优化工作多数是将设计图纸中的一些参数进行计算分析，适当的加固墙体厚度，常出现缺少对地基承载力的实际考察情况。高层建筑的抗震能力规定在中等强度地震时建筑物不会产生高危裂缝，并可通过修补达到预期效果，在发生高强度的地震时建筑物保证结构不出现坍塌。地震发生的几率很小，一旦发生具有极大的毁灭性，高层建筑抗震性能只停留在设计层面，从数据上分析已经达到了国家要求，但各施工地点基层土壤矿物质组成存在差异，松软程度也就不同，缺少验证，真正发生危险时其稳定性很难保证。

1.2结构设计缺少创新。高层建筑结构复杂，设计过程中受多种因素限制，为同时满足多种需求，工程设计师都施行保守方案，缺少创新精神。钢筋混凝土材质的墙体承载能力与结构有很大联系，在剪力墙设计方案中，应充分借鉴国外先进技术，基于传统结构进行创新，解决承载力不足的问题，同时使高层建筑整体结构更符合大众审美，减少造价支出。概念设计在结构优化上的运用还受很多施工技术以及设备使用方面的限制，阻碍建筑工程行业进步。

1.3受力分布不均匀。高层建筑上下层的结构是不同的，为保证自身重力不会对建筑物造成破坏，基层修筑中会应用到大量的钢筋混凝土材料，加固底层的同时削弱上层，可减轻对地基的压力，同时建筑物承受风力和地震破坏的能力更强。进行概念设计过程中，没有充分考虑转换层占据的空间和对受力平衡的影响，承重柱满足了承载上层压力的要求，但墙体产生的剪力不能与内部的应力平衡，作用在水平方向时形成了破坏力。概念设计中缺少优化环节导致这一现象的产生，很难保障整体结构的稳定性。

1.4概念设计中常见问题的解决方案。设计过程中不可脱离实际情况，在前期准备工作中对建筑场地进行详细的测量，将地区可能出现的自然灾害进行模拟实验，根据测试结果对设计结构进行优化。充分考虑建筑物的自重，满足对抗震性能的要求，同时在结构上进行改进，应用力学知识，节省建筑过程中的原材料使用。合理修筑剪力墙，结构在成体建筑中起到承重作用，但不能破坏空间整体性，注重格局的设计，将各单元的楼梯间进行分别设计，根据不同区域的需求，可将方案进行更改，保证整体结构统一又各有特点。在楼体外观的设计中加入符合当地人文特色的元素，使建筑物更具有中国特色。应用概念设计法时加强后期的优化工作，注重从宏观到细致的过渡，设计方案要具有灵动性，应对施工进展过程中的突况工程师要及时进行探讨，对原有结构做出更改，保障施工连续进展。设计测量工作中会涉及到很多变量，对这些数据进行反复测量，确定合理的浮动范围，作为施工开展的有力依据。

2结构选型的问题

2.1结构的超高。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚至超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

2.2控制柱的轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。

3结构计算与分析

3.1计算模型的选取。对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。在使用中可根据工程经验和工程实际情况灵活应用，以最少的计算工作量达到预期的分析精度要求，既不能不分情况一概采用刚性楼板模型，造成小墙肢计算值偏小，不安全；也没必要都采用弹性楼板模型，无谓地增大计算工作量。

3.2抗震等级的确定。对常规高层建筑，可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8节规定确定抗震等级，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于复杂高层建筑还应符合第10章的规定；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。

3.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑地震作用和风荷载较大，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。

钢结构设计论文篇5

钢结构建筑体系的主体结构体现在一般分为钢框架结构体系、钢框架核心筒结构体系、钢框架-支撑结构体系、钢框架-剪力墙结构体系、交错桁架结构体系和轻钢结构住宅体系。

1.2钢结构住宅的主要特点

一般情况下，在梁高相同的条件下，钢结构的开间要比混凝土结构的开间大50%左右，所以钢结构体系的建筑布置可以更加灵活，为住宅空间的搭配提供了很大的自由度。这种大自由度与高建材强度的结合基本就是钢结构住宅的最大优势。通过该比较可以看出，虽然钢结构在具体应用中造价成本较高，但是造价比和建筑重量等因素都远远超出单纯的混凝土结构。在经过详细的论证之后，钢结构的应用被通过，以下是该小区的钢结构住宅的最终设计方案。

1.3钢结构住宅在河北省具体可行性

目前，河北省的建筑行业发展还比较粗放，要达到节能减排、保护环境的要求，就必须进行住宅的统一产业化，钢结构住宅所需钢材一般都是产业化生产，符合建筑业产业集群和保护环境节能减排的要求，能成为住宅产业化发展的有力推动技术。钢结构住宅的另一个优势是施工工期较短和施工所需人员少，有效地节约了劳动成本和劳动力，为经济发展转型做出了较大贡献。

2钢结构住宅设计中遇到的具体问题以及解决策略

2.1钢结构住宅的设计规范

根据2001年原国家建设部印发的《钢结构住宅产业化技术导则》，钢结构住宅在初期设计的过程中，应该遵守以下规范。1）总体设计方面：钢结构住宅建筑应该满足标准化、定型化、多样化和通用化的原则，在钢结构住宅的各部分设计中应该严格做到模数协调，在总体设计方面追求钢结构建筑的建筑、结构、水电暖气综合设计的原则。2）平面设计方面：应该充分体现钢结构设计的系列化原则，充分适应钢结构构件的标准化设计和标准化应用，要做到标准化与多样化组合的结合，实现多样模块化以应对多种建筑情况，考虑梁、柱、楼板等实际情况进行钢结构设计中的模块化设计，充分适应钢结构住宅个性化、多样化和可操作性的需要。3）竖向设计方面：楼板构造的选型应该充分考虑到受力、隔音和管线布置等要素来合理确定层高，在管线铺设方面应该尽量使用空闲的空间来集中铺设管线，易于管线的维修管理等。4）围护结构方面：围护结构应该对抗震性能和连结性有较高的要求，围护结构的墙体应该采用轻质且高强的墙体，确保隔热、保温、隔音、防水、防火和防裂等各方面的综合性能，对墙面涂料也要有较高的要求。

2.2钢结构节点的设计

一般情况下，铰接点的形式较为简易，施工也较为方便，但是它会使梁跨中弯矩加大，从而增加建筑的钢材用量，刚性节点形式复杂，但是对钢材的利用有所节约，与之相比，半刚性节点由于其复杂的受力特性，应用较为罕见。根据实际情况调查，在选用钢结构进行住宅建筑的企业中，半刚性节点的应用率仅为10%，说明它的技术还需要进一步提升。

2.3钢结构建筑墙体材料的选用

钢结构的特点是轻便、灵活，所以在墙体材料的选择方面，要符合其特点，不适合采用黏土砖等质量较大的材料，而应该采用空心混凝土砌块、加气混凝土和压型钢板与轻质保温材料组成的符合墙体或者CS板、OSB板等。这些轻质材料的防水和放渗透能力都比较好，保温效果也很好，施工较为简便，作为建筑墙体的强度也足够。在墙体设计的过程中，要注重对连接件的详细参数有所规定，以减少施工的复杂程度，从另一个方面来说，详细的参数也有利于提高设计的精确性。

2.4钢结构建筑中的厨卫设计

厨卫设计在钢结构设计中占有很重要的地位，其重要的原因是因为厨卫设计比较考研钢结构设计的钢材防腐蚀和防水能力，钢结构住宅设计中，结构防水比较实用，框架结构体系要把卫生间和厨房放到核心筒内，其他的结构体系则需要根据工程的实际情况来决定。

2.5钢材的防火问题

钢结构虽然有着各种优点，但作为一种常见的金属，它必须要考虑防火、防水和防腐蚀的问题，钢材的耐腐蚀性、耐热性都比较差，一旦被热源、腐蚀源或者水源靠近太长时间，就极易产生问题，对钢材的承载能力产生一定的损伤。以一般的建筑用钢材（Q235或a345）为例，在全负荷的状态下，失去静态平衡稳定性的温度极值大约500℃，在300℃以上时就会产生一定危险，如果在发生火灾的情况下，火场温度大约800℃以上，钢材结构远远达不到防火要求。钢材防火措施中较为常用的是防火涂料或者在外面包裹混凝土等，而事实上这就丧失了钢结构本身的优势。合适的钢结构住宅的防火措施可以分为主动防火措施和被动防火措施，主动防火措施一般有防火探测和警报系统、消防喷淋系统（气体、液体、泡沫灭火）、防火隔离区等，而被动防火措施则主要利用各种技术对钢材的防火性能进行强化，一般情况下有以下几种形式：使用外包保护层对钢材进行保护使其耐火性增加的外包法，外包法一般有实体外包（如混凝土外包）或者板材外包（如防火石膏板外包）等；利用膨胀材料使钢材在受热时材料产生膨胀，以形成一层耐火保护层；将钢材设计成空心注水也是防火的良好方法，可是这种方法的造价和技术要求都比较高，不适合广泛应用；或者把钢结构屏蔽在耐火材料建造成的墙体中，但是这会导致建筑的有效使用面积有所减少。

2.6钢材的防腐蚀和防水问题

钢材防腐蚀和防水的问题重点都在于在某种环境下保护钢材不受极端环境的影响，从而产生恶劣的形状变化，所以两者之间有一定互相参考的元素。钢材本身在酸性或者化学气雾的情况下容易受到腐蚀，从而影响建筑的质量安全，在成本允许的情况下可以采取特殊耐候钢，但更多的情况下，还是要采取一定措施来降低建筑成本。

钢结构设计论文篇6

2钢架加固

2．1加固设计方案

按照上述工程实例情况，基于目前加固设计标准和操作规范，结合事故检测报告中提及的问题进行分析，本文设计了2种钢架加固方案，进行筛选。方案一:通常厂房荷载计算只选取恒荷载，一般为50年最大风雪荷载量进行计算。这种方案计算所得的轻钢厂房强度并不能满足实际工作需求，也不能达到设计标准。为解决上述问题，本方案对承重梁进行加腋处理，以缓解焊接重量，柱翼缘选择对称焊接，以提高承载能力。该方案所需焊接工作量大，对生产过程的影响也大。方案二:对上述工程实测数据分析可知，厂房悬挂荷载较低，钢架所承受恒荷载为0．3kpa。按照上述数据可知，轻钢厂房外部构件稳定性不达标，在柱翼缘处加入刚性系杆，以缓解这一问题。该加固方案工作量较少，对厂房内部设备生产运行影响也小。对厂房实际工作情况进行分析，在厂房运行过程中不能有灰尘产生，两种方案进行对比分析，选取方案二进行加固处理。

2．2荷载取值范围

在计算过程中确定荷载取值范围，选择轻钢结构设计可以按照相关设计规范选取合理数值。通常情况，雪压、风压选取50年内最大值，本工程分别选取0．5kpa和0．55kpa;恒荷载量取0．3kpa，悬挂荷载量取0．1kpa;房屋自重计算得0．2kpa。按照上述荷载取值范围进行核算，该数值是按照单向刚接计算所得，而实际工作中是双向刚接，应对上述数据进行处理。根据上述数据可见，轻钢结构中主要存在超负荷工作现象，大部分钢架外部稳定应力超过承受限值。经分析可知，保证钢架柱稳定应力不超过1，面部长度应取5．5米进行计算。此外，钢架梁所承受的应力也超极限运行，要保证稳定性达标，面外长度应取3米进行计算。

2．3刚架结构的加固

如图2所示，刚架结果加固处理即在柱间设置刚性系杆，以降低轴面外部的长度，设计规范中规定，面积应小于5．5m2，该工程计算0．9m×5．85m=5．25m2，符合规范条件。

3维护结构的加固设计

3．1檩条的加固设计

在对檩条进行加固设计中，应首先确定檀条部分的荷载数值。参考本次雪灾积雪分布规律进行计算。在进行加固处理时，应轻轻揭开厂房外顶板，为确保厂房能够正常运行，厂房内部环境不受影响，应将厂房内顶板留于厂房顶部，为缓解承载应力作用，应增加檩条数量。檩条加固设计时应结合实际积雪荷载量和分布范围，选择最为经济合理的檩条位置和数量进行加固设计。积雪较少的位置处檩条可以不改变布设位置，在原檩条位置加设2．5毫米厚的C状檀条;在积雪符合较大的区域，在原檩条处加设3毫米厚的C状檀条，加设的C状檀条高度应与原檀条保持一致;在积雪最严重的区域，可利用25a热轧槽或者H型钢檩条焊接到原檀条位置，对受损部位进行焊接修复处理，以加强原檩条的承载能力。

3．2其他结构的加固设计

屋面支撑材料的加固应遵循设计规范中规定的设计方法进行设计，加设刚性系杆以提高屋面整体的承载能力，同时，设计者还应考虑实际加固施工的可操作性，选取最方便可行的设计方案。墙梁加固设计中，可在需要加固的墙梁部位增设一道墙。悬挂梁加固时应在连接处加设刚性系杆，以增强梁的承载力。雨篷加固，可将槽钢焊接在横梁上，增大衡量的抗扭强度。

钢结构设计论文篇7

最为现代最重要的建筑材料，钢是在19世纪被引入到建筑中的，钢实质上是铁和少量碳的合金，一直要通过费力的过程被制造，所以那时的钢仅仅被用在一些特殊用途，例如制造剑刃。1856年贝塞麦炼钢发发明以来，刚才能以低价大量获得。刚最显著的特点就是它的抗拉强度，也就是说，当作用在刚上的荷载小于其抗拉强度荷载时，刚不会失去它的强度，正如我们所看到的，而该荷载足以将其他材料都拉断。新的合金又进一步加强了钢的强度，与此同时，也消除了一些它的缺陷，比如疲劳破坏。

钢作为建筑材料有很多优点。在结构中使用的钢材成为低碳钢。与铸铁相比，它更有弹性。除非达到弹性极限，一旦巴赫在曲调，它就会恢复原状。即使荷载超出弹性和在很多，低碳钢也只是屈服，而不会直接断裂。然而铸铁虽然强度较高，却非常脆，如果超负荷，就会没有征兆的突然断裂。钢在拉力（拉伸）和压力作用下同样具有高强度这是钢优于以前其他结构金属以及砌砖工程、砖石结构、混凝土或木材等建筑材料的优点，这些材料虽然抗压，但却不抗拉。因此，钢筋被用于制造钢筋混凝土——混凝土抵抗压力，钢筋抵抗拉力。

在钢筋框架建筑中，用来支撑楼板和墙的水平梁也是靠竖向钢柱支撑，通常叫做支柱，除了最底层的楼板是靠地基支撑以外，整个结构的负荷都是通过支柱传送到地基上。平屋面的构造方式和楼板相同，而坡屋顶是靠中空的钢制个构架，又成为三角形桁架，或者钢制斜掾支撑。

一座建筑物的钢构架设计是从屋顶向下进行的。所有的荷载，不管是恒荷载还是活荷载（包括风荷载），都要按照连续水平面进行计算，直到每一根柱的荷载确定下来，并相应的对基础进行设计。利用这些信息，结构设计师算出整个结构需要的钢构件的规格、形状，以及连接细节。对于屋顶桁架和格构梁，设计师利用“三角剖分”的方法，因为三角形是唯一的固有刚度的结构。因此，格构框架几乎都是有一系列三角形组成。 钢结构可以分成三大类：一是框架结构。其构件包括抗拉构件、梁构件、柱构件，以及压弯构件；二是壳体结构。其中主要是轴向应力；三是悬挂结构。其中轴向拉应力是最主要的受力体系。

网架结构 这是刚结构最典型的一种。多层建筑通常包括梁和柱，一般是刚性连接或是简单的通过沿着提供稳定性的斜向支撑方向在端部连接。尽管多层建筑是三维的，但通常某个方向即某一维度要比其他维度刚度更大，所以，其有理由被当做是一系列的平面框架。然而，如果一个框架中某一平面上的构建的特性可以影响其他平面的特性，这个框架就必须当做一个三维框架来考虑。

网壳结构 在这类结构中，壳体除了参与传递荷载外，还有其他实用功能。许多壳体结构中，框架结构也会与壳体一起组合使用。再强和平屋顶上“外壳”构件也和框架结构一起承担压力。

悬挂结构 在悬挂结构中，张拉索是主要的受力构件。屋面也可以有索支撑。这种形式的结构主要是吊桥。这种结构的子系统，是有框架结构组成，就像加劲桁架支撑索桥。由于这种张拉构建能够最有效的承担荷载，结构中的这种设计理念被越来越广泛的应用。

很多不寻常的结构，是由框架、壳体以及悬挂结构的不同组合形式建造。

在美国，钢结构的设计主要依据是美国钢结构协会颁布的规范。这些规范是很多学者和一线工程师的经验所得。这些研究成果被综合处理成一套既安全又经济的设计理念的设计程序。设计过程中数字计算机的出现促使更加精妙可行的设计规则产生。

规范包括一系列保证安全性的规则，尽管如此，设计者必须理解规则的适用性，否则，很可能导致荒谬的、非常不经济的、有时甚至是不安全的设计结果。

建筑规则有时等同于规范。这些规则涉及所有有关安全性的方面，例如结构设计、建筑细节、防火、暖气和空调、管路系统、卫生系统以及照明系统。

结构和结构构件必须具有足够的强度、刚度、韧性，以在结构的使用中充分发挥其功能。设计必须提供足够的强度储备，以承当使用期间的荷载，也就是说，建筑物不需承担可能的超负荷。改变某一结构原来的使用用途，或者由于在结构分析中采用了过度简化的方法而低估了荷载作用，以及施工程序的变更会造成结构的超载。即使在允许范围内，构建尺寸的偏差也可导致某个构件低于他所计算的强度。

不管采用哪些设计原理，结构设计必须提供足够的安全性。必需预防超负荷和强度的不足情况。在过去的三十年里，如何保证设计安全性的研究一直在继续。使用各种不同的概率方法来研究构件、连接件或者系统的失效可能性。

此外，由于结构钢构件相当高的造价，与人工安装费用相比，材料采购成本是巨大的。与其他总承包合同中所涉及的混凝土工程、砌筑工程以及土木工程不同，与人工安

装费用相比，钢构件的材料成本是相当大的。

随着钢结构建筑的发展，钢结构住宅建筑技术也必将不断的成熟，大量的适合钢结构住宅的新材料也将不断的涌现，同时，钢结构行业建筑规范、建筑的标准也将随之逐渐完善。相信不久的将来，钢结构住宅必然会给住宅产业和建筑行业带来一声深层次的革命，钢结构的应用前景广阔！

英文翻译：

Steel Structure

Steel in one form or another is now probably the most widely used material in the world for building construction. For the framings it has almost entirely replaced timber, except for rather special work, and it has superseded its immediate predecessors, cast iron and wrought iron, for pidges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, had been mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large

quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we have seen, tends to pull apart many materials. New alloys have further increased the strength of steel and eliminated some of its problems, such as fatigue.

Steel has great advantages for buildings. The steel normally used for structures is known as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without peaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously pittle and, if overloaded, will peak suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier structural metals and over other building materials such as pickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced

concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.

In steel-framed building, the horizontal girders which carry the floors and walls are

themselves supported on vertical steel posts,

Known as “stanchions” , which transfer the whole load of a building down to the

foundations, except for the lowest floor which rests on the ground itself. A flat roof is framed in the same way as a floor. A sloping roof is carried on open steel lattice frames called roof trusses or on steel sloping rafters.

The steel framework of a building is designed from the roof downwards, all the loading, both “dead” and “live” (including wind forces) , being calculated at successive levels until the total weight carried by each stanchion is determined and the foundations designed accordingly. Whih this information the structural designer calculated the sizes and shapes of the steel parts needed in the whole structure, as wall as details of all the connexions. For roof trusses and lattice girders, he uses the method of “triangulation” because a triangle is the only open frame which is inherently rigid. Therefore, lattice frameworks are nearly always built up from a series of triangles.

Steel structures may be divided into three general categories: (a) framed structures,

where elements may consist of tension member, columns, beams, and members under

combined bending and axial load; (b) shell-type structures, where axial stresses predominate; and (c) suspension-type structures, where axial tension predominates the principal support system.

Framed Structures Most typical building construction is in this category. The

multistory building usually consists of beams and columns, either rigidly connected or having simple end connections along with diagonal pacing to provide stability. Even though a multistory building is three-dimensional, it usually is designed to be much stiffer in one direction than the other; thus it may reasonably be treated as a series of plane frames.

However, if the framing is such that behavior of the members in one plane substantially influences the behavior in another plane, the frame must be treated as a three-dimensional

space frame.

Shell-Type Structures In this type of structure the shell serves a use function in

addition to participation in carrying loads. On many shell-type structure, a framed structure may be used in conjunction with the shell. On walls and flat roofs the “skin” elements may be in compression while they act together with a framework.

Suspension-Type Structure In the suspension-type structure tension cables are major supporting elements. A roof may be cable-supported. Probably the most common structure of this type is the suspension pidge. Usually a suspension pidge. Since the tension element is the most efficient way of carrying load, structures utilizing this concept are increasingly being used.

Many unusual structure utilizing various combinations of framed, shell-type, and

suspension-type structure have been built.

Structural steel design of buildings in the USA is principally is principally based on the specifications of the American Institute of Steel Construction (AISC), The AISC

Specifications are the result of the combined judgment of researchers and practicing engineers. The research efforts have been synthesized into practical design procedures to provide a safe, economical structure. The advent of the digital computer in design practice has made feasible more elaborate design rules.

A lot of unusual structure, is made up of frame, shell and different combination forms of hanging structure.

In the United States, the design of steel structure is mainly on the basis of regulations

promulgated by the American association of steel structure. These specifications are a lot of scholars and a line engineer experience. The results of this study was comprehensive

processing into a set of safe and economic design idea of design program. The design process of the digital computer prompted a more sophisticated feasible design rules.

Specification includes a series of security rules, in spite of this, the designer must

understand the applicability of the rules, otherwise, is likely to lead to absurd, very

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

Building rules sometimes equated with specification. These regulations cover all aspects relating to the safety, such as structure design, architectural details, fire protection, heating and air-conditioning, piping system, health systems, and lighting systems.

Structure and structural components must have sufficient strength, stiffness, toughness, in order to give full play to its functions in the use of the structure. Reserves of design must

provide sufficient strength to bear the load during use, that is to say, the buildings do not need to bear the possible overload. Change a structure of the original purpose, or because of excessive simplified method was adopted in the structural analysis and underestimated the load, as well as the construction process of change will cause the overload of the structure. Even within the scope of the permit, building size of the deviation can also lead to a

component is lower than the strength he calculates.

No matter what design principle, structure design must provide adequate security. The lack of necessary to prevent overload and intensity. Over the past 30 years, the research of how to ensure the safety design has continued. Use a variety of different probability method to study the components, fittings or system failure probability.

In addition, due to structural steel components are very high cost, compared with the cost of installation of artificial, material procurement cost is huge. With other involved in the general contract of building project and civil engineering, concrete engineering, compared with the manual installation cost, material cost of steel components are considerable.

With the development of steel structure, steel structure residential construction

钢结构设计论文篇8

1．1工业建筑中常规钢结构的作用

在工业建筑中，钢结构的常规应用由来已久，我国多数工业厂房均采用的是常规钢结构人字梁以及工字梁，这些常规钢结构已成为工业早期时代的主要象征。而这些特征构成了我国的吊车梁式系统以及常规钢屋架系统。由于民用建筑、商用建筑以及工业建筑各有不同，在进行工业建筑时要求建筑结构能够为工业生产以及施工提供最好的跨度及空间。而传统钢筋混凝土结构已经不能完全满足现在工业生产在跨度以及空间上的相关需求，从而鉴于此基础上的钢屋架系统应运而生，屋架系统主要由屋架、系杆以及支撑组成。同时吊车梁系统作为工业厂房的重要部分，多数厂房中均设有吊车，主要由车档、吊车梁、轨道、制动结构及连接件等构成。在传统钢筋砼结构不能够满足新时代工业建筑在相应功能及跨度上需求时多采用钢结构。如(1)材料堆场、大型仓库以及飞机装配车间等多采用钢结构体系，这些钢结构体系多为网架、拱架、门式刚架以及悬索等;(2)建筑物受到动力荷载影响时，多采用钢结构体系;(3)碳素厂高楼部碳素振动成型机对相应结构的耐疲劳程度和强度要求均较高时，多采用钢结构体系;(4)在高烈度区，钢筋砼结构早已超出了现行工业行业的规范以及规定，应采用钢结构以满足其新的需要;(5)原有厂房需改建或扩建时，多采用钢结构。综上即可知，钢结构在现今工业建筑中有着十分重要的作用，且应用广泛。

1．2工业钢结构在建筑工程中的应用方向

在工业建筑中，相关人员应该根据规定的生产流程来为工艺服务。在这个过程中，工业钢结构的形式、材料与空间等多个方面都有特殊的标准。由于建筑体量比较大，要求相关人员应该注重把握好尺度，熟练掌握新材料技术。因此，工业建筑与普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工业建筑中，一些比较简单的建材会被新建材取代，落后的施工工艺会被淘汰。如今在工业钢结构方面，包括钢缆、构件和型材等方面的建材类型越来越丰富。另外，高性能施工涂料的应用有效地解决了工业钢结构中存在的防火、防腐、防污染以及隔热等多个方面的问题。随着经济的发展与科学技术的日益进步，涌出了很多新的设备、工艺与材料，有利于迎合工业建筑设计的更高要求，落后的原有工业建筑体系应该与时俱进，实现进一步的完善。

2钢结构在工业建筑中存在的问题

目前，人们对工业钢结构在建筑方面的相关认识还不够全面。传统混凝土结构一直影响着人们的建筑观念，直到现在也还没有彻底转变。工业钢结构体系还不够完善，其具有一定的复杂性以及综合性，涉及到多种配套体系，比如屋面、墙体、防腐、隔热和保温等多个方面的配套材料。而国内的工业钢结构与发达国家相比，其技术水平与设计理念相对落后，专业人才的培养、新产品的研发、设备的制作与安装水平、钢材质量等多个方面都没有得到很明显的提升。从事工业钢结构的设计、制作、安装以及监理等领域的相关工作人员依旧没有掌握好新知识，没有彻底转变新理念，没有充分挖掘新材料，对新的施工方法也缺乏足够的掌握力度。

3优化工业建筑施工过程中的钢结构

在实际工作中，为了有效地提高工业建筑中钢结构的稳定性。

3.1需要我们确保脚螺栓的稳定与坚固，保证在脚螺栓使用过程中控制得当，且可以保证钢结构的应用合理有效。对脚螺栓的安装与埋设，需要重视其精度问题，以保证其他环节的有序稳定运行。

3.2要在地脚螺栓的安装中，注意钢柱的准备，有效地协调平面控制网全系统的每个环节，进而更好地保证螺栓的安装精度，使钢结构稳定性增加。

3.3要注意顺利弹出柱脚底板十字线、地脚螺栓的中心线，并将柱脚剪力孔做好积极的清理工作，在钢柱就位后，要将标高调整好，并坚固螺母。

3.4对钢结构的施工需要注意梁柱安装，并控制梁柱之间的柱间支撑精度，使空间单元的稳定性提高，以保证其他安装工作有效进行。

3.5要注意合理有效地应用垫板，确保垫板定位线精准，以对后续钢结构施工整体运作起到优化的作用。此外，在安装结构构件中，要健全构件储备，并能够充分地利用构件设备，更好地满足实际钢结构工作需要。堆放要合理规范，管理科学。每个存放场地均要有专人管理，根据供货需要携带清单取货，适时清点。

钢结构设计论文篇9

2钢柱拼接节点

圆管柱的工地拼接，采用全熔透坡口对接焊缝，焊缝质量等级为一级。根据《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》规定，下段圆管柱成品应在现场拼接节点位置设置内衬垫管，并在钢管的四个方向上设置安装耳板。待上段钢柱吊装就位后，用安装螺栓将耳板链接，使待拼接的上、下两段圆管柱对接固定后，进行现场焊接作业。焊接部位上下各100mm范围的区域内，不得涂刷防腐油漆。

3梁、柱连接节点

梁、柱的连接节点构造应与连接类别的受力特征假定相符，根据强柱弱梁的原理，通常采用柱贯通的形式。梁、柱的连接构造主要有以下几种形式：全焊接节点、栓焊混合节点及全螺栓连接节点。全焊接节点的缺点在于焊接工作量过大，并且在同一节点处焊缝数量过多的话，宜造成节点区焊接应力过大，甚至变形，影响其他钢构件的连接。全螺栓连接节点，螺栓的数量可通过梁柱连接节点产生的内力来计算螺栓的数量。采用此方法，首先应先确定梁柱连接节点所产生的内力，包括弯矩、剪力、轴力，再根据内力来计算节点区螺栓的数量。全螺栓连接往往需要大量的连接螺栓，因此大量的螺栓孔洞会对母材强度产生削弱。并且对螺栓孔位的精度要求较高，孔位稍有偏差既可能影响多个构件的连接。本工程采用栓焊混合节点，梁翼缘与柱采用剖口全熔透焊，主要承担节点弯矩；梁腹板与柱采用高强螺栓连接，主要承担节点剪力及轴力。栓焊混合节点的优点是既减少了工地焊接的工作量，又避免了由螺栓承担弯矩的弊端，因此被广泛采用。

4梁、梁连接节点

主、次梁的连接主要有两种连接方式，即刚接和铰接。当采用铰接连接时，次梁可视为简支梁，设计时主要考虑次梁腹板所承受的剪力，并根据螺栓等强连接的模型计算所需螺栓数量。常见的梁梁铰接节点如下图1、图2所示。图2所示的连接节点，螺栓孔对主梁易产生偏心距使主梁局部承受扭矩，且外伸的连接板在构件的运输过程中易损坏、变形。因此建议将梁梁连接的铰接节点采用图1的节点形式。

钢结构设计论文篇10

2混凝土水池设计

在分析完混凝土水池荷载情况之后，在水池结构设计时需要考虑这些荷载作用.下面我们以矩形钢筋混凝土水池为例做结构设计分析.首先，完成长高比池壁的计算假定.侧向荷载作用下，水池不同长高比受力情况有所差异，根据池壁单向与双向受力情况做划分。水池结构的布置要符合设计原则，像矩形水池均为长方形，布置时要考虑地形.基础形式为挡土墙水池基础多采用池壁下设置带形基础，地板采用铺砌式结构，地板做成整体式，水池基础为水平框架式和双向板式.伸缩缝的设置上要考虑建造位置，比如土基中矩形水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤20m，温度区间段≤20m，岩基中间隔≤15m；比如建造在土基中的钢筋混凝土矩形地下式水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤30m，岩基中间隔≤20m.水池池壁结构形式的选择情况如下：开敞式水池宜选择变厚池壁，池底厚度为池壁的1.5倍；挡土墙式选择等厚池壁；水平框架式池壁选择变厚池壁.遵照以上设计原则，水池的结构设计将会保持合理性与稳定性，利于施工.

3钢筋混凝土水池施工要点

钢筋混凝土水池施工中要注意施工缝、混凝土浇筑与养护等施工要点.像施工缝，在底板浇筑完成后，池壁与底板的施工缝要在八字以上1.5m与2m处，底板和柱的施工缝在表面.池壁竖向浇筑要一次浇到施工缝处，并对柱身、柱帽等做两次浇筑，以确保稳定性.对施工缝还要做凿毛处理，将不密实表面或者浮浆凿掉，还要避免损及混凝土棱角，避免剔出粗集料.钢筋绑扎时可使用板凳筋做法或者排架法.混凝土浇筑过程中要保持池壁模板的稳定，避免变形或硬化失败.至于施工缝要提前清理，保持合理湿润度，在浇筑前铺与混凝土配比相同的水泥砂浆，浇筑部分分层完成，每层厚度≤4m，间隔时间不宜过长，均匀摊铺.在浇筑顶部时，要暂停1h，在混凝土下沉后做二次震动，消除可能因沉降造成的裂缝，浇筑完成后及时洒水养护.养护根据季节不同有不同注意要点，比如夏季因高温干燥或者多雨等混凝土强度会受影响出现收缩裂缝后，必须在初凝后联系养护两周才能拆模，养护期间还要及时洒水，保证湿润到位.完成养护拆模时表面还要添加超时的覆盖层，及时回填土，保证混凝土水池的施工质量.

4钢筋混凝土水池施工实例分析

钢结构设计论文篇11

中图分类号：TU319 文献标识码： A

一、引言

钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一，随着我国经济的发展和建筑技术的日新月异，钢结构这种建筑结构形式以其重量轻承载力大、塑性韧性好、施工简便、布置灵活等特点广泛应用于超高层建筑、体育馆和大型厂房等建筑中，中国钢结构代表性建筑有国家体育馆、水立方、国家大剧院、上海环球金融中心、南京长江大桥等。但是钢结构耐火性差，钢结构在耐火方面有两个致命的缺点，一是钢材的导热系数很大，火灾下无防火保护的钢构件的温度随着环境温度的上升在15min内就可能超过600℃；二是钢材的强度和弹性模量随着温度的上升而下降，温度为600℃时，钢材的强度和弹性模量将降至常温下的一半，承载力大大下降，因此在火灾中钢结构极易受到破坏或倒塌。

二、钢结构火灾危害

钢结构在火灾下很容易遭到破坏甚至倒塌。例如,1993年我国福建泉州一座钢结构冷库发生火灾,造成3600m2的库房倒塌；1996江苏省昆山市的一轻钢结构厂房发生火灾 , 4320m2的厂房烧塌；1998年北京某家具城发生火灾, 造成该建筑 (钢结构)整体倒塌；2001年美国“9.11”事件中纽约世贸大厦的倒塌,普遍认为飞机撞击后引起的火灾是主要原因；而同年台湾一幢26层的高层钢结构建筑发生火灾,造成了梁、梁柱连接及楼板的严重破坏[1]；2003年上海某钢结构厂房发生火灾,造成整体结构倒塌。钢结构火灾给人类的生命、财产安全造成了重大损失，因此，钢结构抗火设计至关重要

三、钢结构抗火设计目的

钢结构抗火设计,一般期望达到如目的:

(l) 减轻结构构件在火灾中的破坏,避免构件在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难；

(2) 避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡；

(3) 减少火灾后结构的修复费用 , 缩短灾后结构功能恢复周期 ,减少间接经济损失；

四、钢结构抗火的计算模型

结构分析模型可采用构件模型、子结构模型和整体结构模型。构件模型相对简单，但难以准确模拟边界约束条件。而子结构模型可以解决这一问题，但计算要比构件模型复杂。整体结构模型可以准确反映火灾下钢框架整体的行为，但计算工作量最为复杂。构件模型和子结构模型可用于火灾下构件层次的结构承载力极限状态分析，整体结构模型主要应用于火灾下整体结构层次的结构承载力极限状态分析。

五、钢结构抗火设计要求

钢结构抗火设计中，无论是构件层次还是整体结构层次，均需满足下列要求：

1.在各种荷载效应组合下，钢结构耐火时间应不小于规定的结构耐火极限；

2.在规定的结构耐火极限内，钢结构的抗力应不小于荷载组合效应。

上述两个要求是等效的，满足其一即可,可统一表示为：

结构抗火能力≥结构抗火需求

六、钢梁抗火设计方法

1.传统钢结构抗火设计方法

这种方法是基于试验的构件抗火设计方法，该方法以试验为依据，对构件在一定荷载分布与标准升温条件下进行耐火试验，从而确定采取不同的防火保护措施后构件的耐火时间。通过进行一系列的耐火试验，可确定各种防火措施下构件的耐火时间。进行钢结构抗火设计时，可根据不同构件的耐火时间要求，直接选取相应的防火保护措施。这种方法简单、直观，我国现行GBJ 16-87 《建筑设计防火规范》[2]中关于梁和柱的防火措施的要求正是基于此法。然而该试验方法存在很多缺陷。

（1）构件的端部约束难以实现。钢梁在整体结构中受到相邻构件（柱子）对其的约束构件端部约束状态不同，构件的承载力以及火灾升温所产生的构件温度内力将不同[3]，而这两方面对钢梁的耐火时间有重要的影响，结构中构件的端部约束千变万化，试验很难全面准确的模拟。

（2）钢梁上的荷载分布及大小难以模拟。而荷载分布及大小对构件耐火时间的影响很大，实际构件受力各不相同 , 试验难以概全。

（3）结构的耐火时间基于ISO834升温曲线确定,而现有的研究表明真实火灾与火荷载密度、通风条件、建筑形式等因素密切相关, ISO834曲线并不能反应火灾的真实情况。而火灾升温曲线对结构耐火时间有很大影响。

（4）构件受火后在结构中会产生温度应力 , 而这一影响在构件试验中也难以准确反映。

鉴于试验的上述缺陷, 结构抗火设计方法已开始从基于试验的传统方法, 转为基于计算的现代方法, 特别是英国、瑞典、美国、日本等从20世纪70年代就大规模地开展了考虑上述诸因素的结构抗火计算与设计方法的研究。

2.现代钢结构抗火设计方法

为解决基于试验的结构抗火设计方法存在的问题，可利用热传导理论和结构分析理论，考虑构件的受力大小和形式，构件的截面尺寸、构件的约束形式对构件抗火能力的影响，通过计算确定构件的抗火能力，更符合客观实际。现代人们建立了完善的工程结构计算理论 , 有限元理论更是解决了复杂工程结构 (如大坝、大垮桥梁、高层建筑等) 的分析计算问题,这些结构分析和承载力计算理论经试验验证后 , 被各种设计规范采纳 ,各种结构仅依据计算即可完成设计。这种依据计算进行结构设计的方法,可称为现代结构设计方法,其用于结构设计的步骤为:

（1） 进行结构在外荷载下的分析,确定结构内力 ；

（2）计算结构构件承载力 ；

（3）判别构件承载力是否大于构件内力。如果是, 则结构安全,如果否,则结构不安全。

3.性能化结构抗火设计方法[4]

这种方法对结构抗火需求进行改进，根据具体结构对象，直接以人员安全和火灾经济损失最小为目标，确定结构抗火需求；另考虑实际火灾升温及结构整体性能对结构抗火能力的影响。由于性能化方法以结构抗火需求为目标，最大程度地模拟结构的实际抗火能力，因此是一种先进的抗火设计方法。但是要使钢结构性能化抗火设计方法得以具体实施,除需解决有理论问题外,业主、设计人员、消防主管部门的观念更新也是一个重要的方面。

七、总结

本文分析了钢梁抗火设计的目的、要求和方法，指出了传统钢结构抗火设计方法的优缺点，随着结构抗火理论研究的深人和结构抗火计算理论的完善,依据计算就能实现的基于结构高温承载极限状态的现代钢结构抗火设计方法必将得到推广应用。2000年颁布的上海市标准《建筑钢结构抗火技术规程》中，首次采用了基于计算的方法进行钢结构抗火设计。目前，国内外已将性能化方法引入建筑消防安全设计，性能化抗火设计设计方法将会是今后钢结构抗火设计方法的发展趋势。

参考文献

[1] 李国强．现代钢结构抗火设计方法．消防科学与技术[J]，2002年第1期．

钢结构设计论文篇12

中图分类号：TU323.4; TU311 文献标识码：AExperimental Investigation and Design Theories

预应力型钢混凝土结构是在预应力混凝土结构中配置轧制或焊接型钢的组合结构，它结合了预应力结构与型钢混凝土结构的优点.国内外已对型钢混凝土结构作了一些研究 ［1-5］，而对预应力型钢混凝土结构仅作了少量的研究.文献 ［6-9］通过预应力型钢混凝土简支梁、连续梁的竖向静力实验，对预应力型钢混凝土结构的承载力、裂缝分布与开展及变形发展情况进行了初步研究，实验表明在型钢混凝土梁中施加预应力，能够提高结构构件承载力，较好地改善型钢混凝土梁的抗裂性能，抑制裂缝开展和增加构件的刚度.实际工程大多数为有侧向约束的超静定结构如框架结构等，目前还没有关于约束影响下预应力型钢混凝土框架的实验研究与理论分析.

本文研究有约束的预应力型钢混凝土结构的受力性能特征和设计计算理论，基于两榀大尺度后张有粘结预应力全型钢混凝土框架的静力试验，系统地研究和分析了预应力型钢混凝土框架梁的破坏形态、弯矩调幅、抗裂性能、裂缝分布和变形规律，进而分析次内力产生的本质，提出了考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式，计算结果与试验数据吻合较好.本文作为在编国家行业标准《预应力混凝土设计规范》的在研项目，所提计算理论反映了现代预应力设计理论的思想，为规范中“预应力型钢混凝土结构”一章的编制提供依据.1 预应力型钢混凝土框架试验研究及

现象分析1.1 试验框架概况

为增加试验结果的可信度,试验采用大比例的试验构件, 主要考察框架梁控制截面纵向受力筋改变时结构的各项特征.框架柱中线长度为8.2 m, 构件配置足够的箍筋以防止剪切破坏， XGKJ1纵筋采用6Ф18(HRB400)；XGKJ2纵筋采用6Ф22 (HRB400)，内置型钢钢材型号为Q235，梁中型钢为Ι290×100×8×10,柱型钢为Ι280×120×8×14，连接螺栓M20为8.8级摩擦性高强螺栓.柱内型钢上下翼缘、梁端型钢上翼缘设两排Ф19@200栓钉. 裂缝宽度理论计算值与试验值的比值为1.08±0.10，说明理论公式具有较高的精度，可用于计算正常使用阶段预应力型钢混凝土框架梁的最大裂缝宽度.4 结 论

1)预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏.结构中型钢和预应力的存在，抑制了裂缝的开展，受力筋屈服前，使构件在荷载增加的情况下出现了裂缝发展的“停滞”现象，这种现象使框架梁达到开裂荷载后，不因混凝土的开裂而在荷载挠度曲线上出现明显的转折点.

2) 试验构件梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布，位移延性比大于3，弯矩调幅值为30%左右，弯矩调幅值比普通后张有粘结预应力混凝土结构框架结构提高10%左右，实际设计中可以对预应力型钢混凝土框架梁端进行适当的弯矩调幅设计.

3)约束及其分布是产生次内力的本质，在侧向约束较大的预应力超静定结构中，次轴力产生的不利影响不能忽略，所以在预应力型钢混凝土结构计算理论中，不仅要考虑次弯矩，还要考虑次轴力.

4)本文提出考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式，结果与试验数据较吻合.反映了现代预应力设计理论的思想，为在编预应力混凝土设计规范中“预应力型钢混凝土结构”一章的编制提供依据.

5)本文框架由于框架柱的侧向约束较小，故次轴力的影响不明显，但是预应力型钢混凝土结构一般应用于大跨、超长结构中，如果不考虑次轴力的影响，可能会导致结构的不安全.参考文献

［1］ 李俊华，李玉顺，王建民，等. 型钢混凝土柱粘结滑移本构关系与粘结滑移恢复力模型 ［J］.土木工程学报，2010, 43(3)：46-52.

LI Junhua, LI Yushun, WANG Jianmin,et al. Bondslip constitutive relation and bondslip resilience model of shapesteel reinforced concrete columns ［J］. China Civil Engineering Journal, 2010，43(3)：46-52.(In Chinese)