鋼結構設計論文
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇鋼結構設計論文范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。
鋼結構設計論文范文第1篇
關鍵詞：鋼結構現場施工
1．前言
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》公布以來已經快三年。這幾年，這類工程發展，《規程》起了很大推動作用，但也陸續聽到一些令人不安的情況。今冬雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結構壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某廠屋頂漏水解決不了，找到鋼結構委員會來了，不是雨水，是冷凝水，以前還沒有碰到過。另外，也看到一些工程，有的框架梁太細，令人擔心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖幌幌，沒有支撐，說裝上墻板就好了，好象有了墻板就可以不要支撐。現在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價較低，但有的嚴重不合規定。現在是市場驅動，有些企業搞承包能省就省，盡量壓低造價，管它是否符合規定。有的連規定也不清楚。利用開年會的機會，結合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設計施工中的問題，作一個發言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。
2．設計方面
1）屋面活荷載取值
框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年，不打算修改。但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結構設計規范》征求意見稿規定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規定，遇到超載情況，就要出安全問題。現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。
2）屋脊垂度要控制
框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時說過不包括屋脊點垂度。現在了解到，美國是計算的。他們作框架分析，一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現斜坡，使屋面變形。現在打算做個規定，剛架側移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。
3）鋼柱換砼柱
少數單位設計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設計好之后，又根據業主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構件內力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關。建筑結構是一門科學，如果不按科學辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執行建筑法，實行強制性條款，違反其中一項，出了工程事故，是要受罰的。
4）檁條計算不安全
檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規程》中講的，有的設計人員恐怕還不了解，甚至有些設計軟件也未考慮。但是，設計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮，否則就不需要高級工程師了。再有，設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應力將高于計算值。《規程》3.1.7條規定：“結構構件的受拉強度應按凈截面計算，受壓強度應按有效截面計算，穩定性應按有效截面計算，變形和各種穩定系數均可按毛截面計算”。曾有人問，這條規定是什么意思？如果有人再提這樣的問題，我想問他，鋼結構學過沒有？因為這是鋼結構的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結構的設計資格的。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。
3．施工方面
1）柱子拔出
有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。
2）沒有柱間支撐
這種情況最近較多，需要大聲疾呼，這樣不行。蒙皮作用雖然各國都在研究，但沒有任何一本規范允許不設支撐。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲備。
3）端板合不上
端板連接是結構的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。
4）錨栓不鉛直
框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗收規程，不少專家強調了這種方法。
5）保溫材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結構的承載能力，就要倒塌。
6）保溫材料胡亂安裝
保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據熱功計算確定。正規做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網。現在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當采用內層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業時，將周邊門窗關閉，由于室內外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關系很大。
4．其它
鋼結構設計論文范文第2篇
盡管結構形式的選擇通常是結構工程師的工作，建筑師也必須對影響結構和連接設計的因素有一定的了解；即使國內絕大多數鋼連接構件的設計由制造商完成，建筑師也必須對于現代鋼結構建筑結構構件的連接方法、控制性原則和導致因素有一個清醒的認識。
一、鋼結構構件及特點
鋼結構構件的另外一個特點是截面多樣性：一方面，鋼材的各向勻質性使得它可以被加工成各種形狀，這與木材的各向非勻質性區別顯著：同為線性結構構件，鋼結構的截面多樣性是木結構所無法比擬的，這也是有工字鋼而沒有“工字木”的原因，桿件結構中連接構件幾乎全部是鋼也說明了這一點；另一方面，鋼結構構件的截面形狀也對連接設計也產生強烈的影響。在受力范圍允許的情況下，不同型鋼的選擇可以導致不同形式的連接。
二、連接設計受到的約束
鋼材種類繁多，耐受力也不盡相同，連接設計通常受到以下因素的制約：
1．構件的來源：理論上鋼結構構件或是連接構件具有任意加工性，但在各具體項目中，結構構件與連接構件總會受到現實條件的制約。有經驗的設計師通常選擇容易獲得，方便安裝的型鋼，并設計出簡單有效的連接方式與連接構件。
2．連接手段的限制：鋼結構的施工特點之一是采用工廠加工、現場裝配。這是區別于傳統砌筑方式而產生大量節點的原因。各種型鋼之間的連接，主要有三種手段：鉚接、焊接和栓接。鋼結構建筑的早期多采用鉚接，施工簡單但需要在構件上挖出洞口而降低了斷面性能，容易在節點處產生集中應力，近來較少采用。采用焊接的節點，外觀簡潔而荷載傳遞效率連續，但施工作業要求較高。后期出現的高強度螺栓連接，同樣可以達到類似焊接的強度要求，在現代鋼結構中大量采用。
3．連接構件具有層級性：鋼結構建筑結構體系之間存在復雜而邏輯的層級關系，在連接層面，這種層級關系反映為構件尺寸與安裝先后的差異。連接的目的是實現層級轉換，也是實現力由三維向二維轉化、最終傳遞到一維構件的關鍵。復雜的連接通常由立體連接構件、平面連接構件組合完成。
4．連接構件所處的平面：兩個線性結構構件總是處在一個平面內，該平面為構件應力的發生平面，連接構件為了有效抵抗這個平面內的應力、彎矩或剪力，常常設計在此平面內，如鋼管與拉索的焊片總處在這兩者構成的平面中；在多個構件的連接情況下，組合的平面構件可以與立體的受力情況相對應。
三、連接對象的原型與連接的分類
鋼結構建筑的結構構建包括桿件與索兩種基本類型，由此產生的連接方式可分作索與索的連接，桿件與桿件的連接，索與桿件的連接。無論平面結構或是空間結構，由于構件單體的線性特質，結構體系的復雜與否并不會導致更多類型的連接，而復雜的連接可看作由這三種基本類型組合而成。
1．索與索的連接
索在結構體系中只承受拉力，內力沿索的軸線不變，索的截面不會因長度變化而變化。其連接特點如下：
a.位于端部的連接必須通過索套來實現。（圖1）
b.位于索中部的連接可由各類夾具來完成。
c.多根索的連接需要設計新的節點，根據索與索結合方式的不同而各有差異：如常見的單層或雙層索結構，根據布置方式的不同又可以出現平行或輻射等形式。索網的輕質有效，迎合了人們對輕巧與透明的普遍追求。皮亞諾設計的位于意大利的BancaPopolarediLodi總部室外廣場的玻璃頂（圖2），受力結構由上下兩組索網相互拉接而成，玻璃夾在結構中間，并由水平向的聯系索加強穩定，固定于四周混凝土墻體之上，所有節點均為索－索連接，輕盈而透明的屋頂表現了索在特定場合的優勢。
2．桿件與桿件的連接
桿件較索更早出現，應用也更廣泛，由于桿件既可受拉也可受壓，這使得桿件之間的連接設計也較索更為復雜多變。決定桿件連接設計的因素主要有以下兩個方面：a．桿件之間的交角，b．桿件各自的截面形式。前者由結構體系決定，后者可以在連接設計階段選擇不同型鋼或進行組合，以方便連接構件的設計。
在交角非垂直的情況下應該謹慎選擇構件截面，降低節點設計難度。在柏林某信息中心（圖3）的梁柱連接中，圓鋼管柱被突兀地截斷，然后與多塊鋼板焊接于工字鋼梁，交接顯得十分機械而僵硬。與之形成對比，赫佐格設計的漢諾威展覽大廳（圖4）屋頂處梁柱連接設計中，一方面，選擇拉索避免了桿件間的非垂直交接；另一方面，方形鋼管柱在連接處的分解與圓形變化，使其與圓形鋼管梁之間的連接過渡的自然合理。
在貝聿銘設計的美秀博物館（圖5）屋頂構架中，多根桿件的立體交接沒有采用常規球形節點做法，而是設計了一個多方向板式鑄鋼節點構件，橫向鋼管貫穿其間且保持截面不變，其余構件在節點處轉化為鋼板與節點構件用螺栓連接，從而保證了結構面與屋頂面平行，取得簡潔平整的效果。如若用普通球形節點，那么龐大的節點勢必使屋頂構架顯得沉重，也無法反映傳統木構建筑中榫卯連接的簡潔，更難以取得這樣的藝術效果。
3．索與桿件的連接
雖然索最符合鋼材的材料性能，但由于它是只具備單向抗拉性能的柔性構件，所以索與桿件結合組成的結構體系可以取得輕盈與穩定的雙重優勢，如近年來在大跨領域十分流行的張拉弦結構。即使在較小跨度建筑中，索與桿件組合的方式也相當普遍。
連接設計根據索的連續與否，須采用不同的連接件以對應：位于索端部的連接，需要通過索套、螺栓、焊片一系列構件與桿件固定，此種連接程序構造簡單合理，應用也十分普遍，同時可以選擇索套夾焊片或是焊片夾索套兩種不同的方式。如意大利熱那亞舊海港的重新開發項目中（圖6），索膜與桿件的連接在分別涂以灰色和白色的不同的層級中采用了上述兩種方式。但也可以通過索套的特殊設計與桿件直接結合，需要注意的是焊片的省略意味著索套必須承擔轉化索與桿件所成角度的功能，如吉芭歐文化中心（圖7）拉索與基座的連接：尺度夸張有力且旋轉了一定角度的索套整合了焊片的功能，使得這一節點在此類連接中獨樹一幟。位于索中部的連接，可以采用索夾，索卡（少數情況下也可采用焊接的辦法）來固定索與桿件的位置。漢諾威貿易交易大廳（圖8）魚腹梁中，上弦桿與下弦索的連接設計采用了索卡固定。
四、連接設計的方法
在相當一部分的鋼結構建筑中，結構對于構件形式與尺寸的要求并不十分苛刻，這就給構件與連接設計帶來相當大的設計余地。建筑師對于構件形式與尺寸的選擇與連接設計或者說連接形式息息相關。對國內設計師而言，實際情況常常是有限的型鋼選擇與為數不多的成型連接構件，所以設計方法就顯得尤為重要，即使這些方法或手段常常帶有純粹表現的色彩。
1.分解分解的對象是結構概念中抽象的單一構件，在實際連接中常表現為構件數量的分解或截面形式的分解。這一手法在包括了鋼結構的桿件體系的連接設計中頗為常見，如懸掛結構中的受壓桿常分解成幾根桿的組合；柱子常分解為束柱等等。這些分解有的是出于結構受力的需要，有的僅僅是為了在構件中制造間隙，方便連接。復雜節點采用分解設計有利于提煉出連接的基本形式，從而達到簡化連接概念，整合節點設計的目的。
位于美國休斯敦名為CyTwombly畫廊（圖9，圖10）的鋼結構屋頂連接設計中，大量運用了分解的概念，巧妙地將多層的屋頂結構與遮陽系統結合起來。首先是由工字鋼組成的網格狀遮陽結構，天窗結構懸掛在遮陽結構之下。由于受拉構件更符合鋼材力學性質而尺寸較小，因此懸掛的拉桿沒有分解，而鋼梁受力較為復雜（受彎、剪），故尺寸較大且由一根分解作兩根。整個屋頂設計邏輯清晰，與屋頂功能上的分層概念相得益彰。
2.轉化截面形式的考量與尺寸的轉化也是連接設計的主要問題。轉化的目的是為了縮小構件截面，方便連接設計。構件截面一般可分為兩大類：管狀類截面（如圓鋼管）及非管狀類截面（如工字鋼）。前者之間的連接往往需要縮小截面，如網架球節點處的縮小了的實心鋼管。后者之間的連接通常對構件做簡化處理，如去掉寬翼，只保留型鋼的高度部分，而且常與分解設計相結合。除了改變構件截面形狀外，沿垂直于構件軸線的面將構件切斷后，再設計新的節點去連接也是經常使用的方法。如前面討論過的美秀博物館（圖2）屋頂構架節點中，鋼管截面的轉化不僅帶來連接的便利，也使得節點設計的靈活性得以體現，在表達傳力的同時，利用雕塑似的造型設計將力的流動視覺化、藝術化。
3.整合整合設計立足于減少構件種類及數量，簡化連接方式，強調結構形式方面的整體性，使得這類設計作品往往具有優雅的形象。這種方法有兩個前提：1）各節點受力方式相同。2）結構構件截面形狀類似、尺度近似。受力方式相同保證了選擇相似截面的科學性，截面形式相似、尺度近似則保證了視覺的整體性。
福斯特設計的由鋼和玻璃組成的英國劍橋法律系樓（圖11）的外表皮，模糊了窗、墻、屋頂之間的概念，構件間的連接采用整合設計正好表達了這一思想。編織狀的表皮是由許多高度極小的拱型空腹梁交織而成的結構，所有構件皆為圓形鋼管焊接，整個結構顯得勻質而典雅。無獨有偶，OMA設計的西雅圖中央圖書館（圖12）的表皮設計運用了同樣原理。為了達到整合的效果，整個建筑的所有表面完全由相交成菱形的工字鋼組成，工字鋼截面形狀、尺度大小完全一致，聯結方式也統一采用鉚接，經過受力分析計算，在受力較大、需要加大截面高度的地方采用了兩根或三根工字鋼疊加完成，手法理性而又浪漫，成就了圖書館安靜祥和的氣氛。
結語
盡管類型可以分析歸納，方法可以分類總結，但這并不意味著設計成了教條，也不意味著獲得優秀設計有了方程式。由于對鋼材性能的挖掘與對形式極致的追求，導致連接設計包含了大量的技術性因素，即使這樣，連接構件的設計也不應成為工程師或構件商的責任，因為技術的扎實儲備始終是建筑師獲得優秀連接設計的無法超越的漸進步驟。雖然符合鋼材性質的連接方式（鉚接、焊接、拴接）必須要遵循這些定律并在鋼材的允許范圍內進行設計，但是優秀的設計仍然能夠找到優美的連接的形式而不會因為受到約束而產生刻板的機械產品。即使美觀在各個時代的評價標準存在差異，但一種內在的、符合材料邏輯的吸引力必然會突破風格或理論的限定而達到美的真諦。
主要參考書目及文獻：
[1]PeterTrebilcock,MarkLawson，ArchitecturalDesigninSteel，2003
[2]Sutherland,MasterofStructure:EngineeringToday''''sBuildings,LaurenceKing,2002
[3]CateerineSlessor,Eco-TechSustainableArchitectureandHighTechnology,Thames&Hudson,1997
[4]［芬蘭］伊薩·皮羅寧，鋼的建筑造型，高輝、陳治國、王虹譯，天津大學，2004
[5]［日本］日本鋼結構協會，鋼結構技術總覽，陳以一，傅功義譯，中國建筑工業出版社，2003
[6]［德國］舒立茨等，鋼及結構手冊，殷福新等譯，大連理工大學出版社，2004
鋼結構設計論文范文第3篇
關鍵詞： 輕鋼結構 工業廠房 材料選擇 設計 注意事項
隨著我國鋼結構建筑的迅速發展，輕鋼結構的發展也是如火如荼，特別在工業廠房的建設中則更為迅猛。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結構，本文擬就輕鋼結構的優點、材料選擇和設計中的注意點、在設計中根據其特點揚長避短才能更好地發揮鋼結構的作用，就鋼結構工業廠房在設計中的幾個問題作簡單闡述。
一、輕鋼結構及其適用范圍
所謂輕鋼結構通常是指由下列鋼材所構成的結構：①冷彎薄壁型鋼結構；②熱軋輕型鋼結構；③焊接或高頻焊接輕型鋼結構；④輕型鋼管結構；⑤板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構成的結構。
1. 適用范圍
根據我國目前情況來看，這種結構由于其用度廣、優勢明顯，已大量應用于單層工業廠房、多層工業廠房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構件等。對單層工業廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統或樓面系統用壓型彩色鋼板作面層，上面可澆混凝土，壓型鋼板既可作為鋼筋，必要時也可以再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內部可充填各種保溫層。
2. 主要優點
⑴施工周期短：輕鋼結構的最大優點是所有構件均可以由工廠制作現場拼接安裝，對一般規模較小的工業廠房僅需2個月左右。
⑵綜合經濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益；更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀華麗，改善了周邊環境的動態感；因為建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節省投資；由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔章等效果良好。彩色鋼板是以鍍鋅為基板又用硅酮作為表面，經兩除兩烘加工而成，耐久性也較好，根據目前我國的市場價格，輕鋼結構的造價已經低于鋼筋混凝土結構，當廠房的跨度越大時，其優勢更為明顯，這也是它賴以競爭的一大優勢。
⑶抗震性能好：由于鋼結構屬于柔性結構、自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。我國是一個多地震區國家，在地震區建筑中應多多推廣應用鋼結構，必可大大減少地震災害和人員傷亡。唐山地震的慘痛教訓應予記起。目前，天津市已正式啟動輕鋼結構住宅。
⑷宜于拆卸搬遷：一旦業主對所造廠址不滿意或外界環境發生意想不到的變化，則整個建筑可在很短時間內拆遷，損失極小，而所有這些是鋼筋混凝土建筑所無法具備的。
正是由于輕鋼結構的諸多優點，而且隨著近年來防火、防腐新產品的不斷出現，已較好地解決了輕鋼結構抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業廠房以及民用設施中獲得了廣泛的應用。
二、材料選擇和設計中的注意事項
輕鋼結構作為普通鋼結構的衍生結構，以提高構件的截面剛度和整體穩定承載力，為此，不得不突破鋼結構設計規范中對板件寬厚比限值的規定，允許板件產生局部失穩，進而利用屈曲后強度的提高。
輕鋼結構門式剛架是主要的承重結構，一般是采用實腹型變截面的柱和梁組成。門式剛架的形成可以單坡、雙坡和多坡，多跨建筑的中間柱多采用較接的搖擺柱。門式剛架工字截面鋼構件中腹板以受剪為主，抗彎作用不如翼緣有效，增大腹板的高度，可使翼緣抗彎能力發揮得更為充分。但是，在增大腹板高度的同時，如果厚度增之過大，則腹板耗鋼量太多，也是不經濟的。因此，先進的設計方法是采用高而薄的腹板，而是還有相當可觀的屈曲后強度可以利用。在主要為均布荷載起控制作用的結構中，在允沖擊、疲勞、振動等荷載的條件下，可充分利用結構受力板件的屈曲有效截面來分析壓彎桿件腹板的穩定性，從而使其腹極高厚比限值可以大幅度提高。根據天津大學所作的試驗證明，當荷載超過理論計算的屈曲臨界載限多時腹板才呈現凸曲變形，且凸曲變形都不大，故適當利用屈曲后強度是可行的。
當前，我國鋼結構（含輕鋼結構）發展的形勢很好， 21世紀是鋼結構快速發展時期，長期以來，由混凝土結構、砌體結構一統天下的格局將被打破，從事鋼結構制造、施工企業前景寬闊，建筑設計技術人員也面臨著新的機遇和挑戰。筆者認為，以下幾點仍需我們加以重視。
1．鋼材的保溫隔熱與防火
鋼材具有很高的導熱性能，其導熱系數為50w(m.℃)，當受熱達到100℃以上時，其抗拉強度就會降低，塑性增大；溫度達到250℃時，鋼材抗拉強度會稍提高，但塑性卻降低，出現藍脆現象；溫度達到500℃時，鋼材強度降至很低，會致使鋼結構塌落。所以當鋼結構所處環境溫度達到150℃以上時，就必須做隔熱防火設計。其做法一般為：鋼結構外側包耐火磚、混凝土或硬質防火板材。或者鋼結構刷厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結構防火涂料技術規程》計算。
2．屋面支撐系統及屋面設計
屋蓋支撐系統的布置應根據廠房跨度、高度、柱網布置、屋蓋結構形式、吊車噸位和所在地區的抗震設防烈度等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結構均應設置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要。無論有檁或無檁體系屋蓋均應在屋架上弦和天窗架上弦設置上弦橫向支撐。對于屋架間距不小于12m的廠房或廠房內設有特重級橋式吊車或廠房內有較大振動設備的均應設置縱向水平支撐。
屋面的排水及防水設計在屋面設計中需重點考慮，根據《屋面工程技術規范》的規定，屋面坡度最小為5％，在積雪較大的地區，坡度應適當加大。單坡屋面的長度主要取決于所在地區的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據工程設計經驗，單坡屋面長度宜控制在70m以內。目前，市場上鋼結構屋面的做法常用的有兩種：①剛性屋面：雙層彩色壓型鋼板內夾保溫棉；②復合柔性屋面：由屋面彩鋼板內板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。
3．溫度伸縮縫的設置
溫度變化將引起鋼結構廠房的變形，使結構產生溫度應力，當廠房平面尺度較大時，為避免產生較大的溫度應力，應在廠房縱橫兩個方向設置溫度伸縮縫，區段的長度可以根據鋼結構規范來執行。溫度伸縮縫一般采用設置雙柱的方法來處理，對縱向溫度伸縮縫可在屋架支座處設置滾動支座。
4．防銹處理
鋼結構表面直接暴露在大氣中就會銹蝕，當鋼結構廠房空氣中有侵蝕性介質或鋼結構處在潮濕環境中時，鋼結構廠房銹蝕就會更加明顯和嚴重。鋼結構的銹蝕不僅會使構件截面減小，還會使鋼構件表層局部產生銹坑，當構件受力時將引起應力集中現象，使結構過早破壞。因此，對鋼結構廠房構件的防銹蝕問題應予以足夠的重視，并應根據廠房侵蝕介質情況和環境條件在總圖布置、工藝布置、材料選擇等方面采取相應對策和措施，以確保廠房結構的安全。一般鋼結構的防腐常采用防銹底漆和面漆，涂裝層數及厚度常根據其使用環境和涂層性質來決定。一般室內鋼結構在自然大氣介質作用下，要求涂層厚度100μm，即底漆兩道，面漆兩道。露天鋼結構或在工業大氣介質作用下的鋼結構，要求漆膜總厚度為150μm～200μm。且在酸環境中的鋼結構要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱柱腳在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保護層厚度不小于50mm。
5．立面設計
輕鋼結構的建筑主要有把握以下4個方面的特征：規模、線條、色彩、變化。鋼結構廠房的立面主要由工藝布置來決定，在滿足工藝的要求下力求立面簡潔恢宏同時使節點盡量簡單統一。彩色壓型鋼板使得輕鋼廠房的建筑表現得體形輕盈色彩豐富，明顯優于傳統鋼筋混凝土結構的沉重單一。在輕鋼廠房的設計中常采用跳躍性色彩和冷色調，重點突出主要出入口、外天溝、收邊泛水等地方，既體現了現代化廠房的恢宏氣勢，又豐富了立面效果。
鋼結構設計論文范文第4篇
福州瑞聯鋼有限公司30萬噸冷板工程1#廠房位于馬尾連104國道西北測，廠房長度234m，跨度為21+21m，建筑面積1萬m2。吊車軌頂標高為10.0m。見圖1，柱腳采用剛接，采用門式剛架結構，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級。屋面坡度采用1/10。計算軟件采用鋼結構STS軟件。至今該工程已竣工投產近一年。
圖1建筑剖面圖
2基礎設計
2.1地質條件
根據巖土工程勘察報告，工程地質情況見表1，建筑場地類別為Ⅲ類。
表1地基各巖土層設計計算指標推薦使用值表
層
號
指項
標目
值
巖土層
名稱
天然
容重
壓縮模量
內聚力
內摩擦角
承載力特征值
樁端阻力特征值qsa和樁側阻力特征值qsa
樁側負摩阻力系數
層厚（米）
預制樁
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
淤泥質土
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樁基礎設計
根據工程地質條件及電算結果，由于業主工期要求快，故采用PHC預應力高強管樁，以粉質粘土④為持力層。樁身進入持力層0.8m。單樁豎向承載力特征值R=500kN，由于柱腳固接，吊車作用下，柱底彎矩較大，為使樁不出現拉力，而形成抗撥樁，因此必須采用雙樁，而且樁距不能按常規取3.5d。本工程邊柱最大軸壓力N=653kN，M=-364.8kN，V=-77.8kN，兩樁樁距取3.2m，承臺高1.2m。墻體傳來4.1×4.5×6=110.7kN
樁最小反力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經計算滿足要求，可滿足抗沖、抗剪要求。
3上部結構設計
本工程為兩跨21m，兩臺10t+15t重級工作制吊車，柱距6m，共有39跨固接的門式剛架，為保證吊車正常運轉，廠房穩定，滿足位移變形要求加強支撐設計和吊車制動桁架來增加廠房的整體空間剛度，全長234m，不設伸縮縫，墻體采用壓型鋼板。選用熱軋H型鋼經選用電算定下，用鋼量最低的剛架尺寸，見圖2
圖2剛架圖
3.1柱間支撐設計
若支撐設置不當，吊車行走時，就會造成剛架晃動，存在安全隱患，因此支撐的設置非常關鍵，因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼，因此柱平面外計算長度僅能取4m，在高4m處設置一道焊接鋼管側向水平支撐。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭、尾跨設置柱間支撐，中間跨每隔4跨設置一道。在設置柱間支撐的同一跨并設屋面支撐，為能更好傳遞風荷載在屋面每隔4米設一道水平鋼管剛性系桿。
3.2抗震措施
工程地處設防烈度7度區，房屋自重小，承載力不受地震作用效應組合控制，可不進行抗震計算。僅針對輕鋼結構的特點采取抗震構造措施。
構件之間的連接均采用螺栓連接，斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋，柱腳底板設抗剪鍵。增設吊車制動桁架。
3.3隅撐的設計
隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩定能力，因此在檐口位置，剛架斜梁與柱內翼緣交接點附近的檁條和墻梁處，各設置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區隔一檁條設隅撐，并使其間距不大于相應受壓翼緣寬度的16倍，見圖3。
圖3隅撐的設計
3.4高強螺栓連接設計
由于屋面荷載很輕，在設計荷載作用下，斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用，剪力很小，高強螺栓以受拉為主。剪力由連接構件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板，開窗面積少，風順力大減少，相應剪力也小，選用摩擦型高強螺栓，因此表面可不作專門處理。不必進行摩擦而抗滑移試驗，這有助于提高效益和降低成本。
3.5檁條設計
檁條的設計計算是最為困難的。首先，在目前設計規范或規程中尚無簡單實用的計算公式供設計人員采用，其次，為節省鋼材，輕鋼結構中的檁條除用于承擔梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿，同時還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應，則檁條的構造和受力計算更為復雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型，計算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題，因此，精確計算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下，檁條的自由翼緣受拉，受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩定問題。
由于Z型連續檁條是拱接而成的連續檁條，其內力分布較均勻剛度大，能節省用鋼量，同時在制作、運輸、安裝諸方面都很便利，因此本工程采用Q345Z型檁條，內力計算按如下一種簡單通用的模式考慮：按等截面連續梁計算模式，考慮活荷載按不利分布作用，光按50%活載均勻滿布得到一個效應值S1，再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個效應S2。兩者相加即為最不利活荷載所產生的效應S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產生的彎矩釋放10%。
在風吸力作用下，檁條的自由翼緣受壓。因此，當檁條下翼緣無面板側向支撐時，必須對檁條的下翼緣進行穩定性驗算。福州地區基本風壓為0.7kN/m2，按門式剛架技術規程附錄E公式計算結果得知，是風吸力作用下穩定計算起控制作用。選用Z180×70×22.2Q345，檁距1.2m，可以滿足要求。
4結語
本工程至今已竣工投產近一年，吊車運轉正常，經歷幾次強臺風和冬夏大溫差的考驗，均能滿足正常使用要求，取得較好的經濟效益和社會效益。
輕鋼結構的優點是節材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運輸簡便，工期短，可拆遷，定型批量生產易于實現商品化等。近年來發展迅速，應用領域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多，經對比驗算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右，采用較平緩坡度（1/10）的門式剛度也可節約鋼材。為達到進一步減少鋼耗，降低成本的目的，還可以采用各種先進的科技手段，如引入預應力技術以加強結構剛度和承載力，提高結構穩定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風吸力下的局部失穩和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量。為此，在謀求改進方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時我們期待著與專家同行的合作。請大家共同關注與探討并指正。
參考文獻
[1]陸賜麟，輕鋼結構的重量應該更輕，建筑結構[J]，2003（10）
[2]鋼結構設計規范GB50017-2003
鋼結構設計論文范文第5篇
關鍵字：鋼筋混凝土框架結構 設計中的問題
中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：
工程設計是復雜并且艱巨的任務，作為設計人員應該做到：對工作認真，有強烈的責任心和精益求精的工作態度；熟悉操作與規范，了解規范的真正含義；在實際工作中的靈活運用，從而保證工程施工的安全性。而鋼筋混凝土框架的結構作為一種廣泛運用的結構形式，具有明確的傳力、靈活的結構布置、整體性與抗震性等集聚一身的優點。已被廣泛的運用在各種多層的工業與民用的建筑中。隨著計算機不斷的發展，框架結構也由人工的轉為計算機來進行計算，憑著對高科技的依賴性，計算精度逐漸提高，設計人員工作的強度卻在逐漸的降低，但框架結構的設計依然存在一些實際性或者理念性的重要問題，需要引起設計人員的重視，保證設計的質量得到提高。
一、設計構造時出現的問題
（一）對框架結構而言，柱是保證豎向承載和結構抗側力工作的重要構件，其重要性遠大于梁，在框架柱相對完整的情況下框架梁即使呈酥碎狀態也不會引起惡性倒塌，要做到強柱弱梁，讓框架的塑性鉸首先出現在框架梁上，框架節點核心區的設計就尤為重要，在《建筑抗震設計規范》中（GB50011―2010第6.3.10中有明確的規定“一、二以及三級框架的節點核心區配箍的特征值分別不能＜0.08、0.10、0.12，并且由體積配箍率不能＜0.4%、0.5%、0.6%”。這樣的規定常常被設計人員忽略，尤其在柱的軸壓力比不大的時候，要求常常不得到滿足。這樣的規定能保證節點核心區的延性構造，應當嚴格遵守。
（二）底層的框架柱的箍筋加密區的范圍應該滿足《建筑抗震設計的規范》（GB50011―2011）中有明確的規定了：“凈柱身高的1/3不能超過底層下端的身高”這是設計中的重點說明。
（三）框架梁縱向的配筋率應當注意遵守《建筑抗震設計規范》（GB50011―2010）6.3.3中有明確的規定：梁端箍筋的最大間距、最小直徑以及加密長度的都必須使用表6.3.3中的數據，當縱向的鋼筋配筋率＞2%的時候，箍筋的最小直徑應該增加2mm。這個問題在目前的設計中常常被設計人員忽略，造成梁端的延性不足。
（四）梁柱節點處框架梁上部縱筋伸入節點的錨固長度應滿足《混凝土結構設計規范》（GB50010―2010）中9.3.4規定：“梁上部縱向鋼筋也可采用90°彎折錨固的方式，此時梁上部縱向鋼筋應伸至柱外側縱向鋼筋內邊并向節點內彎折，其包含彎狐在內的水平投影長度不應小于0.4Lab,彎折鋼筋在彎折平面內包含彎弧段的投影長度不應小于15d”。當截面的尺寸小于400×400mm的時候應注意上部縱筋直徑的選擇，否則這一項的要求極不容易得到保障。
二、結構抗震的等級
在工程的設計中，大部分的房屋建筑按其《建筑防震設計規范》的分類屬于丙類的建筑，例如住宅以及辦公樓等的一般建筑，其抗震的等級可以根據結構的類型和房屋的高度來按照《抗震規范》的6.1.2來確定。而電訊、能源和醫療、交通等類型的建筑物以及大型商場和體育館等公共建筑，首先，根據《建筑抗震設防分標準》（DB50223―95）來確定哪些是哪一類的建筑。乙丙類的建筑按照本地區抗震的設防烈度進行計算。一般的情況下，當抗震的設防烈度在6~8度的時候，乙類建筑應符合本地區設防的烈度提高一度，應根據《抗震規范》表中6.1.2來進行抗震等級的確定。如：位于8度地震區的乙類建筑，應當按照9度由《抗震規范》確定抗震等級提高一級。當8度的建筑高度超過表6.1.2的范圍時，應當進行針對性的研究后再采取措施，但在一般情況下，設計人員會錯當成丙類建筑來進行設計，使其建筑的扛著能力下降，必須對設計計算做出修改。
三、框架計算簡圖的合理性
在沒有地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋的情況下，獨立基礎應該埋置較深，為了減小計算高度和底層側位的左移，應在標準以下的某個適當的位置設置基礎拉梁。如果按三層的設計來進行計算，首層層高為3.6m,這樣的簡圖是不合理的，假定房屋嵌固在基礎拉梁的頂面，這樣的底層的配筋就應該由基礎拉梁頂面的截面進行控制，而實際上房屋底層的配筋是基礎頂面出的截圖所控制的。所以在計算時，應將基礎層1輸入，層高實際為3.2m。
四、基礎拉梁的設計以及計算應符合實際的情況
（一)基礎拉梁的設計：
多層框架的房屋單獨的柱基埋置較深，或者柱基承受重力荷的能力差別較大，或著在受力層范圍之類，根據抗震的要求，應該沿主軸看、兩個不同方向設置基礎拉梁。基礎拉梁的設計應該要大一些，梁的高度應在柱中心距的1/10~1/15，截面的寬度應取梁高1/2~1/3.這樣可以使底柱彎曲的距離平衡，減少底層的位移。
（二）基礎拉梁的計算應符合實際情況：
用TAT或者SATWE等電算程序進行框架整體的計算時，在基礎拉梁層無樓板的情況下，樓板厚度應取零，并且定義彈性節點，采用總剛分析的方法進行分析以及計算。雖然樓板厚度取零，也定義為彈性節點，但未使用總剛分析，程序的分析會自動按照地面假定來進行計算，與實際的情況不符合。
五、框架梁、柱箍筋的間距處理
《抗震規范》第6.3.3條以及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小值以及最大值都做出了明確的決定。根據規定，工程在習慣上取梁、柱箍筋加密區的最大間距是100mm，非加密區的為200mm。從電算程序信息中得知內定梁、柱箍筋加密區的間距是100mm，并以此條件算出加密區箍筋的面積，再由設計人員根據箍筋的直徑與數量。但在程序的內定條件下，框架梁跨中的部位有次或者有較大的集中荷載作用卻用來支配兩肢箍筋的情況下，非加密區的間距采用200ram會導致非加密區的配箍不足，為此建議改成間距為200mm，這樣不但可以保證非加密區的抗剪承載力，還能增加梁端箍筋加密區的抗剪能力。
六、結構周期折減數數值的問題
框架結構因為充墻的原因，使結構的實際的剛度大于計算的剛度，計算是周期大于實際的周期。得出了地震剪力偏小，使結構不安全。因此對結構的周期進行折減是必要的。當采用磚砌體作為填充時，周期折減系數一般取0.6~0.7，當磚砌填充墻較少的情況下或使用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數應該在0.7~0.8，當采取全部用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數可取0.9。
七、結構方面需要注意的問題
（一）當雨篷梁、樓梯平臺梁的過梁支撐在框架上的時候容易形成短柱，所以應把短柱全長的箍筋進行加密。
（二）當縱向受拉筋的框架梁端的配筋率大于2%的時候，按照規定應該使其直徑增加2mm。
總結：
本文主要講述了鋼筋混凝土框架結構設計中存在的基本問題，設計框架結構，設計人應首先判斷實際工程中結構方案的可行性，以及可能碰到的所有問題，提前采取預防措施給予解決，并對計算的結果進行認真的分析、判斷，等處準確無誤的答案后方可用于實際工程的建設中去。
參考文獻：
[1] 劉雙慶.鋼筋混凝土結構設計常見問題解析[J].四川建材,2009,35(4):124,126.
[2] 楊新.淺談鋼筋混凝土高層結構設計常見問題[J].中華民居,2011,(6):46-47.
[3] 崔立成.鋼筋混凝土高層結構設計中的幾個問題[J].中國新技術新產品,2010,(1):130.
