钢结构设计论文(6篇)

钢结构设计论文篇1

本文探讨了目前钢结构抗震设计中存在的两个主要问题：其一是钢结构地震作用，由于多层和高层钢结构房屋被列入“建筑抗震设计规范”（GB9001－2001）中。没有考虑钢结构塑性好和弹性阶段阻尼比较小的特性，使得钢结构地震作用较大，偏高用钢量；其二是钢结构承载力抗震调整系数对梁和焊缝的规定与母材强度低于焊缝强度的实际而不符，本文对现在抗震规范作用的相关要求、“抗震动态与建筑工程理论设计原则”和UBC关于美国规范的地震波动作用进行了比较和分析，按照钢结构的承受能力将体系化分为四大类，在上述理论将体系调整系数引入，对结构的抗震作用，提出恰当意见，对梁柱刚性连接体系，从抗震设计角度分析，对设防烈度区分别建议了适合采用的连接形式，并给出了小震和大震下的设计验算公式。

关键词：

钢结构；地震作用；梁柱刚性连接；门式刚架抗震设计

我国每年有超万亿吨之多的钢产量，加快我国的钢产业政策由长久采取的“节约钢材”变为“合理用钢”、“鼓励用钢”，所以钢结构的用量有良好的前景。我国为地震区的城市有很多，因此应该按照规范进行抗震分析和设计。

1钢结构抗震分析

1．1钢结构跃层加层动力分析概述古今中外，地震灾害造成的损失是难以估量的，在地震灾害中，我们付出的代价是惨重的，与此同时也取得了大量而宝贵的经验和知识。通过对震后的调查和研究表明，造成震害的主要原因之一是建筑立面与平面不规则。竖向抗侧力构件不连续是跃层加层房屋加固和改造形式的特点，从竖向看，抗侧力较小，在加层标高处，刚度易形成突变，因此从建筑立面规则性方面思考，此结构根本对抗震设计无用。所以为了避免抗震造成的不利影响，应采用有良好抗震性能的钢结构，能在一定程度上弥补跃层加层技术布置的不合理。钢材是匀质材料且各项同性，有延性好、质量轻、强度高的特点，为达到建筑抗震的要求，钢结构是使用的材料之一。当地震作用时，钢结构框架由于钢材强度高和均匀的材质，因而结构的稳定性和可靠性较大；钢结构房屋的自重轻，因为钢材的强度大和质量轻，从而地震波动作用对结构的作用会减小；因为钢结构延性性能较好，所以钢结构具的变形能力很大，房屋在很大的变形下也不会倒塌，从而结构的抗震安全性得以保证。

1．2抗震性能的特点良好的抗震性能是钢结构的特点，概括起来主要包括以下方面：（1）钢材材质均匀，受力性能各项同性，有韧性好、强度高、质量轻等优点，在震波的受力作用下，由于钢材的材质均匀，整体受力，质量轻，强度可靠，因而钢结构的房屋可靠性和稳定性大；（2）由于刚架结构自重轻和整体性好，较能承受地震的波动，使地震作用变小；（3）因为采用压型钢板，使墙面和屋面具有很好的蒙皮作用，使地震作用减少；（4）钢结构形式建筑的房屋，较低矮，亦使房屋能够承受地震波动；（5）采用端板半刚性连接梁一梁和梁一柱的刚架，当地震作用，外力很大，超过设计荷载时，弹塑性变形增大，弯矩增大，降低了受弯承载力，变形增大，具有良好的延性。

1．3结构地震反应理论分析方法从古至今，地震很难预测，预防措施是减少地震灾害最主要的方法，临时性的地震预报可减少经济的损失和人员的伤亡，但这是不可能的。结构抗震最好的预防措施是采取可行有效的设计方法，使结构抗震能力提高，避免结构的大裂缝和倒塌，避免经济损失和人员伤亡。随着科技进步、经济的发展、人们抗震理念的深入，建筑的抗震设计随着抗震理论的加深而成熟，抗震设计的科学领域已经形成且庞大。目前正在发展中的概率弹塑性理论和静力理论、反应谱理论、直接动力分析理论是结构抗震设计理论发展经历的4个阶段。结构地震反应分析方法的理论基础是根据结构抗震设计理论而定的，时程分析法、振型分解反应谱法和底部剪力法是地震作用分析方法的三个基本方法。

2钢结构抗震设计

2．1梁柱刚性连接抗震设计钢结构梁柱刚性连接脆性断裂是造成日本阪神地震和美国北岭地震人员伤亡和经济损失的直接原因。此后许多专家做了大量的实验，根据实验结论，提出了防止断裂的方法和预防措施，可以降低构件脆性，提高构件延性，防止节点处脆性破坏的发生，现行规范没有纳入这些成果。目前我国常用钢结构连接形式是栓焊混合连接梁柱刚性连接，它具有节省钢材、构造简单、节约工期等优点。但这种形式的节点不用于美国北岭，严重的脆性断裂是这次地震中房屋倒塌的主要原因，为此经专家分析发现，有效地提高节点塑性转动能力的方式就是在抗剪板和梁腹板之间补焊，为了避免现场焊接的梁柱连接缺陷也可以采用梁一梁拼接型式。

2．2门式刚架抗震设计门式刚架与传统的单层房屋有差距，因为自重相对较轻，采用轻型墙面和屋面。因此《抗规》规定，普通钢厂房的抗震规定对单层轻型的钢厂房不适用。《门规》对此做了如下规定：（1）从设计方面出发，单层轻型门式房屋钢结构的质量较轻，对7度以下抗震烈度设防地区，抗震验算不用进行，当抗震设防烈度大于s度时，结构的纵向和横向框架应该进行相关的抗震验算和分析以便于居住。（2）当由地震控制设计由效应组合作用时，在构造上，采取相应的抗震措施来针对轻型钢结构的特点。比如，按屈服强度的1．2倍来设计支撑连接处的承载力；宜加腋来提高斜梁下翼缘和刚架柱连接点处的承载力，应减小该处翼缘受压区域内的宽厚比；适当的用强度高的螺栓对构件进行加固和连接；把抗剪键设置造柱脚底板，要增强高锚栓的抗剪力和抗拔力应采取必要措施；适当的提高抗拔承载力和抗剪承载力和抗扭矩承载力。（3）低矮是单层轻型门式刚架钢结构房屋的特点（一般不超过18m，高度小于40m），且质量集中在上部，主要的受力形式是剪切受力，近似于单质点体系的结构，符合《抗规》第5．1．2条规定，进行抗震计算分析的方法可用底部剪力法；根据《抗规》第9．2．5条，结构阻尼比取0．045－0．050。应按照附录H．2和《抗规》9．2节来进行抗震设计单层及多层钢结构工业厂房（单层轻型钢结构厂房除外）。

3结语

在对美国UBC规范的地震作用、“建筑工程抗震性态设计通则”和现行抗震规范比较分析的基础上，从抗震设计原则出发，针对刚性连接的梁柱，对于结构，我国采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计理念，按大震验算和小震设计的方法来落实到设计规范上。线弹性和塑性是结构的特点，振型耦合的叠加原理可以来反应地震波动。结构的基础与土层之间无直接相互作用，所以全部支座处的地震波动相同，最大的地震反应是结构的最不利地震反应。

参考文献

［1］渡边邦夫．钢结构设计与施工．北京：中国建筑工业出版社，2006．

［2］王国周，瞿履谦．钢结构—原理与设计—．北京：清华大学出版社，2005．

钢结构设计论文篇2

关键词：卓越工程师；钢结构；教学改革

国家教育部推出卓越工程师教育培养计划（以下简称卓越计划）[1，2]，旨在通过在试点高校及专业实施卓越计划，摸索建立具有中国特色的工程教育模式。卓越计划将面向社会需求培养人才，第一批（2010年）有61所高校入选，第二批（2011年）有133所高校入选，批准462个本科专业或试点班。土木工程专业方面清华大学等21所高校入选见表1，实施卓越计划是高水平大学办学趋势。

钢结构课程作为土木工程专业的重要专业课之一，不仅课程本身在土木工程课程体系中占有重要地位，钢结构特点以及钢结构行业蓬勃发展态势也使其在卓越计划中占有重要地位。

一、钢结构发展前景及人才需求

钢结构体系具有自重轻、抗震性能好、施工周期短、加工制作工业化程度高、造型新颖轻盈、施工噪音低、大部分钢材可回收循环利用、符合可持续发展要求等优点。作为钢铁大国我国已经连续十年钢产量居全世界第一，国家政策也从20世纪50年代节约用钢、20世纪80年代合理用钢转变为21世纪提倡用钢。建设部颁布的《国家建筑钢结构产量“十五”计划和2015年发展规划纲要（草案）》提出，“十五”期间，争取年全国建筑钢结构用钢量达到钢材总产量的3%左右，到2015年争取年全国建筑钢结构用钢量达到钢材总产量的6%左右。如果保守估计2015年钢产量为5亿吨，其6%为3000万吨。总之钢结构行业发展会越来越快，该行业的人才需求量也会越来越大。相比钢结构行业的人才需求，国内培养的钢结构专门人才偏少，质量也不高。要想改变我国钢结构应用落后于发达国家的现状，需要培养具有扎实钢结构理论基础，了解国内外钢结构新进展及新技术，能将所学理论知识灵活应用到钢结构设计、施工等相关工作中，创新意识和创新能力较强的具有卓越工程师潜质的毕业生。

二、钢结构教学现状及存在问题

1.教学现状。从我校情况看，土木系本科生钢结构教学分成钢结构原理（专业必修课32学时，其中2学时用于考试）、钢结构设计（专业限选课24学时，其中2学时用于考试）及钢结构课程设计（1.5周实践教学环节）三个教学环节进行，在第三学年第二学期内完成。基于“高等学校土木工程指导性性专业规范”[3]，三个环节的教学侧重点如下：钢结构原理课程要学习钢结构特点及设计方法、钢材性能及选用、钢构件（包括轴拉构件、实腹和格构式轴压构件、梁、拉弯构件、实腹和格构式压弯构件）的强度、稳定及刚度计算及设计，钢结构焊缝连接（分为对接焊缝和角焊缝）和螺栓连接（分为普通螺栓和高强螺栓）的计算及设计、疲劳计算等内容；学生后续有大跨结构和高层结构选修课，加之课时有限，钢结构设计以门式刚架和重工业厂房设计为主；钢结构课程设计大部分学生做钢屋架设计，少部分学生选做门式刚架设计。

2.存在问题。我校钢结构课时偏少，并且目前对钢结构感兴趣，愿意从事钢结构行业的学生不少，掌握好钢结构设计及施工知识对学生就业也非常有利，但是钢结构课程知识点多而杂，公式多，重点的稳定问题学习难度大，加之学生材力和结力的学习基础不扎实，虽然采用多媒体教学手段，但因课时所限，授课时往往还是无奈停留在学生对构件及连接能够正确验算校核层次，很难引导帮助学生提升到对构件及连接进行优化设计和合理构造处理，乃至具备实际钢结构工程设计能力。同时对国内外钢结构设计规范的比较介绍不够，对钢结构新理论、新材料、新结构、新技术介绍也不足。依据“卓越计划”人才培养的要求，从钢结构的授课内容及授课效果分析，钢结构教学主要存在以下问题：①钢结构原理、钢结构设计、钢结构实践环节课程大纲面向卓越工程师计划的针对性不强；②教学内容对国内外钢结构发展、新理论、新材料、新结构、新技术吸收不及时；③钢结构课程设计和毕业设计的工程实际针对性不强；④未能充分调动学生学习兴趣及热情；⑤未做到因材施教；⑥学生力学基础差对钢结构学习产生畏难心理。

三、钢结构课程改革思路

应用创新人才培养应是以知识学习为载体，着力系统培养学生知识迁移能力及创新能力。分析钢结构教学存在的问题，可以从以下几个方面进行教改尝试[4-6]。

1.教学准备及实施中注重创新能力培养。首先依据“卓越计划”，结合现代钢结构材料、构件、体系及设计方面的最新发展，制定2012级本科专业教学计划和相应课程大纲，并科学划分及衔接本科与研究生的钢结构课程内容。其次按照新修订的《钢结构设计规范》（预计2012出版）编写本科生教材钢结构教材，教材要体现新规范、新理论、新材料、新体系、新技术，力求具有循序渐进、通俗易懂、叙述详细、例题多且贴合实际，便于自学，逻辑清晰等特点。最后将教学模式从讲授式逐步转化为探讨式，精练教学内容同时，采用现代化教学手段提高教学效率，以讨论式学习钢结构重点难点问题，启发学生深入思考及掌握钢结构理论知识及设计方法，引入实际工程设计讨论，培养学生创新思维。

2.激发学习兴趣，力求因材施教。绪论课以钢结构学习动员形式进行。介绍钢结构特点、国内外应用及研究现状、钢结构的前沿课题、钢结构发展前景、钢结构行业状况及国内外重大钢结构工程等。通过钢结构学习动员开阔学生视野，激发学生学习钢结构的兴趣。课间尝试引入上海交大刘西拉教授采用的“带领学生玩搭建结构的游戏”模式[7]，活跃教学气氛，培养学生对课程学习的兴趣。课间及课后组织学生观看钢结构工程录像。教学中采用的华南理工大学王湛老师研发的《钢结构多媒体教学系统》动画及工程录像，很受学生欢迎。所以订购或制作钢构件、紧固件、焊接件、小型钢结构体系及连接的教学模型，并鼓励学生参与到模型制作中，使学生有直觉感官认识的同时，培养动手能力很必要。鼓励并指导学有余力的学生阅读钢结构课外书籍及科研文献，撰写读书报告；鼓励对设计感兴趣的学生利用课余时间学习STS，3D3S，MST，ETABS等钢结构设计软件，为做毕业设计及适应毕业后从事钢结构设计工作做准备；鼓励对科研感兴趣的学生参与任课老师的科研课题，进行钢结构方面的研究或试验工作。

3.加强实际工程训练。积极与钢结构设计、施工及研究单位建立合作关系，联系校外实习基地。毕业设计环节及假期让部分学生到校外实习基地参与实际钢结构工程的设计或施工。钢结构课程设计和毕业设计题目逐步改进为实际工程设计题目。

4.与其他课任课老师沟通。与前续课程材料力学、结构力学等的任课老师进行交流沟通，帮助和要求学生在力学课学习阶段对钢结构所需的力学知识点扎实掌握，尽量减少学生由此产生的对钢结构学习的困难，有利于节省用于复习力学知识点的钢结构课上学时；与后续课大跨结构、高层结构、结构抗震设计等课程的任课老师沟通，保证学生钢结构知识的系统性；与认识实习和生产实习老师沟通协商，认识实习协助安排所有学生到钢结构工地参观学习，生产实习安排部分学生到钢结构校外实习基地实习。

我国要从钢铁大国转变为钢铁强国及至钢结构强国，培养出一大批高素质应用创新型钢结构专门人才是当务之急。以实施卓越计划为契机，修订钢结构系列课程教学大纲，编写实用型现代钢结构教材，精练教学内容，采用现代化教学手段及多种教学方法想方设法调动学生学习钢结构热情和创新意识，吸引优秀学生到钢结构产业中去，利用校企联合培养方式即钢结构实习基地培养学生钢结构实践能力，培养出卓越计划要求的未来卓越工程师的后备军。

参考文献：

[1]教育部.卓越工程师教育培养计划[Z].2010-06.

[2]教育部.教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].2011-01.

[3]高等学校土木工程指导委员会.高等学校土木工程指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]郭小农，罗永锋，蒋首超，王伟.钢结构稳定研究[J].高等建筑教育，2011，（12）：46-48.

钢结构设计论文篇3

关键词：钢结构设计课程教学教学改革

中国钢结构产业通过近几年的飞速发展，已成为钢结构大国。2016年两会期间，政府的工作报告中明确提出了要积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑。钢结构特点是抗震性能好、绿色环保、便于机械加工、便于装配，“十二五”期间，在住宅和中小跨度桥梁结构中，钢结构用钢量占钢产量的比例不到1%，远低于欧美发达国家的水平。所以，钢结构产业在我国发展的空间巨大。为满足钢结构产业发展，需要培养更多的钢结构专业人才。

一、钢结构教学面临的主要问题

1.教学学时不足。

近几年，随着钢结构工程规模的不断扩大、结构形式在不断创新，例如现在工程上应用比较多的索膜结构，对钢结构的教学内容提出了更高的要求，专业教学改革的方向是要进一步缩减理论课程教学学时。

2.教学内容难度增加。

钢结构工程引入新技术、新材料后变得越来越复杂。要学好这门课程，对学生的专业基础知识的要求提高了，例如结构的抗风抗震设计，需要结构动力学的知识，但现在专业基础理论课的课时一直在压缩，教学内容减少，学生的基础明显不佳。

3.学生对钢结构陌生、学习兴趣低。

学生普遍反映钢结构难学，主要原因是对钢结构陌生，在日常生活中，即使看到一个钢结构建筑，也难见到钢结构实体，尤其是钢结构节点构造，因大部分情况下钢结构都是外包装修的，不像钢筋混凝土结构，天天能接触，很熟悉。这降低了学生对钢结构的学习兴趣。

4.实践机会少，动手能力差。

因为钢结构建筑少，学生在整个实习过程中能够接触到钢结构工程的机会更少，不能把理论知识与工程实践有效结合起来，出现了学生能做课本上的习题，但和实际工程相结合后就没有头绪的现象，不能解决实际工程问题。

二、教学改革的主要内容

1.教学内容。

《钢结构设计》是土木工程专业建筑工程方向的学生学完《钢结构基本原理》课程后，对钢结构更深层次学习的课程，有些高校是以选修课的形式开设这门课程。教学内容主要包括钢屋盖结构设计、单层工业厂房结构设计、多高层钢框架结构设计、大跨度结构设计。教学过程中要注重以《钢结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》、《高层民用建筑钢结构技术规程》和《空间网格结构技术规程》为指导，重点讲解各类结构设计理论和计算方法的概念，解释规范条文，以及如何应用，具体的计算过程由学生自学。

2.加强与其他课程的联系。

《钢结构设计》与其他设计类课程有相近的地方，也有独自的特性。例如《混凝土结构设计》中也有单层厂房结构设计，其中结构体系、结构布置、结构组成和荷载传递方面的内容与《钢结构设计》相近，现在工业厂房中的吊车梁基本采用钢结构，吊车梁设计这部分内容安排到《钢结构设计》这门课程中重点讲解。另外，钢结构设计的特点就是稳定验算，包括整体稳定和局部稳定，这是钢结构学习的重点也是难点。同时要引导学生比较钢结构与混凝土结构的优缺点，通过对比加深对钢结构的认识。

3.理论与工程相结合。

在每种结构类型中引入一个案例，以工程实际为依托，介绍相应的钢结构设计软件与操作方法和施工图表达方式，通过实际工程的施工图教学生如何识图。钢屋盖结构、厂房结构和框架结构介绍PKPM软件，钢管结构介绍3D3S软件，网架结构介绍SFCAD软件。把实际工程引入课程后，不但丰富了教学内容，更指导学生如何把理论知识与工程应用联系起来，提高了学生对钢结构的学习兴趣。

4.课程设计。

课程设计是《钢结构设计》课程的一个关键环节，也是理论联系实际的一个重要途径，设计题目采用传统的钢屋架设计，但设计要求做了调整，提高了学生对软件操作的要求。例如计算书采用手算和电算相结合的方式，内力计算采用电算，杆件截面和节点的设计与验算采用手算，施工图采用软件绘制。教师在整个课程设计过程中要做好指导工作，培养学生发现问题、剖析问题和处理问题的能力。

5.课程考核。

一般本科院校土木工程专业主要是培养具有良好基础理论和系统专业知识，实践能力强，并有创新意识的应用型人才。对于《钢结构设计》这类实践性很强的课程，沿用传统的考试方式进行考核已经不适用，应采用考评的方式评价学生的学习效果。学生的课程成绩包括平时成绩和期末成绩，各占50%。平时成绩主要根据学生出勤、作业、回答问题和参与讨论的情况确定；期末成绩以大作业的形式考核，大作业是常规的设计题目，每位同学的数据不一样，例如跨度、檐口高度、柱距、吊车吨位等参数不全相同，最后抽20%的学生进行软件操作考核。采用这种考核方式，既能提高学生对课程的重视程度，又能注重平时知识的积累。

笔者近几年从以上几个方面对钢结构教学进行了初期的探讨与实践，发现学生学习钢结构的积极性明显提高，渴望获得专业知识和技能的意识明显增强，达到了良好的教学效果。

三、结语

钢结构设计论文篇4

关键词：钢结构；教学质量；土木工程

中图分类号：G6423文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03006503钢结构设计原理是土木工程专业必修的专业基础课程，旨在讲解钢结构连接和基本构件的设计理论，是钢结构设计课程的前期课程。该课程是土木工程专业学生较早接触的专业课程，具有内容丰富，理论和实践性较强，课程难度较大等特点[1-2]。随着近十几年来我国钢结构应用的日益广泛和相关研究的深入，该课程内容不断扩充和更新，理论不断丰富和完善。因此，如何培养学生理论联系实际，逐步学会运用相关规范，具备扎实的理论和结构设计能力，为后续课程和今后工作打下良好基础是本课程的任务。为了提高该课程的教学质量，中国矿业大学自2008年本科教学大纲修订以来，对钢结构设计原理课程的教学方面做了一些改革尝试，在帮助学生掌握钢结构设计原理和方法方面取得较好的效果[3]。通过教学团队的多年努力，该课程目前已成为江苏省精品课程。文章将重点介绍教学团队在认识实习、工程案例引入、辅助教学手段、网络教学、课程设计和考核方式等方面进行的教学改革与探索，供同行切磋和参考。

一、组织认识实习，增强感性认识

中国矿业大学的钢结构设计原理课程在大三上学期与混凝土结构设计原理课程同步开设。为增强学生对钢结构和钢筋混凝土施工和设计的感性认识，学校在大二下学期暑假安排了三周的认识实习。钢结构实习主要参观已建典型钢结构建筑、钢结构施工现场和钢结构加工企业。2015年暑假认识实习期间，学生参观了徐州音乐馆、徐州奥体中心、徐州高铁站、西安曲江国际会展中心、中国矿业大学在建体育馆和徐州中煤钢结构建设有限公司，初步了解了钢结构大跨网架和桁架、装配式钢结构厂房和住宅、预应力钢结构以及煤矿钢结构皮带走廊等结构的结构组成、传力机理和施工工艺，目睹了钢结构焊接H型钢的施工流程，熟悉了气体保护焊和埋弧焊等不同施焊方式的区别和特点。在实习期间，指导教师和现场技术人员有意识地针对将来钢结构课程涉及的授课内容进行点拨和提问，并介绍目前钢结构的新工艺和新技术，增强了学生的学习兴趣和感性认识，使学生对钢结构的原理和施工理解更为透彻，便于后期的课堂教学。

二、引入工程案例，丰富课堂内容

实际工程是钢结构设计原理课程的最佳教学资源，将国内外钢结构的代表性工程引入课堂实施案例教学，不仅可丰富教学内容，还可做到理论联系实际，使书本中枯燥的理论变得生动形象。工程案例根据教学目的可分为课堂引导案例、课堂讨论案例和课外思考案例。因此，将工程案例引入教学，需要根据教学内容、教学目的和教学进度而进行素材的合理编排和加工处理，使之符合课堂教学规律与特点。在教学过程中，工程案例可围绕一个或几个实际工程问题展开描述、分析与讨论，用以提高学生分析问题和解决问题的能力。课程还可利用课程网络平台共享国内外著名钢结构施工的纪录片和国内外钢结构倒塌事故的图片和调查，丰富了学生课内外内容。实践表明，采用案例式教学不仅拓展了教学内容，还活跃了课堂学习气氛，有利于学生将理论知识融入工程实践，培养学生的实践和创造能力。

三、利用实体模型、有限元仿真和科研活动辅助教学

在钢结构设计原理课程的授课过程中，学生较多反映对钢结构构件失稳形态、构造措施等缺乏直观认识，例如：学生对压弯构件在平面内和平面外失稳形态理解较为困难。为解决课程概念抽象问题，教学团队通过制作钢结构实体模型、有限元仿真和参与科研项目等多手段加强教学内容的形象性。教学团队利用学生科研训练等实践环节制作一些钢结构塑料模型（如钢结构梁柱不同形式连接节点），也可以加工试验一些小比例钢结构模型试验（图1给出了方钢管和格构式短柱轴向压力作用的失稳形态）。同时利用有限元软件模拟具有形象逼真，全方位动态显示等优势，教学团队可采用有限元软件ANSYS等模拟钢结构杆件的整体和局部失稳形态，提供命令流和说明书给学生课后练习，让学生尝试改变相关参数对模拟结果的影响（图2给出了钢柱和钢梁在反复荷载作用下的失稳形态数值图）。而科研项目具有一定的前沿性，学生在新工艺和新技术方面的求知欲很强，让学生参与一些科研项目也可很好地激发学生学习热情，增强理解深度。笔者曾让部分学生参与了屈曲约束钢板的抗震试验研究，让学生结合钢梁局部失稳理论思考屈曲约束的原理和作用。通过形象化教学大大提高了学生学习兴趣，激发了学生的求知欲，达到了培养学生科研能力、实践能力和创新能力的教学目标。

图1钢短柱的失稳形态实验图

图2钢构件的失稳模拟图四、采用先进网络技术方便课余学习

现代多媒体技术在丰富课堂教学内容的同时，也会因课堂信息量大而导致学生难以快速理解消化的问题。为方便学生课余时间对教学内容的学习，教学团队充分利用学校现有资源建立了课程学习网站，录制了课程教学视频。学生随时可以通过电脑和手机进行网络学习，了解课程教学大纲、学习指南、教学课件、教学参考书目和授课内容。另外，教师通过课程微信群和QQ群随时进行网络答疑，教学新信息，有利于加深师生间的互动，动态了解学生的课堂掌握程度。实践表明，网络辅助教学和答疑的形式因活泼便捷而深受学生喜欢，切合了学生学习心理，在教学中和学生课外学习中发挥着极其重要的作用，极大地拓展和延伸了学生的课程学习时间和空间。

五、利用课程设计巩固提升知识点

为巩固和提升学生所学知识点，钢结构设计原理课程设置了课程设计环节。课程设计可以采取和课程教学同步交叉进行的方式，即课程教学完成到哪个知识点及要求完成相应知识点的课程设计，也可以采取课程教学完成后集中时间课程设计的方式。中国矿业大学钢结构设计原理课程实践环节要求学生灵活运用所学专业知识，结合现行钢结构设计规范完成钢结构平台的设计。该钢结构平台主要由梁、柱、支撑、平台铺板等构件组成，主梁和柱、主梁和次梁以及柱与基础都采用铰接形式[4]。为区别后期钢结构设计课程，该课程设计重点考察学生对荷载传递、平台梁、实腹式、格构式平台柱和连接设计等知识点的掌握程度，采用简单的结构形式避免了复杂的结构内力计算。课程设计通过变化跨度和荷载等方式实现一人一题，要求学生独立完成计算书和绘制施工图纸，杜绝抄袭现象。课程设计环节关于钢结构平台结构设计方法为自学内容，鼓励学生在课程设计环节加强自主学习，解决设计环节出现的新问题，培养学生解决分析实际问题的能力。从近几届学生提交的课程设计成果可以发现该课程设计对学生全面掌握钢结构设计原理的知识起到很好的作用，培养了学生的自学能力和独立解决问题能力，对学生将来的毕业设计起到了“练兵”作用。

六、采用合理的考核方式

钢结构设计原理课程中公式和图表繁多，如果单一地采用闭卷考试，学生记忆公式和图表的工作量太大，也会导致一些与实际工程设计关系密切的知识点无法考察。因此，该课程采用闭卷+开卷相结合的方式，闭卷部分重点考察基本理论的理解，而开卷部分重点考察知识点的灵活运用。中国矿业大学钢结构设计原理课程近年来考试题型吸取了全国勘察设计注册结构工程师考试的经验，部分采用计算选择题的方式。计算选择题由于命题灵活综合，避免了现在学生对教材例题的简单套用和生吞活剥，考察学生独立解决分析问题的能力，使平时注重过程学习的学生脱颖而出。在命题和阅卷方面上教学团队坚持多位任课教师综合命题，流水阅卷。最终成绩通过多项成绩综合评定，将平时作业成绩、小测验成绩、试验报告与考核成绩等加权平均计算综合成绩，兼顾过程考核和期终考核。实践证明，学生通过多方面、多形式的平时训练和考试磨练，充分认识到了该课程在实际中的重要性，大大加强了学习主动性，其综合素质得到明显提升。

七、结语

钢结构设计原理是一门理论性和实践性并重的土木工程专业基础课程。提高教学质量的关键在于将理论知识和工程实践紧密结合，采用多种教学手段和考核方式，调动学生的学习积极性，从而使学生真正掌握钢结构构件的设计方法和原理，为学生后续课程学习以及毕业后成为一名合格的工程师打下坚实的基础。教学团队多年来积极认真探索和实践多样化的教学方法，切实提高了学生认识和解决工程问题的能力。从学生就业和用人单位的反馈意见来看，本专业毕业生在建筑领域能力较强，得到了社会认可和有关专家的好评。

参考文献：

[1]李昆.基于实践能力培养的“钢结构设计”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2011（6）：122-123.

[2]曾祥蓉，陈进，王平，等.提高混凝土结构设计原理课程教学质量的实践与探索[J].高等建筑教育，2013，22（3）：109-111.

[3]贾福萍，吕恒林，夏军武，等.土木工程专业方向课程教学研究与改革[J].高等建筑教育，2010，19（2）：63-65.

[4]夏军武，贾福萍，龙帮云，等.结构设计原理[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

钢结构设计论文篇5

[关键词]钢结构;钢材;普通碳素钢;结构钢

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.

[2]低合金高强度结构钢—GB1597-94.

钢结构设计论文篇6

福州瑞联钢有限公司30万吨冷板工程1#厂房位于马尾连104国道西北测，厂房长度234m，跨度为21+21m，建筑面积1万m2。吊车轨顶标高为10.0m。见图1，柱脚采用刚接，采用门式刚架结构，主刚架采用热轧H型钢，Q345B级。屋面坡度采用1/10。计算软件采用钢结构STS软件。至今该工程已竣工投产近一年。

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）

[2]钢结构设计规范GB50017-2003