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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:钢结构 稳定性 设计
一、钢结构稳定性设计的原则
1、结构整体布置必须必须兼顾整个体系以及组成部分的稳定性要求
我国目前钢结构设计大多都是以平面体系设计为主,设计中的结构体系是结构各组成部分构件构成的。因此在大跨度结构稳定性设计中,结构局部稳定性是保证整体稳定性的关键前提。在设计中需要注意结构各组成部分构件的整体布置,设计有针对性的支撑构件,来保证平面结构构件的结构布置与平面稳定计算之间的一致性。
2、结构计算简图和实用计算方法所依据的简图保持一致
目前设计单层和多层框架结构时,一般以框架柱的稳定计算为准,而不作框架稳定分折。在采用这种方法时,必须通过框架整体稳定分析计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。但是在实际设计工程中,这种操作方法简便。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”。根据这条假定,当设计单层或多层框架结构时,框架各柱的杆件稳定和稳定参数计算的常用方法是依据一定的简化假设或者典型情况得出的,保持结构参数计算方法与前提假设和具体计算对象一致,设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。
3、设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合
设计者处理构造细部时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。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。
二、钢结构稳定性设计的特点
钢结构稳定性设计的重点在于找出结构内部抵抗力与外荷载间的不稳定平衡状态。主要从下面几个特点进行设计:
1、计算临界荷载:临界荷载是理想构件平衡路径分支点所对应的载荷。钢结构稳定问题中有一类分支点失稳问题,即完善平板中面受压时的屈曲以及完善直杆轴心受压时的屈曲。这一问题是由建筑钢材做成的偏心受压构件在弹缩性变形时丧失稳定的能力造成的。因此在钢结构稳定性设计中要求得钢结构的临界荷载,避免分支点失稳。根据临界荷载的定义,通常按以下两个基本原理求得临界荷载:①建立构件在微曲状态下屈曲位移与荷载间的微分方程,求其在满足边界条件下的临界载荷解。②在构件微曲状态下建立以屈曲位移和载荷的总势能式:E=U+V(U为变形体应变能;V为外力势能,它等于外力功的负值),然后根据能量法原原理,由总势能一次微分为零,即E0=0的条件可求得临界荷载。
2、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,临界压力是由著名欧拉公式给出的:
,式中E为钢材料特性,I为截面特性,L 为杆的长度。它表明轴心受压的杆件,压力使杆件的弯曲度下降,而当压力达到临界值NE时,杆的弯曲度就会消失。
3、对稳定性进行整体分析:必须从整体着眼进行稳定分析,因为杆件的稳定性来自结构的整体稳定性。
4、二阶弹性分析: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。可按照以下步骤完成:
(1)根据《规范》得,应在每层柱顶附加考虑由下式计算的假想水平力Hni:
其中,Qi为第i楼层的总重力荷载设计值; ns为框架总层数,当0.2+1/ns>1时,取此根号值为1.0;αy为钢材强度影响系数,Q235钢为1.0,Q345钢为1.1,Q390钢为1.2。
(2)①对有侧移的纯框架结构,当采用二阶弹性分析时,各杆杆端的弯矩MⅡ可按下式近似计算:其中MⅠb为假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆端弯矩;MⅠs为各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆端弯矩;
为考虑二阶效应第i层的侧移弯矩增大系数。
②对于有侧移的纯框架,当采用二阶弹性分析方法计算内力,且在每层柱顶附加假想水平力Hni时, P―Δ效应已在内力分析中计入,柱计算长度系数取1.0,因此柱稳定计算的计算长度就可取其几何长度。
(3) 在解决了以上问题的基础上,根据压弯构件稳定性验算公式进行稳定性设计验算:
三、钢结构稳定性设计中的难点
1、目前梁-柱单元理论已成为网壳结构稳定性的研究中的主要研究工具,但是梁-柱单元并不能确保真实反映网壳结构的受力状态,因此如何反映轴力和弯矩的耦合效应是目前网壳结构稳定性设计中的主要问题。
2、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、跳跃型失稳、干扰型屈曲等问题的研究。
3、在统计与稳定性有关的几何量和物理量时,一般只是根据有限样本来选择概率密度分布函数,带有很大程度上的统计信息局限性,造成对稳定性设计的数据依据不够准确。因此在统计时,要结合实践经验和相关规范确定统计信息的准确性。
四、总结
在实际设计中,设计人员应把握钢结构稳定性设计的原则,明确知道结构构件的稳定性能,完善设计方案,达到稳定性要求。同时针对结构构件的失稳的问题进行研究,不断完善钢结构稳定设计理论。
参考文献:
钢结构设计论文范文4
关键词：土木工程；高层建筑；结构设计；热点问题
Abstract: along with the rapid development of high buildings, multilayer reinforced concrete frame structure is more and more widely used in construction. In the reasonable height and layer, frame structure can provide larger building space, the layout flexible, fit a variety of technology and use function requirements. But, in the frame structure design, still exist some practical problems, the following this paper of multilayer reinforced concrete frame structure design in the paper analyses the problems in the research and provide the reference for colleague.
Keywords: civil engineering; High-rise buildings; Structure design; Hot issues
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号
1、钢筋混凝土框架结构设计方法的综述
自钢筋混凝土框架结构在土木工程中出现以来，随着生产实践的经验积累和科学研究的不断进步，钢筋混凝土框架结构的设计方法在不断的发展和完善，先后经历了容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。容许应力法以线弹性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的应力不大干容许应力，截面应力按线弹性设计方法求出，容许应力是用材料的强度除以安全系数求得。容许应力法仅考虑材料的弹性性质，容许应力取值也无科学依据，框架结构设计是否安全可靠无法用实验来验证。破损阶段法以塑性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的内力不大于破坏时内力除以某一安全系数，破损阶段法使构件有了总的安全度的概念，可以说它开创了一个新局面。但它仍存在一些重大的缺点：只保证了构件的强度，但却无法了解构件正常使用是否满足要求；安全系数取值仍须经验，并无严格科学依据；单一安全系数不能对不同荷载、材料、构件区别对待，从而正确地度量框架结构的安全度。极限状态法是破损阶段的发展，它规定了框架结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作系数，从而把不同荷载、材料、构件区别对待，使构件具有比较一致的安全度。
从本质上讲，破损阶段设计法和极限状态设计法中的承载力极限状态设计所依据的都是极限强度设计方法。极限强度设计方法的基本原则是求出截面破坏时的极限承载力，然后控制截面在使用荷载作用下的内力不大于破坏时的极限承载力除以某个考虑安全的系数。系数可用单一系数，即破损阶段法；也可用分项系数，即极限状态法。随着可靠度设计方法的发展，安全系数的取值已经从传统的定值设计法发展到今天的半概率设计法，又在向近似概率设计法发展，使框架结构设计的极限状态设计方法向更完善、更科学的方向发展。但是，只有框架结构的极限承载力得以准确评估后，框架结构安全系数更为精确、科学的取值才会更有意义，框架结构安全度才能得到充分保证。
2 钢筋混凝土框架结构设计时正确选取结构参数
2.1 选取设计基本地震加速度
《建筑抗震设计规范》3．2．2条中规定：抗震设防烈度为Ⅶ度时，设计基本地震加速度值分别为0．1g和0．15g两种，抗震设防烈度为Ⅷ度时，设计基本地震加速度值分别为0．2g和0．3g两种，这与89旧规范差别较大。计算中应严格注意地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值，这一项对地震作用效应的影响极大。
2.2 地震力振型组合数
对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数，但不能多于层数；当房屋层数不大于2时，振型数可取层数，对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层，顶部有小塔楼等，振型数应大于12或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析， 有必要时才可以取更多的振型。
2.3 结构周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的，但如果折减系数取得过大也是不妥当的。对于框架结构来说，采用砌体填充墙时，周期折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0．6～0．7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0．9；无墙的纯框架，计算周期可以不折减。
2.4 梁刚度放大系数
结构设计计算软件的输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中梁取2．0，边梁取1．5为宜。
3 框架结构构造配筋
3.1 框架外挑梁配筋
由于占地面积的限制，使用功能的要求或结构上的原因，工程上常在框架的梁端设计挑梁。由于框架梁的荷载与外挑梁的实际荷载值不同，因而框架梁与外挑梁的断面尺寸会有所不同，而有的设计人员在绘图时只是将框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸，殊不知有些主筋根本无法伸进挑梁，这些差错一般在施工时才会暴露出来，但为时已晚。许多钢筋已截断成型，这不仅影响了施工进度，而且也造成了不必要的损失。框架梁外挑梁下常设置钢筋混凝土柱。在柱的内力和配筋计算中，有些设计人员对其受力概念不清，误认为此为构造柱，并且其配筋为构造配筋，悬臂梁也未按计算配筋，这样有可能导致水平荷载作用下承载力不足，为事故的发生埋下隐患。
3.2 框架边柱柱顶配筋
对于框架结构的高层建筑，水平荷载对结构的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力与建筑高度的平方成，正比；顶点位移与建筑高度的4次方成正比，水平荷载是结构设计中的控制因素，框架顶层的风荷载较大，而屋面结构荷重传给边柱的轴向总力比楼层边柱总力要小，显然柱顶有大偏心问题顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距大于0．5倍的柱截面高度(e0>O．5h)。根据框架结构的构造要求，横梁上部钢筋应全部伸入柱内，且伸过横梁下边；柱内一部分钢筋伸到顶端，另一部分钢筋伸到横梁内，其根数依据计算确定且不少于2根，设计人员在图中经常容易将边柱柱角的钢筋弯入梁内，对这类问题，缺乏实践经验的工程技术人员不易立即发现，而要等施工时才会察觉。问题的症结在于柱宽大于梁宽，柱角的纵筋要完全伸入梁内是办不到的，对这种差错应引起设计人员的重视。
3.3 框架梁、柱箍筋配置
根据《建筑抗震设计规范》第6．3．3条及6．3．8条规定，工程习惯上常取的粱、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，由设计人员根据规范确定箍筋直径和肢数。当框架梁中由于种种原因纵向钢筋超筋时，梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利，这也是当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2mm的原因。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm引起配箍不足。这里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，并且不乘以剪力增大系数。
4 多层框架结构设计要求
4.1 强柱弱梁节点设计
这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“层侧移机构”，从而使柱不被压溃的关键控制措施，柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化，因此，当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
4.2 强剪弱弯剪力墙设计
为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20％；连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉，这是比较危险的。但是，考虑到耗能，连梁又不能太弱，连梁弱到成为一般小梁时，墙肢就变成单肢墙，而单肢墙的延性很差，仅为多肢墙的一半，且单肢墙仅具有一道抗震防线，超静定次数少，在地震作用下是很不利的，目前，有许多设计人员将结构中门洞连梁、窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件，这对结构抗震是很不好的。在实际设计中，对连梁的刚度都要进行折减，这是因为剪力墙的刚度一般都很大，在水平力作用下，剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值，可靠的办法是让这些连梁先屈服，要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏，连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求，对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。
5 结束语
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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