導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇鋼結構設計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

一。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，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》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。設計時可適當提高至0.5kN/m2.現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。

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，可能不包括屋脊點垂度。現在應該是計算的。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。本人有此想法，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。有些設計，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。

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范》（GB50018－2002）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。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。《規范》4.1.8、9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”。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。國外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。二。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，這樣肯定不行。目前沒有任何一本規范允許不設支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。

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。

5.保溫材吸水超重

篇2

1、引言

穩定性是鋼結構的一個突出問題。在各種類型的鋼結構中，都會遇到穩定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應有的損失。現代工程史上不乏因失穩而造成的鋼結構事故，其中影響最大的是1907年加拿大魁北克一座大橋在施工中破壞，9000噸鋼結構全部墜入河中，橋上施工的人員75人遇難。破壞是由于懸臂的受壓下弦失穩造成的。而美國哈特福特城的體育館網架結構，平面92m×110m,突然于1978年破壞而落地，破壞起因可能是壓桿屈曲。以及1988年加拿大一停車場的屋蓋結構塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設置適當的文撐有關[1]。在我國1988年也曾發生l3.2×l7.99m網架因腹桿穩定位不足而在施工過程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結構中的穩定問題是鋼結構設計中以待解決的主要問題，一旦出現了鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結構設計中，一定要把握好這一關。目前，鋼結構中出現過的失穩事故都是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定性能不夠清楚，對如何保證結構穩定缺少明確概念，造成一般性結構設計中不應有的薄弱環節。另一方面是由于新型結構的出現，如空間網架，網殼結構等，設計者對其如何設計還沒有完全的了解。本文針對這些問題提出了在設計中應該明確在鋼結構穩定設計中的一些基本概念，以及對新型鋼結構穩定性研究應該了解的一些問題并且應該懂得如何解決這些問題。只有這樣我們在設計中才能更好處理鋼結構穩定問題。

2、鋼結構穩定設計的基本概念

2.1強度與穩定的區別[2]

強度問題是指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起地最大應力（或內力）是否超過建筑材料的極限強度，因此是一個應力問題。極限強度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強度，對鋼材則常取它的屈服點。穩定問題則與強度問題不同，它主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態，即變形開始急劇增長的狀態，從而設法避免進入該狀態，因此，它是一個變形問題。如軸壓柱，由于失穩，側向撓度使柱中增加數量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然，軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。

2.2鋼結構失穩的分類[1]

(1)第一類穩定問題或者具有平衡分岔的穩定問題（也叫分支點失穩）。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。

(2)第二類穩定問題或無平衡分岔的穩定問題（也叫極值點失穩）。由建筑鋼材做成的偏心受壓構件，在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力，屬于這一類。

(3)躍越失穩是一種不同于以上兩種類型，它既無平衡分岔點，又無極值點，它是在喪失穩定平衡之后跳躍到另一個穩定平衡狀態。

區分結構失穩類型的性質十分重要，這樣才有可能正確估量結構的穩定承載力。隨著穩定問題研究的逐步深入，上述分類看起來已經不夠了。設計為軸心受壓的構件，實際上總不免有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。因此，我們要真正掌握這種構件的性能，就必須了解缺陷對它的影響，其他構件也都有個缺陷影響問題。另一方面就是深入對構件屈曲后性能的研究。

2.3鋼結構設計的原則

根據穩定問題在實際設計中的特點提出了以下三項原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結構穩定設計中構件不會喪失穩定。

(1)結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求

目前結構大多數是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩，需要從結構整體布置來解決，亦即設計必要的支撐構件。這就是說，平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車場的屋蓋結構塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設置適當的文撐而造成出平面失穩。

由平面桁架組成的塔架，基于同樣原因，需要注意桿件的穩定和橫隔設置之間的關系。

(2)結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩定計算十分重要[3]。

目前任設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩定分折而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時，計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。然而，實際框架多種多樣，而設計中為了簡化計算工作，需要設定一些典型條件。GBJl7—88規范對單層或多層框架給出的計算長度系數采用了五條基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同時喪失穩定的，即各柱同時達到其臨界荷載”。按照這條假定，框架各柱的穩定參數桿件穩定計算的常用方法，往往是依據一定的簡化假設或者典型情況得出的，設計者必須確知所設計的結構符合這些假設時才能正確應用。在實際工程中，框架計算簡圖和實用方法所依據的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規范的系數計算，都會導致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設和具體計算對象應該相一致。

(3)設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合，使二者有一致性。

結構計算和構造設計相符合，一直是結構設計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接，應分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節點應盡量減少桿件偏心這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。但是，當涉及穩定性能時，構造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如，簡支梁就抗彎強度來說，對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時允許在平面內轉動。然而在處理梁整體穩定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉，同時允許梁在水平平面內轉動和梁端截面自由翹曲，以符合穩定分析所采取的邊界條件。

2.4鋼結構穩定設計特點

（1）失穩和整體剛度:現行規范通用的軸心壓桿的穩定計算法是臨界壓力求解法和折減系數法。

（2）穩定性整體分析：桿件能否保持穩定牽涉到結構的整體。穩定分析必須從整體著眼。

（3）穩定計算的其它特點：在彈性穩定計算中，除了需要考慮結構的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視，首先要做的就是二階分析，這種分析對柔性構件尤為重要，這是因為柔性構件的大變形量對結構內力產生了不能忽視的影響，其次，普遍用于應力問題的迭加原理[4]．在彈性穩定計算中不能應用。這是因為迭加原理的應用應以滿足以下條件為前提：

1）材料服從虎克定律變成正比；

2）結構的變形很小。

而彈性穩定計算一般均不能滿足第2）個條件，非彈性穩定計算則兩個前提都不符合。

了解了一些在鋼結構設計中應該明確的一些基本概念，有助于我們在設計中更好地處理穩定方面的問題，隨著新型鋼結構體系地不斷發展，我們對穩定問題的研究要求也不斷地提高，之所以在設計中出現結構失穩問題，另一個重要原因就是我們對新型結構穩定知之甚少，也就是目前鋼結構穩定研究中存在的問題。

3、鋼結構穩定性研究中存在的問題

鋼結構體系穩定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題[5]：

(1)目前在網殼結構穩定性的研究中，梁-柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁-柱單元是否能真實反映網殼結構的受力狀態還很難說，雖然有學者對梁-柱單元進行過修正[3]。主要問題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應。

(2)在大跨度結構設計中整體穩定與局部穩定的相互關系也是一個值得探討的問題，目前大跨度結構設計中取一個統一的穩定安全系數，未反映整體穩定與局部穩定的關聯性。

(3)預張拉結構體系的穩定設計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體系來分析預張拉結構體系的穩定性。

(4)鋼結構體系的穩定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結構隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結構參數、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍，而在實際工程中，由于結構參數的不確定性，會引起結構響應的顯著差異。所以應著眼于考慮隨機參數的結構極值失穩、干擾型屈曲、跳躍型失穩問題的研究。

從上面可以看出，我們的鋼結構穩定理論還是不夠完善，我們在設計中一般都是把鋼結構看成是完善的結構體系，針對上述問題（4），我們可以看出在設計中我們沒有考慮一些隨機因素的影響。但是我們在考慮這些因素之前，應該弄清楚這些隨機因素的來源，一般情況下把影響鋼結構穩定性隨機因素分為三類：

(1)物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應力、初始變形等。

(2)統計的不確定性：在統計與穩定性有關的物理量和幾何量時，總是根據有限樣本來選擇概率密度分布函數,因此帶來一定的經驗性。這種不確定性稱為統計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

(3)模型的不確定性：為了對結構進行分析，所提的假設、數學模型、邊界條件以及目前技術水平難以在計算中反映的種種因素，所導致的理論值與實際承載力的差異，都歸結為模型的不確定性。

以上都是鋼結構穩定設計中存在的問題，只有我們進一步地深入研究這些穩定，鋼結構穩定理論將會進一步完善，如對于鋼結構穩定設計中涉及到隨機因素的影響，國外已經引入了鋼結構穩定的可靠度設計，這也表明了鋼結構穩定設計理論也在不斷的完善。

4、結束語

鋼結構穩定問題區別于強度問題。在實際設計中，設計人員應該明確知道結構構件的穩定性能，以免在設計過程中發生不必要的失穩損失。針對上述問題，本文提出了在設計過程中設計人員應該明確的一些基本概念；其次，隨著新型結構的出現，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構件的失穩,本文就這個問題闡述了新型結構現存的一些問題，并且針對一些問題論述了產生的原因。總之，只有深入了解這些問題，才會使得鋼結構穩定理論設計不斷地完善。

參考文獻

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理.科學出版社，2000.23-25.

[2]夏志斌,潘有昌結構穩定理論.高等教育出版社.1988.11-12.

[3]陳紹蕃.鋼結構穩定設計指南.中國建筑工業出版社，1995.

[4]朱步范,羅建華.鋼結構穩定性設計計算要點.新疆石油科技.l998年第3期(第8卷)－69－.

[5]盧家森,張其林.鋼結構穩定問題的可靠性研究評述同濟大學學報.

篇3

最為現代最重要的建筑材料，鋼是在19世紀被引入到建筑中的，鋼實質上是鐵和少量碳的合金，一直要通過費力的過程被制造，所以那時的鋼僅僅被用在一些特殊用途，例如制造劍刃。1856年貝塞麥煉鋼發發明以來，剛才能以低價大量獲得。剛最顯著的特點就是它的抗拉強度，也就是說，當作用在剛上的荷載小于其抗拉強度荷載時，剛不會失去它的強度，正如我們所看到的，而該荷載足以將其他材料都拉斷。新的合金又進一步加強了鋼的強度，與此同時，也消除了一些它的缺陷，比如疲勞破壞。

鋼作為建筑材料有很多優點。在結構中使用的鋼材成為低碳鋼。與鑄鐵相比，它更有彈性。除非達到彈性極限，一旦巴赫在曲調，它就會恢復原狀。即使荷載超出彈性和在很多，低碳鋼也只是屈服，而不會直接斷裂。然而鑄鐵雖然強度較高，卻非常脆，如果超負荷，就會沒有征兆的突然斷裂。鋼在拉力（拉伸）和壓力作用下同樣具有高強度這是鋼優于以前其他結構金屬以及砌磚工程、磚石結構、混凝土或木材等建筑材料的優點，這些材料雖然抗壓，但卻不抗拉。因此，鋼筋被用于制造鋼筋混凝土——混凝土抵抗壓力，鋼筋抵抗拉力。

在鋼筋框架建筑中，用來支撐樓板和墻的水平梁也是靠豎向鋼柱支撐，通常叫做支柱，除了最底層的樓板是靠地基支撐以外，整個結構的負荷都是通過支柱傳送到地基上。平屋面的構造方式和樓板相同，而坡屋頂是靠中空的鋼制個構架，又成為三角形桁架，或者鋼制斜掾支撐。

一座建筑物的鋼構架設計是從屋頂向下進行的。所有的荷載，不管是恒荷載還是活荷載（包括風荷載），都要按照連續水平面進行計算，直到每一根柱的荷載確定下來，并相應的對基礎進行設計。利用這些信息，結構設計師算出整個結構需要的鋼構件的規格、形狀，以及連接細節。對于屋頂桁架和格構梁，設計師利用“三角剖分”的方法，因為三角形是唯一的固有剛度的結構。因此，格構框架幾乎都是有一系列三角形組成。 鋼結構可以分成三大類：一是框架結構。其構件包括抗拉構件、梁構件、柱構件，以及壓彎構件；二是殼體結構。其中主要是軸向應力；三是懸掛結構。其中軸向拉應力是最主要的受力體系。

網架結構 這是剛結構最典型的一種。多層建筑通常包括梁和柱，一般是剛性連接或是簡單的通過沿著提供穩定性的斜向支撐方向在端部連接。盡管多層建筑是三維的，但通常某個方向即某一維度要比其他維度剛度更大，所以，其有理由被當做是一系列的平面框架。然而，如果一個框架中某一平面上的構建的特性可以影響其他平面的特性，這個框架就必須當做一個三維框架來考慮。

網殼結構 在這類結構中，殼體除了參與傳遞荷載外，還有其他實用功能。許多殼體結構中，框架結構也會與殼體一起組合使用。再強和平屋頂上“外殼”構件也和框架結構一起承擔壓力。

懸掛結構 在懸掛結構中，張拉索是主要的受力構件。屋面也可以有索支撐。這種形式的結構主要是吊橋。這種結構的子系統，是有框架結構組成，就像加勁桁架支撐索橋。由于這種張拉構建能夠最有效的承擔荷載，結構中的這種設計理念被越來越廣泛的應用。

很多不尋常的結構，是由框架、殼體以及懸掛結構的不同組合形式建造。

在美國，鋼結構的設計主要依據是美國鋼結構協會頒布的規范。這些規范是很多學者和一線工程師的經驗所得。這些研究成果被綜合處理成一套既安全又經濟的設計理念的設計程序。設計過程中數字計算機的出現促使更加精妙可行的設計規則產生。

規范包括一系列保證安全性的規則，盡管如此，設計者必須理解規則的適用性，否則，很可能導致荒謬的、非常不經濟的、有時甚至是不安全的設計結果。

建筑規則有時等同于規范。這些規則涉及所有有關安全性的方面，例如結構設計、建筑細節、防火、暖氣和空調、管路系統、衛生系統以及照明系統。

結構和結構構件必須具有足夠的強度、剛度、韌性，以在結構的使用中充分發揮其功能。設計必須提供足夠的強度儲備，以承當使用期間的荷載，也就是說，建筑物不需承擔可能的超負荷。改變某一結構原來的使用用途，或者由于在結構分析中采用了過度簡化的方法而低估了荷載作用，以及施工程序的變更會造成結構的超載。即使在允許范圍內，構建尺寸的偏差也可導致某個構件低于他所計算的強度。

不管采用哪些設計原理，結構設計必須提供足夠的安全性。必需預防超負荷和強度的不足情況。在過去的三十年里，如何保證設計安全性的研究一直在繼續。使用各種不同的概率方法來研究構件、連接件或者系統的失效可能性。

此外，由于結構鋼構件相當高的造價，與人工安裝費用相比，材料采購成本是巨大的。與其他總承包合同中所涉及的混凝土工程、砌筑工程以及土木工程不同，與人工安

裝費用相比，鋼構件的材料成本是相當大的。

隨著鋼結構建筑的發展，鋼結構住宅建筑技術也必將不斷的成熟，大量的適合鋼結構住宅的新材料也將不斷的涌現，同時，鋼結構行業建筑規范、建筑的標準也將隨之逐漸完善。相信不久的將來，鋼結構住宅必然會給住宅產業和建筑行業帶來一聲深層次的革命，鋼結構的應用前景廣闊！

英文翻譯：

Steel Structure

Steel in one form or another is now probably the most widely used material in the world for building construction. For the framings it has almost entirely replaced timber, except for rather special work, and it has superseded its immediate predecessors, cast iron and wrought iron, for pidges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, had been mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large

quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we have seen, tends to pull apart many materials. New alloys have further increased the strength of steel and eliminated some of its problems, such as fatigue.

Steel has great advantages for buildings. The steel normally used for structures is known as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without peaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously pittle and, if overloaded, will peak suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier structural metals and over other building materials such as pickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced

concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.

In steel-framed building, the horizontal girders which carry the floors and walls are

themselves supported on vertical steel posts,

Known as “stanchions” , which transfer the whole load of a building down to the

foundations, except for the lowest floor which rests on the ground itself. A flat roof is framed in the same way as a floor. A sloping roof is carried on open steel lattice frames called roof trusses or on steel sloping rafters.

The steel framework of a building is designed from the roof downwards, all the loading, both “dead” and “live” (including wind forces) , being calculated at successive levels until the total weight carried by each stanchion is determined and the foundations designed accordingly. Whih this information the structural designer calculated the sizes and shapes of the steel parts needed in the whole structure, as wall as details of all the connexions. For roof trusses and lattice girders, he uses the method of “triangulation” because a triangle is the only open frame which is inherently rigid. Therefore, lattice frameworks are nearly always built up from a series of triangles.

Steel structures may be divided into three general categories: (a) framed structures,

where elements may consist of tension member, columns, beams, and members under

combined bending and axial load; (b) shell-type structures, where axial stresses predominate; and (c) suspension-type structures, where axial tension predominates the principal support system.

Framed Structures Most typical building construction is in this category. The

multistory building usually consists of beams and columns, either rigidly connected or having simple end connections along with diagonal pacing to provide stability. Even though a multistory building is three-dimensional, it usually is designed to be much stiffer in one direction than the other; thus it may reasonably be treated as a series of plane frames.

However, if the framing is such that behavior of the members in one plane substantially influences the behavior in another plane, the frame must be treated as a three-dimensional

space frame.

Shell-Type Structures In this type of structure the shell serves a use function in

addition to participation in carrying loads. On many shell-type structure, a framed structure may be used in conjunction with the shell. On walls and flat roofs the “skin” elements may be in compression while they act together with a framework.

Suspension-Type Structure In the suspension-type structure tension cables are major supporting elements. A roof may be cable-supported. Probably the most common structure of this type is the suspension pidge. Usually a suspension pidge. Since the tension element is the most efficient way of carrying load, structures utilizing this concept are increasingly being used.

Many unusual structure utilizing various combinations of framed, shell-type, and

suspension-type structure have been built.

Structural steel design of buildings in the USA is principally is principally based on the specifications of the American Institute of Steel Construction (AISC), The AISC

Specifications are the result of the combined judgment of researchers and practicing engineers. The research efforts have been synthesized into practical design procedures to provide a safe, economical structure. The advent of the digital computer in design practice has made feasible more elaborate design rules.

A lot of unusual structure, is made up of frame, shell and different combination forms of hanging structure.

In the United States, the design of steel structure is mainly on the basis of regulations

promulgated by the American association of steel structure. These specifications are a lot of scholars and a line engineer experience. The results of this study was comprehensive

processing into a set of safe and economic design idea of design program. The design process of the digital computer prompted a more sophisticated feasible design rules.

Specification includes a series of security rules, in spite of this, the designer must

understand the applicability of the rules, otherwise, is likely to lead to absurd, very

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

Building rules sometimes equated with specification. These regulations cover all aspects relating to the safety, such as structure design, architectural details, fire protection, heating and air-conditioning, piping system, health systems, and lighting systems.

Structure and structural components must have sufficient strength, stiffness, toughness, in order to give full play to its functions in the use of the structure. Reserves of design must

provide sufficient strength to bear the load during use, that is to say, the buildings do not need to bear the possible overload. Change a structure of the original purpose, or because of excessive simplified method was adopted in the structural analysis and underestimated the load, as well as the construction process of change will cause the overload of the structure. Even within the scope of the permit, building size of the deviation can also lead to a

component is lower than the strength he calculates.

No matter what design principle, structure design must provide adequate security. The lack of necessary to prevent overload and intensity. Over the past 30 years, the research of how to ensure the safety design has continued. Use a variety of different probability method to study the components, fittings or system failure probability.

In addition, due to structural steel components are very high cost, compared with the cost of installation of artificial, material procurement cost is huge. With other involved in the general contract of building project and civil engineering, concrete engineering, compared with the manual installation cost, material cost of steel components are considerable.

With the development of steel structure, steel structure residential construction

篇4

1.1材料的強度高，塑性和韌性好鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構件和結構。鋼材還具有塑性和韌性好的特點。塑性好，結構在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結構對動力荷載的適應性強。良好的吸能能力和延性還使鋼結構具有優越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強度高，做成的構件截面小而壁薄，受壓時需要滿足穩定的要求，強度有時不能充分發揮。

1.2材質均勻，與力學計算的假定比較符合鋼材內部組織比較接近于勻質和各向同性，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質量可以得到嚴格控制，材質波動的范圍小。

1.3鋼結構制造簡便，施工周期短鋼結構所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，并能使用機械操作，因此，大量的鋼結構一般在專業化的金屬結構廠做成構件，精確度較高。構件在工地拼裝，可以采用安設簡便的普通螺栓和高強度螺栓，有時還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對已建成的鋼結構也比較容易進行改建和加固，用螺栓連接的結構還可以根據需要進行拆遷。

1.4鋼結構的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結構卻比鋼筋混凝土結構輕，原因是鋼材的強度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過鋼筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對于需要遠距離運輸的結構，如建造在交通不便的山區和邊遠地區的工程，重量輕也是一個重要的有利條件。

當然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對結構進行防護時費用比鋼筋混凝土結構高。不過在沒有侵蝕性介質的一般廠房中，構件經過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題也并不嚴重。近年來出現的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經逐步推廣應用，并取得了良好的效果。鋼材長期經受100℃輻射熱時，強度沒有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達150℃以上時，就須用隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴涂層或石膏板等加以防護。

2鋼結構住宅的特點

鋼結構住宅與傳統結構相比，在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優勢，主要體現在以下方面。

2.1設計制造周期短，設計生產一體化現代結構設計借助于計算機和專業化結構分析軟件，使得設計周期大大縮短，設計中的修改和調整非常方便。同時，由于鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點，可以將前期設計和現業的生產手段相結合，通過網絡計算機和數控機床結合，使設計人員在工作室中完成設計后，即由工廠的生產線完成產品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項目建設周期。

2.2能夠合理布置功能區間在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無豎向結構的空間，這樣，可以根據需求進行靈活隔斷，使室內布置呈多樣化。傳統住宅由于所用材料的性質，限制了空間布置的自由。

2.3承載強度高，抗震性能優越相同的荷載，鋼結構截面最小，相同的截面，鋼結構承載力最大。在抗震設防區，鋼筋砼結構有許多不足之處，而鋼結構重量輕，六層輕鋼住宅的重量僅相當于四層磚混結構的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結構安全度高。

2.4施工方面優勢突出現澆砼需要連續施工，在我國北方地區受到施工季節的影響。鋼結構的大部分構件在工廠生產，運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝，可全天候作業。施工現場作業量小，減少了施工臨時用地，與傳統建筑材料相比，對周圍環境污染小，提高了施工的機械化水平。

2.5綜合造價低鋼結構承載力高，可以實現結構的大開間布置，構件截面小，與砼結構和磚混結構相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎型式。由于基礎在工程造價中占有比重比較大，上部結構重量輕可以降低基礎的造價，從而減少整個項目的投資。鋼結構施工機械化高的特點，從另一方面減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。

3鋼結構住宅的設計思路

3.1判斷結構是否適合用鋼結構鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。

3.2結構選型與結構布置在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“概念設計”，它在結構選型與布置階段尤其重要.對一些難以作出精確理性分析或規范未規定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

3.3預估截面結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。

柱截面按長細比預估，通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。

3.4結構分析目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P-Δ，p-δ。

新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結構提供了條件。

3.5構件設計構件的設計首先是材料的選擇。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理。經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。構件設計中，現行規范使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法并不匹配，當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。

3.6節點設計連接節點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定，常常出現的一種情況是，最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免.按傳力特性不同，節點分剛接，鉸接和半剛接。

3.7圖紙編制鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。

篇5

Abstract: this article is the author of the work experience in recent years, mainly discusses the design of the steel structure in the choice of the form of structure, section design, the support design, node design problems, and put forward some reference and Suggestions.

Keywords: steel structure design; Problem; suggest

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

近幾年隨著建筑物越來越向著大跨度、大空間方向發展，傳統的鋼筋混凝土結構已不能完全滿足建筑結構的多樣化，鋼結構彌補了混凝土結構的種種不足之處，且受到廣泛的重視。與混凝土結構相比，鋼結構一般具有如下的特點:

1) 結構構件自重輕。鋼結構與鋼筋混凝土結構相比要30% ～ 50% ，結構構件自重輕，因此相應的基礎、地基處理費用也較低。此外，在相同地震烈度下結構的地震反應較小。2) 結構布置靈活。鋼材結構組織均勻，而且強度、彈性模量高，可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便。如單層工業廠房，傳統鋼筋混凝土結構形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為 6 m，而鋼結構的圍護體系可采用金屬壓型板，所以柱網不受模數限制，柱距大小主要根據使用要求和經濟合理的原則考慮。3) 施工周期短。鋼結構的主要構件和配件多為工廠制作，易于保證質量，除基礎施工外，基本沒有濕作業; 構件之間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速，施工周期短。4) 經濟效益高。鋼結構構件采用先進自動化設備制造，運輸方便，因此工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。5) 由于鋼材本身的材質問題，鋼結構耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著一些缺陷。6) 構件及結構的穩定性是鋼結構的突出問題。鋼結構的構件截面相對較小，造成了結構容易失穩。因此我們在鋼結構設計和施工時，應采取相應的提高穩定的措施。

1 結構布置

鋼結構的結構體系包括框架結構、框架—支撐結構、筒體結構、平面桁架結構、網架( 殼) 結構、索膜結構、輕鋼結構、塔桅結構等。選擇結構體系時，應考慮它們不同的特點，如在輕型鋼結構工業廠房中，當有較大懸掛荷載時，可考慮放棄門式剛架結構而采用網架結構; 建筑設計允許的情況下，可在框架中布置支撐來提高結構剛度，一般能取得比簡單的剛性連接節點框架更好的經濟性; 對屋面覆蓋跨度較大的建筑，可選擇懸索或索膜結構體系，其構件以受拉為主; 高層鋼結構設計中，常采用鋼—混凝土組合結構，來彌補鋼結構本身的缺陷，提高結構性能。

結構的布置應根據結構體系的特征、建筑物荷載分布的情況及性質等因素綜合考慮。一般說來，結構布置應剛度均勻，力學模型清晰，使荷載以最直接的路徑傳遞到基礎。此外，結構布置應根據具體情況靈活多變。如框架結構中次梁的布置，一般為減小截面而沿短向布置次梁，但會使主梁截面加大，因此減小了樓層凈高。為避免這一問題，可根據需要調整其荷載傳遞方向，以滿足不同的設計要求。應特別注意的是結構的抗側應有多道防線，如有框架—支撐結構體系，框架柱至少應能單獨承受 1/4 的總側向荷載。

2 截面設計

構件截面設計是否合理直接關系到結構的安全性，工程的造價及施工是否方便。結構形式確定后，可根據經驗對構件截面作初步估算。主要包括梁、柱和支撐等構件截面形狀與尺寸的假設，一般鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接 H 型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的 1/20 ～1/50 之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按我國現行鋼結構規范限值確定，盡量回避鋼梁整體穩定的計算。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造來初步確定。柱截面根據長細比來估計，通常 50≤λ≤80，然后考慮不同的受力情況，選擇鋼管或 H 型鋼等截面形式。

在進行鋼結構設計時，應在確保結構安全，滿足使用要求的前提下，使結構用鋼量最省、造價最低。因此，如何選擇合理截面的桿件，使其在滿足強度、剛度、穩定性等要求的前提下，用鋼量最小就是優化設計的最終目標。

在進行截面優化時，必須綜合考慮以下幾點: 1) 構件強度、穩定驗算。截面尺寸的優化必須滿足強度、穩定性的要求，從而滿足結構設計的安全性要求。2) 剛度要求。截面尺寸在優化時，結構的整體剛度必須滿足有關規范規定的變形控制要求，即橫梁的最大撓度、柱頂的最大水平位移、吊車軌頂處柱的最大水平位移必須滿足有關規范規定的變形限值。3) 構造要求。優化截面尺寸必須滿足有關規范的構造要求及使用要求。如柱翼緣的寬厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必須滿足有關規定。4) 制作、安裝控制條件。優化構件截面尺寸必須滿足常規的制作、安裝要求。

3 支撐設計

在鋼結構中通常利用支撐提高結構或構件的穩定性。合理布置支撐體系可有效優化主要承重構件內力分布情況，可有效改善整體剛度分布，加強結構薄弱環節，使結構整體共同抵御水平荷載，尤其是地震作用。支撐體系的設計一般遵從以下原則:

1) 明確、合理地傳遞縱向荷載。2) 保證結構體系平面外的穩定，對結構和構件的整體穩定提供側向支點。3) 結構安裝方便。4) 滿足必要的強度、剛度要求，具有可靠的連接。

柱間支撐通常采用十字交叉式。在柱間有運輸、通行域、放置設備等要求時，可采用門架式柱間支撐和單斜式柱間支撐。此外，還有人字形、K 形、L 形等支撐形式，對于常用的支撐體系，在相同用鋼量下，十字支撐體系和人字支撐體系對提高結構側向剛度的作用相對顯著。

4 節點設計

連接節點的設計是整個設計過程中極其重要的環節，節點設計得當與否，對保證結構的整體性、可靠度以及建設周期和成本有著直接影響。在進行結構設計時，在結構分析過程中就應該想好用哪種節點形式，根據結構構件的選用，傳力特性不同判斷是選用剛節點、鉸節點還是半剛節點。

對于焊接節點，焊縫的尺寸及形式應符合我國現行規范的有關規定。如焊條的選用應和被連接金屬材質強度相適應，E43 對應 Q235，E50 對應 Q345。此外，焊接設計中應考慮焊縫的重心盡量與被連接構件重心接近。對于栓接節點，普通螺栓由于其抗剪性能差，只能在結構次要部位使用。高強螺栓的使用相對廣泛，常用 S8． 8 和 S10． 9 兩個強度等級，高強螺栓連接根據受力特點分承壓型和摩擦型兩種連接，在設計時應注意兩者計算方法的差別。連接板可簡單取其厚度為梁腹板厚度加 4 mm，然后按我國現行規范進行相應驗算。

篇6

失穩和屈曲的概念

Bazant [14]、Farshad [15]、Huseyin [16]等引述和討論了穩定和屈曲的定義，他們從不同的角度和范圍描述了失穩現象，并指出屈曲是眾多失穩現象中的一個模式，屈曲是發生在結構中的一種失穩。文獻[14]-[18]討論了結構產生屈曲的原因，可以定義結構的屈曲為處于高位能的結構由平衡臨界狀態隨著能量的釋放向處于低位能的結構平衡臨界狀態轉移的過程，發生平衡轉移的那個瞬間狀態，就是臨界狀態。這也是目前比較廣泛被接受的解釋[19]。具體地講有三種：

1) 、從能量的角度來說，結構失穩就是儲存在結構中的應變能形式發生轉換。

2) 、從力學要素的性質方面來說，失穩是結構中承載的主要力學要素的性質發生了變化。

3) 、從變形角度來說，失穩在實際上也可以被認為是一種從彈性變形到幾何變形的變形轉移。

鋼結構構件以軸壓、壓彎構件居多，如上所述，其核心問題是穩定問題。就單個鋼結構構件而言，影響穩定的主要因素有殘余應力的分布、初始缺陷、截面形狀、幾何尺寸、材料強度和構件的長度等。【2】張志剛。而近年來，采用新技術設計和建造的大型復雜空間鋼結構形式（如網殼結構、拱、弦支穹頂結構等）越來越多，通常這類結構整體上或某些較大區域內承受很大的壓力作用，也即某些構件承受很大軸向壓力，使得這類結構容易引發整體失穩或某區域內的局部失穩現象。大型復雜結構 的這一力學特征顯著不同于傳統的小跨度或小規模簡單結構，因而，在設計這類結構時，除按常規設計規范驗算結構構件的強度及穩定性，結構的剛度外，設計者還要驗算結構的整體穩定性。【3】整體結構穩定

在現階段的鋼結構設計中，常以計算長度系數法來進行整體結構的整體穩定性分析。以鋼框架為例【3】P94

目前大部分工程師在設計鋼框架結構承載力時，常分兩步進行。第一步進行結構分析，通過一階彈性分析確定構件在各種外荷載與作用組合工況下的內力效應；第二步進行構件設計，首先查得采用彈性近似分析法確定的構件計算長度系數，然后按現行《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）的計算公式求得構件的承載力。如果所有構件的承載力大于外荷載產生的效應，則認為結構體系整體和構件均滿足承載力要求。 這種設計方法以通過計算長度系數把構件承載力驗算和結構整體穩定承載力驗算聯系起來，被稱為計算長度系數法。

對于一些大跨空間結構桿件的計算長度系數取值，規范缺乏詳細的規定，沒有提出明確的計算方法。針對實際工程設計時，桿件計算長度系數的取值往往無據可依。為了設計方便，

工程上常通過反推的方法來確定計算長度系數。方法有兩種

1） 反推法

為了鋼結構設計應用上的方便，可以把各種約束條件的構件屈服荷載Pcr 值換算成相當于兩端鉸接的軸心受壓構件屈曲荷載的形式，其方法是把端部有約束的構件用等效長度為l0

22P =πEI /l cr 0的構件來代替，這樣。等效長度通常稱為計算長度，而計算長度l0與構件

實際的幾何長度之間的關系l 0=μl ，這里的系數μ稱為計算長度系數。對于均勻受壓的等截面直桿，此系數取決于構件兩端的約束。這樣一來，具有各種約束條件的軸心受壓構件的屈曲荷載轉化為歐拉荷載的通式是：

π2EI P cr =(μl ) 2

構件截面的平均應力稱為屈曲應力：

P cr π2EI π2E σcr ===2A (μl /i ) 2λ

式中A 為面積，λ為長細比，λ=μl i ；而i

為回轉半徑，i =關。計算長度系數的理論值可寫作：

μ=

其中PE 為歐拉荷載，即兩端鉸接的軸心受壓構件的屈曲荷載。

對兩端固接

自由=μ= 0.5，兩端鉸接μ= 1.0，一端固接，一端鉸接μ= 0.7，一端固接，一端μ= 2.0。

2） 反彎點法

通過對整體結構進行屈曲分析，可以得到結構及桿件發生屈曲時彎矩圖或變形曲線圖。彎矩圖和變形曲線圖均可以反映出桿件反彎點之間的距離l0。因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當。L0可以代表該桿件的計算長度。根據不同的約束條件，反彎點可能落在桿件的實際長度范圍之內，也可能在其延伸線上。由于約束條件是多種多樣的，有時很難在變形曲線上表示出反彎點之間的距離。反彎點法主要包括以下3個步驟：

1） 由屈曲分析得到結構及桿件的屈曲模態；

2） 提取桿件屈曲模態對應的彎矩圖或變形曲線中變形位移曲線；

3） A ） 確定彎矩圖中反彎點的位置，從而得出桿件的計算長度及計算長度系數；

4） B) 根據圖（）中桿件發生屈曲時的變形曲線，可以根據桿件已有的變形擬合出此桿

件在理想鉸接狀態下的變形曲線。對比兩個曲線圖，確定桿件變形曲線的拐點（即反彎點）位置，從面可以得出桿件的計算長度及計算長度系數。

計算長度系數的推導方法：

計算長度系數的推導

圖4-1 無側移剛接框架柱的計算簡圖

圖4-1給出的是無側移多層鋼框架的子結構，利用受彎構件和壓彎構件的轉角位移方程，代入θE =θF =-θB ，θG =θH =-θA ，且θC =-θB ，θD =-θA 建立與節點A 有關的梁端與柱端力矩：

M AG =M AH =

M AB =M AC EI b 22θA (4-1) l EI =c (C θA +S θB ) (4-2) h

其中，C 、S 根據無側移彈性壓彎構件轉角位移方程確定：

kl sin(kl ) -(kl ) 2cos(kl ) (kl ) 2-kl sin(kl ) ，S =，k =C =2-2cos(kl ) -kl sin(kl ) 2-2cos(kl ) -

kl sin(kl ) =π根據節點平衡條件：

可得：

EI ?EI ?EI 2 2b 2+C c ?θA +2S c θB =0l h ?h ? M AB +M AC +M AG +M AH =0

或 (2K 2+C )θA +S θB =0

(4-3)

式中：

K 2=I b 2/l I c /h

同時，可求出節點B 的彎矩平衡條件為

S θA +(2K 1+C ) θB =0 (4-4)

式中：

K 1=I b 1/l I c /h

由公式（4-3、4-4）組成無常數項的聯立程。要得到θA 和θB 的非零解，必須系數行列式等于零。這就是說，子結構失穩時應滿足下列條件

2K 2+C

S

即 S =02K 1+C

C 2+2(K 1+K 2) C +4K 1K 2-S 2=0 (4-5)

把式中的C 和S 代入公式(4-5)整理后得，即得下列臨界條件：

2??π?2??π??π????π??π?? μ??+2(K 1+K 2) -4K 1K 2? μ??sin μ??-2?(K 1+K 2) μ??+4K 1K 2?cos μ??+8K 1K 2=0??????????????????

(4-6)

其中，式中的K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值，說明計算長度系數μ的值取決于K 1與K 2。

對于有側移框架也可以按以上方法推導，過程從略，得到的臨界條件為：

2??π??

?36K 1K 2- μ???t ???????π?π?a +6(K +K ) =0 12 μ?μ??

(4-8)

《高層民用建筑鋼結構技術規程》第6.3.2條，

指出對于框架柱的計算長度系數可采用下列的近擬公式計算：

1. 有側移時

μ=

2. 無側移時 7. 5K 1K 2+4(K 1+K 2) +1. 52 (4-9) 7. 5K 1K 2+K 1+K 2

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2)+3 (4-7) 1.28K 1K 2+2K 1+K 2+3

K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值 其中有側移框架常指純框架體，無側移結構常指有支撐和（或）剪力墻的體系

4.1 計算長度系數確定方法

《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)(以下簡稱“規范”) 對框架柱的計算長度系數有明確的規定。在框架平面內框架的失穩分為有側移和無側移兩種，有側移框架的承載力比無側移的要小得多。因此，確定框架柱的計算長度時首先要區分框架失穩時有無側移。框架柱的分析方法有兩種：一是采用一階分析方法（計算長度法），即分析框架內力時按一階理論，不考慮框架二階變形的影響，計算框架時用計算長度代替柱的實際長度考慮與柱相連的影響；二是采用二階或近似二階分析方法求得框架柱的內力，穩定計算時取柱的幾何長度。目前國內外大多數國家的規范采用了計算長度法。該方法的計算步驟為：首先采用一階分析求解結構內力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內力；然后按第一類彈性穩定問題建立框架達到臨界狀態時的特征方程，確定各柱的計算長度；最后將各桿件隔離出來，按單獨的壓彎構件進行穩定承載力的驗算。驗算中考慮了材料非線性和幾何缺陷等因素的影響。該方法的最大特點是采用計算長度系數來考慮結構體系對被隔離出來構件的影響。該方法對比較規則的結構可以給出比較好的結果，而且計算比較簡單。

柱的計算長度系數與相連的各橫梁的約束程度有關。而相交于每一節點的橫梁對該節點所連柱的約束程度，又取決于相交于該節點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比。因此，柱的計算長度系數就由節點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比確定，常見的鋼框架設計方法中均給出了根據框架柱端部約束條件直接查用的計算長度系數表格或曲線。“規范”將框架分為無支撐純框架和有支撐框架，根據支撐抗側移剛度的大小，有支撐框架又可分為強支撐框架和弱支撐框架。

根據不同的情況，不同支撐框架柱可分別選用有側移框架柱和無側移框架柱的計算長度系數μ[47]。

“規范”有側移和無側移框架柱的計算長度系數μ均為根據一定理想化的假定得到。對于需要確定無側移框架計算長度的柱子以及與之相連的4根梁和上下兩根柱的計算模型如圖4-1。對有、無側移框架均采用了理想化的假定[46,48,49]。

無側移框架柱確定計算長度系數μ時的基本假定[46]：1) 、梁與柱的連接均為剛接；2) 、柱與上下兩層柱子同時失穩，即圖4-1中，柱AB 與柱BD 、AC 同時屈曲；

3) 、剛架屈曲時，同層的各橫梁兩端轉角大小相等，方向相反；4) 、橫梁中的軸力對梁本身的抗彎剛度的影響可以忽略不計；5) 、柱端轉角隔層相等；6) 、各柱

的這里P 是柱子的軸力，P E 是柱子計算長度系數為1時的歐拉臨界力；7) 、失穩時各層層間位移角相同；8) 、材料為線彈性材料。

有側移框架柱確定計算長度系數μ時同無側移框架柱的基本假定大體相同，只是在第3點：剛架屈曲時同，同層的各橫梁兩端轉角大小相等但方向相同。

4.1.2 網殼規程的規定

《網殼結構技術規程》(JGJ61-2003)根據節點的型式，規定了構件的計算長度。對于雙層網殼桿件計算長度應按表4-1采用，單層網殼按表4-2采用。

表4-1 雙層網殼桿件的計算長度l 0

節 點

桿件

螺栓球

弦桿及支座腹桿

腹 桿 l l 焊接空心球 0.9l 0.9l 板節點 l 0.9l

表4-2 單層網殼桿件的計算長度l 0

節 點

彎曲方向

焊接空心球

殼體曲面內

殼體曲面外 l l 轂節點 0.9l 0.9l

“規范”及網殼規程的這些規定有很大的局限性：對于其它節點型式，特別

是大型網殼結構，桿件規格多、截面尺寸大、構造復雜，采用上述節點型式將很不合理，導致無法采用現成的規范條文；而且本章后續的研究表明：網殼規程所取的計算長度系數，特別是單層網殼，存在較大的安全隱患，不能直接運用于設計中；構件的計算長度系數也不僅僅簡單地與節點型式相關；當前規范針對大跨空間結構構件的計算長度取值，缺乏明確的規定，更沒有提出計算方法，導致結構設計人員無據可依。實際工程設計中，通常將需要穩定設計的構件近似為軸壓構件，通過歐拉公式反推的方法來確定計算長度系數，常見的各種方法如本章4.4節所述。

4.4.1 工程設計常用的方法

歐拉荷載的推導：

加圖：（P31）【5】陳驥的書

所圖所示兩端鉸接的挺直的軸心受壓構件，按照小撓度理論求解中性平衡狀態時彈性分岔彎屈屈曲荷載。

如圖所示，兩端鉸接的軸心受壓桿件，在壓力P 的作用下，根據構件屈曲時存在微小彎曲變形的條件，先建立平衡微分方程，再求解構件的分岔屈曲荷載。在建立彎曲平衡方程時作如下基本假定：

（1） 構件是理想的等截面挺直桿。

（2） 壓力沿構件原來的軸線作用。

（3） 材料符合胡克定律，即應力和應變呈線性關系

（4） 構件變形之前的平截面在彎曲變形后仍為平面。

（5） 構件的彎曲變形是微波的。曲率可以近似地用變形的二次微分表示，即（）

可取如圖隔離體，列方程：（EIy``+PY=0）推導得出：P=n2pi()2EI/l2，其中式中n=1時為構件具有中性平衡狀態時的最小荷載，即分岔屈曲荷載Pcr ，又稱為歐拉荷載Pe=pi^2EI/l2

采用計算長度系數進行穩定設計的原因：

的概念：

穩定問題具有多樣性、整體性及相關性三個問題：【5】陳紹蕃P94

1） 多樣性：軸性受壓桿件有彎曲屈曲、扭轉屈曲、彎扭屈曲等多種形式。

2） 整體性：構件作為結構的組成單元，其穩定性不能就其本身去孤立地分析，而

應當考慮相鄰構件對它的約束作用。這種約束作用顯然要從結構的整體分析來確定。穩定問題的整體性不僅表現為構件之間的相互約束作用，也存在于圍護結構與承重結構之間的相互約束作用中，只不過在通常的平面結構（框架和桁架）的分析中被忽略了。

3） 相關性：具體體現在不同失穩模型之間有耦合作用、局部屈曲與整體屈曲互有

影響、組成構件的板件之間發生屈曲時有相互約束用等。

【5】P169

結構和構件喪失穩定屬于整體性問題，需要通過整體分析來確定它們的臨界條件。不過，為了計算簡便，目前在設計工作中的做法是所計算的受壓構件（或壓彎構件）從整體結構中分離出來計算，計算時考慮結構其他部分對它的約束作用，并用計算長度來體現這種約束。

計算長度的概念：

計算長度的概念來源于理想軸心壓桿的彈性分析。其把端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的桿件，等效條件為兩者的承載力相同。

構件在荷載作用下的變形曲線圖可以反映出了反彎點之間的距離，此距離代表了該構件的計算長度；因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當。根據不同的約束條件，反彎點可能落在構件的實際長度范圍之內，也可能在其延伸線上[46]。

常見的結構形式的受壓構件的計算長度系數在相應的規范及規程中都有所體現。將規范涉及到的可以直接使用的規范例舉如下：

1） 鋼結構設計規范第5.3條：桁架：含弦桿、單系腹桿（用節點板與弦桿連接）、交叉腹桿，

均分平面內與平面外的計算長度考慮；

框架：依據側移剛度將框架分為無支撐、弱支撐和強支撐框架三種，分別按照本規范的附錄D 的表格D-1至D-2查找框架柱的計算長度系數；

單層廠房的階形柱（單階柱及雙階柱）：按本規范附錄D-3至D-6查找相應的計算長度系數

2） 鋼高規：第6.3.1及6.3.2條規定了鋼框架柱的計算長度取值

指出1）重力荷載作用下的穩定計算，應按鋼結構設計規范相應條文進行，并指出相應的近似公式：。。。。

2）結構在重力和風力或多遇地震作用組合下的穩定計算相應的計算長度系數。

網殼結構技術規程：第5.1條，根據鋼殼的分類及其節點的做法形式，分別定義其計算長度系數

3） 空間網格結構技術規程：第5.1條，根據網架、雙層網殼、單層網殼、立體桁架及其桿

件分類和節點形式，分別定義其計算長度系數

對于梁-柱鋼框架結構體系，可直接采用規范查表的方法或實用公式確定構件的計算長度系數。但對于大多數不規則（非梁-柱鋼框架結構體系）的大跨空間結構構件的計算長度取值，如上所述，規范不可能包含所有的結構類型，也缺乏明確的規定，沒有提出計算方法，導致結構設計人員無據可依。

因此為了設計方便，工程上通常將其近似為軸壓構件，通過反推的方法來確定計算長度系數。

大跨度結構及其桿件的穩定問題都是一個整體問題，各桿件互相支承、互相約束，任何一個構件的屈曲都會受到其他構件的約束作用，影響因素較多。而對于空間鋼結構桿件的計算長度系數，規范（桁架體系、網殼結構）根據桿件位置規范一般規定在0.8~1.0范圍內取值。有學者的研究資料表明：對于復雜結構體系中部分桿件，采用低于1.0的計算長度系數取值可能偏于不安全。因此，工程上常從整體結構穩定性角度出發，取重力荷載（自重＋附加恒載＋活荷載）標準值工況組合作用作為初始態，根據計算長度系數的物理意義，通過整體結構線性屈

曲分析來研究各主要桿件的計算長度系數，主要包括以下3個步驟[56]：

1) 、由線性屈曲分析得到結構的各階屈曲模態以及屈曲臨界荷載系數；

2) 、檢查各階屈曲模態形狀，確定該桿件發生屈曲時的臨界荷載系數，乘以相應的初始態軸力，得到該構件的屈曲臨界荷載P cr ；

3) 、由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數，即：

π2EI P cr =

2(μl )

μ=式中：EI 為桿件發生屈曲方向的彈性抗彎剛度；P cr 為桿件對應的屈曲臨界荷載；l 為桿件的幾何長度；μ為桿件計算長度系數。

由4.3.2節可知，當某個方向的荷載（如水平荷載）較大時，確定計算長度系數的初始態應采用各工況的組合，這樣，根據不同的荷載組合下（初始態）反推出來的計算長度系數是不同的。

確定計算長度系數主要是確定歐拉臨界荷載P cr 。

本文以確定一平面無側移框架柱的計算長度為例，詳細地介紹工程設計中。如圖4-6所示的有側移，橫梁與柱均為剛接，柱的截面為H500×400×12×20， I c =1.019×109mm 4，為保證柱先于梁發生屈曲，設梁的截面為1000×400×30×30， I b =9.80×109mm 4，鋼材采用Q235。作用在梁上的荷載標準值q=60kN/m，柱高l c =6m，梁長度l b =6m。

圖4-6 無側移剛架

按規范的設計方法，由K 1i =i b

c EI b /l b I b l c 9.80?109?6000====9.6173，EI c /l c I c l b 1.019?109?6000

K 2=0根據鋼結構規范附錄D 表D-1，采用插值法μ=0.7341, 或采用實用公式的方法：

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2) +31.4?9.6173+3==0.7404 1.28K 1K 2+2(K 1+K 2) +32?9.6173+3

.3.2 整體屈曲法

通過整個結構的屈曲分析確定該構件的計算長度，其方法是將該構件放在整體模型中，進行屈曲模態分析，從而得到歐拉臨界力和屈曲系數的方法。整體模型的屈曲分析具有較為直觀的屈曲模態，可以直接看到結構整體的屈曲變形，通過判斷各階屈曲模態對應的變形來判斷具體結構構件是否發生屈曲，從而得到其對應的屈曲臨界力[57]。該方法較難判斷具體構件應對應的屈曲模態，常導致計算結果偏于保守；但該方法考慮了諸多計算長度系數的影響因素，與實際情況也相符合，較為合理。

本文采用SAP2000做鋼框架的屈曲分析。在荷載q 的作用下，鋼框架的軸力如圖4-7(a)所示，圖(b)為構鋼框架的第一階屈曲模態，從變形圖可以看出，柱子發生了屈曲。 -180-180

(a) q作用下的軸力(kN) (b) 第一階屈曲模態(η=784.547)

圖4-7 荷載作用下的軸力及屈曲模態

所以，柱子的臨界荷載為：

P cr =ηP =180?784.547=141218.46kN

由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數：

μ===0.638

由此可見，兩者非常接近。工程中的一系列對比，也說明這些做法是正確的，下面以筆者的一個實例來說明些方法在工程實踐中的運用。

本算例取決于某工程的施工頂升架，頂模鋼平臺由桁架層、支撐柱和支撐鋼梁組成，鋼平臺桁架層由主桁架、次桁架、三級桁架和邊桁架及內部小次梁、吊架梁等構件組成。桁架層高2.05m ，支撐柱高12.6m ，兩層支撐鋼梁間距4.5m 。頂模鋼平臺設計采用SAP2000軟件，圖2.1.1至圖2.1.3為頂模鋼平臺sap2000計算模型。

圖2.1.1頂模鋼平臺三維圖

圖2.1.2 頂模鋼平臺立面圖

圖2.1.3 頂模鋼平臺平面圖

荷載考慮：恒荷載、活荷載、風荷載（考慮三種情況：施工狀態及提升狀態下遭遇八級風、

施工狀態下遭遇十級風、施工狀態下遭遇臺風荷載）、頂升不同步位移、施工電梯荷載。

1.1 邊界約束條件

根據邊界約束條件的不同，鋼平臺分為兩種計算模型。施工狀態時，假定兩道支撐梁兩端為鉸接，如圖2.3.1所示；頂升狀態時，忽略支撐梁的約束作用，將千斤頂與支承柱的連接簡化為鉸支座，如圖2.3.2所示。

圖2.3.1施工狀態支承柱的約束邊界

下列僅以施工狀態 圖2.3.2頂升狀態支承柱的約束邊界

1.1.1.1 支承柱計算長度取值（根據屈曲分析）

采用十級風施工狀態模型：

以結構整體模型為基礎，對結構進行特征值屈曲分析。正常施工狀態下取D+L計算屈曲工況，圓管柱及格構柱在Mode98的屈曲模態下首次發生屈曲。其屈曲變形及屈曲荷載如下：

圓管柱在D+L工況下的最小軸力值為：-2634kN ，則根據屈曲分析結果，施工階段的支承柱的一階彈性屈曲臨界荷載為2634×11.05=29105.7kN，根據歐拉公式可以反推得到理論計算長度系數：

μ=π2EI

P cr l 23. 142?2. 06?105?5. 355?109==1. 40 29105. 7?103?138002

1.1.1.1 鋼結構構件計算應力比

將各計算長度系數值手工輸入模型中，應力比計算結果如下圖所示：

具體各構件應力比數值可在模型中查看，圓管柱最大應力比為0.378，格構柱應力比均小于0.95，滿足規范要求。

整體穩定性計算步驟如下【3】P61

鋼結構系統整體穩定性理論分析的主要步驟包括：

（1） 建立完善結構力學模型

按理論設計結構構型建立完善結構計算模型，包括確定結構幾何模型、構件單元模型、構件規格尺寸、構件材料特性、結構邊界條件等。

確定整體穩定性驗算的荷載組合

荷載組合常采用標準組合。對于活荷載需要按不同的分布模型分別進行組合； 對于風荷載需要按不同的風向分別進行組合。

結構線性整體穩定性分析

對每一種荷載組合，通過對穩定特征方程的分析，分別計算結構線性整體穩定的臨界荷載因子（）及相應的屈曲模態矩陣（）

確定結構的初始幾何缺陷模型

對每一種荷載組合，確定相應的初始幾何缺陷模式及幅值，可采用“一致缺陷模態法”模擬。若第一臨界點為重臨界點，應選用與臨界荷載因子（）相應的所有模態。對于第一臨界點附近頻率密集的結構，應多選用幾個模態。

結構大位移幾何非線性整體穩定性分析

包括完善結構和有缺陷結構分析，獲得相應的整體穩定最小臨界荷載因子（）和（）

判斷構件是否出現屈服變形現象

判斷在幾何非線性分析過程中，當荷載達到整體穩定最小臨界荷載因子（）之前，主要構件是非否屈服，若未屈服，則轉第（8）步，進行結構整體穩定性評定，否則，進入第（7）步。

結構大位移彈塑性整體穩定性分析

篇7

工程概況該廣告牌位于某火車站站前廣場東西兩側花壇內,花壇寬為3m,其一側為混凝土澆筑的廣場,另一側為素混凝土路面。根據現場鉆探資料,工程場地的土層自上而下分為三層摘要:表層為填土(Qm1),層厚為2.5～2.7m,含碎磚塊、塊石及有機質等,其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～3.65MPa,承載力fk=60～80kPa,壓縮模量ES=3.0～3.5MPa,該層填土土質松軟,結構松散,軟硬不均,強度低,未經處理不宜作建筑物的基礎持力層;第二層為粉質粘土(Qm1+p1),層厚為0.3～2.0m,含少量的氧化鐵,其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～1.85MPa,承載力fk=90～150kPa,壓縮模量ES=4.5～6.8MPa;第三層為粘土(Qm1+p1),位于離地面4m以下,該層未鉆穿,土質呈硬塑狀態,含大量的氧化鐵及鐵錳結核,其靜力觸探比貫入阻力PS=3.48～5.10MPa,承載力fk=250～360kPa,壓縮模量ES=10.5～15.0MPa,該層粘土分布面廣,厚度大,強度高,是良好的基礎持力層。工程場地內的地下水類型主要為埋藏于表層填土中的上層滯水,地下水主要受大氣降水及地表水入滲補給,水位、水量均受氣候變化影響。

網易設計要求該廣告牌由18m高的獨立鋼柱離地面12m后撐起6×18m的矩形鋼結構廣告燈箱。該地區基本風壓為w=0.3kN/m2,地震設防裂度為7度。

廣告牌結構設計

網易結構型式的選擇獨立鋼柱大型鋼結構廣告牌的主體結構,目前常采用的形式有兩種摘要:一種為T型,其主骨架由一根獨立鋼柱和上部一根橫向主梁呈T型焊接而成,該體系主體結構受力明確,計算簡單,由立柱頂上焊接一根橫梁形成固結于地基上的T形剛架結構體系,廣告燈箱面板通過各掛件及斜撐和T形剛架結構相連。另一種為桁架式,其主骨架由一根獨立鋼柱和上部幾道相互平行的橫向主梁焊接而成,主梁之間由水平及斜向支撐連接,形成空間桁架體系,廣告燈箱直接掛靠在主骨架上。

網易經過比選,該廣告牌結構型式采用桁架式。其理由是摘要:第一,廣告牌結構的控制設計荷載是風載,風壓直接功能在面板上,再由面板傳至骨架,此時,在不同高程上的幾道主梁可把風載較均勻地傳至立柱,因而可減小主梁和立柱連接處的應力集中;其次,平行式桁架結構主梁采用槽鋼,使結構外形平整,便于廣告面板掛靠,并可加強面板和主骨架的連接,從而減小了面板的變形,以確保廣告面的感觀效果;第三,平行式桁架結構,可在每道主梁高程設置內檢修梯,這樣給結構的維護、檢修及掛、卸廣告布帶來了極大的方便,且保證了操作人員的人身平安;除此之外,平行式桁架結構,形式簡潔、美觀,受力明確,節點構造簡單,施工方便,從而能保證施工質量。

網易結構布置本工程采用獨立鋼結構圓柱,通過節點板在三個不同高程搭焊三道橫向主梁,主梁之間設置橫隔梁和斜向支撐,形成空間桁架受力體系,主、橫梁間距主要考慮廣告面板骨架網格的布置,并使面板骨架節點和主骨架節點相一致,以加強面板和主骨架的連接。廣告牌面板的自身骨架掛焊在主體結構上,形成整體上部結構。主梁選用槽鋼,其他構件均選用角鋼,型號按構件的強度和變形條件選取。鋼立柱截面的選取,除考慮其強度及穩定性外,還要綜合考慮廣告牌整體尺寸協調及美觀等方面的因素。

結構分析

網易荷載和荷載組合結構承受的主要荷載有摘要:1)自重;2)風荷載;3)溫度荷載;4)檢修活載;5)地震荷載。

網易荷載組合有三類摘要:1)基本組合;2)非凡組合;3)施工吊裝。

網易應力分析由于鋼立柱為壓彎構件,其承載力取決于柱的長細比、支承條件、截面尺寸以及功能于柱上的荷載等,計算表明,鋼立柱的承載力一般由穩定控制。上部結構的主梁可簡化為剛結或鉸結在鋼立柱上的懸臂結構,主梁之間由橫梁及斜撐鉸結形成空間平行組合桁架。內力計算采用有限元程序在計算機上完成。根據鋼結構設計理論,對接焊縫在截面不減小的情況下,其強度可達到母材的強度,因而無需驗算焊縫應力,但應嚴格檢查焊縫質量及飽滿度。上部桁架桿件間的連接主要是角焊縫焊縫承受桿件間的應力傳遞,其受力大小已由上部結構計算得出,對廣告牌之類結構,上部結構桿件受力一般不大,為施焊方便,可用圍焊,并統一取焊腳尺寸為hf=10mm,可滿足規范要求;但對廣告牌面板骨架和主骨架掛點處焊接須逐一核算。

變位控制

網易廣告牌立柱高18m,在水平風載功能下會產生順風向水平位移,上部結構為懸臂桁架,在風載及自重功能下,懸臂端部也會產生相應的變位,假如這些變位過大,將直接影響到廣告牌的使用及感觀效果,重要的是,這些變位還將引起附加內力,增大結構內部的應力,降低結構的平安性,為此,在廣告牌設計中應嚴格限制變位。根據《鋼結構設計規范》(GBJ17%26amp;#0;88)的規定,廣告牌水平向設計變位應控制在10mm以內為宜。

基礎工程設計

網易基礎型式及布置作為該類型廣告牌的基礎型式主要有兩種摘要:一種是平衡重力式,即上部荷載主要由大體積基礎重力來平衡,開挖方量大,混凝土用量也較多,但施工簡單,節省鋼材,適宜在土質松軟且有開闊的施工場地時利用。另一種為樁基式,其中又以擴孔樁為主,該類基礎可在施工場地受限的情況下采用,其優點是基礎施工場面很小,混凝土用量僅為平衡重力式基礎的三分之一左右,但施工難度略有增大。

網易由于本廣告牌建在某火車站站前廣場兩側花壇內,花壇寬僅3m,若放坡開挖基坑,勢必破壞兩側的廣場混凝土地坪和水泥混凝土路面,其修復工程造價可觀,還可能破壞地下埋管,經綜合比較,選用了人工挖孔擴底樁基礎,使基坑開挖只限在花壇內進行。為了減小孔壁支護的困難,基礎上部4m深范圍內(表層填土和第二層粉質粘土)不擴孔,采用直徑為1.5m的圓孔;從4m深以下(第三層粘土)開始擴孔,以增大基底的受荷面積,來滿足地基承載力要求。基底采用方形,尺寸為3×3m,總孔深為6m,基礎底下設置十字正交齒墻,以增強基礎的抗扭和抗剪切能力。樁基礎結構計算在樁基礎結構計算中,采用C法和m法兩種計算方法。結果表明,兩種方法計算結果比較一致,樁身最大彎矩出現在距地面62mm(m法為82mm)處,樁頂最大水平位移為4.86mm(m法為4.78mm)。樁身材料強度和配筋計算,按一般鋼筋混凝土結構的偏心受壓構件進行。基礎設計須考慮軸力、彎矩、扭矩等不同組合的功能,以保證基礎本身的強度、剛度及地基的承載力和抗剪強度均滿足規范要求。

施工工藝

網易基礎工程根據現場地形、地質條件,本基礎采用人工挖孔擴底樁,基礎底面置于第三層粘土中。基坑開挖時,采用孔壁支護和排水辦法,以確保樁孔成形和施工人員的人身平安。基坑開挖完成并經驗槽后,馬上鋪設100mm厚碎石墊層,吊放鋼筋骨架,并及時澆筑基礎混凝土,預埋錨固螺栓,鋪設基礎頂部鋼筋加強網,在澆至設計標高時,其頂面需用20mm厚1摘要:3水泥砂漿找平,然后加蓋螺栓定位及墊座鋼板。待基礎混凝土養護到規定齡期,需對預埋螺栓進行抗拔試驗,以確認螺栓的抗拔承載力是否滿足設計要求。鋼結構工程所有鋼結構構件的連接均采用焊接,上部結構均采用工廠化生產。鋼柱用鋼板在工廠卷焊而成,上部桁架結構可在工廠拼焊;當梁柱主骨架焊接完成,形成整體上部結構時,應做適當的加載試驗,以驗證焊縫的質量和主骨架的強度;廣告牌面板骨架和鍍鋅鐵皮面板拼接好后,可在地面直接掛焊到主骨架上,以便校正面板表面的不平整度,控制上部結構整體外觀效果。吊裝定位廣告牌的立柱和上部結構在工廠制成后,運往現場進行整體對接。在地面形成的整體廣告牌,可用兩臺吊車從頂、底兩個吊位進行整體起吊安裝,在廣告吊裝就位后,用兩臺經緯儀從相互垂直的兩個方向進行糾斜、定位。每個方向的垂直度宜控制在h/2000(h為廣告牌高度)以內,且小于20mm。螺栓定位緊固后,宜在適當時機,澆筑素混凝土密封,以防螺栓外露銹蝕。本文提及的廣告牌建成后,經過數次臺風考驗,其垂直度和變位均滿足規定要求,而其總造價比同類廣告牌節省了20%,現已投入商業使用。

結束語

篇8

1．1工業建筑中常規鋼結構的作用

在工業建筑中，鋼結構的常規應用由來已久，我國多數工業廠房均采用的是常規鋼結構人字梁以及工字梁，這些常規鋼結構已成為工業早期時代的主要象征。而這些特征構成了我國的吊車梁式系統以及常規鋼屋架系統。由于民用建筑、商用建筑以及工業建筑各有不同，在進行工業建筑時要求建筑結構能夠為工業生產以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統鋼筋混凝土結構已經不能完全滿足現在工業生產在跨度以及空間上的相關需求，從而鑒于此基礎上的鋼屋架系統應運而生，屋架系統主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時吊車梁系統作為工業廠房的重要部分，多數廠房中均設有吊車，主要由車檔、吊車梁、軌道、制動結構及連接件等構成。在傳統鋼筋砼結構不能夠滿足新時代工業建筑在相應功能及跨度上需求時多采用鋼結構。如(1)材料堆場、大型倉庫以及飛機裝配車間等多采用鋼結構體系，這些鋼結構體系多為網架、拱架、門式剛架以及懸索等;(2)建筑物受到動力荷載影響時，多采用鋼結構體系;(3)碳素廠高樓部碳素振動成型機對相應結構的耐疲勞程度和強度要求均較高時，多采用鋼結構體系;(4)在高烈度區，鋼筋砼結構早已超出了現行工業行業的規范以及規定，應采用鋼結構以滿足其新的需要;(5)原有廠房需改建或擴建時，多采用鋼結構。綜上即可知，鋼結構在現今工業建筑中有著十分重要的作用，且應用廣泛。

1．2工業鋼結構在建筑工程中的應用方向

在工業建筑中，相關人員應該根據規定的生產流程來為工藝服務。在這個過程中，工業鋼結構的形式、材料與空間等多個方面都有特殊的標準。由于建筑體量比較大，要求相關人員應該注重把握好尺度，熟練掌握新材料技術。因此，工業建筑與普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工業建筑中，一些比較簡單的建材會被新建材取代，落后的施工工藝會被淘汰。如今在工業鋼結構方面，包括鋼纜、構件和型材等方面的建材類型越來越豐富。另外，高性能施工涂料的應用有效地解決了工業鋼結構中存在的防火、防腐、防污染以及隔熱等多個方面的問題。隨著經濟的發展與科學技術的日益進步，涌出了很多新的設備、工藝與材料，有利于迎合工業建筑設計的更高要求，落后的原有工業建筑體系應該與時俱進，實現進一步的完善。

2鋼結構在工業建筑中存在的問題

目前，人們對工業鋼結構在建筑方面的相關認識還不夠全面。傳統混凝土結構一直影響著人們的建筑觀念，直到現在也還沒有徹底轉變。工業鋼結構體系還不夠完善，其具有一定的復雜性以及綜合性，涉及到多種配套體系，比如屋面、墻體、防腐、隔熱和保溫等多個方面的配套材料。而國內的工業鋼結構與發達國家相比，其技術水平與設計理念相對落后，專業人才的培養、新產品的研發、設備的制作與安裝水平、鋼材質量等多個方面都沒有得到很明顯的提升。從事工業鋼結構的設計、制作、安裝以及監理等領域的相關工作人員依舊沒有掌握好新知識，沒有徹底轉變新理念，沒有充分挖掘新材料，對新的施工方法也缺乏足夠的掌握力度。

3優化工業建筑施工過程中的鋼結構

在實際工作中，為了有效地提高工業建筑中鋼結構的穩定性。

3.1需要我們確保腳螺栓的穩定與堅固，保證在腳螺栓使用過程中控制得當，且可以保證鋼結構的應用合理有效。對腳螺栓的安裝與埋設，需要重視其精度問題，以保證其他環節的有序穩定運行。

3.2要在地腳螺栓的安裝中，注意鋼柱的準備，有效地協調平面控制網全系統的每個環節，進而更好地保證螺栓的安裝精度，使鋼結構穩定性增加。

3.3要注意順利彈出柱腳底板十字線、地腳螺栓的中心線，并將柱腳剪力孔做好積極的清理工作，在鋼柱就位后，要將標高調整好，并堅固螺母。

3.4對鋼結構的施工需要注意梁柱安裝，并控制梁柱之間的柱間支撐精度，使空間單元的穩定性提高，以保證其他安裝工作有效進行。

3.5要注意合理有效地應用墊板，確保墊板定位線精準，以對后續鋼結構施工整體運作起到優化的作用。此外，在安裝結構構件中，要健全構件儲備，并能夠充分地利用構件設備，更好地滿足實際鋼結構工作需要。堆放要合理規范，管理科學。每個存放場地均要有專人管理，根據供貨需要攜帶清單取貨，適時清點。

篇9

一、前言

輕鋼結構住宅相比于傳統住宅，有其突出的優點：

（1）輕鋼結構配件制作工廠化和機械化程度高，商品化程度高。

（2）現場施工速度快，主要為干作業，有利于文明施工。

（3）鋼結構建筑是環保型的可持續發展產品。

（4）自重輕，抗震性能好。

（5）綜合經濟指標不高于鋼筋混凝土結構。

隨著我國鋼產量的快速增長，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，國務院1999年頒發的72號文件提出要發展鋼結構住宅產業，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。因此開發輕鋼結構住宅體系已成為當前住宅結構研究中的熱點。不過，多層輕鋼結構的研究還處于起動階段，研究力度還不夠，實際設計和施工還存在不少爭議和問題。這些都急需解決，以利于輕鋼住宅在我國健康快速發展。

二、結構體系選型

對低、多層住宅，目前國內外常用的結構體系主要有：

（一）冷彎薄壁型鋼體系

構件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構件，可單獨使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節點剛性不易保證，抗側能力較差，一般只用于1～2層住宅或別墅。筆者處理的幾個舊房加層，如薊縣國稅局、天津港派出所等改造工程，使用了該體系，效果較好。

（二）框架

目前，這種體系在多層鋼結構住宅中應用最廣。縱橫向都設成鋼框架，門窗設置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般都能滿足抗側要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設計施工時須慎重處理。

（三）框架支撐體系

在風載或地震作用較大區域，為提高體系的抗側剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為多重抗側體系，而且梁柱節點，柱腳節點可設計成鉸接、半剛接，施工構造簡單，基礎主要承受軸力，體形較小，因此成為人們青睞的對象。

（四）框架剪力墻體系

在低多層住宅中，可以應用傳統的剪力墻體系，如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空腔結構板是一種理想的抗側結構。空腔結構板是一種新型的輕質板材，采用黃紙制成具有眾多等邊空腔結構的板狀基架，然后經浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接，便可形成新型剪力墻。另外美國，澳大利亞等國還開發了交錯桁架體系，比較新穎。

三、主要構件設計

（一）柱

前已述及，鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好，而且結構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結構中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發展的主要方向，但由于缺乏相應的規范、規程，目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜，不利于工廠制作和現場施工，應加大力度開發研究。

（二）樓蓋

在多層輕鋼房屋中，樓蓋結構的選擇至關重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側力結構的空間協調作用；另外從抗震角度來看，還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結構有：壓型鋼板－現澆混凝土組合樓板，現澆鋼筋混凝土板以及鋼－混凝土疊合板，而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使設置抗剪鍵，也偏保守地假設鋼結構承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結構自重，反而會造成強梁弱柱的不利情況。有一6層算例，表1、表2分別反映了考慮樓蓋組合作用對梁剛度以及結構整體剛度的影響。

表1截面慣性矩對比

構件名稱截面慣性矩組合前后的對比

主梁（負彎矩區）1.51（2.22）1.47

主梁（正彎矩區）1.51（4.28）2.83

次梁0.797（2.48）3.11

注：括號內為考慮年組合作用的情況

表2結構位移對比

結果工況1工況2工況3

樓層梁撓度16.9（10.9）16.9（10.2）/

屋蓋梁撓度35.5（35.4）34.3（34.2）/

底層層間位移16.9（10.2）4.8（3.7）8.4（5.9）

頂點位移/18.2（13.8）49.9（31.0）

注：括號內為考慮年組合作用的情況

算例表明，考慮組合作用后主梁的剛度大大增加，使得梁的撓度和地震作用下柱頂的側移大為減少，此考慮組合作用應予關注。為使樓層高度減到最小，提供更大的空間，組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢。

（三）支撐體系

支撐分軸交支撐和近年發展起來的偏交支撐兩種，前者耐震能力較差，后者在強震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且為門窗洞的布置提供了有利條件，目前國內用的還很少，建議在高烈度區首選偏交支撐。剪切型耗能梁段，加勁肋按以下公式設計：

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―――加勁肋間距，d―――梁高，―――腹板厚度，γp―――塑性轉角；彎曲型耗能梁段還需在梁段端點外1.5bf處加設加勁肋。

（四）節點抗震設計

框架梁柱節點一般采用兩種連接方法，根據"常用設計法"，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進行設計。震害表明，這種設計不能有效滿足"強節點弱桿件"的抗震要求，在高烈度區隱患很大。改進的框架節點設計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗算公式確定：

式中：為基于極限強度最小值的節點連接最大受彎承載力，全部由局部加大后的翼緣連接承擔；為梁件的全塑性受彎承載力；為基于極限強度最小值的節點連接最大受剪承載力，僅由腹板的連接承擔；為梁的凈跨；為梁在重力荷載代表值作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。

四、結論

篇10

(一)題目的設置應有助于教學相長

畢業設計內容的設置除了應密切結合指導教師的科研項目外，還應結合指導教師的專業特長，這樣教師對學生的指導才能高效。例如，筆者從攻讀博士學位開始，就從事新型高層鋼結構體系及抗震性能等方面的研究。留校后，承擔了研究生選修課高層建筑鋼結構課程的教學工作，負責講授高層鋼結構的制作和安裝，以及新型抗側力和耗能構件在高層鋼結構的應用等內容。以上研究和教學工作均為指導采用新型結構體系的高層鋼結構畢業設計奠定了基礎。同時，通過給學生答疑，筆者感到，雖然學生的著眼點不同，但多數問題是圍繞設計任務提出來的，一些問題也是指導教師尚未涉及而想弄明白的問題。因此，教師愿意投入時間去研究問題，這樣既解決了學生的疑惑，也有利于指導教師提高自身的專業技能。

(二)設計題目的指定應兼顧學生的興趣

目前，學生畢業設計的題目，大體上是由學院統一指定的。這樣做是為了避免學生“偏科”，即避免一些設計題目出現無學生選擇的窘境。但是，高層鋼結構設計題目與其他題目一樣，也僅是提升學生在一個專業方向上的理論水平和技能。而且相當多的設計院在未來一定時期內仍主要是開展量大面廣的混凝土結構設計。因此，由學院指定畢業設計題目的方式無法完全滿足學生的專業設計興趣和愛好，使真正對鋼結構設計有興趣的學生又得不到應有的鍛煉。倘若學生對指定的題目毫無興趣，畢業設計就可能收效甚微。其實，每個學生經過3年多的學習，基本已有感興趣的專業方向，畢業設計題目應結合學生畢業后的就業方向或深造計劃，并綜合考慮學生自己的興趣、能力和未來發展等因素來選擇建議。題目指定要有適當的靈活性，給學生一定的選題權利，可列出每年開設的所有題目，讓學生提前自愿申報2～3個題目，然后綜合分組。這種適當考慮學生興趣的選題做法將使學生對畢業設計更有積極性，收效可能更好。

(三)設計內容應結合專業最新發展而適時更新

為避免多年使用同一設計題目可能出現的抄襲現象，指導教師有必要適時更換設計內容和要求。鑒于目前設計院或施工單位“以高層設計為主流”的情況，應結合高層建筑的實際工程應用，增加新型結構體系的設計內容，以縮短學生就業后的工作適應期。對高層鋼結構，應要求學生掌握目前比較流行的結構形式、計算方法和構造要求。因此，筆者在設計任務書中鼓勵學生應用新型的抗側力構件和新型的結構體系作為設計任務。除了采用傳統的純鋼中心支撐，推薦采用新型的墻板內置無粘結鋼支撐或桿狀防屈曲支撐(BucklingRestrainedBrace)代替傳統的純鋼支撐。除了中心支撐，也鼓勵采用偏心支撐和鋼板剪力墻等抗側力構件。例如，在2014年的畢業設計中，一名學生自愿嘗試采用偏心支撐鋼框架結構形式，通過努力，圓滿完成了設計任務，最終取得了較好成績。

二、積極有效的師生互動是畢業設計取得實效的基石

(一)注重培養學生主動學習的能力

對20多層的高層建筑鋼結構設計，要求學生學習結構設計方法和設計軟件的使用，進行結構建模、內力分析和設計，這樣的工作不僅量大而且有難度。建議教師提前布置和安排任務，給學生自學的機會和時間。以結構建模和分析為例，筆者一開始便盡早安排學生安裝和學習使用結構設計軟件ETABS，這樣學生在做荷載匯集等準備工作之余，就可以有針對性地查閱和學習該軟件的使用說明等資料，到建模和分析環節時，學生就可以建立結構模型。為學生自學軟件后建立的結構模型。應當注意的是，雖然大多數學生之前并未有建立復雜結構模型的經驗，也可能因此而心生畏懼，指導教師應強調學習和使用通用軟件的必要性，讓學生明白學好一個軟件對將來應用其他類似設計軟件也有很好的借鑒作用。教師要耐心引導和鼓勵，培養學生的興趣和自信心。可要求學生先簡后繁，積累經驗。學生消除畏懼心理后，建模和設計操作就會逐漸得心應手，在實踐中熟能生巧。有的學生在熟練使用軟件后甚至主動去鉆研軟件內的參數和求解設置等功能，提高了對理論知識的歸納消化和應用能力。

(二)營造積極的心理互動氛圍

結構方案的確定以及結構建模、分析和設計等，這些任務一環緊扣一環，教師應在各階段工作中嚴格檢查，認真引導和解惑。以建模和分析為例，因大部分學生是初次接觸大型設計軟件和設計規范等，面對陌生的軟件以及系數重重的設計公式，要在短時間內掌握并熟練應用軟件進行結構設計，有較大難度。特別是對這些軟件在內部分析環節可能存在的一些缺陷，指導教師必須強調指出，以免學生誤入歧途而影響進度。因此，指導教師應對軟件的一些關鍵環節有使用經驗，并能做出正確的判斷，才能引導學生去認真求證，加深理解。這樣也才可能幫助學生較快熟悉設計過程，培養學生的自信心和學習興趣。畢業設計為師生提供了長達一學期的交流互動機會，教師應在指導工作中傾注熱情，與學生積極互動，這樣不僅能使任務完成得更加高效，而且也有利于學生的全面發展。教師不僅要關注學生的專業訓練，也要不失時機地對學生進行職業道德的言傳身教，引導學生帶著問題去思考和討論，啟迪學生的智慧，充分調動學生的積極性和主動性。

三、畢業設計應適當增加針對性實習

與單純課堂教學相比，畢業設計屬于實踐環節。但若不加以恰當引導，相當多的學生的畢業設計僅僅是對參考書等資料的簡單模仿。因此，在畢業設計過程中，應通過小組或個人(以整個年級為單位的統一畢業實習，針對性不強)的實習活動，例如參觀鋼結構工程或鋼構件制作等，夯實書本所學知識，拓寬知識面，使學生獲得真實感受。此外，通過實習，還可消除學生不切實際的想法和由此導致的誤差或錯誤，有助于學生深入思考，以開展更加符合實際應用需求的理性創作。

(一)參觀鋼結構工程和鋼結構安裝

應組織學生參觀正在建設的高層鋼結構工程。因為從施工中暴露的鋼骨架，學生可以清楚地觀看構件和節點的加工和連接做法。實地考察如不可行時，也應提供必要的實錄視頻、圖形資料和講解，以加深學生的理解。還可以推薦一些好的參考書和期刊，例如《鋼結構進展與市場》和《建筑結構》等，幫助學生了解新型鋼結構工程和建造技術。此類資料圖文并茂，是本科生很好的課外讀物。另外，因高層建筑鋼結構一些基本的構造和連接做法等，在低層和多層鋼結構中也有體現。因此，也可組織學生考察當地一些在建的多層甚至單層鋼結構工程，例如施工現場的焊縫和螺栓連接等。通過接觸實際工程，增強學生的認知能力。

(二)參觀鋼結構加工廠和鋼構件制作

在實習中，還可組織學生參觀鋼構件加工廠等。隨著新材料和新工藝的快速發展，目前鋼結構中的大型構件的加工制作方法和質量控制技術等都有革新，書本上的知識也非常有限。必要的學習參觀有利于學生拓展知識面，幫助他們更好地理解和繪制施工圖。指導教師可組織學生參觀了解鋼構件的生產過程。例如，參觀工廠的焊接、刨邊和鉆孔等相關工藝流程等，并做好有針對性的實地講解，有利于學生對重要概念的理解和對書本知識的消化。

四、考核應以學生實質性的進步為依據

(一)注重形式，更追求質量

學院畢業設計要求學生完成不少于9張的1號圖紙，有些學生甚至能提供多達14張或者更多的圖紙。誠然，為確保培養質量，數量上的要求是必要的，但任務完成的質量更為重要。筆者曾在一次鋼結構畢業設計的答辯中發現，能夠提供十多張圖紙的學生，計算書雖然寫的很飽滿，但是連一個常用角焊縫的符號代表什么意思也回答不上來。可見，依葫蘆畫瓢的做法，在本科畢業設計中依然存在。再以結構施工圖的繪制為例，在堅持部分圖紙必須手繪完成這一傳統做法的基礎上，為了提高學生應用計算機作圖的能力，目前鼓勵采用計算機繪圖。但應強調的是，計算機作圖應讓學生利用Auto-CAD軟件親手繪制，不能依靠設計軟件和繪圖軟件等自動出圖。雖然從表現形式上看，自動出圖比學生親手繪圖的圖面更美觀和全面，但這樣會使學生過分依賴軟件而使其基本技能得不到應有的訓練，導致學生對設計理論不熟悉，不能提高識圖和繪圖能力，并且也難以準確把握和判斷其設計結果。因此，教師在畢業設計過程中應時刻提醒學生，在寫計算書或繪圖時，每寫一句，每畫一筆，都要弄清楚為什么，真正弄懂了才算得上學有所獲。