钢结构设计论文精选(九篇)

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第1篇：钢结构设计论文范文

关键词：轻钢结构结构体系组合楼盖

一、前言

轻钢结构住宅相比于传统住宅，有其突出的优点：

（1）轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高，商品化程度高。

（2）现场施工速度快，主要为干作业，有利于文明施工。

（3）钢结构建筑是环保型的可持续发展产品。

（4）自重轻，抗震性能好。

（5）综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。

随着我国钢产量的快速增长，对用钢政策由限制用钢到合理用钢到积极用钢，国务院1999年颁发的72号文件提出要发展钢结构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖。因此开发轻钢结构住宅体系已成为当前住宅结构研究中的热点。不过，多层轻钢结构的研究还处于起动阶段，研究力度还不够，实际设计和施工还存在不少争议和问题。这些都急需解决，以利于轻钢住宅在我国健康快速发展。

二、结构体系选型

对低、多层住宅，目前国内外常用的结构体系主要有：

（一）冷弯薄壁型钢体系

构件用薄钢板冷弯成C形、Z形构件，可单独使用，也可组合使用，杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不易保证，抗侧能力较差，一般只用于1～2层住宅或别墅。笔者处理的几个旧房加层，如蓟县国税局、天津港派出所等改造工程，使用了该体系，效果较好。

（二）框架

目前，这种体系在多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架，门窗设置灵活，可提供较大的开间，便于用户二次设计，满足各种生活需求。钢框架考虑楼盖的组合作用，运用在低多层住宅中，一般都能满足抗侧要求。但是由于目前框架柱以H型钢为主，弱轴方向梁柱连接的刚性难以保证，因此设计施工时须慎重处理。

（三）框架支撑体系

在风载或地震作用较大区域，为提高体系的抗侧刚度，增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为多重抗侧体系，而且梁柱节点，柱脚节点可设计成铰接、半刚接，施工构造简单，基础主要承受轴力，体形较小，因此成为人们青睐的对象。

（四）框架剪力墙体系

在低多层住宅中，可以应用传统的剪力墙体系，如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材，采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架，然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接，便可形成新型剪力墙。另外美国，澳大利亚等国还开发了交错桁架体系，比较新颖。

三、主要构件设计

（一）柱

前已述及，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。

（二）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，表1、表2分别反映了考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。

表1截面惯性矩对比

构件名称截面惯性矩组合前后的对比

主梁（负弯矩区）1.51（2.22）1.47

主梁（正弯矩区）1.51（4.28）2.83

次梁0.797（2.48）3.11

注：括号内为考虑年组合作用的情况

表2结构位移对比

结果工况1工况2工况3

楼层梁挠度16.9（10.9）16.9（10.2）/

屋盖梁挠度35.5（35.4）34.3（34.2）/

底层层间位移16.9（10.2）4.8（3.7）8.4（5.9）

顶点位移/18.2（13.8）49.9（31.0）

注：括号内为考虑年组合作用的情况

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。

（三）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。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，―――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。

（四）节点抗震设计

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。改进的框架节点设计，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。

四、结论

1）低、多层轻钢结构住宅考虑楼盖与钢梁的组合作用，可显著减小主梁挠度和柱顶位移。

第2篇：钢结构设计论文范文

采用芬兰Tekla公司开发的钢结构详图设计软件TeklaStructures13.1进行三维建模，在三维环境下的细部设计，如螺栓配比、焊缝等级、施工间隙等设计能确保建造和安装阶段的无差错协作。所有图纸和报表都可以通过三维模型自动生成，比起传统的CAD制图，Tekla实现了高效率、零差错的目标。在人员配备方面，充分考虑到项目难度及工期要求，安排总负责1人，建模3人，出图4人，审图2人。总负责和审图人员都是具备10年专业工作经验的高级工程师，建模人员也具备5年以上Tekla建模的工作经历。高素质的团队是保证设计质量的前提条件。

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。

3结语

第3篇：钢结构设计论文范文

关键词：建筑钢结构经济性能工程造价优化设计

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：

（1）提高设计人员的素质，重视设计人员的继续教育和业务知识的更新培训。同时，要强调技术与经济相结合，设计中注重价值工程的运用，要做多方案比较，把控制工程造价放到重要位置。

第4篇：钢结构设计论文范文

关键词：钢结构课程；教学改革；工程实践

中图分类号：G71文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）04-0111-01

一、钢结构的发展现状

钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、造型优美、抗震性能好等特点，与钢筋混凝土结构相比，具有在高、大、轻三方面发展的独特优势，更为突出、更值得关注的是钢结构具有极其优良的环保性能，大部分钢材都能有效地回收，投入循环利用，对环境的污染和占用很小，堪称是一种“绿色结构”。目前我国的钢产量连年居世界首位，在政府的支持和引导下，钢结构从被仅仅在重大工程、标志性建筑上使用，迅速发展到建筑领域普遍使用，呈现出了从未有过的兴旺现象。作为土木工程专业主干课程，钢结构则是培养钢结构人才的主要途径。

二、传统教学的局限性

多年以来，土木工程专业教学中，一直都是以《钢筋混凝土结构》课程为核心，而《钢结构》课程一直都是处于边缘状态，存在着教学学时不足的问题，这是和我国很长一段时期钢产量不高这个事实密不可分的。甚至到现在，相当一部分院校对钢结构的发展认识还不足，从学时学分与课程的性质就可以看出，一些院校的钢结构课程的学时只有30-40学时，而对应的混凝土结构课程有80～100学时，甚至一些院校将钢结构列为任意选修课［1］。

从多年的教学实践来看，《钢结构》课程是一门比较抽象的课程，课程具有涉及内容广、材力、结力等基础扎实、理论体系完善、构造形式复杂、工程实践性强等特点，这就造成了课程具有掌握难度大、上课学生听不懂，工作中对钢结构工程项目的掌握很匮乏，很难将学校所学的理论与工程实践结合起来。

三、《钢结构》课程教学的改革

（一）增加课时量

对《钢结构》课程教学而言，56学时远远不达不到教学效果，这与土木工程现状发展是不相符合的，因此，应该增加学时量来满足课程的学习。同时，应该安排两周的时间进行《钢结构》课程设计。以此将理论与实践有机的结合起来。

（二）工程实践案例与理论教学相结合

理论知识有利于对学生的理解，反过来，工程实践案例又很好地将理论知识的应用。土木工程的综合性和实践性，决定了课堂的理论教学有别于一般理科的教学，工程设计计算理论所反映的是人们千百年来的实践经验，是从失败中获得的经验教训以及通过现代试验手段所证实的客观实际。要使学生领会工程计算理论的科学性、严肃性，学习工程中复杂的可定和不可定因素的处理方法，获得良好的工程意识、工程思维。

实例分析还有利于学生对结构计算理论的深刻理解，将实例引入教学，内容深刻、生动，便于组织不同深度的课堂讨论。各种各样的实例分析，对大学生来说是宝贵的、生动的一课，对于这些未来的工程技术人员的综合素质培养有很大益处。通过对钢结构课程的学习，学生应能较好地掌握钢结构中基本的计算方法和思路，具备一定的钢结构设计能力。

（三）加强课程实习

一般学校，对《钢结构》课程实习的认知程度并不够，很多学院学生对钢结构的认识仅仅只限于开始的认识实习，学生对工程项目的理解还不够深入，对项目的参观也只是走马观花，当进行《钢结构》课程学习时，钢结构工程项目的具体结构形式、构件类型及名称等都没有基本的概念，这样对课程的学习增加了不小的难度，针对目前这种状况，应给学生比较充裕的时间，并提供或联系比较适宜的钢结构项目，使之能深入到工程中去，学习和了解工程中的实质性内容。如今的钢结构设计计算机化程度比较高，而企业对大学生的需求是上手要快，但大多数高校本科阶段并不教授最常用的钢结构设计软件的使用方法和一般技巧，学生一旦进入钢结构设计领域难免会觉得无所适从。将国内最常用的钢结构设计软件引入教学，使学生在校期间就能掌握必要的设计技能，就可以有效地增强学生在就业市场上的竞争能力，同时这种做法也会受到钢结构企业的欢迎。

四、《钢结构》课程考核方式的改革

以往传统的课程效果是以期末考试的方式来进行考核的，由于《钢结构》的内容广泛及复杂，以考试的形式很难达到考核效果和目的。针对本课程的特殊性，以课程中根据工程实践案例的具体内容，让学生选择结构图纸中的一部分内容进行手算，这样既可以使学生对工程项目图纸的全面认识，又做到理论知识与实践相结合，同时，让学生对《钢结构》的相关规范有很好的理解。

五、《钢结构》课程设计、毕业设计的改革

课程设计是结合专业课学习而配置的大型综合性课题，随着专业课学习和专业知识的积累，通过课程设计训练，使学生能够把所学专业知识进行综合运用，提高实践运用能力。《钢结构》课程设计的内容和形式可以多样化，通过工程设计软件进行课程设计，可以使学生对课程理论知识以更全面深刻的了解，同时也对知识的应用有了初步的认识。

课程设计是毕业设计的预演，在毕业设计方面，不少高校的毕业设计题目为多钢筋混凝土框架结构，题目单调、无新意，使得学生失去了最后一次获得钢结构综合练习的机会。走上工作岗位以后，对钢结构一筹莫展，不得不重新经过培训。因此，笔者认为在毕业设计方面也应重视钢结构的课题，有必要选钢结构的题目作为设计题目，选题时可选部分钢结构(结合实际选轻钢结构、梯形钢屋架、门式刚架厂房等)，以此强化钢结构的计算及构造等方面的应用。

六、结束语

钢结构课程教学改革与钢结构行业人才培养密切相关，高等学校要进一步加大钢结构课程教学改革力度，重视钢结构课程教材建设和精品课程的示范作用，在课时不足的情况下合理安排教学计划和教学内容，处理好钢结构与其它课程的关系，加强实践性教学内容，培养学生综合能力，以适应中国钢结构快速发展对人才的迫切需求。

第5篇：钢结构设计论文范文

上述众多的研究都提出采用案例教学法有利于提高学生综合应用能力，但在实施过程中面临的问题是：在钢结构设计原理、钢结构设计、课程设计、毕业设计等教学各环节采用的案例零散、相互间无联系，导致各课程各环节各自为政，不利于学生整体设计思维的建立和对所学知识的融会贯通。且大多数教材所提供的工程案例，直接采用结构软件计算结果，计算过程和施工图简略，无法为在课程设计、毕业设计中需进行手工计算的学生提供有效参考，不利于学生对设计理论的理解和应用。本文将对钢结构课程案例设计及以案例为主线的一体化教学进行研究。一、案例设计

（一）案例的设计原则

以案例为主线的一体化教学中，案例是教学目标实现的关键，在进行案例的选择与设计时主要考虑以下几点：

1.以满足教学需要为前提

案例是为教学服务的，它作为整个教学活动的主线，首先要满足教学内容的需要，能基本涵盖教学大纲中的主要理论知识点。其次，要满足教学目标的需要，每个案例要向学生传授哪些理论知识、能解决哪些实际工程问题、能培养学生哪些方面的能力，都需要预先进行设计和考虑[3]。

2.以实用、够用为原则

通过以案例为主线的钢结构课程一体化教学，学生在课程学习结束后就能进行常规钢结构项目的结构设计。而不同结构体系的设计方法及适用规范都会有所不同，在有限的教学学时内，通常只能对常见结构体系的设计进行讲授。因此在进行案例选择时，应结合钢结构行业发展现状及未来趋势，以实用和够用为原则，选择具有广泛应用性和代表性的案例。

3.以学生应用能力培养为核心

本文所研究的教学改革的最终目标是提高学生对钢结构理论知识的综合应用能力。所选案例首先在内容上应具有完整性和综合性，有利于学生将零散的理论知识系统化，培养学生整体设计思维意识。其次，所选案例在难度上应符合学生的认知能力。学生在开始课程学习之前，对钢结构一无所知。而一个实际工程项目往往较复杂，不仅包含大量的背景信息和前提条件，还涉及多领域、多学科的知识。过于繁杂庞大的项目容易让学生找不到方向和重点，造成较大的学习压力。因此案例的选择与设计应符合学生由易到难、循序渐进的认知过程，可结合理论教学内容对实际工程项目进行适当简化后作为教学案例。

（二）钢结构课程案例设计

以笔者所在学校（应用型本科）为例，钢结构理论课程主要开设钢结构设计原理（32学时）、钢结构设计（32学时），实践环节包括课程设计（1周）和毕业设计。设计原理课程内容重点是构件（轴心受力、受弯、压弯和拉弯）设计、焊缝连接设计和螺栓连接设计；钢结构设计课程内容重点是普通钢屋架单层厂房设计、轻型门式刚架结构设计、多层钢框架结构设计；课程设计要求学生完成一榀钢桁架的设计；毕业设计选题为轻型门式刚架结构或多层钢框架结构。

钢结构课程一体化教学过程中，案例所肩负的任务是要将钢结构所有课程、所有教学环节和绝大部分知识点串连起来，使各课程间相互联系和衔接得更加紧密，使理论教学与实际应用之间过渡得更加自然，从而改变传统教学中各课程各自为政、例题零散相互间无联系、理论环节与实践环节脱节的现状。综合考虑教学内容的适应性、教学实施的可操作性、工程实际应用的广泛性，确定三大案例，如表1所示。表1钢结构课程案例案例名称案例内容案例1：某钢屋架设计（角钢桁架）基本资料；支撑布置；荷载计算；内力计算；杆件设计；节点设计；施工图案例2：某单层仓库设计（门式刚架结构）基本资料；结构布置；围护结构设计；抗风柱设计；支撑设计；檩条设计；墙梁设计；刚架设计；施工图案例3：某多层试验楼设计（多层钢框架）基本资料；结构布置及材料选择；构件截面初选；荷载计算；内力计算；荷载效应组合；构件截面设计；节点连接设计；施工图案例的编写应注意：（1）计算过程要详细。在实际工作中，结构设计计算通常由软件完成。但为加强学生对基本设计理论的理解，课程设计和毕业设计环节中，一般要求学生手算为主、软件计算为辅。案例的计算过程应尽可能的详细，尤其在荷载取值、内力计算、荷载效应组合等方面，这样才能给学生完成课程设计或毕业设计提供有效参考。（2）施工图应达到一定深度。钢结构施工图具有符号多、标注多、节点详图多等特点，与之前学生熟悉的钢筋混凝土结构施工图在表达方式、内容等方面都有很大的不同，因此，与案例配套的施工图应达到一定深度，以便于学生在识读、模仿绘图的过程中掌握钢结构施工图的绘制内容及常规表达方法。

二、以案例为主线的钢结构课程一体化教学研究与实践

（一）一体化教学活动整体设计

赫尔巴特说：“如果缺乏背景经验，任何新的感知根本就没有任何意义可言。”在对以案例为主线的钢结构课程一体化教学活动进行整体设计时，关键在于如何通过案例这条主线，把钢结构课程所有教学环节和主要理论知识点串联起来，以工程案例为载体，通过教师的引导，将学生处于真实问题的情境之中，并带着问题设身处地地思考，寻求问题的解决方法，进行探索式的学习，在获取专业理论知识的同时体验职业思维方法，培养分析、解决问题的能力和对理论知识的综合应用能力。

以钢桁架、门式刚架、多层钢框架三大案例为载体，开展钢结构课程一体化教学的总体思路如图1所示。由于同一案例往往涉及不同章节甚至不同课程的教学内容，在教学过程中，如何帮助学生理清脉络把握主线、实现课程间的融合衔接是关键。同一案例用在不同课程教学中，其侧重点也是不一样的。原理课程关注的是案例中单一构件、节点在内力已知情况下的截面设计和连接设计；设计课程则侧重于通过案例帮助学生完成整体设计思路的构建；在课程设计和毕业设计实践环节，目的是让学生在参考、模仿案例完成任务的过程中，进一步巩固和强化学习效果，实现对前两门课所学理论知识的综合运用。

（二）案例为主线的教学实践

以案例为主线开展理论教学，每一节课都是一个单独的案例教学活动。由于受学时限制，传统案例教学中很重要的课堂讨论等互动环节很难充分的开展。如何通过合理的课堂设计，把握好理论教学与案例分析的节奏，达到理论知识实现应用转化的最终目标就成为关键。基本思路是：基于案例中呈现的问题，以问题解决为指向完成理论教学。主要过程是：（1）问题铺垫：基于案例背景，结合教学内容引导学生分析需解决的问题（做什么）；（2）理论讲解：针对案例需解决的问题进行基本设计理论知识的讲解（怎么做）；（3）实践应用：帮助学生运用所学理论知识解决案例相关问题（怎么用）。

通过案例构建真实的实践氛围进行基本理论的讲授，以案例阐述理论，最大限度地减轻学生的认知负荷，不仅让学生知道“学什么”，更重要的是知道“学了可以做什么，怎么做”，体验到用所学理论知识解决工程实际问题的成就感，减少了单纯学习理论知识的枯燥感和迷茫感。

（三）教学效果反馈与评价

教学评价是检验教学效果的重要方式之一，是教师进行教学反思的依托。学生是教学活动的参与者和受益者，对教学效果的好与坏最有发言权。根据教学改革拟达成的目标，对学院2010级、2011级土木工程专业学生进行不具名问卷调查，结果如图2所示。

图22010级、2011级土木工程专业调查问卷结果实践证明，通过以案例为主线的钢结构课程一体化教学改革取得良好的教学效果。最大的收获在于，学生在“提出问题”与“寻求解答”的交互中完成了由“被动学习”到“主动学习”的转变，在“案例”与“理论”交叉学习的过程中完成了从基本理论到实际应用的转换。整个教学过程，对于学生而言，不仅仅是单纯理论知识的学习过程，而是一个将零散知识逐渐系统化的过程，更是一个应用能力培养和提升的过程。同时，教师在案例预设、教学实践与反思的过程中也不断成长，实现了教学相长。

第6篇：钢结构设计论文范文

[关键词]建筑结构 弹性理论 承载能力极限 失效概率

中图分类号：TU313.1 文献标识码：TU 文章编号：1009914X（2013）34033701

一、建筑结构的主要分类及其应用情况概述

一般来说，按所用材料的不同，可以把建筑结构分为以下几种主要类别。一是混凝土结构（以混凝土为主要材料的结构）包括：钢筋混凝土结构―配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；预应力混凝土结构 ―配置预应力钢筋的混凝土结构；素混凝土结构 ―没有配置受力的钢筋的混凝土结构。二是钢结构，以钢材（钢板、型钢）为主制作的结构。三是砌体结构，由块材通过砂浆砌筑而成的结构。四是木结构，指全部或大部分用木材制作的结构。五是混合结构，由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋此外还有钢―混凝土组合结构、钢管混凝土等。

就各种建筑结构的应用而言，混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。1824年英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥。1849年法国人朗波（L.Lambot）制造了第一只钢筋混凝土小船。1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。砌体结构的发展历史更为悠久，考古资料表明，我国在新石器时代末期（约6000-4500年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。就我国而言，解放之后，无论在桥梁、房屋，且在新结构、新技术方面也有了很大的发展，并建立了具有我国特色的结构设计计算理论。钢结构主要应用于重型结构及大跨度建筑结构；多层、高层及超高层建筑结构；轻钢结构；塔桅等高耸结构；钢-混凝土组合结构。

我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距。目前钢结构的发展趋势主要体现在以下几个方面，发展低合金高强度钢材和型钢品种，结构和构件设计计算方法的深入研究，结构形式的革新，结构优化设计。

二、建筑结构设计的基本理论及其方法

无论如何，建筑物结构设计必须要满足一些基本的要求，否则，看起来多么美丽的结构，也是镜花水月，空中楼阁。一是安全性，结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。二是适用性，结构在正常使用时有良好的工作性能。三是耐久性，结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。随着人们对建筑物结构设计的要求变化以及相关的理论及技术的变革，建筑物结构设计的发展也经历了不同的发展时期。

20世纪50年代主要是以弹性理论为基础的容许应力设计方法，20世纪60年代则是破坏阶段设计法，20世纪70-80年代主要是采用多系数分析，单一安全系数表达的极限状态设计法。20世纪90年代至今主要是概率设计法，以近似概率为基础的极限状态设计法。即用概率统计方法对荷载、材料强度值及抗力进行统计分析。

承载能力极限状态设计表达式采用，ro S ≤R，式中R是结构构件的承载力设计值（结构抗力），R = R（fc，fs，k，…），式中 fc、fs-砼。钢筋强度设计值，ak-几何参数的标准值。ro 是结构构件的重要性系数，S是内力组合设计值（作用效应）。鉴于材料的承载能力对结构设计的重要影响，有必要考虑米塞斯屈服准则的影响。米塞斯屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力 达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。

当结构由可变荷载控制时，如排架、框架结构，会有不同的组合。不同结构或构件超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要小于超过承载力极限状态的后果，故其可靠度指标要低一些。在荷载效应及结构抗力计算中均采用标准值。结构或构件在持荷作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此讨论其荷载组合时应考虑短期效应和长期效应的组合。

还需要注意的是，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。

在建筑结构设计之时，还需要把握个体空间和整体功能协调的问题。个体空间主要考虑如下问题，体量大小：具体功能活动所要求的平面大小与空间高度（三维）；基本设施要求：对应特有的功能活动内容确立家具、陈设等基本设施；位置关系：自身地位以及与其他功能空间的联系；环境景观要求：对声、光、热及景观朝向的要求；空间属性：明确其是私密空间还是公共空间，是封闭空间还是开放空间。整体功能关系主要考虑，相互关系：是主次、并列、序列或混合关系。对策方式：表现为树枝、串联、放射、环绕或混合等组织形式。密切程度：是密切、一般、很少或没有。对策方式：体现为距离上的远近以及直接、间接或隔断等关联形式。

三、结语

事实上，我国现行结构设计规范也较多，如《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001，《建筑结构荷载规范》GB5009-2001，《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《砌体结构设计规范》GB50003-2001，《钢结构设计规范》GB50017-2003等等。设计人员必须遵照各种结构类型设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计质量和工程项目的安全可靠。结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础。尤其应当考虑到不同因素之间的集合性、相关性、层次性、环境制约性、整体性、动态性。掌握建筑结构设计的系统性，任何一个建筑结构体系都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，建筑结构的整体工功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。

参考文献

[1] 王勇，张建平.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013，41（3）：76-82.

[2] 连业达，张洵安，王朝霞等.巨、子结构质量比对新型有控建筑结构影响研究[J].振动与冲击，2007，26（8）：112-115.

[3] 周锡元，阎维明，杨润林等.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].建筑结构学报，2002，23（2）：2-12，26.

[4] 李志军，邓子辰.建筑结构离散变结构控制的模糊趋近律方法[J].西北工业大学学报，2007，25（5）：747-751.

[5] 董安正，赵国藩.建筑结构模糊可靠度置信区间的确定方法[J].建筑结构学报，2003，24（2）：83-85.

[6] 郭健，孙炳楠，楼文娟等.复杂建筑结构的预应力优化设计分析[J].土木工程学报，2004，37（11）：23-27，110.

第7篇：钢结构设计论文范文

关键词：钢结构；课程建设；教学改革

中图分类号：TU391；G6420文献标志码：A文章编号：10052909（2012）05005403钢结构原理与设计是土木工程专业的必修专业基础课程，也是一门理论性和实践性很强的应用学科课程[1]，其人才培养目标是使学生掌握钢结构的基础知识和基本原理，能够正确应用规范从事钢结构设计，具备分析和解决钢结构实际工程问题的能力[2]。但多年的教学实践发现，由于钢结构原理与设计课程理论公式多、节点构造复杂、工程实践性强，不少学生反映教学内容难以掌握，不能灵活应用。笔者所在团队以后勤工程学院第六轮课程重点建设为契机，对钢结构原理与设计课程进行整体规划、科学设计，改革教学内容，创新教学方法，改善教学条件，加强实践性环节，以提高钢结构原理与设计课程的教学水平。

一、改革教学内容

课程教学内容的改革是课程建设的核心内容[3]，由于原教学内容侧重于钢结构连接和三类基本钢结构构件设计，采用了7个教学章节（绪论、材料、连接、受弯构件、轴心受力构件、偏心受力构件、钢屋架）+1个课程设计（钢屋架设计）的模式，有关钢结构体系概念的教学内容涉及较少，不少学生虽然掌握了具体的设计计算方法，但很难在实践中加以灵活应用。因此，针对钢结构原理与设计课程教学的特点和难点，对教学内容进行整体改革优化，拟制了1（钢结构原理）+1（钢结构体系）+1（实践性环节）的“三个1”模式，以构建新的教学内容体系。

第一个“1”，即以钢结构原理为课程教学核心，具体涵盖钢结构材料、钢结构连接和三类基本构件设计。创新钢结构连接和三类基本构件的教学手段，利用计算机辅助三维图形技术，建设钢结构节点，构件三维数字模型库，解决因钢结构节点构造复杂抽象而成为制约课程教学质量提高的瓶颈。编写专门的学习辅导，适时适量地补充钢结构领域涉及的新原理、新技术和新方法，充分体现教学内容的适应性和时效性，提高课程核心内容的教学质量。

第二个“1”，即钢结构体系概念。教学过程中除按课程标准要求完成教学核心内容外，改变原来单一钢结构构件设计的做法，课堂授课讲解注重联系结构整体，将钢结构体系概念贯穿于整个课程教学，例如模型教学、案例教学和实践性教学等。同时，注重与多高层结构与结构抗震、军用大跨度结构后续课程、桥梁工程、军事工程检测与加固，以及工程抢修抢建等的衔接，编写相关自编教材。

第三个“1”，即课程教学的实践性环节。钢结构原理与设计是一门实践性很强的课程，改革课程设计考核形式，由单一的根据设计成果评价转变为结合设计的答辩。同时，还将原来单一的课程设计实践性教学环节进一步延伸到第二课堂、工程抢修抢建技术和综合演练科目训练等第四学年实践教学活动中，使学生既掌握基本理论知识，又拓宽专业知识面，全面提高学生的工程应用能力。

二、创新教学方法

教学方法与手段的改革是课程建设的重点。一直以来，钢结构原理与设计课程因教学内容抽象复杂而让历届学生感到枯燥、困难，尤其体现在钢结构节点部分的教学内容上。在现有的钢结构教材中，多采用节点二维CAD图纸、二维图片等进行教学，相当一部分学生依靠自身的空间想象能力，通过读取平面图形难以全面地、准确地理解和掌握节点构造的完整信息。

（一）创新了课堂辅助教学手段

首次将计算机辅助三维数字模型运用到钢结构原理与设计课程教学中，利用PKPM软件的STS功能模块建立了三维数字模型库，基本涵盖了常用钢结构节点类型。从教学应用情况看，这一手段使用灵活方便，有助于解决教学过程中仅仅依靠平面设计图来讲解种类繁多、形式复杂的钢结构节点构造的弊端，帮助学生全面理解和掌握节点的构造形式、传力路径和设计计算方法，使教学内容由抽象复杂变得形象具体，教学效果良好，受到学生的广泛欢迎和喜爱，促进了传统教学模式和教师教育理念的改变，提高了教学质量。

（二）建立了钢结构体系模型库

为丰富教学手段，开展特色教学，将钢结构体系概念贯穿教学全过程，配套建设了系统的钢结构体系模型库，包括全钢制作演示实物不同节点钢框架、全钢制作演示拆装式房屋建筑模型、钢板式伸缩缝、单跨单层厂房模型、钢框架建筑结构模型、大跨悬索结构模型以及其它辅助教学模型等。模型教学不但帮助学生形象全面地理解各类钢结构构件的连接以及复杂钢结构体系（如屋架等）之间的联系，而且提高了学生对钢结构体系概念的整体认识，解决了钢结构原理与设计课程的教学难点，突破了节点构造教学的瓶颈。

（三）开展了工程案例教学

针对钢结构原理与设计实践性强的课程特点，将工程项目和科研项目提炼成“教学案例”，重点建设了“江北建新南路钢构人行天桥检测”“秀山钢结构厂房垮塌调查”和“重庆电信通讯铁塔复核”等特点鲜明的案例库，将钢结构构件和结构体系教学与工程应用紧密结合。这些工程实例既强化理论知识与工程实际的联系，又提高学生对钢结构的认知能力，还拓宽了他们的设计计算思路，为培养学生运用专业知识解决实际工程问题的能力起到了深化推动作用。

三、完善教学条件

（一）构建立体化教材体系

教材是理论研究成果的融合和升华，是科学知识的载体，是教师教学和学生学习的基本依据。因此，建立高水平的教材体系是钢结构原理与设计课程建设的重要任务，在充分吸收科研、教改和部队训练综合成果的基础上，根据教学需要，精心选用、编写和制作了各类教材，初步形成了包括基本教材、配套教材、英文版参考教材、电子版教案、电子版设计规范与手册在内的立体化教材体系。

选择新世纪土木工程系列教材——《钢结构设计原理》（张耀春主编，高等教育出版社）作为教学蓝本，较好地体现了教学目标和课程标准在人才培养方案中的地位和作用，配套编写《钢结构原理与设计学习辅导》和《军用大跨结构》作为课堂教学的补充教材。指定《钢结构设计规范》和《钢结构设计手册》作为课程设计的补充材料，选用英文版参考教材《Steel Buildings Analysis And Design》和《Multistory Buildings in Steel》以扩展学生的知识面和视野。多个电子版教案、设计规范和手册能方便学生浏览和学习相关专业知识。

（二）改善了教学硬件设施

良好的教学条件是课程教学顺利实施的必要条件，利用学院搬迁大学城建设之机，新建和完善了建筑结构CAD专修室、战备工程模型及抢修抢建加固技术专修室以及课程资料室。

建筑结构CAD专修室主要为钢结构原理与设计课程开设专业CAD、课程设计以及毕业设计等实践教学提供保障，同时为架设教学资源、教学案例、工程资源库，搭建虚拟教室、网络课程，开展工程抢修抢建模拟训练等创造条件。

为进一步适应部队土木工程人才培养的需要，依托学院实验室建设，新建了战备工程模型及抢修抢建加固技术专修室，开展应急工程保障实习科目训练以及综合演练，增强教学实用效果，有利于突出钢结构原理与设计课程的军事特色。

课程资料室新增规范26本、图集10册、设计手册13本、辅导教材45本，为深入搞好课程教学工作、拓展学生相关知识提供了有力的支撑和保障。

（三）开设了网上虚拟教室

除了在硬件方面的建设，学校还十分重视网络教学软环境建设。依托学院网络教学应用系统，开设了虚拟教室，建立了素材类型齐全的钢结构教学信息资源库。目前资源库包含多媒体素材、多媒体课件与网络教材三大类，含文本素材500多份、图片1 000多幅、音频文件20余个、视频录像5个、动画文件19个、试卷30套。制作了适合不同层次学生的多媒体课件2套、网络教材1套，自制资源总量达1.5G，形成了以培养学生专业实践能力为重点的钢结构原理与设计网络课程体系。

四、加强实践性环节

钢结构原理与设计课程在实践性教学上设计了4个相互衔接的环节。

一是，钢结构课程设计和毕业设计。学生通过钢屋架设计，综合全面地运用所学钢结构基本知识，按设计任务书要求完成普通钢屋架设计和绘制施工详图，并撰写设计计算书。采用设计答辩的方式，调动和激发学生参与课程设计的积极性，提高学生运用专业知识解决工程设计问题的创新能力。

二是，第二课堂活动环节。利用暑假认识实习组织学生到工程部队学习，利用毕业实习组织学生到各地工地参观，每年指导学生参加学院“求实杯”课外学术科技作品竞赛，举办了丰富多彩的学术专题和工程案例讲座，通过观看施工视频录像等活动培养学生发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。

三是，工程案例教学环节。在教学案例建设中注重知识点的结合，采用启发式和参与式教学模式，培养学生的创新思维和运用知识的能力。

四是，后续课程教学以及综合演练科目训练环节。开展模拟化教学和训练科目教学，提高学生综合运用专业知识解决工程实际问题的能力。上述实践活动贯穿于专业教学的第三、四学年，全面推进了素质教育，培养了学生的创新精神和实践能力。

参考文献：

[1] 黄玲，谢洪阳.钢结构设计原理课程教学改革探讨 [J].高等建筑教育，2010，19（4）：68 -70.

[2] 付朝江.应用型本科钢结构课程教学实践与改革探讨[J].福建工程学院学报，2008，6 （5）：484-486.

[3] 孙犁.《钢结构》课程教学内容改革刍议 [J].洛阳工学院学报：社会科学版，1999，17（3）：85-87.

Course construction of principle and design of steel structure

ZHOU Ling， WANG Zhonggang， HUANG Haibin， CHEN Jin， WANG Wei

（Department of Civil Engineering， Logistical Engineering University， Chongqing 401311， P. R. China）

第8篇：钢结构设计论文范文

关键词：结构抗震性能设计，性能目标，ANSYS，优化设计

中图分类号：TU318 文献标识码：A

长期以来我国一直使用的抗震设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，它本质上就是以保证生命安全为抗震设防目标的一级设计理论。按照以上理论对结构进行抗震设计，当地震发生时，虽然有效地防止了由建筑物坍塌而导致人员伤亡，但是由于建筑物的破坏没有很好地得到控制，给社会带来了巨大的经济损失。在抗震设计时，为了兼顾经济和安全，不仅要防止结构发生坍塌，同时也要合理地控制结构的其它破坏程度。20世纪90年代初，基于抗震性能设计的理念由美国学者提出后，日益得到各国学者的广泛关注。本文就如何实现抗震性能设计目标的方法进行探索，并将抗震性能设计应用到钢结构的优化设计中。

一、结构抗震性能目标

结构抗震性能目标的选定应该综合考虑设防烈度、结构的特殊性、震后损失和修复等因素。根据规范首先划分结构抗震性能水准和地震作用水准，然后综合确定结构抗震性能目标。

1.1 性能水准的划分

性能水准 破坏描述 继续使用的可能性

基本完好（含完好） 承重构件完好；个别非承重构件轻微损坏；附属构件有不同程度破坏 一般不需修理即可继续使用

轻微损坏 个别承重构件轻微裂缝（对钢结构构件指残余变形），个别非承重构件明显破坏；附属构件有不同程度破坏 不需修理或需稍加修理，仍可继续使用

中等破坏 多数承重构件轻微裂缝（或残余变形），部分明显裂缝（或残余变形）；个别非承重构件严重破坏 需一般修理，采取安全措施后可适当使用

严重破坏 多数承重构件严重破坏或部分倒塌 应排险大修，局部拆除

倒塌 多数承重构件倒塌 需拆除

注：个别是指5%以下，部分是指30%以下，多数是指50%以上。

1.2 地震水准的划分

为了与现行建筑抗震设计规范衔接紧密，地震水准划分为：多遇地震、设防地震、罕遇地震。

1.3 性能目标的划分

由于本人编写的ANSYS命令流暂时仅能在弹性范围内优化，针对该特点，钢结构住宅可以实现在三种抗震性能目标控制下的优化。性能目标1：结构在多遇地震作用下完好；性能目标2：结构在设防地震作用下完好；性能目标3：结构在罕遇地震作用下完好。

二、抗震性能设计在结构优化中的应用

本文运用APDL编程语言，对某六层钢结构住宅进行参数化建模并分析求解。限于篇幅, 下面主要介绍在APDL编程语言命令流中如何运用抗震性能设计。抗震性能设计运用主要体现在施加荷载和荷载效应组合两大模块中。

2.1 水平地震作用

施加水平地震作用可根据不同的性能目标选取水平地震影响系数最大值。

性能目标 水平地震影响系数最大值

注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

2.2 荷载效应组合

无论结构在哪一种性能目标控制下，结构均应满足弹性设计要求，即结构完好。采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，可不考虑地震内力调整系数。

三、工程实例

3.1 工程概况

本工程为某小区的六层钢结构住宅，主体结构为钢框架—支撑结构体系。结构平立面规则且各楼层多为标准层（见图3.1），抗震烈度7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组第一组，建筑场地的类别为Ⅰ类。主体结构各构件多采用钢梁GL1(H400x120x6x8)。本文利用ANSYS软件对钢结构住宅进行整体分析，仅针对钢梁GL1(H400x120x6x8)开展优化设计，使结构在分别满足三种不同性能目标的前提下，实现结构用刚量最小的优化目标。

图3.1 钢结构住宅标准层简图

3.2 计算结果分析

相应于不同的抗震性能目标，优化得出以下结果：

（1）对应于性能目标1，结构在多遇地震作用下完好，初始设计GL1(H400x120x6x8)所用的总用钢量为18.671t 。GL1通过ANSYS优化生成的最优截面为，所用用钢量为14.239t，较原设计结构节省钢材4.378t。

（2）对应于性能目标2，结构在设防地震作用下完好，初始设计GL1(H400x120x6x8)所用的总用钢量为18.671t 。GL1通过ANSYS优化生成的最优截面为，所用用钢量为17.199t，较原设计结构节省钢材1.472t。

（3）对应于性能目标1，结构在罕遇地震作用下完好，初始设计GL1(H400x120x6x8)所用的总用钢量为18.671t 。GL1通过ANSYS优化生成的最优截面为，所用用钢量为25.485t，较原设计结构多用钢材6.814t。

四、结论

通过以上的理论阐述和工程实例，可以总结以下结论：

（1）在结构性能目标1和性能目标2的控制下，结构用钢量均有不同程度节省，通过ANSYS优化改变截面尺寸可有效减少用钢量和提高结构抗震水平。随着结构抗震性能目标的提高，GL1截面尺寸相应有所增加。设计者可选择合适的性能目标对结构进行优化设计。

(2) 抗震性能设计可应用在实际工程中。设计人员可根据使用者对结构的不同使用要求，确定相对应的性能水准和性能目标，并且给设计人员提供更灵活的发挥空间。结构抗震性能设计将是未来结构抗震设计的发展方向。

（3）由于结构性能目标的确定很难把握，抗震性能设计在工程结构中的应用还很少，抗震性能设计的理论和通用计算软件的开发有待深入研究。

参考文献

[1] SEAOC Vision 2000 a Frame work for Performance-based Engineering[R]．Structural Engineering Association of California，1995．

[2] 马宏旺，吕西林．建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J]．同济大学学报，2002，30(12)：1429-1434．

[3] 李 刚，程耿东．基于性能的结构抗震设计-理论、方法与应用[M]．北京：科学出版社，2004．

[4] 林生逸．基于性能的核电站常规岛主厂房设计结构抗震性能研究[D]．广州：华南理工大学．2010

第9篇：钢结构设计论文范文

【关键词】施工技术；质量控制；竣工验收

引 言

高层钢结构一般是指六层以上，主要采用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接、焊接而成的结构体系。高层钢结构常用钢框架结构、钢框架——混凝土核心筒结构形式。后者在现代高层、超高层钢结构中应用较为广泛，事实上，它属于钢——混凝土混合的结构。钢筋混凝土在高层建筑中由于自身重量过大，梁柱占用的面积比率也大，因此高层建筑中采用钢筋混凝土结构经常受到很多质疑；同时强度较高的钢材也顺应出现，在高层建筑中采用一部分钢结构或全部运用钢结构的理论设计同步前进。伴随冶炼、制造技术的高速发展，为高层钢结构工程在工程领域的应用带来了新的生机：伴随着高层建筑工程建设的不断增加，继而又推动了高层钢结构设计、施工中的焊接、安装技术的不断提高。下文对高层钢结构施工中焊接技术进行简要总结。

1、高层钢结构施工前需要的准备工作

1.1高层钢结构体系的体系类型

中国对高层及超高层建筑的体系的划分，在《建筑设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑防火设计规范》无统一的规定，通常情况下认为建筑高度超过24以上为高层建筑，建筑高度超过60米以上为超高层建筑。

从建筑物结构设计角度上看，根据建筑物使用功能要求、建筑物高度不同、场地抗震设防烈度以满足经济、合理、安全、可靠的设计原则，应选择相适应的结构体系。通常分为：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系六大类。通常高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构外，有时还采用型钢混凝土结构、钢管混凝土结构，全钢结构。

1.2高层钢结构体系施工前应做好准备工作

开工前必须做好高层钢结构体系施工前的图纸会审工作，图纸是工程施工的重要依据，工程开工前工程建设单位应组织设计单位、施工单位、项目监理机构、图纸评审专家小组一起工程图纸，对图纸设计要求不明确的地方进行研究讨论，提出相关问题，由设计单位进行解决。图纸会审通过后，监理公司必须组织所有监理人员对工程相关规范标准、工艺技术，准确掌握设计意图。并组织施工单位现场从事专业技术的人员对图纸进行设计交底，检查出施工图纸中的不合理之处，一定将问题在开工前解决，避免因图纸问题对施工的质量、进度等产生影响。

2、高层钢结构塔吊的选型与合理布置

对于高层钢结构的施工，塔吊是最具核心的设备，因此塔吊的选择与布置要依据周边建筑物高度、现场条件、钢结构的重量等因素进行综合考虑，必须确保塔吊在施工过程中装拆的安全可靠性。塔吊选择宜优先考虑内爬式塔吊，该类型塔吊不需要对楼层加固，在起重机布设位置上的自由度较大，并且在进行高层建筑钢结构的吊装施工时对塔吊起重能力和幅度要求不苛刻。

3、高层钢结构选材筛选

钢结构的最大缺点是导热系数大，耐火性能差。原材料进场前必须严格控制原材料的选购。原材料中钢筋的质量文件应齐全有效、检验结果要符合规范和设计要求。

4、高层钢结构现场制作与安装施工要求

多层及高层钢结构的制作和安装应按照施工图进行，并应遵守《钢结构工程施工及验收规范》GB50205－95、《高层建筑钢结构设计与施工规程》JGJ99－98及其他有关规范和规程的规定。制作和安装的施工单位在开工前必须编制施工组织设计和工艺流程，施工过程中必须严格按照规定的要求组织施工。

高层钢结构制作与安装的一般要求

多层及高层钢结构制作和安装工作，必须在具有多层及高层钢结构吊装和制作的责任工程师和责任工艺师的指导下进行。对参加制作和安装的人员，必须进行各项专业培训，经培训达到要求者方能进行操作。施工详图编制后，应提交原设计工程师负责审批，或由合同文件中明确规定的监理工程师审批。由于材料代用、工艺或其它原因需修改施工图时，必须向原设计单位申报，经同意并签署文件后，修改图才能生效。构造复杂的构件制作时，应充分考虑各方面因素的影响，必要时要进行工艺性试验。多层及高层钢结构安装前，必须对构件进行详细检查，构件外形尺寸，螺孔位置及直径，连接件位置及角度，焊缝、栓钉、高强度螺栓节点，摩擦面加工质量等均应达到施工图的技术要求。

5、高层钢结构安装工程竣工验收资料

多层及高层钢结构安装工程竣工验收应提交下列文件：钢结构施工图，设计更改文件，并在施工图中注明修改部位；钢结构制造合格证；安装用材料的质量证明文件；测量检查记录，焊缝质量检查记录，高强度螺栓安装质量检查记录，栓钉焊质量检查记录；各种试验报告技术资料；隐蔽工程分段验收记录；安装过程中建设单位、设计单位、构件制造厂、钢结构安装单位达成的各种技术文件。

6、结语

钢结构住宅是今后发展的一个重要方向，但钢结构仅仅是建筑中承重体系、服务部分，它不是建筑使用中的主要成分，钢结构住宅设计首先要遵循住宅建筑设计的一般原则，然后才是发挥钢结构的优势，单纯突出钢结构而不考虑生活的舒适性、不能满足人文要求的钢结构住宅项目是没有市场的。如果说钢筋混凝土结构的发展使施工从手工进入了机械化，那么钢结构的应用就将使住宅施工实现现代化，钢结构住宅将成为建筑现代化发展的一个重要标志。“钢结构是环保住宅，钢结构符合可持续发展概念”——21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下,我们相信钢结构体系终将成为住宅结构体系的主流。

参考文献

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