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钢结构设计论文范文1
1、引言
由于国家政策、钢材生产、构件制作、设计研发、标准规范修订等方面的有利因素，近几年我国的建筑钢结构进入了一个全新的发展时期。新材料、新部品、新结构体系不断出现，钢结构设计研发、制作安装能力日益强大，建筑钢结构向多样性、适用性、经济性方向发展。
建筑钢结构的经济性能一直是大家最为关注的一个问题。如何控制工程造价，充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势，工程设计阶段是关键阶段。据权威资料统计分析，在初步设计阶段，影响工程造价的可能性为75%-95%；在技术设计阶段，影响工程造价的可能性为35%-75%；在施工图设计阶段，影响工程造价的可能性为5%-35%。因此设计质量的好坏、设计是否优化对工程造价将产生直接的影响。下面以门式刚架轻钢结构厂房和多、高层钢结构建筑的设计为例，在材料选用、结构体系等方面进行简要分析，探讨在设计阶段控制工程造价，提高建筑经济性能的可行性。
2、材料选用方面工程造价控制
由于我国钢产量已经突破两亿吨，钢材品种更趋于多样化。各种新型建材，如轻质保温墙板、彩涂压型钢板、楼承板等不断开发出来并推广应用。建筑钢结构在设计阶段材料的选择上有了更大的空间。材料选择不同，工程直接费不同，总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。试举例如下：
（1）彩涂钢板：彩涂钢板一般用于轻钢厂房屋面板和墙面板，有不同板型、不同基板厚度和钢号、不同镀锌板类别和镀锌层厚度以及不同的彩涂层类别，在形式上又可选用单板、保温复合板、单板加内保温层等，其中保温层又有超细玻璃丝棉、硬质岩棉、聚苯乙烯等类别及厚度的不同，这些不同都造成单方材料价格的差异，从而影响厂房工程总造价。所以设计时要根据厂房性质、大气环境等因素综合考虑，合理选用板材，控制工程造价。
（2）多、高层住宅钢结构体系的墙体材料：墙体材料造价一般占土建工程造价的15%-25%。对于多、高层住宅钢结构体系来说，选用配套、经济、节能的墙体材料至关重要。目前，设计选用的外墙材料主要有水泥保温外墙板、轻质加气混凝土砌块、NALC板等；内墙材料主要有改性石膏板、GRC内墙板、水泥保温复合板等。莱钢集团自主研发的LCC-A系列、LCC-B系列和LCC-C系列轻质保温复合墙板也已应用于在建钢结构节能住宅工程中，逐步使钢结构住宅体系走向标准化、定型化和工业化，为降低综合造价创造了基础条件。
（3）多、高层钢结构建筑楼（屋）面的楼承板：设计时，根据在楼（屋）盖结构体系中的作用，楼承板可采用两种形式，即①楼承板只作为永久性模板，一般采用普通镀锌压型钢板即可，对最小镀锌量和耐火时间要求较低，价格较便宜；②施工时作为模板，在使用阶段则替代受拉钢筋，即组合楼板。由于在设计中考虑楼承板作为受拉筋，其使用寿命必须与主钢结构的使用寿命保持一致，所以对其最小镀锌量和耐火时间要求较高，单方价格相对较高。
（4）钢材规格及材质：由于钢材品种的增多，结构设计时可选择的构件形式也多了。比如框架柱，可采用热轧H型钢、焊接H型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式，钢梁可采用等截面、变截面等形式。材质可采用Q235普碳钢，也可采用Q345低合金钢。设计时应尽可能采用高强度等级的材料，比如采用Q345钢比采用Q235钢就可节约钢材15%-25%，用于受拉或受弯构件节约比例较大。设计时要选用经济截面型材，比如热轧H型钢、T型钢等。在某些情况下，采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。
3、结构体系方面工程造价控制
不同的结构体系和平、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求，确定合理的平、立面布置和结构体系，才能有效控制工程造价，做到经济适用。列举如下：
（1）根据有关资料测算分析，对于多层建筑，不同层数对土建工程造价的影响为10%-25%；不同层高对土建工程造价的影响为1.5%-12%。
（2）门式刚架轻钢结构厂房设计，同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下，尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下，门式刚架的最优间距为6m-9m，当设有大吨位吊车时，经济柱距一般为7m-9m,不宜超过9m，超过9m时，屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加，造价并不经济。下表（表3.3）是按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:98）进行设计的厂房主钢用钢量，通过横向、纵向比较，可以看出各影响因素在设计阶段合理确定的意义。设计荷载取值：恒载0.3KN/m2、活载0.5KN/m2、基本风压0.55KN/m2、不考虑吊车及悬挂荷载。
柱距7.5m
檐高6.0m
用钢量
（kg/m2）
柱距7.5m
檐高6.0m
用钢量
（kg/m2）
柱距7.5m
檐高6.0m
用钢量
（kg/m2）
跨度
Q345
Q235
跨度
Q345
Q235
跨度
Q345
Q235
1×18.0m
7.20
8.72
2×18.0m
7.16
8.92
3×18.0m
7.38
8.95
1×21.0m
8.41
9.90
2×21.0m
8.45
10.28
3×21.0m
8.43
10.12
1×24.0m
9.22
11.43
2×24.0m
9.68
11.75
3×24.0m
9.29
11.36
1×27.0m
10.54
12.72
2×27.0m
10.86
13.12
3×27.0m
10.35
12.96
1×30.0m
11.57
13.95
2×30.0m
11.92
14.53
3×30.0m
11.35
13.54
1×33.0m
12.86
15.10
2×33.0m
13.21
16.58
3×33.0m
12.46
15.61
（3）在多、高层钢结构中，楼板结构体系的工程量占有较大比重，对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时，主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度，能减轻结构的自重及减小结构层的高度，有利于现场安装方便及快速施工，还要有较好的防火、隔音性能，并便于管线的敷设。常用楼板做法有：压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时，考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁，能有效降低钢梁高度，较多地节约钢材。
（4）在高层钢结构中，框架柱采用圆形钢管混凝土柱，梁、板采用钢-砼组合结构，总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小，能有效降低工程造价。
4、结束语
钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。设计阶段技术创新、选材配套、设计优化是控制造价、促进建筑钢结构走向产业化的关键阶段。为此，强调以下几点：
（1）提高设计人员的素质，重视设计人员的继续教育和业务知识的更新培训。同时，要强调技术与经济相结合，设计中注重价值工程的运用，要做多方案比较，把控制工程造价放到重要位置。
钢结构设计论文范文2
本项目型钢混凝土梁（以下简称钢骨梁）内钢骨采用焊接H型钢，钢材材质为Q345B。根据构造图集规定，钢骨梁与钢骨梁的连接应保证主梁贯通。当主梁与次梁为刚接时，连接节点处，主梁上下翼缘连接板应根据次梁角度做好扩散角以避免应力集中。梁翼缘的连接采用全熔透坡口焊，焊缝质量等级为二级；腹板的连接可根据腹板所承受的剪力进行螺栓等强连接计算，以确定所需高强螺栓的数量。钢梁的翼缘或腹板处，应按照施工图要求焊好剪力钉，绑扎钢筋时次梁的纵向钢筋应深入主梁内并弯起，弯起高度符合钢筋的锚固长度。
2不等高梁与柱的刚性连接
不等高梁与柱刚性连接时，如图2所示，当两端梁的高差不大于150mm，根据《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》规定，截面高度度较小一侧的钢梁，其与柱的连接牛腿应按1:3进行放坡，并在转折处设置加劲板。当两端梁的高差大于150mm时，如图3所示，对应于每个梁翼缘的位置，均应设置水平加劲板。截面高度较小一侧的梁还应在牛腿腹板下方设置竖直加劲板。
3梁上起柱
根据结构需要，钢桁架的部分钢柱需在主梁上生根，也就是所谓的梁上起柱。这种节点在深化设计之前应先建立三维模型或进行桁架放样，以便确立钢柱的准确定位。钢柱的柱脚应做靴梁，将柱脚应力均匀扩散至钢梁上翼缘。钢梁上对应钢柱靴梁的位置处也应设置加劲板，使力的传递均匀扩散。
4三维建模在深化设计阶段的应用
本工程由于建筑造型复杂，其结构杆件大多高低起伏，各连接节点均为三个方向连接构件且角度不一。因此，在钢结构部分深化设计的同时，应根据施工图首先建立三维模型。模型中，应将各构件及连接节点按照1:1的比例输入模型。待模型建立完毕后，整个工程的结构杆件便全部呈现于模型当中。三维模型除了能直观的反映各构件之间的连接关系外，还能校核深化设计的准确性。若节点设计出现问题，能立刻从模型中反映出来，避免了传统的二维放样出现错误只能在构件现场安装时才发现的失误，从而大大提高了深化设计的准确性。
5结束语
钢结构设计论文范文3
关键词： 轻钢结构 工业厂房 材料选择 设计 注意事项
随着我国钢结构建筑的迅速发展，轻钢结构的发展也是如火如荼，特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。其特点有：其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高，在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构，本文拟就轻钢结构的优点、材料选择和设计中的注意点、在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用，就钢结构工业厂房在设计中的几个问题作简单阐述。
一、轻钢结构及其适用范围
所谓轻钢结构通常是指由下列钢材所构成的结构：①冷弯薄壁型钢结构；②热轧轻型钢结构；③焊接或高频焊接轻型钢结构；④轻型钢管结构；⑤板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。
1. 适用范围
根据我国目前情况来看，这种结构由于其用度广、优势明显，已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。对单层工业厂房而言，通常以H型钢，采用焊接连接作为梁柱，以C形或Z形轻钢板作檩条，屋盖系统或楼面系统用压型彩色钢板作面层，上面可浇混凝土，压型钢板既可作为钢筋，必要时也可以再配钢筋。墙面围护也可采用单层或夹层压型钢板，夹层板内部可充填各种保温层。
2. 主要优点
⑴施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需2个月左右。
⑵综合经济效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，美观华丽，改善了周边环境的动态感；因为建筑物本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔章等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面，经两除两烘加工而成，耐久性也较好，根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它赖以竞争的一大优势。
⑶抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。唐山地震的惨痛教训应予记起。目前，天津市已正式启动轻钢结构住宅。
⑷宜于拆卸搬迁：一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
正是由于轻钢结构的诸多优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。
二、材料选择和设计中的注意事项
轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构，以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力，为此，不得不突破钢结构设计规范中对板件宽厚比限值的规定，允许板件产生局部失稳，进而利用屈曲后强度的提高。
轻钢结构门式刚架是主要的承重结构，一般是采用实腹型变截面的柱和梁组成。门式刚架的形成可以单坡、双坡和多坡，多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱。门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主，抗弯作用不如翼缘有效，增大腹板的高度，可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。但是，在增大腹板高度的同时，如果厚度增之过大，则腹板耗钢量太多，也是不经济的。因此，先进的设计方法是采用高而薄的腹板，而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。在主要为均布荷载起控制作用的结构中，在允冲击、疲劳、振动等荷载的条件下，可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性，从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高。根据天津大学所作的试验证明，当荷载超过理论计算的屈曲临界载限多时腹板才呈现凸曲变形，且凸曲变形都不大，故适当利用屈曲后强度是可行的。
当前，我国钢结构（含轻钢结构）发展的形势很好， 21世纪是钢结构快速发展时期，长期以来，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业前景宽阔，建筑设计技术人员也面临着新的机遇和挑战。笔者认为，以下几点仍需我们加以重视。
1．钢材的保温隔热与防火
钢材具有很高的导热性能，其导热系数为50w(m.℃)，当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大；温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象；温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。
2．屋面支撑系统及屋面设计
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要。无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。
屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：①刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉；②复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。
3．温度伸缩缝的设置
温度变化将引起钢结构厂房的变形，使结构产生温度应力，当厂房平面尺度较大时，为避免产生较大的温度应力，应在厂房纵横两个方向设置温度伸缩缝，区段的长度可以根据钢结构规范来执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱的方法来处理，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座。
4．防锈处理
钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。一般钢结构的防腐常采用防锈底漆和面漆，涂装层数及厚度常根据其使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为150μm～200μm。且在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不小于50mm。
5．立面设计
轻钢结构的建筑主要有把握以下4个方面的特征：规模、线条、色彩、变化。钢结构厂房的立面主要由工艺布置来决定，在满足工艺的要求下力求立面简洁恢宏同时使节点尽量简单统一。彩色压型钢板使得轻钢厂房的建筑表现得体形轻盈色彩丰富，明显优于传统钢筋混凝土结构的沉重单一。在轻钢厂房的设计中常采用跳跃性色彩和冷色调，重点突出主要出入口、外天沟、收边泛水等地方，既体现了现代化厂房的恢宏气势，又丰富了立面效果。
钢结构设计论文范文4
【关键词】 刚结构；稳定性；设计
工业建筑钢结构的稳定问题在设计中，设计人员应该注重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；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，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。
1建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：
1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。
1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
2建筑钢结构设计
2.1基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；②所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；③尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。
2.2设计过程。
2.2.1收集资料：钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料，包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是《钢结构设计规范》gb50017-2003其次，还需要了解结构设计的习惯做法，根据以往的设计经验找出最优设计方案。
2.2.2确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。
3建筑钢结构的优势与不足
3.1钢结构的材料优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，和混凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势：首先，钢材的强度高，塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，有助于提供设计施工的精确性。
3.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过，这样会占用较大空间，使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，因此建造相同的楼层高度，采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外，与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比，由于钢结构轻质高强，因此可以简中实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。
3.3钢结构的不足。钢结构因其优势而得到广泛应用，近年来产生的钢结构住宅也促进了住宅产业化的发展进程，尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展的需要，带来了良好的综合效益、但钢材也存在其固有不足、比如钢材的耐腐蚀性和耐火性较差，因此钢结构使用时需要进行较严格的防护，其防护时费用高于钢筋混凝土结构、钢材虽有一定的耐热性，但在温度达150℃以上时，钢结构需要加隔热层加以保护、钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施、钢材的强度高，所做构件多数壁薄且截面较小，受压时为了在强度与稳定之间取得最优，往往满足了稳定的要求，而使得强度不能充分发挥等。
4建筑钢结构设计中应注意的问题
4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅，而多层用于公寓、根据抗震规范gb50011对12层以下和以上房屋的不同要求，建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此，其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。
4.3钢结构稳定性设计的经验。
4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。
钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。
参考文献
钢结构设计论文范文5
关键词：钢筋混凝土； 建筑结构；问题
中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：
引言：
随着我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起。随之建筑功能的不断丰富,新颖的造型,致使工程设计越来越复杂,但目前的设计周期普遍偏短,也使设计文件中普遍存在某些质量问题,应该引起我们的重视。
1.地基与基础设计过程中存在的问题
1.1柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中,地下室底板设计中,容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下,将会一起发生沉降变形,共同受力,如未考虑因此产生的附加应力,对底板而言是偏于不安全的,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时,其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程,可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施,当然,是否采用,还要综合考虑其他因素。另外,对于地下水位季节性变化较大的地区,应考虑高低两种不同水位对地下室底板的不同影响,求出包络图,再做配筋设计。
1.2天然地基锥体独立基础设计问题,有的基础设计锥体斜面坡度大于1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
1.3柱下独立基础之间的拉梁,如同时又是首层维护墙的承重梁的时候,不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。
1.4对于有地下室的建筑,当地下水位较高时,在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。尤其对于柱下承台的形式,更为明显。此时,由于柱下承台的影响,基槽地模形状很复杂,有很多的阴阳角和放坡,即加大了防水施工的难度,有加长了施工时间,都不利于保证质量,并且还增加工程造价。对于这种情况下,我建议大家考虑反承台法,即统一地下室底板和承台的下皮标高相同,承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。这种做法的优点是,基槽地模形状很简单,方便施工,利于施工质量得保证,同时也缩短了施工时间。并且,内部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,减小配筋,这种自相平衡的思路最科学。同时也提高了建筑物的抗倾覆能力。
1.5地下室底板和外墙配筋计算时,往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
2.结构计算与分析
在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
2.1结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2.2是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
2.3振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。
2.4多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而便结构出现不安全的隐患。
2.5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，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
3.梁侧纵向钢筋的配置
3.1由于目前电算程序在结构构件分析时尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响，而是由程序给出一个梁扭距折减系数，合理选用梁扭距折减系数对控制梁的扭距是很重要的，一般情况可取0.4-0.6。
3.2对跨度较大的次梁支承于主梁上时，次梁的支承端会对主梁产生较大的扭距，这时可在电算程序中指定该次梁的端支座为绞接。这种方法对解决梁在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。
3.3有时虽然做了以上调整，但梁的抗扭纵筋面积仍然较大。此时应将抗扭纵筋面积分摊一部分到梁的四根角筋，其余部分面积按梁侧腰筋设置，梁腰筋直径仍以Φ12～Φ16为宜。
4.混凝土施工方面出现的问题
为满足结构承载的要求，节约工程造价,通常在结构设计中对上、下柱或柱与粱扳的混凝土选择不同强度等级，然而未对结构的点区域的混凝土强度作出明确说明。按施工规范要求，当梁柱的混凝土强度等级不同时，节点处应按强柱弱梁的原则，节点区域的混凝土强度等级应与柱相同。采用强度较高的混凝土，在梁柱交汇处侧面设垂直施工缝是不符合规范要求的，混凝土浇筑时，应按图在梁柱接头周边用钢网或小板定位，并先浇筑梁柱接头的混凝土，随后浇筑梁板混凝土，这样既不便于施工，其质量也得不到保证。因此，在结构设计时应作综合考虑，根据实际情况将柱与梁板选择相同的混凝土强度等级，以方便施工。
5.结语
对于建筑钢筋混凝土框架结构的施工，有关规范虽已有详细规定，但仍有若干问题没有明确具体作法。这些问题在规范条文中没有具体规定，也往往易被忽视，给工程质量留下隐患。
参考文献：
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钢结构设计论文范文6
【关键词】高层钢结构 工业厂房 厂房设计 钢结构设计 高层结构设计 框架
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一．引言。
高层钢结构，一般是指层数为6层以上或者是高度为30米以上的，主要采用型钢、钢板连接或者是采用焊接成为构件，在经过焊接连接而成的结构体系。高层钢结构通常分为钢框架结构和钢框架—混凝土核心筒结构形式。钢结构框架是采用钢材制作为主的建筑结构，也是最主要的建筑结构类型之一，由于钢结构刚度大、强度高、自重轻等优点，被广泛应用于超重型、超高、大跨度的建筑物结构设计中。钢框架-混凝土核心筒结构一般用于现代高层或是超高层钢结构建筑中，其实质是钢—混凝土混合结构，应用较为广泛。
二．工业厂房高层钢结构方案选择。
1.工程概况。
国内某铜冶炼厂需要从国外引进3台奥斯麦特炉，其中有沉降炉、熔炼炉、吹炼炉各有一台，需要将设备集中放置于熔炼炉的主厂房内。熔炼炉主厂房车间平面为矩形厂房，长度为36米，宽度为25米，主跨度为21米，副跨度为4米，其檐口标高为47.2米，总建筑面积为5000平方米。主跨内设置有50T和10T重量级的桥式起重机各一台，其轨顶标高为41.77米，在屋面梁下悬挂有供炉子提升氧枪所用的2台10T电动葫芦，该厂房楼面的大部分活载为30kN/㎡。
工程工艺较为新颖，要求较为严格，施工流程较为复杂，同时室内具有高温热源，受到二氧化硫等气体的腐蚀影响，楼层间的高低差距较大，工程位于7度地震区，厂房业主要求工期较为紧迫。
2.方案选择。
由于该工程的特殊性，同时考虑工艺流程配置的特殊要求，综合考虑其他因素，确定采用钢框架结构较为适宜。考虑到厂房形式为自下而上的敞开大空间，没有完整的楼层，其结构空间刚度较弱，在厂房四周设置垂直的支撑，设计时室内柱间无障碍物，便于设备管线的布置。采用钢框架结构的结构体系，具有较为稳定的抗侧刚度，其稳定性取决于柱和梁的连接接点刚度及其延性。
3.结构类型选择参考。
钢结构工业厂房设计中，通常采用的建筑结构形式有三种:
(1)第一种为框架和支撑体系，设计时将横向设计为刚接框架，钢架梁和柱子也为刚接；纵向设计成为柱-支撑体系，框架梁和柱子为铰接，各柱间的支撑抵抗水平的荷载。此种结构比较适合横向较短，纵向较长的工业厂房，结构较为经济，比较节省钢材，其缺点为各柱间的支撑可能会影响到上部钢结构的使用。
（2）纯框架结构体系。此种结构为将纵向和横向两个方向上都设计为刚接框架，不在各柱间设置支撑。纯框架结构体系的使用空间不容易受到影响，在设计时不适合采用工字型截面柱，一般适宜采用口形或圆形等两个方向上惯性矩差别不大的截面形式，采用此结构需要较多的钢材用量，施工制作相对较为困难。
（3）钢架+支撑混合体系。钢架和支撑混合体系综合了框架和支撑体系、纯框架结构体系两种结构体系的优点，结构设计时将纵向设计为钢架和支撑混合的结构形式，在厂房的外侧设置柱间支撑，依靠二者的共同作用来抵抗水平力。钢架和支撑混合体系将少了柱子的纵向弯矩，柱间的支撑抵抗水平力效果较好，设计可以采用工字型的截面柱，此种结构需要较大的楼层刚度，适合采用钢筋混凝土楼面来保证整体的空间刚度，其截面宽度较大。
结合工程要求和钢结构各结构体系的优缺点，本方案选择钢架和支撑混合体系。
三.高层钢结构工业厂房设计。
1.高层钢结构工业厂房刚度保证。
工业厂房中的钢结构体系具有较好的延性，非常利于建筑的抗震设计。钢结构体系要满足建筑结构使用要求，就必须保证结构中的钢材具有足够的刚度。因此，在高层钢结构工业厂房的设计中，要从结构计算和结构构造两个方面来保证建筑厂房的刚度要求。
（1）结构计算。
本工程内厂房没有较为完整的楼层，其建筑空间工作性能较差，在进行厂房设计时，要根据平面框架体系来进行计算，其结构的侧向变形要严格控制。
在厂房外部风荷载作用下，其顶点的侧移要低于建筑物高度的1/500，各层间的位移要低于建筑楼层的1/400;考虑吊车的水平横向上的刹车力作用，要将厂房柱在吊车梁的顶面处横向变为控制在小于Ht/2000。考虑厂房位于7度地震区内，在地震的水平力作用影响下，建筑结构在弹性阶段的层间位移不能高于结构层高的1/250。根据设备提供方的所标明的设备安装工艺要求，在标高21.2米处，受到风荷载作用影响时，最大的水平位移要控制在35mm以内。
（2）结构构造。
高层钢结构厂房设计的结构构造是要通过加强构造措施，来保证结构关键和薄弱部位，来提升结构设计。结合本工程的实际情况，要从多方面来考虑。
结构设计中，在不影响生产操作的大前提条件下，在厂房的四周上要设置水平和垂直的支撑，来加强支撑体系。在本方案中，厂房高度为47米，楼层层数为9层，各层高平均为5.2米，层高是普通民用建筑的2倍之多，楼层中最矮的层高为3米，楼层最高的层高为7米。在整个楼层建筑中，基本上没有一个是较为完整的楼层，部分楼层还是钢格板，其建筑空间的工作性能较差。为了保证结构安装时的稳定性和加强厂房的刚度，在厂房的部分要增设柱间支撑，在每隔一层楼板的位置，沿着厂房的外侧来设置宽度大于3米的水平支撑。
厂房设计时，要考虑框架梁的侧向支撑。考虑抗震设计要求，在框架的各节点中，距离柱轴线的1/10梁跨处，为防止框架梁在弹塑性的状态下的侧向屈曲，有可能出现塑性铰的位置上要设置侧向的支撑构件。结合本方案情况，在设计时需要考虑一下两种情况：第一，当梁上翼缘和楼板相连在一起时，可只设置下翼缘受压区的侧向支撑；第二，独立框架梁在上下翼缘都设置有支撑时，其基本方式是要在互相垂直的两根梁的中间部位设置偶撑。
结构设计中，要在框架的纵横两个方向上都要采用刚性节点的方式，各柱脚位置要采用外包式的刚性柱柱脚。
2.钢结构厂房在设计时需要考虑的因素。
钢结构的发展是随着我国建材市场的发展而得到广泛应用，现代的工程通常都采用了钢结构的厂房，其由于抗震性能好、自重较轻、施工速度较快等诸多优点，被广泛应用到建筑工程中。本工程案例就是钢结构应用的典型。作为建筑结构类型之一的钢结构，在进行高层厂房设计时，需要考虑多方面因素。
（1）钢结构工业厂房的图纸设计的重要性。
工业建筑工程的图纸是工程施工的重要依据，在高层钢结构工业厂房的设计期间，要组织专业的技术人员对设计图纸进行严格审核，要检查施工图纸中是否存在“漏、错、缺”等问题，要力争将问题在施工之前进行解决，要尽量减少因施工图纸对工程施工进度和施工质量产生影响。高层钢结构工业厂房在工程设计中要针对制作阶段和工程安装阶段分别编制对应的施工组织设计，在结构中的制作工艺要包括制作阶段工序、分项的技术要求和质量标准，要为提高建筑结构的产品质量制定各类具体措施。
（2）高层钢结构工业厂房的支撑系统设计原则。
高层钢结构工业厂房具有特殊的结构形式，为了保证厂房空间工作性能，要提高建筑结构的整体刚度，要能承受和传递纵向方面的水平力，最大程度的防治杆件产生过大变形，要避免压杆出现失稳，以此来保证结构的整体稳定。设计中要根据厂房的结构形式，设置车间吊车、振动设备、厂房跨度以及厂房的高度、温度区段的长度等等基本情况来设置稳定可靠的支撑系统。在厂房结构中，对每一温度区段要设置较为稳定的柱间支撑系统，要同屋盖的横向水平支撑保持相互协调的布置。作为决定厂房在纵向结构变形方向上的重要因素，要控制下柱的支撑位置，并减少下柱支撑位置对温度应力的影响，要考虑吊车梁等纵向构件会由于温度的变化而在自由区段向两端伸缩。在温度区段的长度较小时，通常情况下要在温度区段的中间位置设置一道下端柱支撑，当温度区段的程度超过150米时，要在温度区段内设置两道下段柱支撑，以此来保证和提升厂房的纵向刚度，下段柱的布置位置要尽可能布置在温度区段中间的1/3位置范围内，同时，为了考虑避免出现过大的温度应力，在两道支撑的中心距离要控制在72米以内。
（3）高层钢结构工业厂房抗震设计要点。
在进行高层钢结构工业厂房设计时，要考虑厂房的抗震性能。在厂房的总体布置要求上，要将厂房结构刚度和质量进行均匀分布，保证厂房的均匀受力，通过协调变形，来尽量避免厂房因结构的刚度不均匀造成厂房抗震影响。钢结构厂房的横向结构采用钢架或屋架和柱的框架连接，要保证钢结构的受力性能，避免减少横向结构的变形。通常情况下，钢结构的厂房破坏主要是由于杆件的强度不足高层杆件失稳而造成的，所以要通过合理布置支撑系统，来提升厂房结构的整体稳定性能。同时，要考虑在地震的作用下，存在低周疲劳作用影响，在设计时 要考虑其对高层钢结构工业厂房的影响。钢结构的连接点设计时，要保证节点的破坏不能先于结构构件的截面屈服，要在结构构件能够进入塑性工作时，能够充分吸收地震的能量，能充分发挥结构的抗震能力。
（4）高层钢结构工业厂房的耐热能力设计。
钢结构的工业厂房本身具有较差的防火能力，在钢材受热温度超过100℃以上时，随着温度升高，钢材的抗拉强度逐渐降低，同时其塑性增大；在受热温度超过250℃时，钢材的抗拉强度增大，但是塑性却降低，容易出现蓝脆现象；在钢结构的表面温度基本上出于150℃时，要必须做好隔热和防火设计，一般都通过涂刷耐热涂料来处理，同时也可以在钢结构构件外包耐火砖、硬质防火板材、混凝土等来进行隔离处理。
（5）高层钢结构工业厂房的防锈蚀设计。
由于工业钢结构厂房外部无其他保护措施，都是直接暴露在空气中，因而容易受到空气中的侵蚀介质和在刚结构构件受到外部潮湿环境，产生结构锈蚀或构件损坏等问题。钢结构的锈蚀造成构件截面厚度变薄，同时会在构件饿表层形成局部的锈坑，当修饰时间较长时，锈坑的长期锈蚀，会形成空洞，在结构构件受力较为集中时，会造成结构的过早破坏。因此，在进行高层钢结构工业厂房设计时，钢结构构件的防锈蚀要引起足够的重视。在进行设计时，要考虑厂房的侵蚀介质情况和环境条件，设计中要在厂房布置、结构内部、工艺布置、结构选型、材料选择上来设置相对应的对策和相关措施，以此来保证钢结构厂房的安全。通常情况下，钢结构的防锈蚀一般多采用涂刷防锈漆到构件表面，来提升构件防锈蚀的能力，涂刷的层数和涂刷厚度根据涂层性质和构件使用环境来进行确定。室内钢结构在自然大气介质作用下，钢构件的涂层厚度约为100μm左右，通常涂刷形式为底漆两遍、面漆两遍的形式。对露天的钢结构长期暴露在工业大气的侵蚀下，要求的涂刷总厚度为150μm至200μm以上。在钢柱的柱脚部位，地面以下部分涂刷强度和等级要超过C20混凝土的包裹，涂刷的保护层厚度要超过50mm。高层钢结构工业厂房中，有侵蚀介质的厂房中的受力构件，设计时的型钢厚度不得少于8mm，其受力焊接的厚度不能低于8mm。
（6）刚性节点设计控制因素。
高层钢结构工业厂房在进行刚性节点设计时，其节点的构造要尽量保持和设计的假定相符，在受力后的节点产生转动时，要同节点连接各杆件的夹角要保持不变，虽然这是一种较为理想的假定，但由于节点部位并不是绝对的刚度，会存在一定的剪切变形，为了能够减少刚性节点的剪切变形作用，在进行厂房设计时，要采取构造措施，来增加劲板来加强节点区的刚度。各节点的杆件之间要能保证具有相互传递剪力和弯矩的能力，要尽可能采用直接传力的方式来进行传递。同时，要尽可能设计较为简单的构造，达到节省材料的目的。虽然，节省材料、构造简单和传力安全可靠有所矛盾，但是要根据负荷大小和节点的重要性，来综合考虑。根据节点的具体情况来选择合理的节点形式。为了提高节点的运输能力和安全能力，要在安装时便于固定和调整，在进行设计时，要在节点部分杆件主材连接外，要适当增加连接件，同时要注意，连接件越多时，在制作过程中需要切割下料和拼接焊接时的工作量会有所增加，这点在进行设计时要引起注意。
四．结束语
高层钢结构工业厂房是常见的厂房结构形式，其具有空间工作性能好，其具有的高空间能力、较高抗震水平，被广泛应用于现代工业建设中。在进行设计时，要综合考虑多方面因素，来提升钢结构的整体性能，保障建筑结构安全。
参考文献：
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