钢结构设计论文范文

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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。

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1、引言

由于国家政策、钢材生产、构件制作、设计研发、标准规范修订等方面的有利因素，近几年我国的建筑钢结构进入了一个全新的发展时期。新材料、新部品、新结构体系不断出现，钢结构设计研发、制作安装能力日益强大，建筑钢结构向多样性、适用性、经济性方向发展。

建筑钢结构的经济性能一直是大家最为关注的一个问题。如何控制工程造价，充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势，工程设计阶段是关键阶段。据权威资料统计分析，在初步设计阶段，影响工程造价的可能性为75%-95%；在技术设计阶段，影响工程造价的可能性为35%-75%；在施工图设计阶段，影响工程造价的可能性为5%-35%。因此设计质量的好坏、设计是否优化对工程造价将产生直接的影响。下面以门式刚架轻钢结构厂房和多、高层钢结构建筑的设计为例，在材料选用、结构体系等方面进行简要分析，探讨在设计阶段控制工程造价，提高建筑经济性能的可行性。

2、材料选用方面工程造价控制

由于我国钢产量已经突破两亿吨，钢材品种更趋于多样化。各种新型建材，如轻质保温墙板、彩涂压型钢板、楼承板等不断开发出来并推广应用。建筑钢结构在设计阶段材料的选择上有了更大的空间。材料选择不同，工程直接费不同，总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。试举例如下：

（1）彩涂钢板：彩涂钢板一般用于轻钢厂房屋面板和墙面板，有不同板型、不同基板厚度和钢号、不同镀锌板类别和镀锌层厚度以及不同的彩涂层类别，在形式上又可选用单板、保温复合板、单板加内保温层等，其中保温层又有超细玻璃丝棉、硬质岩棉、聚苯乙烯等类别及厚度的不同，这些不同都造成单方材料价格的差异，从而影响厂房工程总造价。所以设计时要根据厂房性质、大气环境等因素综合考虑，合理选用板材，控制工程造价。

（2）多、高层住宅钢结构体系的墙体材料：墙体材料造价一般占土建工程造价的15%-25%。对于多、高层住宅钢结构体系来说，选用配套、经济、节能的墙体材料至关重要。目前，设计选用的外墙材料主要有水泥保温外墙板、轻质加气混凝土砌块、NALC板等；内墙材料主要有改性石膏板、GRC内墙板、水泥保温复合板等。莱钢集团自主研发的LCC-A系列、LCC-B系列和LCC-C系列轻质保温复合墙板也已应用于在建钢结构节能住宅工程中，逐步使钢结构住宅体系走向标准化、定型化和工业化，为降低综合造价创造了基础条件。

（3）多、高层钢结构建筑楼（屋）面的楼承板：设计时，根据在楼（屋）盖结构体系中的作用，楼承板可采用两种形式，即①楼承板只作为永久性模板，一般采用普通镀锌压型钢板即可，对最小镀锌量和耐火时间要求较低，价格较便宜；②施工时作为模板，在使用阶段则替代受拉钢筋，即组合楼板。由于在设计中考虑楼承板作为受拉筋，其使用寿命必须与主钢结构的使用寿命保持一致，所以对其最小镀锌量和耐火时间要求较高，单方价格相对较高。

（4）钢材规格及材质：由于钢材品种的增多，结构设计时可选择的构件形式也多了。比如框架柱，可采用热轧H型钢、焊接H型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式，钢梁可采用等截面、变截面等形式。材质可采用Q235普碳钢，也可采用Q345低合金钢。设计时应尽可能采用高强度等级的材料，比如采用Q345钢比采用Q235钢就可节约钢材15%-25%，用于受拉或受弯构件节约比例较大。设计时要选用经济截面型材，比如热轧H型钢、T型钢等。在某些情况下，采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。

3、结构体系方面工程造价控制

不同的结构体系和平、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求，确定合理的平、立面布置和结构体系，才能有效控制工程造价，做到经济适用。列举如下：

（1）根据有关资料测算分析，对于多层建筑，不同层数对土建工程造价的影响为10%-25%；不同层高对土建工程造价的影响为1.5%-12%。

（2）门式刚架轻钢结构厂房设计，同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下，尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下，门式刚架的最优间距为6m-9m，当设有大吨位吊车时，经济柱距一般为7m-9m,不宜超过9m，超过9m时，屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加，造价并不经济。下表（表3.3）是按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:98）进行设计的厂房主钢用钢量，通过横向、纵向比较，可以看出各影响因素在设计阶段合理确定的意义。设计荷载取值：恒载0.3KN/m2、活载0.5KN/m2、基本风压0.55KN/m2、不考虑吊车及悬挂荷载。

柱距7.5m

檐高6.0m

用钢量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用钢量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用钢量

（kg/m2）

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

1×18.0m

7.20

8.72

2×18.0m

7.16

8.92

3×18.0m

7.38

8.95

1×21.0m

8.41

9.90

2×21.0m

8.45

10.28

3×21.0m

8.43

10.12

1×24.0m

9.22

11.43

2×24.0m

9.68

11.75

3×24.0m

9.29

11.36

1×27.0m

10.54

12.72

2×27.0m

10.86

13.12

3×27.0m

10.35

12.96

1×30.0m

11.57

13.95

2×30.0m

11.92

14.53

3×30.0m

11.35

13.54

1×33.0m

12.86

15.10

2×33.0m

13.21

16.58

3×33.0m

12.46

15.61

（3）在多、高层钢结构中，楼板结构体系的工程量占有较大比重，对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时，主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度，能减轻结构的自重及减小结构层的高度，有利于现场安装方便及快速施工，还要有较好的防火、隔音性能，并便于管线的敷设。常用楼板做法有：压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时，考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁，能有效降低钢梁高度，较多地节约钢材。

（4）在高层钢结构中，框架柱采用圆形钢管混凝土柱，梁、板采用钢-砼组合结构，总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小，能有效降低工程造价。

4、结束语

钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。设计阶段技术创新、选材配套、设计优化是控制造价、促进建筑钢结构走向产业化的关键阶段。为此，强调以下几点：

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2深化设计内容及方法

2.1空间坐标及平面定位

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

2.2节点设计及优化

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

2.3参数化节点建模

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

2.4图纸设计

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

2.5材料排版

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

2.6数字化信息技术

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

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

(二)学生识图和制图能力较差

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

(三)学生的创新意识不够

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

二、钢结构课程设计教学改革的构想与实践

(一)精选设计题目，分组设计，一人一题

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

(二)改革钢结构课程设计的教学方法

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

(三)建立钢结构课程设计的网络教学平台

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

(四)增设教学实习环节，提高教学效果

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

(五)改革课程设计的考核方式

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

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2不等高梁与柱的刚性连接

不等高梁与柱刚性连接时，如图2所示，当两端梁的高差不大于150mm，根据《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》规定，截面高度度较小一侧的钢梁，其与柱的连接牛腿应按1:3进行放坡，并在转折处设置加劲板。当两端梁的高差大于150mm时，如图3所示，对应于每个梁翼缘的位置，均应设置水平加劲板。截面高度较小一侧的梁还应在牛腿腹板下方设置竖直加劲板。

3梁上起柱

根据结构需要，钢桁架的部分钢柱需在主梁上生根，也就是所谓的梁上起柱。这种节点在深化设计之前应先建立三维模型或进行桁架放样，以便确立钢柱的准确定位。钢柱的柱脚应做靴梁，将柱脚应力均匀扩散至钢梁上翼缘。钢梁上对应钢柱靴梁的位置处也应设置加劲板，使力的传递均匀扩散。

4三维建模在深化设计阶段的应用

本工程由于建筑造型复杂，其结构杆件大多高低起伏，各连接节点均为三个方向连接构件且角度不一。因此，在钢结构部分深化设计的同时，应根据施工图首先建立三维模型。模型中，应将各构件及连接节点按照1:1的比例输入模型。待模型建立完毕后，整个工程的结构杆件便全部呈现于模型当中。三维模型除了能直观的反映各构件之间的连接关系外，还能校核深化设计的准确性。若节点设计出现问题，能立刻从模型中反映出来，避免了传统的二维放样出现错误只能在构件现场安装时才发现的失误，从而大大提高了深化设计的准确性。

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1 引言

钢结构由于其高强度和良好的抗震性在建筑中得到了越来越广泛的应用，钢结构不仅能够节省空间，而且还能降低工程成本，但是稳定性是钢结构的一个突出问题。钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，是目前亟待解决的首要问题。

2 钢结构设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

（1）结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求

目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

（2）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致

目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

（3）设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。

3 钢结构稳定设计的主要特点

（1）失稳和整体刚度： 现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体稳定。稳定分析必须从整体着眼。

（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视。首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响；其次，普遍用于应力问题的迭加原理，在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足材料变形服从虎克定律，应力和应变成正比，结构的变形很小等两个条件为前提。

而弹性稳定计算一般均不能满足结构变形很小的条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。

了解了在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系的不断发展，我们对稳定问题的研究要求也必须不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，这也是目前钢结构稳定研究中存在的问题。

4 钢结构主要构件设计

（1）柱

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

（2）楼盖

在多层轻钢房屋中，楼盖结构的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外，更主要的作用是 保证与抗侧力结构的空间协调作用；另外从抗震角度来看，还应采用相应的技术和构造措施减轻楼板自重。常用的楼盖结构有：压型钢板-现浇混凝土组合楼板，现浇钢筋混凝土板以及钢-混凝土叠合板， 而以第一种最为常用。目前，在多层轻钢房屋整体分析时，还普遍不考虑楼盖与钢梁的组合作用，即使设置抗剪键，也偏保守地假设钢结构承受全部荷载，这样不仅增加材料用量和结构自重，反而会造成强 梁弱柱的不利情况。有一6层算例，考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。 算例表明，考虑组合作用后主梁的刚度大大增加，使得梁的挠度和地震作用下柱顶的侧移大为减少，此考虑组合作用应予关注。为使楼层高度减到最小，提供更大的空间，组合扁梁楼盖也成为一种趋势。

（3）支撑体系

支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种，前者耐震能力较差，后者在强震作用下具有良好的吸能 耗能性能，而且为门窗洞的布置提供了有利条件，目前国内用的还很少，建议在高烈度区首选偏交支撑。常用的EBF偏交支撑形式此所示。剪切型耗能梁段，加劲肋按以下公式设计：a=29tw-d/5，（γp=±0.09rad）（1）a=38tw-d/5，（γp=±0.06rad）（2）a=56tw-d/5，（γp=±0.03rad）（3）式中，a―加劲肋间距，d―梁高，tw―腹板厚度，γp―塑性转角；弯曲型耗能梁段还需在 梁段端点外1.5bf处加设加劲肋。

（4）节点抗震计

框架梁柱节点一般采用两种连接方法，根据“常用设计法”，即翼缘连接承受全部弯矩，梁腹板只承受全部剪力的假定进行设计。震害表明，这种设计不能有效满足"强节点弱杆件"的抗震要求，在高烈度区隐患很大。改进框架节点设计，在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或者将梁端上下翼缘局部加宽盖板面积或加大的翼缘截面面积主要由大震下的验算公式确定：式中：为基于极限强度最小值的节点连接最大受弯承载力，全部由局部加大后的翼缘连接承担；为梁件的全塑性受弯承载力；为基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力，仅由腹板的连接承担；为梁的净跨；为梁在重力荷载代表值作用下按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。

5 结语

篇7

工程概况该广告牌位于某火车站站前广场东西两侧花坛内,花坛宽为3m,其一侧为混凝土浇筑的广场,另一侧为素混凝土路面。根据现场钻探资料,工程场地的土层自上而下分为三层摘要:表层为填土(Qm1),层厚为2.5～2.7m,含碎砖块、块石及有机质等,其静力触探比贯入阻力PS=0.83～3.65MPa,承载力fk=60～80kPa,压缩模量ES=3.0～3.5MPa,该层填土土质松软,结构松散,软硬不均,强度低,未经处理不宜作建筑物的基础持力层;第二层为粉质粘土(Qm1+p1),层厚为0.3～2.0m,含少量的氧化铁,其静力触探比贯入阻力PS=0.83～1.85MPa,承载力fk=90～150kPa,压缩模量ES=4.5～6.8MPa;第三层为粘土(Qm1+p1),位于离地面4m以下,该层未钻穿,土质呈硬塑状态,含大量的氧化铁及铁锰结核,其静力触探比贯入阻力PS=3.48～5.10MPa,承载力fk=250～360kPa,压缩模量ES=10.5～15.0MPa,该层粘土分布面广,厚度大,强度高,是良好的基础持力层。工程场地内的地下水类型主要为埋藏于表层填土中的上层滞水,地下水主要受大气降水及地表水入渗补给,水位、水量均受气候变化影响。

网易设计要求该广告牌由18m高的独立钢柱离地面12m后撑起6×18m的矩形钢结构广告灯箱。该地区基本风压为w=0.3kN/m2,地震设防裂度为7度。

广告牌结构设计

网易结构型式的选择独立钢柱大型钢结构广告牌的主体结构,目前常采用的形式有两种摘要:一种为T型,其主骨架由一根独立钢柱和上部一根横向主梁呈T型焊接而成,该体系主体结构受力明确,计算简单,由立柱顶上焊接一根横梁形成固结于地基上的T形刚架结构体系,广告灯箱面板通过各挂件及斜撑和T形刚架结构相连。另一种为桁架式,其主骨架由一根独立钢柱和上部几道相互平行的横向主梁焊接而成,主梁之间由水平及斜向支撑连接,形成空间桁架体系,广告灯箱直接挂靠在主骨架上。

网易经过比选,该广告牌结构型式采用桁架式。其理由是摘要:第一,广告牌结构的控制设计荷载是风载,风压直接功能在面板上,再由面板传至骨架,此时,在不同高程上的几道主梁可把风载较均匀地传至立柱,因而可减小主梁和立柱连接处的应力集中;其次,平行式桁架结构主梁采用槽钢,使结构外形平整,便于广告面板挂靠,并可加强面板和主骨架的连接,从而减小了面板的变形,以确保广告面的感观效果;第三,平行式桁架结构,可在每道主梁高程设置内检修梯,这样给结构的维护、检修及挂、卸广告布带来了极大的方便,且保证了操作人员的人身平安;除此之外,平行式桁架结构,形式简洁、美观,受力明确,节点构造简单,施工方便,从而能保证施工质量。

网易结构布置本工程采用独立钢结构圆柱,通过节点板在三个不同高程搭焊三道横向主梁,主梁之间设置横隔梁和斜向支撑,形成空间桁架受力体系,主、横梁间距主要考虑广告面板骨架网格的布置,并使面板骨架节点和主骨架节点相一致,以加强面板和主骨架的连接。广告牌面板的自身骨架挂焊在主体结构上,形成整体上部结构。主梁选用槽钢,其他构件均选用角钢,型号按构件的强度和变形条件选取。钢立柱截面的选取,除考虑其强度及稳定性外,还要综合考虑广告牌整体尺寸协调及美观等方面的因素。

结构分析

网易荷载和荷载组合结构承受的主要荷载有摘要:1)自重;2)风荷载;3)温度荷载;4)检修活载;5)地震荷载。

网易荷载组合有三类摘要:1)基本组合;2)非凡组合;3)施工吊装。

网易应力分析由于钢立柱为压弯构件,其承载力取决于柱的长细比、支承条件、截面尺寸以及功能于柱上的荷载等,计算表明,钢立柱的承载力一般由稳定控制。上部结构的主梁可简化为刚结或铰结在钢立柱上的悬臂结构,主梁之间由横梁及斜撑铰结形成空间平行组合桁架。内力计算采用有限元程序在计算机上完成。根据钢结构设计理论,对接焊缝在截面不减小的情况下,其强度可达到母材的强度,因而无需验算焊缝应力,但应严格检查焊缝质量及饱满度。上部桁架杆件间的连接主要是角焊缝焊缝承受杆件间的应力传递,其受力大小已由上部结构计算得出,对广告牌之类结构,上部结构杆件受力一般不大,为施焊方便,可用围焊,并统一取焊脚尺寸为hf=10mm,可满足规范要求;但对广告牌面板骨架和主骨架挂点处焊接须逐一核算。

变位控制

网易广告牌立柱高18m,在水平风载功能下会产生顺风向水平位移,上部结构为悬臂桁架,在风载及自重功能下,悬臂端部也会产生相应的变位,假如这些变位过大,将直接影响到广告牌的使用及感观效果,重要的是,这些变位还将引起附加内力,增大结构内部的应力,降低结构的平安性,为此,在广告牌设计中应严格限制变位。根据《钢结构设计规范》(GBJ17%26amp;#0;88)的规定,广告牌水平向设计变位应控制在10mm以内为宜。

基础工程设计

网易基础型式及布置作为该类型广告牌的基础型式主要有两种摘要:一种是平衡重力式,即上部荷载主要由大体积基础重力来平衡,开挖方量大,混凝土用量也较多,但施工简单,节省钢材,适宜在土质松软且有开阔的施工场地时利用。另一种为桩基式,其中又以扩孔桩为主,该类基础可在施工场地受限的情况下采用,其优点是基础施工场面很小,混凝土用量仅为平衡重力式基础的三分之一左右,但施工难度略有增大。

网易由于本广告牌建在某火车站站前广场两侧花坛内,花坛宽仅3m,若放坡开挖基坑,势必破坏两侧的广场混凝土地坪和水泥混凝土路面,其修复工程造价可观,还可能破坏地下埋管,经综合比较,选用了人工挖孔扩底桩基础,使基坑开挖只限在花坛内进行。为了减小孔壁支护的困难,基础上部4m深范围内(表层填土和第二层粉质粘土)不扩孔,采用直径为1.5m的圆孔;从4m深以下(第三层粘土)开始扩孔,以增大基底的受荷面积,来满足地基承载力要求。基底采用方形,尺寸为3×3m,总孔深为6m,基础底下设置十字正交齿墙,以增强基础的抗扭和抗剪切能力。桩基础结构计算在桩基础结构计算中,采用C法和m法两种计算方法。结果表明,两种方法计算结果比较一致,桩身最大弯矩出现在距地面62mm(m法为82mm)处,桩顶最大水平位移为4.86mm(m法为4.78mm)。桩身材料强度和配筋计算,按一般钢筋混凝土结构的偏心受压构件进行。基础设计须考虑轴力、弯矩、扭矩等不同组合的功能,以保证基础本身的强度、刚度及地基的承载力和抗剪强度均满足规范要求。

施工工艺

网易基础工程根据现场地形、地质条件,本基础采用人工挖孔扩底桩,基础底面置于第三层粘土中。基坑开挖时,采用孔壁支护和排水办法,以确保桩孔成形和施工人员的人身平安。基坑开挖完成并经验槽后,马上铺设100mm厚碎石垫层,吊放钢筋骨架,并及时浇筑基础混凝土,预埋锚固螺栓,铺设基础顶部钢筋加强网,在浇至设计标高时,其顶面需用20mm厚1摘要:3水泥砂浆找平,然后加盖螺栓定位及垫座钢板。待基础混凝土养护到规定龄期,需对预埋螺栓进行抗拔试验,以确认螺栓的抗拔承载力是否满足设计要求。钢结构工程所有钢结构构件的连接均采用焊接,上部结构均采用工厂化生产。钢柱用钢板在工厂卷焊而成,上部桁架结构可在工厂拼焊;当梁柱主骨架焊接完成,形成整体上部结构时,应做适当的加载试验,以验证焊缝的质量和主骨架的强度;广告牌面板骨架和镀锌铁皮面板拼接好后,可在地面直接挂焊到主骨架上,以便校正面板表面的不平整度,控制上部结构整体外观效果。吊装定位广告牌的立柱和上部结构在工厂制成后,运往现场进行整体对接。在地面形成的整体广告牌,可用两台吊车从顶、底两个吊位进行整体起吊安装,在广告吊装就位后,用两台经纬仪从相互垂直的两个方向进行纠斜、定位。每个方向的垂直度宜控制在h/2000(h为广告牌高度)以内,且小于20mm。螺栓定位紧固后,宜在适当时机,浇筑素混凝土密封,以防螺栓外露锈蚀。本文提及的广告牌建成后,经过数次台风考验,其垂直度和变位均满足规定要求,而其总造价比同类广告牌节省了20%,现已投入商业使用。

结束语

篇8

随着我国钢结构建筑的迅速发展，轻钢结构的发展也是如火如荼，特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。其特点有：其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高，在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构，本文拟就轻钢结构的优点、材料选择和设计中的注意点、在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用，就钢结构工业厂房在设计中的几个问题作简单阐述。

一、轻钢结构及其适用范围

所谓轻钢结构通常是指由下列钢材所构成的结构：①冷弯薄壁型钢结构；②热轧轻型钢结构；③焊接或高频焊接轻型钢结构；④轻型钢管结构；⑤板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。

1. 适用范围

根据我国目前情况来看，这种结构由于其用度广、优势明显，已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。对单层工业厂房而言，通常以H型钢，采用焊接连接作为梁柱，以C形或Z形轻钢板作檩条，屋盖系统或楼面系统用压型彩色钢板作面层，上面可浇混凝土，压型钢板既可作为钢筋，必要时也可以再配钢筋。墙面围护也可采用单层或夹层压型钢板，夹层板内部可充填各种保温层。

2. 主要优点

⑴施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需2个月左右。

⑵综合经济效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，美观华丽，改善了周边环境的动态感；因为建筑物本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔章等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面，经两除两烘加工而成，耐久性也较好，根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它赖以竞争的一大优势。

⑶抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。唐山地震的惨痛教训应予记起。目前，天津市已正式启动轻钢结构住宅。

⑷宜于拆卸搬迁：一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。

正是由于轻钢结构的诸多优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。

二、材料选择和设计中的注意事项

轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构，以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力，为此，不得不突破钢结构设计规范中对板件宽厚比限值的规定，允许板件产生局部失稳，进而利用屈曲后强度的提高。

轻钢结构门式刚架是主要的承重结构，一般是采用实腹型变截面的柱和梁组成。门式刚架的形成可以单坡、双坡和多坡，多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱。门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主，抗弯作用不如翼缘有效，增大腹板的高度，可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。但是，在增大腹板高度的同时，如果厚度增之过大，则腹板耗钢量太多，也是不经济的。因此，先进的设计方法是采用高而薄的腹板，而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。在主要为均布荷载起控制作用的结构中，在允冲击、疲劳、振动等荷载的条件下，可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性，从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高。根据天津大学所作的试验证明，当荷载超过理论计算的屈曲临界载限多时腹板才呈现凸曲变形，且凸曲变形都不大，故适当利用屈曲后强度是可行的。

当前，我国钢结构（含轻钢结构）发展的形势很好， 21世纪是钢结构快速发展时期，长期以来，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业前景宽阔，建筑设计技术人员也面临着新的机遇和挑战。笔者认为，以下几点仍需我们加以重视。

1．钢材的保温隔热与防火

钢材具有很高的导热性能，其导热系数为50w(m.℃)，当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大；温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象；温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。

2．屋面支撑系统及屋面设计

屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要。无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。

屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：①刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉；②复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。

3．温度伸缩缝的设置

温度变化将引起钢结构厂房的变形，使结构产生温度应力，当厂房平面尺度较大时，为避免产生较大的温度应力，应在厂房纵横两个方向设置温度伸缩缝，区段的长度可以根据钢结构规范来执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱的方法来处理，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座。

4．防锈处理

钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。一般钢结构的防腐常采用防锈底漆和面漆，涂装层数及厚度常根据其使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为150μm～200μm。且在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不小于50mm。

5．立面设计

篇9

1引言

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

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

2设计方法

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

2．1纵向抗弯计算

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

Ex＝αE(t／h)2（1）

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

2．2抗扭计算

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

2．3波形钢腹板的应力计算

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

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

2．4波形钢腹板的屈曲稳定性计算

波形钢腹板的屈曲破坏主要有三种模式(如图2所示)。

（1）局部屈曲模式

波形钢腹板的某一个波段部分出现屈曲破坏的现象。局部屈曲强度的计算可按下式

(5)

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

(6)

（2）整体屈曲模式

波形钢腹板整体出现屈曲破坏的现象。整体屈曲强度的计算可按照下式

(7)

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

（3）合成屈曲模式

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

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

2．5波形钢腹板和混凝土顶板、底板的连接

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

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

3工程实例

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

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

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

4结语

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

参考文献

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

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

篇10

    工业建筑钢结构的稳定问题在设计中,设计人员应该注重结构构件的稳定性能,以免在设计过程中发生不必要的失稳损失;其次,随着新型结构的出现,设计人员对其性能认识的不足,从而导致构件的失稳,就这个问题阐述了新型结构现存的问题,并且针对问题论述了产生的原因。

    1建筑钢结构的稳定性设计

    钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中,由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定,保证工程质量及使用安全,有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。

    1.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏,但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题,指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题,构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的,关键是找出这一不稳定的平衡状态,避免变形急剧增长而发生失稳破坏。

    1.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下,要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件:

    1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑,目前钢结构大多是按照平面体系进行设计,如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳,要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致,如增加必要的支撑构件等。

    1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的,只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的,因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。

    2建筑钢结构设计

    2.1基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则,确保所设计的结构合理,安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求,有足够的强度、刚度和稳定性,有良好的耐久性;②所设计结构应尽可能节约钢材,减轻钢结构重量;尽可能缩短制造、安装时间,应便于运输、便于维护,减少成本;③尽量注意美观,对于外露结构有一定建筑美学要求。

    2.2设计过程。

    2.2.1收集资料:钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料,包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是《钢结构设计规范》GB50017-2003其次,还需要了解结构设计的习惯做法,根据以往的设计经验找出最优设计方案。

    2.2.2确定结构体系、柱网:钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定;纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。

    3建筑钢结构的优势与不足

    3.1钢结构的材料优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的,和混凝土等其它材料的结构相比,钢结构具有诸多优势:首先,钢材的强度高,塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构,而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强,不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性,这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次,钢材内部组织接近于匀质和各向同性,在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的,加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小,因此,钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合,有助于提供设计施工的精确性。

    3.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先,钢结构自重轻,且延性好,因此所建建筑的抗震性能优良,因其总质量小,地震力效应相应也小,而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过,这样会占用较大空间,使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道,因此建造相同的楼层高度,采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外,与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比,由于钢结构轻质高强,因此可以简中实现大跨与复杂几何结构,创造开放式住宅。

    3.3钢结构的不足。钢结构因其优势而得到广泛应用,近年来产生的钢结构住宅也促进了住宅产业化的发展进程,尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展的需要,带来了良好的综合效益、但钢材也存在其固有不足、比如钢材的耐腐蚀性和耐火性较差,因此钢结构使用时需要进行较严格的防护,其防护时费用高于钢筋混凝土结构、钢材虽有一定的耐热性,但在温度达150℃以上时,钢结构需要加隔热层加以保护、钢材不耐火,重要的结构必须注意采取防火措施、钢材的强度高,所做构件多数壁薄且截面较小,受压时为了在强度与稳定之间取得最优,往往满足了稳定的要求,而使得强度不能充分发挥等。

    4建筑钢结构设计中应注意的问题

    4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅,而多层用于公寓、根据抗震规范GB50011对12层以下和以上房屋的不同要求,建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此,其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。

    4.3钢结构稳定性设计的经验。

    4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展,目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成,而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算,进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便,在设计时可将整个结构按标高进行分解,简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。

    4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比,使之达到屈曲的极限承载能力,不在构件整体失效前屈曲;②允许板件在构件整体失效前屈曲,然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力;③对梁设置横向或纵向加劲肋,以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。

    4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现,分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比,如果受压构件为圆管截面,则应控制外径与壁厚之比。

    钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点,在建筑工程中得到了广泛的应用,同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点,综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计,克服结构设计缺陷,避免出现失稳事故,加快钢结构应用领域的发展。

篇11

工业建筑钢结构的稳定问题在设计中，设计人员应该注重结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。

1建筑钢结构的稳定性设计

钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。

1.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。

1.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：

1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。

1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。

2建筑钢结构设计

2.1基本原则。建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；②所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；③尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。

2.2设计过程。

2.2.1收集资料：钢结构设计过程的前期准备工作首要的就是要收集相关资料，包括各种环境资料、相关规范和标准等、目前我国实行的是《钢结构设计规范》gb50017-2003其次，还需要了解结构设计的习惯做法，根据以往的设计经验找出最优设计方案。

2.2.2确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面:横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。

3建筑钢结构的优势与不足

3.1钢结构的材料优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，和混凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势：首先，钢材的强度高，塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，有助于提供设计施工的精确性。

3.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过，这样会占用较大空间，使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，因此建造相同的楼层高度，采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外，与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比，由于钢结构轻质高强，因此可以简中实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。

3.3钢结构的不足。钢结构因其优势而得到广泛应用，近年来产生的钢结构住宅也促进了住宅产业化的发展进程，尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展的需要，带来了良好的综合效益、但钢材也存在其固有不足、比如钢材的耐腐蚀性和耐火性较差，因此钢结构使用时需要进行较严格的防护，其防护时费用高于钢筋混凝土结构、钢材虽有一定的耐热性，但在温度达150℃以上时，钢结构需要加隔热层加以保护、钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施、钢材的强度高，所做构件多数壁薄且截面较小，受压时为了在强度与稳定之间取得最优，往往满足了稳定的要求，而使得强度不能充分发挥等。

4建筑钢结构设计中应注意的问题

4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅，而多层用于公寓、根据抗震规范gb50011对12层以下和以上房屋的不同要求，建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此，其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。

4.3钢结构稳定性设计的经验。

4.3.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。

4.3.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。

4.3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。

钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。

篇12

1 前言

经济和技术的快速发展带动我国各行各业的发展，尤其是我国建筑企业的发展，取得了良好成果。建筑物不仅数量多，而且建筑的结构也多种多样，对于建筑结构设计来讲，是一个既系统又全面的工作，需要建筑企业的设计人员严格、认真按照要求去设计。但是，在实际建筑施工过程中，建筑结构设计还存在很多容易出现的问题，尤其是钢结构设计和地基设计两个方面，设计的好坏，直接影响到最后过程的质量，所以，这些问题需要引起建筑企业的高度认识。

2 建筑结构设计的基本原则

设计结构不仅要经济适用，而且还要安全和美观，有利于施工，这些都是建筑结构设计的最基本的原则。这几方面最佳结合在一起才算是一个完美的建筑结构设计。通常情况下，要先进行建筑设计，其次是建筑结构设计，由此看来，建筑设计制约着建筑结构设计，而建筑结构设计又直接影响着建筑设计。建筑结构设计要满足不同的建筑设计需求，同时也不能破坏建筑设计的要求和原则；把结构设计的能力范围看作是建筑设计的最高限度，即建筑设计不能超出结构设计的能力范围之外，要严格按照建筑结构设计的原则进行设计，结构设计直接决定着建筑设计能否很好的实现。

3 钢结构设计过程中需要注意的问题

3.1 楼面结构设计

由于现在原材料的生产厂家数量越来越多，导致了建筑材料的性质和质量有着本质的不同，钢结构房屋和混凝土结构房屋存在着很大的区别，例如：二者的温度伸缩缝区段的长度不同。根据有关资料表面，建筑钢结构房屋温度伸缩缝区段长大约是120米，然而，混凝土结构房屋的温度伸缩缝区的长度最长的也只有55米。钢结构房屋使用混凝土做楼板时，为了最大限度的减少混凝土楼板开裂的现象出现，应该严格按照混凝土结构的设计要求留有一定温度伸缩缝的距离。当采用其他减小混凝土收缩的有效措施时，才能适当的使温度伸缩区段的长度变大。

有时，楼板也可以使用压缩型钢板组合，但是，一定要确保满足设计结构要求的前提，在钢梁上焊接栓钉，此外，它们之间还要采用一定的安全措施进一步协调混凝土和压型钢板之间共同作用。其安全措施包含：在钢板上焊接横向钢筋、依靠钢板上的纵向波槽或者压痕、在钢板上开一些小洞等。但是，就目前的发展技术来说，厂商生产的产品规格大不相同，我国纵向波槽、带压痕或者是开小洞的压型钢板不为多见。所以，在没有使用以上的这两种钢板时，为了更好的保证混凝土和压型钢板连接效果较好，可以采用在压型钢板上直接焊接横向钢筋的措施来加以保护。不管使用何种保护措施，在压型钢板的端部都要焊接上栓钉。

3.2 正确选择钢材等级

钢材用在钢结构房屋的建设中，钢材选择要具有抗拉强度、屈服度、伸长率、磷碳等的合格保证。对于容易发生地震的地区所使用的钢结构除上述的合格保证之外，根据国家的相关法律规定，还要求具备抗冲击韧性的合格保证。国家颁布的《建筑抗震设计规范》规定了钢材的抗拉强度实际测量值和屈服强度的实际测量值、伸长率的最大值以及可焊性等各种指标值，还规定了要将其写在设计文件上，这样保证了钢结构具有足够的的安全性能和塑性变形能力。

通常情况下，在钢结构的受力构件选择上要有充足的考虑，钢材的质量等级为A不能保证冲击韧性和延性性能，然而Q235A级钢材在焊接时又不能保证焊接所需的碳量要求，因此，最好不使用钢材质量等级为A的钢材，而是要使用Q235B或者以上含碳量较多的钢结构。

3.3 网架结构的计算

在实际的施工过程中，建筑设计师一般将网架和下部结构的使用分开计算。计算流程是先假设网架支座的刚度无穷大，并且认为所有的支座刚度都一样，算出支座反力，再加算到钢结构的下部结构上。事实上，下部钢结构形式有时为梁，有时为柱，还可能会出现其它的形式。但是，下部钢结构的刚度是有限的，可能会存在很大的差异。在假设条件下算出来的网架支座结构刚度和上下部结构刚度的结果与实际的建筑模型计算结果大不相同，导致这种结果出现的根本原因是网架结构内力和反力分配和钢结构的刚度分布有一定的联系，把网架和下部结构分开计算会使结果计算不准确、不合理。由于钢结构网架是高次超静定空间结构，钢材是弹塑性材料，有些杆件会使超载达到上限，导致塑性内力分布不均匀，但是不会使杆件产生断裂的现象，所以，出现工程事故只是少数。由此看来，网架结构和下部分开计算是错误的。

4 地面结构设计过程中应该注意的问题

4.1 基础类型的设计

房屋的基础设计要考虑多方面的影响因素，例如：水文和工程地质条件、荷载大小、建筑大小、功能要求、施工条件以及材料的选择等多方面，综合考虑这些影像因素条件后再选择比较经济合理的房屋基础形式。

当基础宽度较小时，砌体结构要首先要选择刚性条形基础好的，例如：四合土条形基础、毛石混凝土条形基础；当基础宽度较大时，超过2.5米，则需要采用柔性基础，例如：钢筋混凝土扩展基础。

对于地基差、没有地下室、荷载又大，为了增强钢结构的整体性能，可以选用十字交叉梁条形基础。但是，当以上所提到的房屋基础满足地基基础强度的要求，同时也不能用人工地基的方法，这时可以采用筏板基础。

4.2 桩基进入地基持力层最小深度确定

使用较硬岩层作为桩端持力层。桩端在进入粘性土的持力层的深度，粉土不能小于2倍桩径；如果是砂土或者是强风化软质岩不能小于1.5倍桩径；碎石不能超过1倍桩径，而且要大于0.5倍的桩径。

桩全断面进入岩层的深度不能少于0.5米，桩端进入没风化的硬质岩，嵌岩深度可以减少，但是不能小于0.2米。

施工场地存在液化土层时，桩身要穿过液化土层进入液化土层一下更稳定的土层，并且进入的深度要合理，对于碎石土、坚硬粘性土的深度不应小于0.5米，非岩石土层不小于1.5米。

由于季节性温度的影响，施工场地出现季节性冻土或者膨胀土层时，桩身进入土层要通过抗拔稳定性验算加以计算得出，深度不小于4倍桩径。

建筑结构多种多样，所以，桩的种类也很多，例如：预制桩、人工挖孔桩、钢桩等。在实际的建筑施工结构设计还要根据建筑物的使用功能和要求、地质条件、结构类型荷载承受能力、周围影响因素等多个方面来综合考虑。

4.3 后浇带的设计