钢结构设计范文
时间：2023-03-09 01:02:24
钢结构设计范文第1篇
【关键词】钢结构；建筑；设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
前言
文章详细介绍了钢结构设计的方法及设计原则，阐述了钢结构设计的步骤，并对刚结构设计中需要注意的地方进行了强调。
二、钢结构设计方法的介绍
1.容许应力法(ASD)
ASD的设计原则是:结构构件的计算应力不得大于结构设计规范所给定的容许应力。结构构件的计算应力是按规范规定的标准荷载,以一阶弹性理论计算得到:容许应力则是用一个由经验判断的大于1的安全系数去除材料的屈服应力或极限应力而确定。
容许应力法的主要优点是计算简单,但存在如下主要不足:(1)对于塑性材料,由于没有考虑结构在塑性阶段的承载潜力,其实际的安全水平偏高;(2)不能合理考虑结构几何非线性的影响;(3)由于采用单一安全系数,无法有效地反映抗力和荷载变异的独立性,致使承受不同类型荷载(如活载的变异性要比恒载的变异性大得多)的结构安全水平相差甚远;(4)不能从定量上度量结构的可靠度,更不能使各类结构的安全度达到同一水准。
2.塑性设计法(PD)
PD的设计原则是:结构构件的塑性极限承载力应不低于标准荷载引起的构件内力乘以安全系数。在结构分析中常采用一阶塑性分析法或刚塑性分析法。塑性设计法的主要优点是允许结构在进入塑性后进行内力重分布,这就要求结构和构件有足够延性,因而在塑性设计中截面腹板和翼缘的尺寸比例有严格的限制。虽然塑性设计法考虑了材料的非线性,可克服容许应力法中的缺陷(1),但材料屈服的扩展和结构构件的稳定性在结构设计中仍然没有反映。同时在结构可靠性方面,塑性设计法同容许应力法一样,还是由经验性的安全系数来保证。
3.极限状态法(LRFD)
为了克服上述缺陷,采用抗力和荷载分项系数代替原来单一安全系数的极限状态设计法成为现行世界各国的主要设计方法。由于荷载的作用,结构在使用周期内有可能达到各种极限状态,这些极限状态可分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。结构的安全性对应结构的承载能力极限状态,包括构件断裂、失稳、过大的塑性变形等所导致的结构破坏。
三、建筑钢结构设计方法的研究现状
目前，建筑钢结构设计方法的研究主要表现在下列几个方面。
1.对现行方法的改进
由于现行建筑钢结构设计方法存在上述缺陷，不少研究者试图在弹性范围内对现行方法加以改进，这些工作包括:(1)对计算长度的改进；( 2)采用名义荷载模型；( 3)运用等效切线模量的概念。然而，无论这些方法本身的精度如何，它们都是试图以结构的弹性分析达到非弹性分析的结果，存在根本的局限性。
2.对新的结构设计方法的探讨
要彻底克服前述现行建筑钢结构设计方法中的前3种缺陷，必须建立以结构整体承载极限状态和结构整体极限承载力为目标的结构分析设计方法。为此，最近10年国内外学者提出了一系列较精确的适用于高等分析的二阶非弹性分析模型，并进一步考虑了梁柱连接半刚性节点域剪切变形以及它们的共同效应对结构极限承载力的影响等。
3.对结构体系可靠度计算方法的探讨
结构体系可靠度的计算方法大致可概括为:失效模式法、M onto Cark)法、响应面法和随机有限元法等。失效模式法由于无法与精确的结构非线性分析相结合，一般认为不能用于复杂结构体系的精确计算。响应面法通常将结构的极限状态面在设计验算点处作一阶或二阶近似，对于验算点处曲率变化较大的极限状态面可能导致较大的误差。随机有限元法是一种新兴的方法，它通常以低阶或高阶摄动理论为基础建立结构的随机有限元方程，由于其要求理论推导的严密性而限制了它在结构可靠度分析中的应用。Monte Cark法是一种简单但计算量大的方法，常作为校核其它方法的标准。然而随着各种包含降低抽样方差技巧的新方法出现，Monte Carlo法在结构可靠度分析中的应用将愈加普遍。
四、现行建筑钢结构设计方法的缺陷
极限状态设计法是结构从经验设计向概率设计转变的一次变革、但现行的建筑钢结构安全性设计方法仍有待进一步完善二目前世界各国关于建筑钢结构安全性设计的一般步骤为:先按一阶或二阶弹性方法计算各种荷载及其组合作用下结构的位移和各构件的内力，即整体结构的弹性分析;然后将结构分析所得内力用于构件的各种极限状态方程进行构件设计，即单个构件的非弹性设计。若构件满足各种规定的极限状态方程，则认为结构设计符合规范要求。这种设计方法实质上是基于构件承载力极限状态的结构设计存在着如下缺陷。
1.结构整体失稳的计算模式与实际失稳状态不一致
现行规范对结构失稳的计算模式是基于 结构同一层柱同时按相同模式对称或反对称失稳 假定,结构的整体稳定是通过构件设计中考虑计算长度的方法来近似保证。这一计算模式与一般情况下结构中个别或少数构件首先达到弹塑性失稳的实际形式不一致。换句话说, 计算长度的概念并不能真实有效地反应结构和构件之间的相互关系。
2. 结构内力计算模式与构件承载力计算模式不一致
由于整体结构的弹性分析未考虑材料非线性和( 或) 几何非线性的影响, 而构件的非弹性设计却考虑了材料非线性和几何非线性的影响, 一般情况下,结构构件达到极限承载力时已处于非线性弹塑性状态, 其内力会重新分配。因此, 按弹性状态计算结构各构件的内力并不是该构件达到极限承载力时的实际内力。换句话说, 整体结构的弹性分析与单个构件的非弹性设计的方法不协调。
五、钢结构设计原则
近年来，在钢结构设计中经常出现失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：
1.由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；
2.由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。所以根据稳定性问题在实际的钢结构设计中的特点，以及未来更好的保证钢结构设计中构件不会丧失稳定性，设计过程中应严格遵守以下三条基本原则：
①保证整体结构的细部构造和构件的稳定计算，二者必须相互配合，相互统一；
②在进行结构布置时，必须从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；
③必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算起着相当关键的作用。
六、钢结构设计的步骤
1.判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：火电厂、大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
2.结构选型与结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型及布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。
3.预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“工程判定”。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。
构件设计
构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)，通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面，当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235。构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。这必须避免，按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接，初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。
图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。
七、钢结构设计过程中注意问题
1.整体分析与优化设计。在钢结构设计过程中，要尽量选择与实际工作状况相符的整体分析模型，对于计算模型不得随意简化，比如不得随便把空间问题简化为平面问题。除此此外，为了获得理想的设计结构，在设计过程中可以采取优化设计的理念，并将次构件的作用尽可能考虑进来，同时满足钢结构设计的安全性与经济性，降低工程的成本。
2.严格控制整体刚度。一般来说，稳定条件、强度条件等并非是决定钢结构构件的截面设计主要因素，而结构的整体刚度条件才是首要考虑因素，尤其是对于一些薄壁构件形成的大跨度结构来说更是如此，因此设计过程中要注意对结构的整体分析，保证设计效果。
3.保证计算模型的精确性与结构的可靠性。钢结构材料属于相对比较理想的弹塑性体，其组织体现出一定的均匀性，接近各向同性，与现阶段很多计算方法、基本概念的要求完全相符，同时钢结构构件的连接模型比较符合实际情况，计算过程中不确定性相对较小，因此计算模型的精确性、结构的可靠性等必须得到保证。
4.节点构造相对十分复杂。在钢结构设计过程中，钢结构构件之间的连接与构造比较复杂，因此在设计过程中要注意并充分考虑这一点。设计节点时要综合考虑受力情况、建筑要求、构件截面形式、连接方法等各方面因素，再确定出合理、适用的节点构造形式。
八、结束语
我国钢结构设计近十几年的发展中有了快速的发展，但是相对于欧美等发达国家，还存在一定的差距。这需要我们不断的开发研究来进一步的缩短差距。
参考文献：
[1]申海啸，张玉生，蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑，2008年09期.
[2]马家军.钢结构设计步骤和设计思路[J].黑龙江科技信息，2008年05期.
[3]郭志先.浅谈钢结构设计步骤及思路与砖混结构设计[J].科技创新导报，2008年13期.
钢结构设计范文第2篇
中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：
钢结构特点、选型与结构布置
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。 运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载 ），建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。
结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。 柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。 否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线，比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。
二 、预估构件截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20-1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算， 确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估。 通常50
三、结构分析方面与工程判定
目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑P-Δ和p-δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件，典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。简单结构通过手算进行分析，复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做"工程判定"。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。不同的软件会有不同的适用条件。设计要学会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全 。因为其是比定量计算更重要的内容。
四、 构件设计
构件的设计首先是材料的选择比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)， 通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。从经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面。 当强度起控制作用时,可选择Q345; 稳定控制时,宜使用Q235。当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算直至通过。
五、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一，在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。连接的不同对结构影响甚大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构分析中的假定会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。具体设计主要包括以下内容:
1、焊接: 焊接设计中不得任意加大焊缝， 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近，其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。
2、栓接:铆接形式在建筑工程中现已很少采用。普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用。高强螺栓根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同，高强螺栓最小规格M12，常用的是M16-M30。但超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。
3、连接板: 可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪等。
4、梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪，承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
5、节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
六、图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
参考文献：
[1]高轩能，张惠华，《钢结构设计及实用计算》[M].中国电力出版社.2008
钢结构设计范文第3篇
关键词：多层轻钢；轻钢结构；结构设计
1?引言
我国建筑业的高速发展促进了许多新型轻型屋面材料得到开发，越来越多先进的建筑材料在建筑业中得到应用，也促进了轻钢结构在建筑业中的应用。轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系，轻钢结构以其抗震性、抗风性、耐久性、保温性、隔音性、健康性、舒适快捷及环保等优势广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑。
2?多层轻钢工业厂房体系和结构布置特点
2.1?结构体系
多层轻钢工业厂房因为高度低和层数少多为框架一支撑结构和纯钢架结构。根据实际情况选择结构体系，可以降低钢的用量，并且满足工艺要求。
2.1.1?纯框架结构
鉴于工艺设计中管线布置和机械设备摆放等限制，柱间不能设置支撑，故选择纯框架结构。纯框架结构由工字型梁和十字型柱（H型柱）或箱型柱构成。纯框架结构每个部分的刚度分布均匀，平面布置灵活，且延性较大，自振周期长，具有良好的抗震性，可以为工程提供足够的室内空间。
2.1.2?框架一支撑结构
框架一支撑结构与纯框架结构对比，具有简单的节点形式、用钢量少和侧移刚度大的特征。框架一支撑结构一般为X型，也有八字型、人字型和门型支撑，由工字型梁柱构成。横向承重体系是框架一支撑结构的主要承重体系，空间连系作用依靠楼板与次梁，柱和纵向联系梁铰接。设置支撑柱间的同时还应设置屋盖横向支撑，支撑设在第二开处或两端，构成几何不变体系，以便整体刚度的提高。在屋面可以选取柔性拉杆支撑结构，柱间则要应用刚性圆钢管作为支撑。横向纵向都需布置支撑的情况是在8度设防地区的情况下。
2.2?围护结构
在多层轻钢型厂房中，彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板取代了传统多层厂房的砌体围护墙体。这种轻型围护结构具有保温隔热效果好、自重轻、容易安装和美观的外表的特点，采用轻型围护结构可以降低对基础的要求和大幅度减轻结构的自重。
屋面结构一般选取z型冷弯薄壁型或大断面的C型钢檩条体系，板跨与钢架间距决定檩条的尺寸，以1~2m的等间距在屋脊和檐口布置，增加房屋的纵向刚度，为主钢架平面提供外约束，纵向水平力得到传递。檩条高度一般为140~250m，有些则可以达到300m，厚度为1.5~3.0mm。当钢架间距大于9m时，则需要选择桁架式。Z型为连续檩条，C型为简支，钢架与檩条的连接可以采用檩托。
墙梁同样选取Z型或C型冷弯薄壁型钢，板跨（墙距）与钢架间距（跨度）决定墙梁的尺寸，以1~3m的间距在门窗洞口上下布置，增加房屋的纵向刚度，为主钢架平面提供外约束，纵向水平力得到传递。当间距大于9m时，则要考虑设置墙架柱以便降低墙梁钢架间距。
3?设计方法与基本要求
3.1?设计方法
在地震烈度大于6度的地区中，要考虑水平地震对结构布置均匀的多层轻钢厂房的作用，故一般用底部剪力法计算。多层厂房如果其结构布置对称则可以简化为平面框架模型进行计算，而复杂的结构则要建立空间框架模型再计算。
增大梁刚度的方法考虑楼板的组合作用是结构计算普遍采用的方法。对组合梁刚度评价有三种方法：平均刚度法，等价截面惯性矩法，Newmark方程法。平均刚度法是把正弯矩区组合截面的刚度K+与负弯矩区纯钢构件的截面刚度K一的平均值作为组合梁的等价截面刚度。一般选择平均刚度法作为实际工程中的评价方法。
4?具体工程实例
4.1?某工业厂房工程
4.1.1?工程背景
某工业厂房，主体四层，局部三层，宽度15m（6.5m+8.5m），柱距7m，全长63.5m，建筑面积3600m2。屋面采用BHP压型钢板保温屋面系统，首层窗台以下为240粘土砖墙，其余外墙面采用BHP压型钢板保温墙面系统，内墙为60ram厚，保温壁板。屋面支撑采用圆钢20mm柔性支撑，柱间采用Φ114x3.0圆管支撑。楼面活荷载为3.5kN/m2，恒荷载为4.0kN/m2；屋面活荷载0.5kN/m2，恒荷载0.5kN/m2：基本风压0.35kN/m2；设计地震烈度为7度，Ⅱ类场地。
4.1.2?计算方法
结构分析通过融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型软件包有限元分析软件ANSYS来完成计算，内力分析和结构自振周期的计算采用三维梁单元，四节点三维壳单元，质量单元，二力杆单元。组合楼盖的空间联系作用是空间计算模型要考虑的要素。
4.13?计算分析
此案例中采用横向的承重体系，其中梁柱均为等截面。在不改变梁截面形式，只改动钢架柱的情况下，采用框架一支撑体系和纯框架体系进行比较。框架一支撑结构同时建立空间和平面两种模型图，纯框架结构建立空间模型。
表1?框架一支撑体系的两种计算模型比较
横向主自振周期
（s） 风荷载作用下最大层间位移
（mm） 地震作用下最大层间位移
（mm）
平面模型 1.847 7.404 4.436
空间模型 1.153 6.951 8.655
从表1可以获知框架一支撑体系平面模型和空间模型主要结构刚度指标的数据，可以得出：
（1）框架一支撑可以减少结构横向自振周期，刚度得到增强，有重要的空间连系作用。
（2）平面模型低估了地震的作用力，在地震的作用下，结构的层间位移偏小为49%。
所以，当多层轻钢厂房在地震烈度大于等于7度时的地区时，应该通过建立空间模型进行计算。
表2给出两种体系空间模型的主要计算结果。可以看出：
（1）在支撑作用下，框架一支撑在纵向有较大的刚度；
钢结构设计范文第4篇
【关键词】 稳定；刚度；整体思维
1.教学现状
《钢结构设计》是房屋建筑工程领域的一门主要的专业课程，其任务是通过本课程的学习获得必须具备的关于钢结构材料、设什、施工等方面的基本概念、基本理论，并通过一定的实践课程配合，使同学掌握一定的解决钢结构工程实际问题的能力，为今后从事钢结构施工、侧造和一般钢结构的设计、施工和监理等生产实践工作打下坚实的基础。包含了《钢结构设计原理》和《钢结构设计》、《钢结构课程设计》三部分。随着钢结构优点的逐渐凸显，使得我国钢结构设计成为热点学科和结构设计发展趋势，所以学好钢结构设计、促进钢结构设计的发展成为土木工程专业毕业生的责任和使命。但从目前高校土木教学和学生反馈看，《钢结构设计》属于很难掌握的一门学科，很多学生由于教材中抽象的理论、繁冗的推导公式、艰难的计算而对课程失去兴趣导致学习效果很差，且不愿意从事相关工作。基于此，本文剖析其原因并找出对策，以期加强学生对课程的认识。
2.存在问题的分析和解决办法
若想学好《钢结构设计》，必须做到以下几点：
2.1 打好力学基础，建立合理知识体系
学习《钢结构原理》的时候，应抓住材料—连接—构件强度、刚度—构件稳定（整体稳定和局部稳定）这条主线。《钢结构设计》的先修课程有《材料力学》、《结构力学》，钢结构强度、刚度计算和钢结构连接等章节中用到的知识并不复杂，但是稳定问题则需要较好的力学功底，而稳定问题的基础知识出现在《材料力学》和《结构力学》教材的后半部分，部分学校由于课时有限讲的不深入甚至不讲就进入了钢结构的稳定部分学习，这样学生肯定会感觉有跳跃性、听不懂就成为必然。所以建议学生在学习钢结构稳定部分之前先学习巩固力学有关稳定部分的基本知识。
2.2 建立整体思维，熟悉设计流程
在原理部分掌握了各种受力构件之后，就进入了整体结构的学习，有钢屋架、钢网架、门式刚架、多层钢结构房屋、高层钢结构房屋等，不同高校会依据课时安排有所取舍。这部分的特点是把构件组合成结构整体，需要整体考虑。同时钢结构设计也具有建筑结构设计的一般特点，即按照荷载统计（包括恒载，活载，风荷载，地震力等）—内力组合分析—截面设计的思路进行，这也是软件所遵循的程序。
2.3 加强课程设计的学习
课程设计是专业培养方案中的重要一环，此环节若能有所加强，将能达到事半功倍的效果。钢结构的课程设计有多种形式，如门式刚架、多高层钢结构房屋的设计、网架的设计、钢屋架的设计等，不同高校会依据教学的情况进行相应安排。从设计方式上，学生可手工作图，也可计算机辅助设计，但从社会需求来看，建议让学生手算，然后电算校核。例如做钢屋架的设计，可以让学生手算内力及选取截面并进行校核并进行焊缝的连接计算，同时用PKPM软件中STS进行电算设计、出图，相互比较后才会有收获。
2.4 增强学生学习兴趣，增加实地参观机会，教学实践相统一
“兴趣是最好的老师”，《钢结构设计》教学中教师要努力提高学生的学习兴趣，提高学生学习的使命感和紧迫感。
在钢结构学习中，学生存在的主要问题是抽象感，所授内容完全存在于在想象之外，这给钢结构学习带来极大不便，同时也降低了学生的学习兴趣。所以建议有条件的学校联系钢结构实习基地供学生参观学习，去钢结构厂参观钢结构生产工艺及生产流程，就近参观一些代表性的钢结构工程，以促进钢结构知识的理解学习。没有条件的就多找些钢结构模型或图片以给予学生直观的理解。
3．教学建议
3.1 钢结构宜保证足够学时，尤其是原理部分。钢结构的内容量并不少于钢筋混凝土结构，但是国内高校对于钢筋混凝土的课时量一般是比较充足的，但对钢结构的课时量则偏少。有了一定的充足教学课时，才能保证钢结构课程教学体系的完善和学生知识的搭建。
3.2 应适当增加稳定基础知识的补充和巩固。
3.3 适当把理论教学与钢结构规范相结合，让学生知识更全面。
3.4 可以在土木工程类本科毕业设计中增加钢结构选题，设计从建筑图到施工图，从手算到电算，让学生建立完整的钢结构设计体系。
参考文献
［1］ 周俐俐.钢结构课程设计指南［M］.北京：中国水利水电出版社,2006
［2］ 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范［M］.北京: 中国建筑工业出版社,2007
［3］ 陈绍蕃.钢结构［M］.北京: 中国建筑工业出版社,2007
［4］ 夏志斌.钢结构原理与设计［M］.北京: 中国建筑工业出版社,2004
［5］ 戴国欣.钢结构［M］.武汉：武汉理工大学出版社,2007
钢结构设计范文第5篇
由于钢结构金属网架下面闲置空间较大，可布设消防管道、给水管道、通风管道、压缩空气管道等多种管道，因此，应用钢结构的厂房，可充分利用其上部闲置空间，节省多余的管道安装费用，有效节约建筑成本。钢结构是一种利用率较高的建筑材料，可实现多次回收利用，且安装过程中不会产生粉尘和噪声污染，拆卸也比较容易，拆除的金属构件可直接回收，因此，具有较高的循环利用价值。
二、厂房钢结构设计准备工作
(一)钢结构选择
考虑是否可以采用钢结构作为厂房主结构之前，设计人员应当首先按照现场实际测量数据，判断该厂房是否适合钢结构施工，以及采用钢结构是否存在安全隐患等，只有其适用性和安全性确定无误后才可考虑钢结构厂房。
(二)钢结构评估
设计师需要根据实际测量数据建立相应的力学模型，分析钢结构构件受力情况，预估厂房梁柱支撑断面参数，最后确定采用轧钢、H型钢、槽钢中的一种或多种。
(三)钢结构设计综合分析
确定设计方案后，应当评估厂房钢结构是否符合施工标准，并反复比对重要设计参数，判断施工周期是否符合施工要求，分析钢结构总剪力、结构受力变形情况。
三、厂房钢结构设计要点
(一)防火设计
钢结构厂房的防火能力要弱于钢筋混凝土厂房，钢结构抗拉强度会随温度升高而逐渐降低，甚至出现塑性增大的情况，当环境温度升高到250℃以上时，钢结构金属构件就会产生徐变现象，当温度达到500℃时，钢材强度会降到最低值，导致整个厂房坍塌。因此，在进行厂房钢结构设计时，有必要严格按照防火规范，确定厂房发生火灾的危险等级，选择耐火极限符合要求标准的建筑钢材。厂房钢结构实践中，应用最广泛也是最有效的一种防火方式就是在钢结构表面涂抹一层防火涂料，以此提高钢材的耐火极限，当火灾发生时，防火涂料可以起到隔热作用。
(二)协调好钢结构设计与厂房工艺设计
钢结构厂房是企业生产中的一个重要区域，如果钢结构厂房与整个生产模块的工艺设计不协调，就会影响正常的生产作业。钢结构厂房与工艺设计的不协调主要表现在:钢结构厂房墙体厚度和高度不符合工艺设计指标、钢支架分布情况不合理等。钢结构的钢支架分布形式一般有网架、平面桁架、空间桁架、塔桅、索膜、框架等几种，设计人员需要按照企业的实际建厂条件和建筑要求，选择合理的钢支架形式。除了钢支架形式外，钢材也是影响其建筑性能的重要因素。不同的钢材其结构性能不同，例如，无缝钢管中含有中空截面，可作为液体输送管道，圆钢为实心钢材，可起到稳定钢结构的作用。因此，在具体选择何种钢材时，需要考虑其与厂房的工艺设计要求是否相符。
(三)重视钢结构计算过程
钢结构计算一般采用的是结构设计中的计算程序，计算结果评估是钢结构设计中的重要组成部分，对不同软件的计算结果进行对比分析，最终选择最合适的截面有利于成本的节省。荷载取值时，对于降雪量较大的地区，设计人员应当根据本地区的实际降雪情况，考虑适当增加钢结构荷载，检验荷载最大值是否可以承受最大量的降雪。构件设计时，应充分重视净截面、长细比这些概念的重要性。连接设计时，应根据施工条件等选择合适的连接方式，若采用承压型连接，则考虑到承压力和剪切力两方面的要求，螺栓不得安装在剪切面上，此时须讨论其连接位置是否合理，是否施工方便。
结论钢结构应用优势显著，但在厂房钢结构设计中，应当严格遵守设计规范，综合考量其耐久性、安全性、防火性、适用性等是否满足施工要求。此外，应当在综合考虑现场施工环境和施工图设计的前提下确定设计方案，反复计算荷载值，并采用最佳的钢结构形式和钢材，避免影响厂房钢结构强度。
钢结构设计范文第6篇
关键词： 设计 特点 技术 钢结构
伴随着科学技术尤其是冶金技术的进步，更多的新型建筑材料和高强耐候建筑用钢材品种的出现， 规格化、 工厂化的制作使钢结构在建筑结构中越来越被广泛利用，如新建的大部分厂房均采用门式刚架或普钢排架，大量的商场、 超市采用钢框型结构，大跨度、大空间建筑更是绝大多数采用钢结构网架或空间桁型，而钢混结构更多的
应用在高层及超高层建筑当中。钢结构无可置疑地成为了二十一世纪建筑结构的总体趋势。同时， 钢结构基础理论研究和钢结构工程设计得到快速发展。 许多国家相关钢结构方面的规范、 规程的制定和完善都是根据钢结构在建筑结构中的实际应用。国家先后颁布了钢结构 设 计 规 范 （GB50017-2003） 、 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 技术 规 范(GB50018-2002） 。高层民用建筑钢结构技术规程 （JGJ99-98） 等一批指导钢结构设计的规程规范对我国钢结构事业的健康快速发展起到
了发挥了巨大的作用。
二、 钢结构设计中的规定
1 、钢结构设计制图的一般规定
钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两个阶段。 钢结构设计图由具有设计资质的设计单位完成， 设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工图的要求： 钢结构施工详图 （即钢结构加工制作图） 一般由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成， 也可由具有该资质的其他单位完成。若设计合同未指明要求设计钢结
构施工详图， 则钢结构设计内容仅为钢结构设计图。
1.1 钢结构设计图
（1）设计说明的内容： 设计依据、 荷载资料、 资料项目类别、 工程概况、 所用钢材牌号和质量等级 （必要时提出物理、 力学性能和化学成分要求） 及连接件 （含焊接材料） 的型号、 规格、 焊缝质量等级、 端面刨平顶紧部位、 除锈等级、 防腐及防火措施、施工中应遵循的施工规范和注意事项。必要时设计说明还应包括： 设计 0.000 标高所对应的绝对标高值、 图纸中标高及尺寸的单位、 结构的安全等级和设计使用年限、 抗震设防类别、 抗震设防烈度 （设计基本地震加速度及设计地震分组） 。
（2）钢柱脚平面布置图及详图应表达钢柱脚与下部混凝土构件（或其它结构构件） 的连接构造详图。必要时应绘制钢柱脚锚栓平面布置图或钢柱脚基础平面布置图。
（3） 结构平面 （包含各层楼面、 屋面） 布置图应注明定位关系、 标高、 构件 （可用单线条绘制） 的位置及编号、 节点详图索引号等； 必要时应绘制檩条、 墙梁等布置图和关键剖面图； 空间网架应绘制上、 下弦杆布置图和关键剖面图。
（4） 构件与节点详图简单的钢梁、柱可用统一详图和列表法表示，注明构件钢材牌号、 尺寸、 规格、 加劲肋做法， 连接节点详图，施工、 安装要求；格构式梁、 柱、 支撑应绘制平面、 剖面 （必要时加绘立面） 、 定位尺寸、 总尺寸、分尺寸、 注明单个构件型号、 规格， 组装节点和其他构件连接详图。
1.2 钢结构施工详图
根据钢结构设计图编制组成结构构件的每个零件的放大图， 标准细部尺寸、 材质要求、 加工精度、 施工工艺流程要求、 焊接质量等级等， 宜对零件进行编号； 并考虑运输和安装能力确定构件的分段和拼装节点。
1.3 钢结构计算书 （内部归档） 的一般规定（1） 采用手算的结构计算书， 应给出构件平面布置简图和计算简图；结构计算书内容宜完整、 清楚， 计算步骤要条理分明， 引用数据有可靠依据， 采用计算图表及不常用的计算公式应注明来源出处， 构件编号、 计算结果应与图纸一致。
（2） 当采用计算机程序计算时， 应在计算书中注明所采用的计算程序名称、代号、 版本及编制单位， 计算程序必须经过有效审定（或鉴定） ， 电算结果应经分析认可； 总体输入信息、 计算模型、 几何简图、 荷
载简图和结果输出应整理成册。
（3） 采用结构标准图或重复利用图时， 宜根据图集的说明并结合具体工程进行必要的核算工作， 且应作为钢结构计算书的内容。
（4） 所有计算书应校审， 并由设计、 校对、 审核人在计算书封面上签字， 作为技术文件归档。
1.4 对钢结构设计制图的几点建议
（1） 钢结构设计制图的图面表达，一般分为三个层次：结构平面布置图、 结构剖面图、 构件与节点详图。结构平面布置图主要表达钢结构构件的平面布置，内容包括钢结构构件的平面定位关系、 钢结构构件的截面及内力 （构件的内力兼有指导连接设计的功能） 等； 对于较复杂的钢结构， 结构平面布置图宜配置构件截面与内力表， 并对构件进行编号， 构件截面及内力等内
容在构件截面与内力表中表达，而结构平面布置图表达结构构件的平面定位关系、 结构构件的编号等。结构剖面图主要表达钢结构构件的截面及内力（或构件编号） 等。构件与节点详图主要表达构件间的详细连接构造。结构平面布置图、 剖面图是写意性的， 以明确地表达出结构构件的布置、 定位关系、 标高等信息为原则；结构构件的定位尺寸应根据构件的主次分层次给出， 对重要设备的定位尺寸宜单独给出， 构件可以用单线条 （一般是粗线条） 表示。 节点图是写实性的，是构件之间连接构造（或钢结构构件与下部混凝土构件等的连续构造）的详细表达， 应真实地表现出结构构件连接构造的实际情况， 构件应按比例形象地绘制。对于柱脚形式较多的情况，有必要给出柱脚锚栓平面布置图或钢柱脚基础平面布置图。
（2）平面布置图、 剖面图、 节点图三个层次的图面表达的环境 （如定位尺寸关系、 标高等） 应保持一致， 就像从不同的视角和远近去观察事务一样；节点图应根据平面布置图、 剖面图给出定位尺寸关系、标高等， 节点图本身的其他详细尺寸应另加辅助尺寸加以表达。
（3） 节点图的选择 （或索引） 应具有明确性、代表性和指导性。 钢结构构件与其它结构 （如下部混凝土构件等） 的连续构造， 应由节点图明确详尽地给定； 钢结构构件之间连接构造的节点图， 应能代表性地表现出同类连接构造在， 能对钢结构施工详图的编制具有指导作用， 并能确定施工详图的细部尺寸。节点图宜集中给出， 节点应按顺序编号。
三、 钢结构的特点及钢结构设计应考虑的因素
3.1 钢结构的特点
（1） 建筑钢材材质均匀， 是理想的弹塑性材料。钢结构的实际受力状态和工程力学计算的结果比较符合，因此钢结构可以进行可靠地优化设计。
（2） 建筑材质强度高， 钢结构重量轻。因此钢结构构件可以在工厂制作， 不受现场条件的制约， 条件具备时可方便地到现场安装。同时建筑钢材强度高， 钢结构重量轻， 使钢结构的适应性强， 可以建造
高层或大跨度等建筑。
（3） 建筑钢材塑性和韧性好。因此钢结构设计应合理地利用钢材的塑性和韧性， 使钢结构具有优良的抗震性能和抗疲劳性能。
（4） 钢结构的耐腐蚀性差。因此钢结构必须进行防护，一般的防护措施是在钢结构表面涂刷防腐涂料。在涂刷涂料之前， 钢结构表面应彻底除锈。 除锈质量的好坏直接影响钢结构的防腐效果，因此除锈等级的确定要合适。
（5） 钢结构不耐火。因此受高温辐射的钢结构必须进行防护， 采取隔热措施； 对有防火要求的钢结构， 应按规定采取防火措施。只有认识和理解钢结构的特点， 才能在设计中充分发挥其优点，克服其缺点。 单纯地认为只要是钢结构， 就是可靠的、 性能优良的， 这样的观点是片面的。
3.2 钢结构设计注意事项
3.2.1 钢结构设计应考虑的具体因素
（1） 在保证结构安全可靠的前提下，实行功能兼并， 即一个构件同时承担多种功能， 考虑结构的空间作用。 例如可由屋面檩条兼屋面支撑的系杆， 利用屋面檩条作为屋架下弦隅撑的支承梁等。
（2） 充分利用钢材的强度潜力。宜尽量多采用受拉杆件、 少采用受压杆件的结构， 并尽量减小受压杆件的计算长度。对轻型结构可考虑采用薄壁杆件结构， 例如天窗架、 轻型屋架可考虑采用薄壁方钢管结构等。
（3） 避免形成应力集中现象。在低温条件下工作的结构或直接承受力荷载作用的结构，对应力集中的不利影响十分敏感， 往往是引起脆性破坏的根源。故在设计中应采取相应的措施以减小应力集中现象。如可采用性能优良的钢材， 避免截面的突然改变 （截面改变处设过渡段或采取加强构造措施， 不能仅由静力计算决定） ， 避免出现不规则的槽孔、 凹角 （转角处由圆弧过渡） 等。
（4） 树立等强设计的概念。 组成结构的各杆件 （或构件） 及其连接的承载能力应与整个结构的承载能力相适应， 避免出现薄弱环节。
（5） 对管开截面应进行封闭， 使其内部避免锈蚀， 并增加其局部刚度。
3.2.2 钢结构设计应考虑施工的因素
钢结构设计是一个综合的过程，而施工是设计产品实现的最终环节， 设计应考虑施工的因素。 特别是要考虑到钢结构工程的现场安装工作量在， 现场安装质量的好坏直接影响设计产品的质量。
（1） 确定结构形式时， 应考虑制造的方便和可能性， 采用便于连接而可靠的结构形式。结构的安装连接应采用传力可靠、 制作方便、连接简单、 易于固定、 便于调整的构造形式。
（2） 尽量减少构件编号和材料规格品种， 便于材料订货和组织生产，同时增加材料的利用率。
（3） 在有利于受力的前提下， 连接板的形状要规格， 便于切割。
（4） 尽量不出现热加工件。热加工件费工， 且热加工使钢材性能受损、 加工质量较难控制。
（5） 合理地布置焊缝。焊缝的布置尽可能对称于构件重心， 使其受力合理， 减少焊接变形和焊接应力； 现场焊缝的布置要便于构件安装、 便于焊缝施焊、 便于质量检查； 避免焊缝的立体交叉和在一处集中大量焊缝。对于角钢截面， 角钢肢尖应采用与其肢背不同的焊脚尺寸。
（6） 要满足制造操作的极限要求。
（7）安装连接采用焊接时，应先用安装螺栓将构件固定而后焊接， 便于安装、同时有利于夹紧以保证焊接质量。一个节点的安装螺栓 （孔） 不宜少于两个 （一个孔用于安装纤， 一个孔用于安装螺栓） 。
（8） 在保证连接安全可靠的前提下， 采用较小的焊脚尺寸和较长
的焊缝长度，以减少焊缝的体积量。
（9） 对受力较大的柱， 端部宜采用刨平顶紧的构造，以减少柱脚
焊缝的焊脚尺寸。
（10） 利用支托传递反力的构件， 支托板的厚度应留有富裕量，以
防偏离 （构件间可留有空隙） 。
（11） 支撑的布置应能保证安装时构件之间的稳定性， 否则应在设计文件中规定安装时设置必要的临时支撑。
3.2.3 钢结构设计应考虑钢结构节点构造设计的因素节点构造设计在钢结构设计中占有非常重要的地位。有些观点认为钢结构设计就是内力计算加节点连接构造， 这说明了节点构造设计的重要性。钢结构是由成品钢材 （板材或型材） 制造的，而钢材本身
的质量是有保证的， 这样钢结构的质量很大程度上决定于节点连接的质量。节点连接设计要构造简单、 受力明确、 传力可靠、 易于实现。节点构造设计的原则是节点的破坏不应先于构件的破坏。节点破坏的形式有： 连接件 （含连接焊缝、 连接螺栓等） 的破坏、 节点板的破坏 （含强度破坏、 失稳） 等形式。节点的破坏往往是脆断性的， 这是在设计中应尽力避免的。设计文件中规定“应按构件的内力增加10%进行节点连接设计” 、 “对于内力较小的构件其连接焊缝长度不小于 120mm”等内容都粗略地反映这一设计原则。正确地贯彻这一设计原则的方法是： 根据构件的实际承载能力（而不是根据其计算内力） 来确定其连接设计。
设计中应避免任意加大杆 （或单体构件） 的截面。认为只要杆件有足够的强度， 结构就有足够的可靠度， 这样的观点是片面的，有时是危险的。 评价一个结构的可靠度，要全面考察组成该结构的各个环节。 设计中往往对结构计算和构件截面选择关注得多， 而对节点构造（特别是柱脚构造及其连结计算）设计关注得少。
钢结构设计范文第7篇
关键词：轻型轻型钢结构设计；刚度；稳定性；连接
Abstract: based on the basic condition of steel structure gently and gently steel structure characteristics of the development of understanding, introduces the light of light steel structure design principle, and then to steel structure stiffness, gently overall stability, high strength bolt connection, support, and weld in design are discussed in this paper.
Keywords: light of light steel structure design; Stiffness; Stability; connection
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
引言： 轻型钢结构在高层建筑使用已经几十年。轻型钢结构建筑的许多优点,比传统的混凝土结构、砌体结构等,它具有性能稳定、强度高、质量轻、抗震性能好、施工可厂方制造现场装配,不仅加快了施工进度,能大大缩短施工周期，而且基本的成本低,材料可回收再生、节能、节地、节水。作为一种绿色环保建筑,近年来,轻型钢结构建筑被列为重点推广项目。由于炼钢技术和成型制造技术日益成熟,它给用轻型钢结构工程带来了新的生命,工程建设也不断增加,因此,它将不断完善自身的轻型钢结构的设计。一、轻型钢结构工程设计原则 1、轻型钢结构的稳定设计
轻型钢结构的一个突出问题就是稳定性。在各类轻型钢结构中,都会遇到稳定性问题。对这种问题,将造成严重的后果。所以,我们轻型钢结构设计必须掌握稳定设计。目前,轻型钢结构出现在失稳的事故是由于设计师的缺乏经验、结构和成分的稳定性的概念,使总体结构设计中存在的薄弱环节的稳定性设计。另一方面是由于新出现的结构,如空间网架、网壳结构,设计了如何设计还没完全理解。
2、结构计算简图和计算方法的简图相一致
框架结构的稳定性计算是非常重要的,目前在设计单层及多层框架结构,往往不分析框架的稳定性,而只是框架柱稳定性计算。在使用计算简图这种方法,使用的框架柱计算长度系数稳定,整体稳定分析框架应当是通过使稳定性计算框架稳定计算效果。然而,实际的框架不同的,而且设计为了简化计算工作,需要设置一些典型的条件。
二、轻型钢结构的设计
1、刚度设计
国标GBIl7 - 88《钢结构设计规范》多层架与重级工作制吊车的厂房变形控制要求一个明确的规则。对于普通的单层结构、国标CECSIO2:98《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》作出了明确规定。构造变形主要涉及适应性的问题,系统总体结构安全涉及不太深。与单一轻钢结构屋面通常不上人。设计时轻钢结构厂房变形控制是可适当放宽。放松变形对那些主要由变形控制架构是非常重要的经济意义。
2、整体稳定设计
2．1框架构件设计
整体稳定系数计算公式：
（1）
式中：Φb一梁整体稳定系数；
βb―梁整体稳定等效弯矩系数；
λy―梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；
Wx―按受压纤维确定的梁毛截面抗矩；
A―梁毛截面面积；
h―梁截面全高；
tw―梁受压翼缘厚。
由式(1)知，构件整体稳定承载能力与λ²y成反比。由于λy与受压翼缘的自由长度Ly，成正比，故解决整体稳定最经济有效的办法是对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑以减少Ly。因为在轻型钢结构设计中，由于檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用(檩条间距一般为l200―1500mm)，梁的整体稳定往往有保证。这样就可以不必为整体稳定而加宽翼缘，增加用钢量。设计时还应注意，檩条只能约束屋面梁上翼缘和柱外翼缘。但是由于轻型钢结构屋面往往较轻，风荷的改变往往会改变内力的方向，因此粱下翼缘及柱内翼缘也都存在受压的可能。对于这种情况，设计时可在构造I通过设置隅撑来解决(隅撑一般可用L45×3小角钢)。隅撑连接梁下翼缘(或柱内翼缘)与檩条，使之形成侧向约束，来解决梁下翼缘(或柱内翼缘)的整体稳定。
2．2檩条设计
采用z型、c型檩条时，设计成搭接的连续性檩条而成为连续梁计算模式比以简支梁为模式的效果好。尉为连续梁模式比简支梁模式的刚度大，稳定性优于简支梁。在美国钢结构图纸与技术中，他们计算稳定的自由长度Ly取值是连续梁跨中反弯点之间的长度。它比我国现在一般取的自由长度要小，因此稳定性也优于简支梁。接连续粱模式设计成的檩条，其檩条的拼接处一般都在跨度的三分之一处，现场安装往往会有高空作业。这一点施工时应注意。
3、局部稳定设计
根据弹性理论，四边简支板的临界剪应力为：
（2）
由式(2)知：板的局部失稳临界剪应力与(h／tw) ²成反比，故h／tw越小越好，设计时为了节省钢材就须增大h／tw值以提高构件的抗弯模量。这时解决局部失稳往往可以不必增大腹板厚tw，一般是通过设加劲肋的方法来解决。在国标GBJl7―88《钢结构设计规范》中，h／tw≥80设加劲肋的规定就是基于临界剪应力与抗剪屈服应力相等定出的。这个规定对于普通钢结构是合适的。但对于轻型钢结构，因为荷载较小，往往剪应力也很小，要远远低于抗剪屈服应力。在低剪应力下，即使h／tw≥80也不会产生局部失稳现象。因此设计时，只要剪应力未达屈服剪应力，就可不设加劲肋。但实际设计时往往做不到这一点，往往h／tw≥80时都设加劲肋，这样一般情况下，多用了约10％的钢材。这一点设计轻型钢结构时须考虑。
4、高强度螺栓连接设计
在大跨度、振动的结构中，反向应力较大，甚至正、反向应力基本持平。在这种情况下，建议用摩擦型高强螺栓连接。在别的一般情况下，均可用承压型高强螺栓。但是设计承压型高强螺栓时，亦应注意国标GBJl7―88《钢结构设计规范》之规定：承压型高强螺栓的承载能力不得大于按摩擦型高强螺栓计算出的承载能力的1．3倍。
5、支撑设计
轻钢结构,经常使用交叉式杠杆、花篮螺栓安装支撑体系(拉压杆系统支持经常被用来在重型厂房)。拉压杆支持系统一般很少使用轻钢结构。但拉杆设计支持,实际工程设计中,常常不单独设置此直接压杆,一般来说,加强檩条充当。此外,布局的数量通常支持3 ~ 4列布置的距离。
6、焊缝设计
在设计规范的受力已经明确的焊缝的强度。这里所讲的焊接指梁、柱腹板和翼缘板之间的焊缝。因为这些焊接在轻钢结构制作中占了绝大部分的焊接工作。梁柱腹板的焊缝和翼缘之间是转移主要翼缘和腹板剪切应力之间的。翼缘之间和腹板剪力很小,所以他们可以焊接是非常小的。在美国钢结构施工图,焊缝的处理是单面焊缝的广泛使用,这使得焊接大大减少工作量。自动焊接机能力的一次左右。那么为什么不使用国内施工图单面焊缝吗?究其原因大致有:一是目前国内最轻钢结构的制造商还没有解决单面焊缝不对称变形;二是长设计人员已形成一种习惯,不想改变原有的施工方法。只要很好地解决非对称变形的问题,对梁翼缘之间的单面焊焊缝金属网都可以使用。然而,对于那些力大的重要的部分是必须使用双面焊接,如吊车梁、支架等。
结束语
随着经济的发展，轻型钢结构生产的标准化，轻型钢结构会在建筑市场占据越来越重要的地位。而有关轻型钢结构的设计方法也将越来越科学，从而推动了轻型钢结构的发展。
参考文献
[1]GBJl7―88，钢结构设计规范[s]
[2]编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社．1980．
[3]GBJl8―87，冷弯薄壁型钢结构技术规范[s]
钢结构设计范文第8篇
1.1钢结构住宅的定义
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。
3结语
住宅设计中钢结构住宅是建筑结构设计发展的趋势，目前，钢结构住宅设计中仍然存在着各种各样的问题需要广大的建筑工作者进行研究和探索，并在实践中不断发展钢结构住宅结构设计的理论水平和实践水平，为我国建筑行业的更好发展和建筑质量的提高打下坚实的基础。
钢结构设计范文第9篇
关键词：钢结构；优点；设计；方法
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一、钢结构的特点
随着社会经济的飞速发展,人们对生活质量的要求也越来越高,在现代建筑工程中钢结构是一种较为新型的建筑结构形式，近期发展迅速，其优势是尤为明显的，其特点主要体现在以下几个方面：
1.钢结构建筑质轻高强。钢结构与混凝土结构相比，质量轻，且强度高，用一个鲜明的例子来形容：对于跨度相同、承受荷载相同的屋架，一个是钢筋混凝土屋架，另一个是钢屋架，则钢屋架的自身质量仅是钢筋混凝土屋架1/3～1/4，从这个例子可以充分看出钢结构质轻高强的特点，基于这个优点，钢结构适合大跨度的建筑使用。
2.钢材的材质均匀，基本符合力学计算的假定。我们在进行力学计算时，首先要假定此刚体是材质均匀、各向同性的，而在钢结构力学计算时，无需假定此条件，因为钢结构的材料本身就满足这个性能，这一点非常难能可贵，优势较为明显。
3.钢材的塑性、韧性好。塑性好，表明材料抵抗静力荷载的能力较强，韧性好，说明材料抵抗动力荷载的能力强，钢材的塑性、韧性均较好，表明钢结构建筑既能抵抗较大的静力荷载又能提抗较大的动力荷载。基于这个特点，钢结构建筑抗震性能较为优越。
4.钢结构构件制作精度高、施工周期短。钢结构的基本构配件均在标准的钢结构厂房进行制作，制作精度可想而知，普通的钢筋混凝土结构构件是无法与其比拟的，施工单位只需从生产钢结构构配件的企业把构件运到施工现场，在现场进行连接，目前主要采用焊接、螺栓连接的方式进行构件组装，这样一来，既提高了结构构件的制作精度，又加快了施工进度，施工周期短。
此外，钢结构工业化程度高、综合效益高、属于无“湿作业”的环保建筑、符合我国提出的可持续发展的结构形式。对于缺点而言，钢结构建筑耐热不耐火，温度达到200℃，钢材会出现“蓝脆”现象，抵抗力下降，钢结构建筑目前造价较高、维护费用较贵等等，这些是钢结构的不利之处，随着社会的发展和技术水平的提高，相信这些缺点会得到逐一解决的。
二、钢结构设计心得
1.判别是否适合钢结构。做结构设计时，要事先结合钢结构的特点以及实际工程造价，看项目是否适合钢结构。
2.建筑的概念设计。概念设计是指不经数值运算，尤其对一些难以作出精确计算的问题，依据结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验数据和工程经验，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。概念设计对一个工程的整体设计而言，举足轻重，如果不进行事先的概念设计，即便以后的设计计算再精确也不是一个好的设计方案。概念设计可以省掉后期设计的繁琐计算，具有较好的简捷性和经济可靠性，同时也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3.结构选型与结构布置。进行结构选型时，应考虑不同结构形式的特点进行选择结构布置方案。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载时，可以选用钢网架的结构形式；对于基本雪压大的地区，在屋面的处理时尽量选用曲线明显的屋面形式，因为这样利于积雪滑落；建筑设计允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架更经济。总之，结构的布置要考虑体系特征、荷载分布情况及性质等综合因素，一般来讲，刚度均匀，力学模型清晰，尽量限制大荷载或移动荷载的作用范围，使其以最直接的路线传给基础，柱间支撑的分布应均匀，其形心要尽可能的靠近侧向力的作用线，否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。
4.节点设计。节点设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构设计前，应当对节点的形式细致思虑。实际设计中，经常出现的一种情况是：节点设计完毕，设计的节点与结构分析所得模型中设定的形式不一致，如果不足以确定这种不一致带来的偏差在允许范围内，通常是5%，就应当提前避免。钢结构节点连接的不同对结构影响较大，例如，有些刚接点即便能承受一定的弯矩，然而其会产生较大转动，与结构分析中的假定相悖，这样会导致实际工程钢结构构件变形大于设计计算数据等不良后果，我们在具体设计时一定要充分注意这一点，避免不必要的误差和麻烦出现。此外，在钢结构设计时还要注意：结构截面的初步估算，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸；受弯构件的强度计算和整体稳定计算；轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算；弯扭屈曲与换算长细比；图纸编制；保温隔热；防火设计；防水；抗震设计等方面的问题，由于时间关系，在此不一一列举，这些将是我以后研究的重点和主要分析目标。
三、钢结构在民用建筑上的发展重点
钢结构用于民用建筑，主要发挥它的轻质高强以及良好的塑性和韧性，同时兼顷到其利于产品化、机械化。故钢结构主要用于民用建筑以下几个方面：
1.层民用钢结构。此类型多为大跨度的公共建筑，采用钢结构不但可提供较大空间、较美的造型，还为其改建和扩建提供方便。如单层钢结构的网架不但很容易跨越大空间，而且其经济性、安全性较好，适应性很强，制作、安装方便，设计、计算简便，网壳可设计成风格多变，立体美观的各种大跨度建筑。我国在这方面已有大量工程实例。
2.高层钢结构。高层建筑高度较高，如采用钢筋混凝土结构，不但向上运送混凝土不方便，而且庞大的躯体使得下部地基承受巨大压力，这就迫切需求钢结构这种轻质高强的材料。高层建筑采用钢结构时，构件并不是全部采用钢材，而多为混合结构，即下部可采用钢骨混凝土结构或组合结构，而上部一般都为钢结构。
3.中低层民用建筑。该类型多为民用住宅，层数一般在3 层到10 层之间。我国钢结构在中低层民用建筑，特别是住宅中的应用，目前还处于初步阶段。主要表现在：
（1）住宅产业仍属劳动密集型，住宅科技投入少，标准化体系尚未形成。（2）劳动生产率低，人均年竣工面积长期在20 多平方米徘徊。（3）产业化水平低，仅为15%，与美国、日本的70%~80%相差甚远。（4）住宅部件、产品配套性差，系列化产品不到20%。
综上所述，钢结构建筑是一种优点突出、新型的、环保的、性价比较高的建筑结构形式，这种结构在我国的发展可谓迅速，基于它的诸多优点，受到消费者的普遍欢迎，其设计也变得愈发重要，作为建筑结构设计人员，一定要注意几点：首先别结构形式是否适合钢结构，重视建筑概念设计，注意结构选型和布置，重视节点设计等方面的工作，只有这样，我们才能设计出既经济又可靠的钢结构建筑。
由于笔者能力有限，研究还较为肤浅，有不当之处，还请各位同仁专家给予批评指正，希望通过本文的研究，能为我们的结构设计人员尤其是钢结构设计人员提供一些理论依据和参考，也希望为研究本课题的同行起到抛砖引玉的作用。
参考文献：
[1]钢结构设计规范(GB50017-2003)[M].中国计划出版社.2003.
[2]宋雪峰,王玉洁.钢结构设计中若干基本问题的探讨[J].北华航天工业学院学报.2010(6):10-11.
钢结构设计范文第10篇
关键词：钢结构；结构设计；建筑设计
中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：
1 钢结构选型与结构布置
钢结构通常有框架、平面(桁)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架；基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑要比简单的刚接节点框架有更好的经济性。而对屋面覆盖跨度较大的建筑，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外榧的形式，宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。
结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力的作用线．否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线，比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1／4的总水平力。
框架结构中次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常的做法为减小截面而沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减小了楼层净高，顶层边柱有时也会吃不消，如把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保全主梁和柱子。
2 钢结构的稳定设计
稳定性是钢结构设计中的一个突出问题， 在各种类型的钢结构设计中， 都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中亟待解决的主要问题， 一旦出现钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失， 甚至会造成人员的伤亡， 这方面的教训也很多。所以我们在钢结构设计中， 一定要把好这一关。目前， 钢结构中出现的失稳事故大多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的认识， 造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此， 在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念， 才能更好地处理钢结构的稳定问题。
3围护结构中檩条的设计
檩条通常是风荷载作用下对工况起控制作用，设计时常忽略验算风吸力作用下的稳定，导致大风时很容易失稳破坏。为了保证风吸力作用下的整体稳定，通常在檩条之间设置拉条。计算中已考虑拉条的作用而施工图中忽略了布置拉条或拉条布置不当都将导致檩条失稳破坏。正确的拉条布置位置是根据计算结果在檩条上下翼缘附近，在上下稳定均需要拉条约束时，也可设一根拉条从一檩条的下翼缘处连接于相邻檩条的上翼缘处。在实际工程设计中有些设计者对屋面或墙架最上端檩条的侧向支撑， 如拉条、斜拉条、撑杆能正确设置， 但对中间墙面或屋面， 如门窗洞口、屋面风机开孔处、屋面天窗(采光窗)等处， 经常只设拉条， 而漏设斜拉条和撑杆等， 根本无法将拉条上的拉力传至承重结构上。其根本原因是对拉条、斜拉条、撑杆的传力作用及途径不清楚， 同时也是对规范条文只知其然， 不知其所以然， 从而给围护结构的设计带来安全隐患。
4隅撑的设计
设置隅撑是保证梁柱构件整体稳定的主要措施，隅撑间距是梁柱计算时确定的，大小规格也需通过计算确定。若因特殊原因不能设置隅撑， 应采取可靠措施保证梁柱翼缘不会因失稳而屈曲，否则存在安全隐患。所以在轻钢结构和多高层框架结构的一些关键部位均要设计隅撑。
5 构件的抗扭设计
对于一般钢结构构件(除箱形截面外)，其抗扭的能力是较弱的， 截面面积完全相同的工字形截面和箱形截面梁， 其扭转常数之比为1：500，最大扭转剪应力之比近于30：1。且受扭构件的受力状态复杂，除因弯矩产生的弯曲正应力、剪应力外，还要承受因扭转产生的正应力和剪应力，处于这种复杂受力状况的构件支座处理也很困难。因此在实际的工程设计中， 通常是从结构布置上尽量避免使构件受扭， 或采取各种有效的措施阻止其受扭。若无法避免时宜采用闭合式的箱形截面梁。
6节点设计
节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分考虑。有时出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中设定的形式不完全一致，如果你不能确定这种不一致带来的偏差在工程许可范围内(5%)，就必须避免。按传力特性不同，节点分刚接、铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的钢结构设计手册推荐了丰富的节点做法及计算公式。连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受的弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。钢结构设计手册中通常有焊缝和螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便，也可以用结构软件的后处理部分来自动完成。
具体设计包括以下内容：
（1）焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345。Q235与Q345连接时，应该选择应选择低强度的E43，而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接件重心接近。其他详细内容看查看规范关于焊缝构造方面的规定。
（2）栓接：铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用。普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。高强度螺栓使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格为M12，常用M16～M30。超大规格的螺栓性能不稳定，应慎重使用。自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接，在低层墙板式住宅中也常用于主结构的连接，难以解决的是自攻过程中防腐层的破坏问题。
（3）连接板：需要验算栓孔削弱处的净截面抗剪等。连接板厚度可简单取为梁腹板厚度加4mm，则除短梁或有较大集中荷载的梁除外，常不需要验算抗剪。
（4）梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需要验算孔壁局部承压。
（5）节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者常犯的错误。此外，还应尽可能使用工人能方便地进行现场定位与临时固定。
（6）节点设计还应考虑制造厂的工艺水平，比如钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成。
7钢结构建筑的防火设计
钢结构是不耐火的结构。钢结构在火灾烈焰下，构件温度迅速升高，而钢材的屈服强度和弹性模量却急剧下降，结构变形迅速增大，最终导致结构倒塌。为此，需要对钢结构中的梁、柱、支撑等承重构件和组合楼盖体系的压型钢板作防火处理，常见的钢结构有防火板包裹，防火喷涂，复合防火等。目前应用最多、是工业最方便的是喷涂防火涂料。防火涂料成本占钢结构工程成本的2O％ ，只有开发出耐火钢材或价格更低的防火材料，才能改变防火成本居高不下的局面。
结束语