钢结构设计论文例1

2我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足

在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面，GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文，阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:

1)《构筑抗震设计规范》6．2．19条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;

2)《构筑抗震设计规范》6．2．22条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述，规范使用“应”字，因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型，否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面，钢排架结构施工进度快，造价低，但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂，造价高，后期维护工作量低。在工程建设中，钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间)，具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用，采用门式柱间支撑，可以留出工艺空间，还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况，环境污染日益严重，从节能减排方面讲，钢排架结构应作为首选，但规范未给具体说明。

钢结构设计论文例2

一、前言

轻钢结构住宅相比于传统住宅，有其突出的优点：

（1）轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高，商品化程度高。

（2）现场施工速度快，主要为干作业，有利于文明施工。

（3）钢结构建筑是环保型的可持续发展产品。

（4）自重轻，抗震性能好。

（5）综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。

随着我国钢产量的快速增长，对用钢政策由限制用钢到合理用钢到积极用钢，国务院1999年颁发的72号文件提出要发展钢结构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖。因此开发轻钢结构住宅体系已成为当前住宅结构研究中的热点。不过，多层轻钢结构的研究还处于起动阶段，研究力度还不够，实际设计和施工还存在不少争议和问题。这些都急需解决，以利于轻钢住宅在我国健康快速发展。

二、结构体系选型

对低、多层住宅，目前国内外常用的结构体系主要有：

（一）冷弯薄壁型钢体系

构件用薄钢板冷弯成C形、Z形构件，可单独使用，也可组合使用，杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不易保证，抗侧能力较差，一般只用于1～2层住宅或别墅。笔者处理的几个旧房加层，如蓟县国税局、天津港派出所等改造工程，使用了该体系，效果较好。

（二）框架

目前，这种体系在多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架，门窗设置灵活，可提供较大的开间，便于用户二次设计，满足各种生活需求。钢框架考虑楼盖的组合作用，运用在低多层住宅中，一般都能满足抗侧要求。但是由于目前框架柱以H型钢为主，弱轴方向梁柱连接的刚性难以保证，因此设计施工时须慎重处理。

（三）框架支撑体系

在风载或地震作用较大区域，为提高体系的抗侧刚度，增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为多重抗侧体系，而且梁柱节点，柱脚节点可设计成铰接、半刚接，施工构造简单，基础主要承受轴力，体形较小，因此成为人们青睐的对象。

（四）框架剪力墙体系

在低多层住宅中，可以应用传统的剪力墙体系，如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材，采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架，然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接，便可形成新型剪力墙。另外美国，澳大利亚等国还开发了交错桁架体系，比较新颖。

三、主要构件设计

（一）柱

前已述及，钢结构住宅一般为大开间，框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时应该考虑强柱弱梁的要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面，强弱轴惯性矩之比3～10，势必造成材料浪费。因此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱，不仅截面受力合理，同时可以提高框架的侧向刚度，防火性能好，而且结构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此，尽管平面受力结构中，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上，箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展的主要方向，但由于缺乏相应的规范、规程，目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工厂制作和现场施工，应加大力度开发研究。

（二）楼盖

在多层轻钢房屋中，楼盖结构的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外，更主要的作用是保证与抗侧力结构的空间协调作用；另外从抗震角度来看，还应采用相应的技术和构造措施减轻楼板自重。常用的楼盖结构有：压型钢板－现浇混凝土组合楼板，现浇钢筋混凝土板以及钢－混凝土叠合板，而以第一种最为常用。目前，在多层轻钢房屋整体分析时，还普遍不考虑楼盖与钢梁的组合作用，即使设置抗剪键，也偏保守地假设钢结构承受全部荷载，这样不仅增加材料用量和结构自重，反而会造成强梁弱柱的不利情况。有一6层算例，表1、表2分别反映了考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。

表1截面惯性矩对比

构件名称截面惯性矩组合前后的对比

主梁（负弯矩区）1.51（2.22）1.47

主梁（正弯矩区）1.51（4.28）2.83

次梁0.797（2.48）3.11

注：括号内为考虑年组合作用的情况

表2结构位移对比

结果工况1工况2工况3

楼层梁挠度16.9（10.9）16.9（10.2）/

屋盖梁挠度35.5（35.4）34.3（34.2）/

底层层间位移16.9（10.2）4.8（3.7）8.4（5.9）

顶点位移/18.2（13.8）49.9（31.0）

注：括号内为考虑年组合作用的情况

算例表明，考虑组合作用后主梁的刚度大大增加，使得梁的挠度和地震作用下柱顶的侧移大为减少，此考虑组合作用应予关注。为使楼层高度减到最小，提供更大的空间，组合扁梁楼盖也成为一种趋势。

（三）支撑体系

支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种，前者耐震能力较差，后者在强震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且为门窗洞的布置提供了有利条件，目前国内用的还很少，建议在高烈度区首选偏交支撑。剪切型耗能梁段，加劲肋按以下公式设计：

a＝29tw－d/5,（γp＝±0.09rad）（1）

a＝38tw－d/5,（γp＝±0.06rad）（2）

a＝56tw－d/5,（γp＝±0.03rad）（3）

式中，a―――加劲肋间距，d―――梁高，―――腹板厚度，γp―――塑性转角；弯曲型耗能梁段还需在梁段端点外1.5bf处加设加劲肋。

（四）节点抗震设计

框架梁柱节点一般采用两种连接方法，根据"常用设计法"，即翼缘连接承受全部弯矩，梁腹板只承受全部剪力的假定进行设计。震害表明，这种设计不能有效满足"强节点弱杆件"的抗震要求，在高烈度区隐患很大。改进的框架节点设计，在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或者将梁端上下翼缘局部加宽盖板面积或加大的翼缘截面面积主要由大震下的验算公式确定：

式中：为基于极限强度最小值的节点连接最大受弯承载力，全部由局部加大后的翼缘连接承担；为梁件的全塑性受弯承载力；为基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力，仅由腹板的连接承担；为梁的净跨；为梁在重力荷载代表值作用下按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。

四、结论

钢结构设计论文例3

前言

所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公，住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房，汽车库，地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在内，建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在内，建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米，总建筑面积100010平方米。

因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值，为此设二道抗震缝将房屋分为三段，形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼；C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑；其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类，场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（办公部分），持力层为强风化砂岩，地基承载力标准值400Kpa，压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级，设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。

1、结构布置特点

A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求（即住宅室内无柱角）及下部五层商场大空间的使用要求，采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构，在五~六层中间利用设备层做转换层，采用梁式转换，转换层设置标高为23米。高宽比为3.22，长宽比为4.13，转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。

1、房屋高度超限

A、B栋高层房屋高度为89.1米，超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-91）中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。

2、采用双塔楼联体结构，质量、刚度分布不均匀，竖向不规则。

3、高位转换：

在五~六层之间利用设备层做转换层，标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。

4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次转换。

5、由于商场使用功能的限制，A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少，且大都布置在商场后部，主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。

6、6~26层住宅部分在剪力墙局部开设角窗。

2、构造措施

经我院多次分析论证，认为其主要不利因素为：框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施：

1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构（钢骨混凝土柱共48个）。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。

2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板，在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。

3、由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。

4、在住宅部分开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，对其抗震性能带来了不利影响，改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素，我们决定从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。

3、计算结果分析

3.1、总体计算结果

1、计算软件：

采用中国建筑科学研究院的PKPM系列中的TAT（多层及高层建筑结构三维分析与设计软件），SATWE（多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件）两种不同程序分别进行对比计算，其总体计算结果接近。下面列出TAT、SATWE的计算结果。地震影响系数采用《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中的数值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05

2、设计参数：

地震烈度8度；场地土类别Ⅱ类；抗震等级框架、剪力墙均为一级；楼层自由度数：每个塔楼每层3个自由度（两个平动，一个扭转）；地震作用按侧刚分析模型考虑扭转耦连，用18个振型计算，固定端取在±0.000处。

3、结构基本周期：

SATWE结果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611

T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458

（仅列出前六个振型）

TAT结果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669

T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749

(仅列出前六个振型)

4、地震作用下的底层水平地震剪力系数：

SATWE结果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%

TAT结果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%

5、地震作用下按弹性方法计算的最大层间位移与层高比值：

SATWE结果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187

TAT结果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583

6、地震作用下按弹性方法计算的最大顶点位移与总高比值：

SATWE结果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649

TAT结果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373

7、结构振型曲线及时程分析的部分图形

3.2、计算结果分析

根据以上计算结果来看，两种计算结果接近。下面以SATWE程序为主进行分析：

1、自振周期在合理范围之内，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.9，满足规范要求。

2、振型曲线光滑符合规律。

3、底层剪重比>3.2%,满足规范要求。

4、最大层间位移和顶点位移<1/1000，满足规范要求。从最大楼层位移曲线可以看出，五层以下较缓，而转换层以上较陡，说明底盘刚度比塔楼刚度小。

5、分析表明，时程分析的最大位移均不超过反应谱法计算的位移值，y向楼层剪力，X、Y向楼层弯矩均不超过反应谱法计算的楼层剪力及楼层弯矩，仅X向楼层剪力TAF-2波大于反应谱法，但三个波的平均值仍小于反映谱法楼层剪力。动力时程分析复核结果表明，不需要调整个楼层构件的内力和断面配筋。

3.3、局部计算及构造处理

1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墙有限元分析程序进行计算，并进行应力分析。同时，加强框支梁的配筋构造措施，为避免框支梁钢筋过密，在框支主梁的下部配筋区加设一根580mm高的钢梁。

2、角窗：整体计算时，角窗上部墙体按双悬臂梁进行计算。配筋设计时同时满足剪力墙连梁的要求。同时，加强角窗周围的暗柱及连梁的配筋，边墙剪力墙加墙垛，角窗部分楼板加斜筋。

3、钢骨柱的计算：首先，确定钢骨的截面形式，预定钢骨柱的钢骨含钢率，带入SATWE程序中进行整体计算，并根据计算结果调整含钢率。有关钢骨柱的构造及具体做法见下面的详细介绍。

4、钢骨混凝土结构设计前的准备工作

采用钢骨混凝土是解决超限问题的重大技术措施，也是本次设计的重要组成部分，在我省也是首次采用。在本次设计中，钢骨柱采用的是实腹式十字型钢，钢骨梁采用的是工字型钢。在钢骨混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下：

4.1、钢骨的含钢率：

关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当钢骨含钢率小于2%时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时，钢骨与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97中将钢骨含钢率定为2%~15%。一般说来，较为合理的含钢率为5%~8%。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001中定为4%~10%。在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中，考虑到建设单位尽量节约钢材，节省资金的要求，经专家委员会认可，钢骨柱的含钢率确定为3.5%。

4.2、钢骨的宽厚比：

钢板的厚度不宜小于6mm，一般为翼缘板20mm以上，腹板16mm以上，但当钢板厚度大于36mm时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。

4.3、钢骨的混凝土保护层厚度：

根据规范规定，对钢骨柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm，对钢骨梁则不宜小于100mm。

4.4、要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题。

5、钢骨的制作与构造措施

5.1、钢骨的制作

钢骨的制作必须采用机械加工，并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221的规定，钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书，质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈，焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，型钢钢板的制孔，应采用工厂车床制孔，严禁现场用氧气切割开孔，在钢骨制作完成后，建设单位不可随意变更，以免引起孔位改变造成施工困难。

5.2、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求

钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验，大约只相当于光面钢筋粘结力的45%。因此，在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的，直至构件破坏。而在钢骨混凝土中，由于粘结滑移的存在，将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决，一是在构件上另设剪切连接件(栓钉)，并按照计算确定其数量，即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担，称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响，同时在型钢的一定部位：如（1）柱脚及柱脚向上一层范围内；（2）与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处；（3）结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》GB10433的规定，栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径，间距不宜小于6倍栓钉直径，且不宜大于200mm。并采用特制的设钉枪进行焊接，焊接质量应满足规范要求。

5.3、钢骨的拼接

钢骨柱的长度应根据钢材的生产和运输长度限制及建筑物层高综合考虑，一般每三层为一根，其工地拼接接头宜设于框架梁顶面以上1~3m处。钢骨柱的工地拼接一般有三种形式：（1）全焊接连接；（2）全螺栓连接；（3）栓、焊混合连接。设计施工中多采用第三种形式，即钢骨柱翼缘采用全溶透的剖口对接焊缝连接，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。中广大厦设计中的钢骨工地拼接采用第三种形式。

5.4、钢骨柱的柱脚构造

1、钢骨柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种，在抗震区宜采用埋入式柱脚，柱脚钢骨的混凝土最小保护层厚度为：中间柱：不得小于180mm，边柱和角柱：不得小于250mm。

2、钢骨柱埋入式柱脚的埋入深度不应小于3倍型钢柱截面高度，在注脚部位和柱脚向上一层的范围内，钢骨柱翼缘外侧设置栓钉，栓钉直径不小于Ø19，间距不大于200mm,且栓钉至翼缘板边缘的距离大于50mm。

3、在中广大厦的钢骨设计中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米处，为保证地下一层汽车库的使用功能，经多次反复研究、讨论，最终确定了底层框架梁水平、垂直加腋，钢骨伸入框架柱内长度为1.5m，下部与钢筋混凝土柱柱心钢筋焊接。在施工过程中，施工单位提出，钢骨注脚放在半层柱上施工有困难，施工质量无法保证。后经施工单位、设计单位、制作单位及建设单位多次研究，决定在钢骨柱柱脚底部另设格构式支架，将支架一延伸至地下一层底板（支架必须保证拉力传递），比上述方法容易施工，加快了施工进度。经实践证明在今后的设计中若遇到同类问题，宜将钢骨直接伸入地下一层，这样即满足了埋入式柱脚的埋深问题，又取消了底层梁加腋的施工工序、支架的制作安装工序，节省了时间，施工质量较易保证。

5.5、钢骨柱的节点构造

框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位，设计时应保证传力明确，安全可靠，施工方便，节点核心区不允许有过大的变形。

在钢骨混凝土结构中，梁、柱节点包括以下几种形式：（1）钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接；（2）钢梁—钢骨混凝土柱的连接；（3）钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接。在中广大厦设计中我们遇到的是第三种情况。

规范规定，节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致，在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道，梁中主筋不应穿过钢骨翼缘，也不得与柱中钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不宜超过腹板面积的25%。

根据规范要求，在中广大厦钢骨设计中，我们采用的方法是：在钢筋混凝土梁与钢骨柱连接的梁端，设置一段工字型钢梁（牛腿），钢梁的高度由钢筋混凝土梁高决定，一般为钢筋混凝土梁高的0.7倍以上，钢筋混凝土梁内钢筋的一部分与钢牛腿焊接或搭接，钢牛腿的长度应满足梁内钢筋内力传递要求。因钢骨柱主筋穿过钢牛腿翼缘，钢牛腿强度有所削弱，因此梁内钢筋焊接或搭接长度应从牛腿根部起算。在实际施工中，由于钢牛腿长度较长，运输有困难，钢牛腿的长度均取满足梁内主筋焊接长度要求。在钢牛腿的上、下翼缘上设置栓钉，栓钉的直径为Ø19，间距200mm，从框架梁梁端至钢梁（牛腿）端部以外2倍梁高范围内为框架梁端箍筋加密区，梁内主筋保证有不少于1/3主筋面积穿过钢骨连续配置。

为方便钢骨的工厂化制作，钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是：

（1）需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置；

（2）根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度；

（3）确定框架梁中每根钢筋的位置；

（4）根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置；

（5）钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大4~6mm；

（6）,钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。

5.6、钢骨的柱顶构造

根据规范规定，但结构下部采用钢骨混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱时，其间应设置过渡层。在本次设计中，过渡层设置在转换层中，柱顶加设一块25厚柱顶锚固板。但在实际施工过程中，转换大梁配筋较多，柱顶锚固板直接影响转换大梁钢筋的锚固，经多方研究，取消了柱顶锚固板，为转换大梁的顺利施工创造了条件。

6、经济比较

未采用钢骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸为1300X1300mm,上部住宅为6~25层。采用钢骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸为1100X1100mm,上部住宅为6~26层，框支柱截面面积减少了30%左右，住宅面积增加了1860平方米。

在整个建筑中，共使用型钢650吨，型钢的材料、制作、安装综合预算价约为6500元/吨，减去缩小柱截面及减少钢筋面积的费用后，增加费用257.63万元，柱截面缩小后商场部分增加使用面积115.2平方米，按20000元/平方米计算，增加收益230.4万元。增加住宅面积增加收益372万元（1860平方米，按2000元/平方米计算），变更后增加净收益352.77万元。

钢结构设计论文例4

1引言

随着体外预应力技术的日趋成熟和新型建筑材料的发展，许多国家的工程师都在对大跨径桥梁的主梁轻型化问题进行研究。在上世纪八十年代，法国首先设计并建造了以波形钢腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型组合结构桥梁－Cognac桥，其后又相继建造了Maupre高架桥、Asterix桥和Dole等数座波形钢腹板的组合结构桥梁，该形式箱梁的典型结构如图1所示。自上世纪九十年代起，日本也对该类形式的桥梁进行了研究，在参考法国同类桥梁的基础上，先后修建了新开桥、本谷桥、松木七号桥等一系列桥梁，其中有连续梁桥，也有连续刚构桥，拓宽了其使用范围，发展了设计和施工技术。

波形钢板即折叠的钢板，具有较高的剪切屈曲强度，用它作为混凝土箱梁的腹板，不但充分满足了腹板的力学性能要求，而且大幅度减轻了主梁自重，缩减了包括基础在内的下部结构所承受的上部恒载，还省去了施工时在腹板中布置钢筋、设置模板等繁杂的工作。此外，波形钢板纵向伸缩自由的特点使得其几乎不抵抗轴向力，能更有效地对混凝土桥面板施加预应力，提高了预应力效率。这种组合结构能减少工程量、缩短工期、降低成本，在施工性能和经济性能方面都具有很大的吸引力。

2设计方法

当桥梁上部采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的结构形式时，和普通的钢筋混凝土箱梁桥一样，其设计需要针对施工和使用阶段的不同要求。施工阶段的计算要结合具体的施工形式，比如，连续梁桥可以采用悬臂施工、顶推法施工或其它的方法，主要的计算荷载有自重、预应力、混凝土不同龄期的收缩徐变、施工荷载等。使用阶段则要考虑汽车荷载、风荷载、温度荷载等。箱梁内通常同时设置体内和体外预应力，由混凝土顶板和底板内的体内预应力抵抗施工荷载和恒载，箱内的体外预应力用来抵抗活载。这样考虑的原因之一，是为了满足更换体外预应力钢束时结构的受力要求。

2．1纵向抗弯计算

波形钢腹板在轴向力的作用下，轴向变形很大，表现出来的等效弹性模量很小。波形钢板在纵向的等效弹性模量和板厚、波纹形状有关，可由下式计算

Ex＝αE(t／h)2（1）

式中，Ex为等效轴向弹性模量；E为钢材的弹性模量；t为钢板厚度；α为波纹的形状系数。根据此式，日本新开桥Ex＝E／617。已进行的模型实验和有限元计算的结果，进一步证实波形钢腹板在受弯时纵向正应力、正应变很小，可以忽略，即在进行截面抗弯设计时，只考虑混凝土顶板和底板的作用，并近似的认为混凝土顶板和底板内的纵向正应变符合线性分布规律，仍然按照平截面假定计算应力、布置预应力钢束。

2．2抗扭计算

箱梁在偏心荷载作用下，截面将发生扭转变形。在混凝土腹板箱梁中，扭转的影响并不大，但在波形钢腹板箱梁中，由于腹板的弯曲刚度和混凝土顶板、底板相比小得多，这对截面扭转变形的影响显著增大，会在混凝土板内产生较大的扭转翘曲应力。到目前为止，关于波形钢腹板箱梁扭转刚度的计算还没有明确的结论。通过对建成的该类桥梁的技术总结和研究，日本工程师上平等人提出了一种计算其抗扭刚度的方法(2)式中，Jt为抗扭刚度；Am为箱梁的横截面面积；b1为箱体的宽度；h1为波形钢腹板的高度；ns为钢材和混凝土剪切模量的比值；t为构件的厚度；α为修正系数(3)实际设计当中，鉴于截面扭转刚度和横隔板布置有密切关系，在不过于增加主梁自重的前提下，适当增加横隔板数量并调整间距可以有效的保证箱梁抗扭刚度。

2．3波形钢腹板的应力计算

波形钢腹板主要承受剪应力。在设计中可以偏保守地假定结构所有的剪应力都由波形钢腹板承受，忽略混凝土顶板和底板对剪应力的抵抗作用，从而计算出波形钢腹板所需的最小厚度。

波形钢腹板不仅承受上述剪应力，同时也承受横向弯曲所引起的弯曲应力，因此必须对波形钢腹板的合成应力进行验算，公式为(4)式中，σb为拉应力；σa为抗拉强度；τb为剪应力；τa抗剪强度；γ为安全系数，建议取值为1．2。

2．4波形钢腹板的屈曲稳定性计算

波形钢腹板的屈曲破坏主要有三种模式(如图2所示)。

（1）局部屈曲模式

波形钢腹板的某一个波段部分出现屈曲破坏的现象。局部屈曲强度的计算可按下式

(5)

式中，τcr?熏L为局部屈曲强度；E为钢材的弹性模量；ν为钢材的泊松比；b为腹板的高度；a为波段长；K为屈曲系数，有

(6)

（2）整体屈曲模式

波形钢腹板整体出现屈曲破坏的现象。整体屈曲强度的计算可按照下式

(7)

式中，τcr?熏G为整体屈曲强度；β为波形钢腹板两端的固定度系数；E为钢材的弹性模量；Iy为y轴的惯性矩；Ix为x轴的惯性矩，t为钢板的厚度；b为腹板的高度。

（3）合成屈曲模式

波形钢腹板同时出现局部屈曲破坏和整体屈曲破坏的现象，是处于局部屈曲和整体屈曲中间的屈曲模式。合成屈曲强度由下式计算

(8)式中，τcr为合成屈曲强度；τcr?熏L为局部屈曲强度；τcr?熏G为整体屈曲强度。

2．5波形钢腹板和混凝土顶板、底板的连接

模型实验表明，在加载后期，除了底板横向开裂外，波形钢腹板与底板交界处沿纵向开裂，随着裂缝的发展，结构刚度迅速降低，最终导致破坏，破坏特征为腹板和底板的连接部碎裂（如图3所示）。波形钢腹板和混凝土顶板、底板的连接直接关系到结构的承载力，是设计此类桥梁中非常关键的环节。

对于连接部的设计，通常的做法是在波形钢腹板的上下端焊接钢制翼缘板，翼缘板上焊接剪力钉，使之与混凝土板结合在一起（图4－a）。还可以采用在钢腹板上钻孔，穿过钢筋，再在钢板的上下端部焊接纵向约束钢筋后埋入混凝土板的做法（图4－b）。在此基础上，还可衍生出其它的连接方法。

3工程实例

自1993年起，日本从法国引进了波形钢腹板组合结构的技术，目前，日本大力鼓励设计人员在主要高速公路中采用这种结构形式。

正在建设中的中野高架桥是日本关西地区阪神高速公路段的一部分，为采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的四跨连续梁桥。全桥的立面布置见图5。主梁为单箱单室的变高度箱梁，同时设置了体外和体内预应力体系。支点梁高4．0～4．6m，跨中梁高2．0～2．2m，梁高按照二次抛物线变化。波形钢腹板采用抗拉强度490MPa、抗剪强度205MPa的耐腐蚀钢板，波长1．2m，波高200mm，钢板厚度9～19mm。为了提高主梁的横向抗变形能力，除在支点和体外预应力的转向处设置横隔板，还在纵向的不同位置加设了横隔板。主梁截面和波形钢腹板的一般构造见图6。

该桥的上部结构采用悬臂浇筑法施工，墩顶的0号节段长12m，在墩架上现浇。其余节段分别长3．6m和4．8m，均在挂篮上悬臂浇筑混凝土及拼装钢腹板。

4结语

钢－混凝土组合结构桥梁的设计和建造在国内起步比较晚，尤其是本文介绍的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥在国内尚无实桥。与此同时，法国、德国，尤其是日本相继建设了数座此种类型的桥梁，设计和施工技术日益成熟。波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁，特别适合于中、大跨径的连续梁桥。随着国内对这种结构的研究分析工作的开展，波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥将会在我国的桥梁建设中得到应用。

参考文献

〔1〕刘岚，崔铁万编译．本谷桥的设计与施工．国外桥梁，1999（3）：18－25

〔2〕刘磊，钱冬生．波形钢腹板的受力行为．铁道学报，2000（增）：53－56

钢结构设计论文例5

2深化设计内容及方法

2.1空间坐标及平面定位

由于本工程“扭转上升并内敛”的结构特点，塔楼框架钢柱每一层坐标都在变化，结构控制点坐标的定位是关键，根据设计院提供的结构坐标在CAD中放样再局部修正并导入Tekla软件中。在雨篷和裙房深化中，建筑外形呈空间扭曲造型，结构定位相当困难，只能根据建筑三维模型及幕墙预留空间找结构坐标，再进行结构布置及优化，并提交设计院审核。

2.2节点设计及优化

1)柱脚节点设计考虑到现场安装方便，增加横向固定钢板将14件直径为30mm的锚栓固定，同时也起到加强锚栓和混凝土结合力的作用，使整体受力更加可靠。2)梁柱节点设计梁柱连接采用强节点弱构件设计，环向牛腿板使整体强度更加可靠，与钢柱和钢梁全熔透焊接能有效传递弯矩、防止局部变形。梁与牛腿腹板高强螺栓连接按照抗剪等强配置，若螺栓过多无法排布可适当折减保证抗剪承载力≥600kN(设计值)。3)钢梁与混凝土剪力墙连接实际施工过程中混凝土浇筑及钢结构安装累积误差可能在10～20mm或更大。在钢梁与剪力墙连接时深化设计要充分考虑，一方面将钢梁端与剪力墙间隙设计到20mm，另一方面连接板在加工时再留20mm余量，现场安装时可根据实际情况切割，此方法可避免扩孔，保证高强螺栓有效传力。4)屈曲支撑节点设计屈曲支撑节点设计时节点承载力应大于屈曲支撑的极限承载力，以保证强节点的要求。屈曲约束支撑与框架结构铰接，因此节点构造应减小转动刚度，尽量减少二次弯矩。根据建筑外观的要求，节点采用销轴连接方式。5)椭圆Y形柱节点设计椭圆Y形柱作为转换构件，必须提供更直接、更有效的传力方式。深化时对原设计的节点做了一些优化:将变截面管的上端尺寸增大，这样分叉的两圆管柱间就有足够的间隙，并取消原设计的现场焊缝，将现场焊缝移至上一层楼面以上。优化后的节点可以避免焊缝集中、方便混凝土浇筑、传力简洁、加工制作简单。

2.3参数化节点建模

对于高层钢结构来说，一般标准层结构布置和荷载相对变化不会太大，再加上结构对称性等原因，在同一层不同位置或不同层同一位置构件截面及连接形式会相似甚至相同，可直接利用Tekla自带节点库，这会给建模工作带来很多方便。宁波中银大厦从下到上旋转内收，和以往高层有很大不同，特别是在梁柱连接上没有一个完全相同的节点。塔楼中间为混凝土核心筒，由一圈钢管混凝土柱和环向梁组成，径向梁一端连接钢柱，另一端与核心筒连接。节点主要有径向梁、环梁与钢柱的刚接节点、径向梁与核心筒埋件的铰接节点、主次梁铰接节点、主梁开孔节点。虽然节点类型不多，但是截面种类繁多，若每个节点一一放样则工作量较大。对于钢柱现场拼接节点、主梁开孔节点、钢梁吊耳码板等标准节点可以做成自定义节点。对于主次梁铰接、钢管柱与钢梁刚接等节点形式类似，只是具体节点板厚、螺栓数量不同，因此节点可以做成带参数的自定义节点。例如钢管柱与钢梁刚接节点，可以按照节点计算结果把每种截面对应的节点板厚度与螺栓大小、间距、数量、等级等信息做成文件或表格，再利用自定义节点中的函数把节点需要的信息从文件读取进去，从而生成正确的节点。也可以把节点计算的过程写成文件，通过自定义节点提供的原始数据直接算出结果返回给节点。这样大大节约了节点建模时间，且能保证准确率。

2.4图纸设计

深化设计图纸包括设计说明、布置图、构件图、零件图及各类清单。钢柱及钢梁构件图表达的内容较多，包括每个零件装配定位信息、焊缝形式及等级、零件尺寸、零件材料表等，每一项内容都需要技术人员精心、细心地编制，都需要有丰富的技术经验作为基础，技术人员设计出来的图纸必须满足工厂制作和现场安装的需要，确保图纸的准确性、完整性、适用性、可行性。

2.5材料排版

利用Tekla自身优势进行材料排版，为材料采购和工厂数控下料提供了有力的技术支持，有效控制了材料损耗。

2.6数字化信息技术

在进行三维建模同时将现场焊缝、工厂焊缝建入模型中，每一条焊缝有一个独立的编号，可直接生成焊接地图及焊缝报表，Tekla提供先进的数字化制造平台为高效率工厂制作提供了技术支持，同时为焊接质量控制和检测提供了简单直观的数据资料。

钢结构设计论文例6

高校钢结构课程设计选题较为单一，一般为钢屋架设计或钢梁设计。钢结构课程设计在钢结构课程教学完成几周后才进行，有的甚至到学期末，内容讲授与设计实践严重脱节。学生在一周或两周课程设计中，往往只能完成一种普通钢屋架的设计，内容较为单一，还会出现较多弊端。［2］如钢屋架设计，因为钢屋架可以看成厂房设计当中的一个构件，学生在设计过程中缺少整体结构设计的概念，钢屋架的设计的实际应用范围有限。钢屋架的连接计算程式化的东西过多，连接计算过于单调、重复量过大。

(二)学生识图和制图能力较差

在近些年的钢结构课程设计教学和指导中，笔者发现由于部分学生的空间想象能力较差，往往对屋盖支撑系统的布置及关系不清楚，有些学生在进行屋盖结构布置图中常常出错。对于一榀钢屋架详图的绘制，由于图面表达内容较多，涉及的构造做法较多，学生在连接节点处内容表述不够完整，屋架的剖视图不相对应。学生在绘制钢屋架的施工图时常常不能正确地表达设计意图［3］。在平时的学习过程中学生接触的混凝土结构设计施工图较多，而对钢结构设计的施工图较少。在有限的课堂时间内，学生要真正看懂钢结构施工图，正确表达自己的设计意图并非易事，所以学生在做钢结构课程设计时，常常照搬照抄课本或课程设计指导书中钢屋架的施工图纸，甚至出现设计图纸上的尺寸结果和设计计算书中的计算结果不一致的情况。

(三)学生的创新意识不够

钢结构课程设计中的屋架设计由于教师已给定了屋架的跨度及桁架的尺寸，所以学生在做设计时不去查阅相关设计规范和设计资料，更不会考虑比选设计方案，学生的主观能动性受到了限制。因此，教师在布置课程设计任务时，要精心选题，给学生充足的空间，鼓励学生自己查阅资料，确定设计方案和尺寸，以确保学生主观能动性的发挥。此外，教师要给学生提供一个交流学习的平台，组织学生开展讨论、交流，让学生在此过程中发现问题、分析问题，从而不断培养创新思维和创新意识。针对上述钢结构课程设计存在的问题，笔者对目前钢结构课程设计的命题、教学和考核方法进行改进，提出了切实可行的建议和措施。

二、钢结构课程设计教学改革的构想与实践

(一)精选设计题目，分组设计，一人一题

教师在选择课程设计题目时，应该根据学生学习能力的差异，精心选择并布置多种形式的课程设计题目。除了钢屋架设计外，还可以选轻型门式刚架、平台结构设计、钢框架设计等题目。为了培养学生的独立思考能力，避免学生在设计过程中出现抄袭现象，在课程设计中可采用分组设计和一人一题的方法。4～5人一组，设计同一种结构型式的题目。如设计钢屋架的小组，可通过改变设计条件及参数等方式，实现一人一题。又如屋架的选择形式多样，学生可选择梯形屋架、三角形屋架或人字形屋架进行设计。荷载的取值可提供多种组合。通过这种分组设计的方式，巩固学生的理论知识，锻炼学生的设计能力，加强和培养学生的沟通协作能力和团队协助精神。

(二)改革钢结构课程设计的教学方法

以课堂教学为平台，将课程设计融入到课堂教学中，再将课程设计中涉及到的主要内容分解成若干专题做重点介绍，并要求学生根据分组布置的安排在每个专题讲完后开展讨论，将遇到的问题及时反馈，教师在后续阶段集中重点解答。通过这种方式，教师就能及时解决学生遇到的问题，有的放矢，在课堂教学中根据不同的内容选择不同的教学方法。如:对构件的力学分析时采用板书讲解，可以让学生逐步了解和掌握构件从外力到内力再到结构稳定的整个过程。除采用传统的教学方法外，还应采用多媒体辅助教学。对于桁架的设计，此部分教学内容比较抽象，应利用多媒体进行授课。对节点部分的构造做法和施工焊接流程可采用大量的工程图片、动画演示以及录像资料作演示，让学生身临其境。现代教学手段所提供的感性材料使教学活动更加生动有趣。视觉和听觉的刺激可以加深感知度，提高教学效率和学习质量［4］。

(三)建立钢结构课程设计的网络教学平台

为便于学生课后学习，教师可利用学校提供的网络教学平台建立钢结构课程设计课程网站，内容可包括课程负责人介绍、教学队伍、教学计划及大纲、课件、工程图片、教学动画演示、教学录像、学习参考资料目录、作业习题、友情链接等，还可提供钢结构设计的规范和图集等设计资料。学生可以随时访问此网站，获取所需相关知识，实现教师与学生之间的互动，开阔学生视野，扩宽知识面，网站还专门设置了重要学术杂志如《土木工程学报》、《建筑结构学报》、《建筑结构》、《工业建筑》、《钢结构》及《现代钢结构进展》等链接，以方便学生与钢结构专家直接交流［5］。

(四)增设教学实习环节，提高教学效果

为提高钢结构课程设计的教学效果，增加学生对钢结构设计的感性认识，教师要积极联系适合现场教学的钢结构工地，带学生实地观察钢结构的空间构造与一些局部的连接构造。学生在教师或工程师的带领下按照结构布置、构件做法及节点连接方式的顺序依次参观。这种教学实习，便于学生学习钢结构施工图，逐步建立所设计结构的整体空间概念。

(五)改革课程设计的考核方式

教师在评阅课程设计时主要依据学生完成的设计说明书、设计图纸进行，然后由指导教师定性给出考核等级。这样的考核方式存在考核不客观、考核成绩不能有效反映学生的真实学习水平，没有给学生一个更为公平、公正、合理的评价。所以要真实客观地反映学生的学习成果，就要综合考虑各个影响课程设计效果的环节，比如可以借鉴毕业设计考核方式，增设学生的课堂答辩。课堂答辩一方面可以充分调动学生的学习积极性;另一方面通过答辩环节，教师可以比较全面地了解学生设计的真实水平，从而客观地给出考核成绩。同时，课堂答辩过程也是学生设计过程中的经验和心得交流的一次机会，通过这个平台，学生可以进一步学习其他同学设计中的一些长处，发现自己设计的不足并加以改进。要建立完善的课程设计考核体系，将体现设计成绩的各个过程细化。比如综合多方面因素给出考核成绩:考核总成绩=平时考勤×0．1+设计说明书成绩×0．2+设计图成绩×0．3+答辩成绩0．3+创新成绩×0．1。针对以往课程设计中存在的学生创新意识不够的问题，教师要鼓励并肯定学生设计中创新。课程设计不仅是一个熟悉设计方法的过程，更应该成为培养学生创新能力的机会，所以要鼓励学生大胆创新，在成绩评定方面也要有所体现［6］。

钢结构设计论文例7

提起钢结构用钢大家并不陌生,像Q235和Q345这样的钢材是最常用的,也是生活中接触最多的。的确,从材性、材质方面看,现在市场充分供应的Q235及Q345号钢的各类钢材,可以保证建筑钢结构的基本需求。钢结构是以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。它的基本特点是强度高、自重轻、刚度大、材料匀质性和各向同性好。

因此,用什么类型的钢材对钢结构的影响很大。下面就从钢结构用钢的钢种钢号及版带钢中的钢结构用钢这两方面对钢结构的选用做一介绍。

一、钢结构用钢的钢种钢号

1.普通碳素结构钢

普通碳素结构钢,按用途可以分为:一般用途普通的普通碳素和专用普通碳素钢。

按含碳量及屈服强度高低分为5种牌号:Q195,Q215,Q235,Q255,Q275.QISH其中钢结构主要用Q235号钢。Q215和Q255也可作结构用,但是产量和用量相对较少。

使用该标准钢号要注意一下几点:

(1)该标准钢号主要用作工程用和一般结构用钢。

(2)该标准钢在在使用品种方面主要有钢板,钢带和型钢。

(3)该标准钢号可用作焊接和栓接结构用钢。但焊接结构不宜选用A级钢,除非有含碳量<0.0022的保证,以保证良好的可焊性。

(4)该标准钢号一般在热轧状态下交货和使用。

2.焊接结构耐候钢

在钢中加入少量合金元素,其耐候性较焊接结构耐候钢更好。其牌号为Q295GNH,Q295NHL,Q345GNHL。

3.低合金钢

低合金钢,按用途可以分为:低合金结构钢:耐腐蚀用钢:低温钢:钢筋钢:耐磨钢:特殊用途的专用钢。按屈服强度高低分为5种牌号,每牌号钢中分别包含了若干钢种,其中钢结构用为Q345,Q390,Q420三个牌号。

二、板带钢中的钢结构用钢

结构用的板带钢主要有:热轧钢板和钢带,冷轧钢板和钢带,花纹钢板以及高层建筑结构用钢板。

三、钢材选用的标准

1.用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板,应采用先行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235钢和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345钢。

2.门式刚架、吊车梁、和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A钢。当有根据时,门式刚架、檩条和墙梁可采用其他牌号的钢制作。

《钢结构设计规范》GB50017-2003中3.3.1规定,承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。

这些都是钢结构的一些用钢,当然还有其他的。以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产;加工精度高、效率高、密闭性好,故可用于建造气罐、油罐和变压器等。其缺点是耐火性和耐腐性较差。主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材,大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢,例如H型钢(又称宽翼缘型钢)和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。由于钢结构的这些特点,它将会在建筑方面占有很重要的地位。

参考文献:

[1]中华人民共和国建设部和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.钢结构设计规范.

钢结构设计论文例8

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：

钢结构设计论文例9

1、梁柱主筋受力处钢筋设计

高层建筑的钢筋结构中，由于框架柱和框架梁在主筋受力处会产生矛盾，因此在设计中必须考虑框架柱和框架梁的受力问题，坚持“强剪弱弯、强柱弱梁”的设计原则，也就是说，在设计过程中必须保证框架柱受力主筋的位置，避免框架梁截面宽度与框架柱的边长等长或者是框架梁一边与框架柱想重合。为保证上述过程，采取的对策主筋从框架柱内侧通过，框架梁靠近柱侧增加四根钢筋作为架立，用于保证框架梁截面宽度的长度。效果分析：通过以上方法设计梁柱主筋受力处钢筋设计，可以保证柱主筋受力位置的确定，并得到设计师的认可，并在施工中得到广泛应用。

2、墙梁节点钢筋设计

对于框架-剪力墙结构来说，由于主次框架梁都直接放在筒墙体暗梁或过梁的核心处，易出现：如果框架梁截面、暗梁以及过梁具有相同的截面高度，会使框架梁与核心筒的暗梁或过梁在主筋方面产生矛盾。为了避免此种情况的产生，一般采用的设计原则是：依据框架梁在固定端处的弯矩方式，框架梁在支座处应采用上拉动铁处，挤压下铁位置，同时在暗梁或过梁的位置扭动，但要保证暗梁与连梁在箍筋处的完整。如图所示为为固接框架梁弯矩的示意图，可以使大家更好的了解什么是弯矩结构。具体措施为：在过梁的下铁处设置两排少于六根主筋的布置，框架梁下铁则布置在两排少于六根主筋的位置中间，并依照接头全部处于支座周围，并以比例50％错开；框架梁上铁应直接放置在过梁上铁位置，用于保证锚固长度的设计要求；将过、暗梁截面减少5cm，框架梁的上铁直接放置在过梁位置，来保证钢筋保护层的深度。效果分析为：为预防过梁箍筋收到破坏，采取的调整框架梁下铁受力主筋位置的方法已经得到认可；在锚固长度的设计要求下，将过、暗梁截面减少5cm，框架梁的上铁直接放置在过梁位置，来保证钢筋保护层的深度，也得到很多的应用。

3、主梁节点和次梁节点的设计

高层建筑钢筋结构的框架剪力墙设计中，重点是主梁节点和次梁节点的设计，特别是主梁节点的设计已经成为当今剪力墙设计的焦点。传统的设计是：次梁上铁设置在主梁钢筋之上，而板筋却设置在次梁主筋上，这容易导致位置设置出错，便不能满足钢筋保护层厚度的需求，从而严重影响其抗震能力。因此设计的关键是：位于主梁上方的次梁应在延伸到悬挑梁处的主梁的上侧，因而在设计时应保证悬挑梁的尺寸，不能过小。框架梁与劲性柱在主筋上关于锚固长度关系。

二、高层建筑钢筋施工技术

在高层建筑钢筋施工中，首先要做的是统一测量的仪器以及钢尺的量具。我们知道建造高层大楼设计很多的测量仪器，包括：土建方面的测量仪器和钢尺、钢结结构方面的测量仪器和钢尺等，如果不统一这次仪器和钢尺，会严重影响建造的过程以及传递，因而必须采取国家统一的计量单位和标准。其次，应对轴线、标高和地脚螺栓进行定位。一般来说，轴线的定位是依据场地的宽度，在建筑物外部或内部进行确定的。设置控制桩，用于确定经纬仪和激光仪的位置，通常以满足通视、可视为基准。钢柱长度一般采用2-3层为一节，来满足起重量以及运输。每一节的定位柱子到下一节的定位轴线，应从地面引致高空。地螺栓则是用在第一节钢柱时，用于控制平面大小和标高所采用临时措施。再次是钢柱制作与安装。钢柱作为高层建筑中主要的竖向结构部件，在制作过程必须现行规范其验收的标准。钢柱柱脚的环板定位及附件安装为：首先做好防腐或除锈的工作，根据现场吊装要求及运输，确定钢筋长度（一般低于12cm），控制焊接尺寸以及防变形和保持对称，用于实现焊接后的平直，附件安装时应符合需求。最后是钢梁柱的制作与安装。钢梁柱在高层建筑中一般采用的是H型结构，这需要较好的任性和连通性。一般在制造过程中，在框架梁所设置悬臂梁，悬臂梁上下翼缘采用剖口熔透焊缝方式与钢柱相连。在安装时，应先焊接下翼缘，再焊上翼缘，腹板利用高强度螺栓进行连接。

钢结构设计论文例10

图1建筑剖面图

2基础设计

2.1地质条件

根据岩土工程勘察报告，工程地质情况见表1，建筑场地类别为Ⅲ类。

表1地基各岩土层设计计算指标推荐使用值表

层

号

指项

标目

值

岩土层

名称

天然

容重

压缩模量

内聚力

内摩擦角

承载力特征值

桩端阻力特征值qsa和桩侧阻力特征值qsa

桩侧负摩阻力系数

层厚（米）

预制桩

r

Es1-2

Es2-3

Es3-4

C

φ

fak

qsa

qsa

ζ

kN/m3

Mpa

Kpa

度

Kpa

Kpa

0.25

1.6~2.2

①-1

素填土

17.5

70-80

0.25

0.4~2.5

①-2

填中砂

17.0

80-90

0.4~0.9

②

粘土

18.7

4.0-5.0

15

7.5

110-120

10-13

0.20

15.2~37.3

③

淤泥

15.6

1.5-20.

2.0-2.5

3

3.1

40-45

6-7

0.25

1.1~12.10

④

粘土

19.1

5.5-6.5

7.0-9.0

31

11.6

170-190

18-20

1088-2000

1.2~1.8

⑤

淤泥质土

16.1

2.0-2.5

2.5-3.0

5

6.5

55-60

9-10

2.8~4.9

⑥

粘土

19.3

7.0-8.0

9.0-10.0

40

11.0

180-190

18-20

5.5~

2.2桩基础设计

根据工程地质条件及电算结果，由于业主工期要求快，故采用PHC预应力高强管桩，以粉质粘土④为持力层。桩身进入持力层0.8m。单桩竖向承载力特征值R=500kN，由于柱脚固接，吊车作用下，柱底弯矩较大，为使桩不出现拉力，而形成抗拨桩，因此必须采用双桩，而且桩距不能按常规取3.5d。本工程边柱最大轴压力N=653kN，M=-364.8kN，V=-77.8kN，两桩桩距取3.2m，承台高1.2m。墙体传来4.1×4.5×6=110.7kN

桩最小反力Nmin=(653+110.7+0.8×4.220)/2－(364.8+77.8×1.0)/3.2=262kN＜R=600kN

Nmax=568.35＜1.2R

中柱，N=1137kN，V=35.4kN，M=225.6kN算得Nmin=513.9＜R=600kN

Nmax=690.3＜1.2R=720kN经计算满足要求，可满足抗冲、抗剪要求。

3上部结构设计

本工程为两跨21m，两台10t+15t重级工作制吊车，柱距6m，共有39跨固接的门式刚架，为保证吊车正常运转，厂房稳定，满足位移变形要求加强支撑设计和吊车制动桁架来增加厂房的整体空间刚度，全长234m，不设伸缩缝，墙体采用压型钢板。选用热轧H型钢经选用电算定下，用钢量最低的刚架尺寸，见图2

图2刚架图

3.1柱间支撑设计

若支撑设置不当，吊车行走时，就会造成刚架晃动，存在安全隐患，因此支撑的设置非常关键，因选用用钢量小的窄翼缘H型钢，因此柱平面外计算长度仅能取4m，在高4m处设置一道焊接钢管侧向水平支撑。交叉支撑采用角钢，在厂房的头、尾跨设置柱间支撑，中间跨每隔4跨设置一道。在设置柱间支撑的同一跨并设屋面支撑，为能更好传递风荷载在屋面每隔4米设一道水平钢管刚性系杆。

3.2抗震措施

工程地处设防烈度7度区，房屋自重小，承载力不受地震作用效应组合控制，可不进行抗震计算。仅针对轻钢结构的特点采取抗震构造措施。

构件之间的连接均采用螺栓连接，斜梁下翼缘与刚架柱的连接均加腋，柱脚底板设抗剪键。增设吊车制动桁架。

3.3隅撑的设计

隅撑可以用来提高屋面梁式柱的受压翼缘稳定能力，因此在檐口位置，刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处，各设置一对隅撑。在斜梁下翼缘受压区隔一檩条设隅撑，并使其间距不大于相应受压翼缘宽度的16倍，见图3。

图3隅撑的设计

3.4高强螺栓连接设计

由于屋面荷载很轻，在设计荷载作用下，斜梁与柱的连接部位主要承受弯矩作用，剪力很小，高强螺栓以受拉为主。剪力由连接构件间的摩擦力传递剪力。本工程建筑大量采用阳光板，开窗面积少，风顺力大减少，相应剪力也小，选用摩擦型高强螺栓，因此表面可不作专门处理。不必进行摩擦而抗滑移试验，这有助于提高效益和降低成本。

3.5檩条设计

檩条的设计计算是最为困难的。首先，在目前设计规范或规程中尚无简单实用的计算公式供设计人员采用，其次，为节省钢材，轻钢结构中的檩条除用于承担梁的功能外往往兼作支撑体系中的压杆，同时还通过隅撑对门式刚架的梁和柱提供侧向支承。如果考虑门式刚架房屋中的蒙皮效应，则檩条的构造和受力计算更为复杂。檩条通常由薄钢板冷弯成型，计算中还需考虑屈曲后的有效截面等问题，因此，精确计算檩条的承载力非常困难。在竖向荷载作用下，檩条的自由翼缘受拉，受压翼缘由于和屋面有可靠的连接面不存在稳定问题。

由于Z型连续檩条是拱接而成的连续檩条，其内力分布较均匀刚度大，能节省用钢量，同时在制作、运输、安装诸方面都很便利，因此本工程采用Q345Z型檩条，内力计算按如下一种简单通用的模式考虑：按等截面连续梁计算模式，考虑活荷载按不利分布作用，光按50%活载均匀满布得到一个效应值S1，再用50%活荷载按最不利隔跨分布得到一个效应S2。两者相加即为最不利活荷载所产生的效应S。另外再考虑在支座处因搭接嵌套松动所产生的弯矩释放10%。

在风吸力作用下，檩条的自由翼缘受压。因此，当檩条下翼缘无面板侧向支撑时，必须对檩条的下翼缘进行稳定性验算。福州地区基本风压为0.7kN/m2，按门式刚架技术规程附录E公式计算结果得知，是风吸力作用下稳定计算起控制作用。选用Z180×70×22.2Q345，檩距1.2m，可以满足要求。

4结语

本工程至今已竣工投产近一年，吊车运转正常，经历几次强台风和冬夏大温差的考验，均能满足正常使用要求，取得较好的经济效益和社会效益。

轻钢结构的优点是节材高效，耗钢少，自重轻，制造安装运输简便，工期短，可拆迁，定型批量生产易于实现商品化等。近年来发展迅速，应用领域日益广泛。本工程采用刚接柱脚和Q345钢使用钢量减少了许多，经对比验算采用Q345钢的用钢量比采用Q235钢的用钢量下降16%左右，采用较平缓坡度（1/10）的门式刚度也可节约钢材。为达到进一步减少钢耗，降低成本的目的，还可以采用各种先进的科技手段，如引入预应力技术以加强结构刚度和承载力，提高结构稳定性，若能在檩条中张拉板材可以防止风吸力下的局部失稳和提高弹性受力幅值，将可大大减少檩条的用钢量。为此，在谋求改进方面希望本文能起到抛砖引玉的作用，同时我们期待着与专家同行的合作。请大家共同关注与探讨并指正。

参考文献

[1]陆赐麟，轻钢结构的重量应该更轻，建筑结构[J]，2003（10）