钢结构基本原理范文第1篇

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）

钢结构基本原理范文第2篇

【关键词】工业建筑；结构设计；钢结构

1、某工程建筑结构设计要求

（1）本工程建筑结构安全等级为二级、设计使用年限为50年、建筑抗震设防类别为标准设防类。

（2）基础选型。现阶段其它车间及构筑物的基础型式暂按以下情况考虑：

①对于本工程中荷载较大或是斜坡上架空建（构）筑物，如：主厂房，配料室、燃料破碎室、筛粉室、成品矿仓库、主烟囱、混合室、主电除尘器等拟采用桩基础。②挖方区场地地质条件比较好的车间，如：机尾除尘器及风机房、整粒除尘器及风机房拟采用独立基础。③对于荷载不大的建（ 构） 筑物，如皮带通廊、袋式除尘系统，水泵站及水池、变电所等拟采用柱下独立基础或墙下条形基础。

（3）湿式作业的车间，除需防腐处理的平台采用钢筋砼结构外，其余各操作平台尽可能采用钢梁上铺设钢格栅板（框架梁仍采用钢筋砼结构） 。电缆桥架和管道桥架均采用钢结构。

挡墙部分：填方区挡墙分为两种，高度8m以下采用毛石砌体挡墙，高度8m以上及场地紧张时采用钢筋砼扶壁式挡墙或排桩支护结构（可加锚杆）或加筋土挡墙；挖方区挡墙除以上几种型式外，还可采用锚杆支挡结构。

（4）地下室的结构做法和防水等级。地下通廊（防水等级四级）、水池、泵房等地下结构或主体结构的地下部分采用现浇防水混凝土结构，防水混凝土的设计抗渗等级不小于P6级。

2、主要设计数据

结构设计应本着安全，经济合理，确保工程质量的原则进行，并且需遵循现行的国家规范、规程，并严格遵守规范强制性条文。结构设计应考虑以下主要设计数据： 极端最高温度、极端最低温度、基本风压、地面粗糙度、基本雪压（0.35KN/m2）、地震设防烈度、基本地震加速度（0.10g）、设计地震分组、设计特征周期、场地土类别、地下水位等。特别在进行抗震设计时，重要建（构）筑物的抗震设防类别和抗震设防烈度均应相应提高进行设计。

3、基础地基处理

对于重要建（构）筑物地基处理，可根据场地具体情况选用合适的处理方案，例如人工挖孔桩（嵌岩）、钻孔灌注桩（嵌岩）、预应力混凝土管桩、地基处理桩等。在进行桩基设计时，单桩承载力宜控制在单桩承载力特征值的80%以内。当新建（构）筑物距离老建（构）筑物较近时，需选用合适的桩型，以减小桩基施工时对老建（构）筑物的影响。

对于次要建（ 构） 筑物地基处理，例如钢梯、直爬梯基础，室外水沟、电缆沟等可以用较浅的土层作基础持力层，要求原土夯实，并超挖分层换填一定厚度砂夹石，并压实。基础施工完毕后，应及时分层回填压实。

4、设计基本原则

（1）钢材选用

通常情况下受力构件采用Q235-B或Q345-B钢，平台板、梯子和栏杆采用Q235-A钢，吊车梁采用Q235-C或Q345-C钢。Q345钢力学性能和化学成分应符合国家标准GB/T 1591-1994的规定，Q235钢力学性能和化学成分应符合国家标准GB/T 700-2006的规定。特殊结构采用特殊钢材，例如高炉炉壳采用BB503钢，热风炉炉壳拱顶采用BB41-BF钢，转炉平台及防护板采用铸铁板等。

（2）焊接及螺栓

焊条：手工焊时，当母材出现Q235-A，Q235-B时，对于焊缝质量等级要求为一级的焊接须采用E4315或E4316型焊条，其他情况下的焊接可采用E4301或E4303型焊条。焊条的性能必须符合GB/T 5117-1995。Q345-B与Q345-B的焊接采用E5015或E5016型焊条，焊条的性能必须符合GB/T 5118-1995。自动焊或半自动焊时，Q235-B与Q235-B或Q235-B与Q345-B的焊接采用H08A焊丝，并配以相应焊剂；Q345-B的焊接采用H08 MnA 焊丝，并配以相应焊剂。焊丝技术条件应符合G B / T14957～14958-94。BB503，BB41-BF钢材焊接应配以相应的焊丝、焊剂，施工单位对BB503，BB41-BF钢材的焊接方法及焊接工艺必须在施焊前进行焊接实验，在取得合格的焊接工艺实验结果后，方可进行正式的焊接工作。

吊车梁下翼缘的对接焊缝，大型框架结构中框架梁、框架柱拼接时的对接焊缝，其质量等级为一级，其他情况下对接焊缝的质量等级均为二级。吊车梁内角焊缝的外观质量标准为二级，其他情况下角焊缝的外观质量标准均为三级。质量检查应符合GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范的标准。焊缝的焊接质量检查尚应符合JGJ 81-2002建筑钢结构焊接规程的规定。

永久螺栓为C级螺栓（性能等级为4.8级），应符合GB/T5781-2000的要求。高强螺栓为扭剪型高强螺栓（性能等级10.9），应符合GB/T 3632-2008钢结构用扭剪型高强螺栓连接副的规定。高强螺栓连接处构件接触面采用喷砂处理，摩擦系数均不得小于0.45。结构用地脚螺栓原则上采用Q235-B钢制作，产品等级按C级制造。螺栓应符合GB 196-81普通螺纹基本尺寸，GB 197-81普通螺纹公差与配合规定8g级制造。螺母应符合GB/T 41-2000Ⅰ型六角螺母-C级，M72X6螺母应符合JB/ZQ 4330-86规定。垫圈应符合GB/T 95-85平垫圈C级，JB/QA4345-86矩形垫板规定。设备螺栓，技术要求应由设备专业确定。

（3）除锈及涂装

钢结构应根据材料供货状况，采取必要的除锈处理，并进行防锈涂装。重要钢结构如大烟道、主厂房机尾钢平台等钢结构，采用耐高温防腐涂料，除锈等级达到Sa2. 5；其他普通钢结构采用手工除锈，除锈等级达到St3。上述除锈等级均按GB/T 8923-1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级执行。具体涂装要求由业主、工艺专业确定。

（4）钢筋混凝土结构用材

混凝土标号以实际计算为准。普通结构采用C25，受力较大的结构采用C30～C50，垫层采用C10，基础采用C25混凝土（特殊要求除外）。有防水要求的建（构）筑物和构件采用防水混凝土，有耐热要求的构件采用耐热混凝土。钢筋：HPB235，HRB335，HRB400。较大的受弯构件优先选用HRB400。

5、设计基本要求

钢结构应力和变形控制要求：钢梁应力应达到强度设计值的90%；钢柱应力应达到强度设计值的95%；钢构件变形应达到变形容许值的100%。钢梁、钢柱原则上采用焊接H型钢。墙皮檩条：组合檩条用槽钢，其他檩条用卷边槽形冷弯薄壁型钢。墙皮檩条计算时无需考虑阵风系数。大荷载平台钢格板选WB405/2PT，活荷载5kN/m2时最大跨度2.4m。小荷载平台和楼梯踏步钢格板选用WA255/1PT，活荷载2.5kN/m2时最大跨度1.8m。

钢筋混凝土结构配筋要求：框架梁的配筋率控制在1.2%～1.7%；框架柱（每边）的配筋率控制在0.7%～1.1%；独立基础的最小配筋率0.15%；单桩单柱承台0 . 1 % 。屋面板上部配置双向抗温度收缩构造钢筋Ф8@200，并与主筋按受拉钢筋要求搭接。承台的配筋形式：单柱2桩承台按梁式配筋；单柱3桩及3桩以上承台按板式配筋，只配承台底部的一层钢筋； 多柱多桩承台须上、下双层配筋。

钢结构基本原理范文第3篇

关键字：高层钢结构建筑；抗震设计；震害；基于性能

中图分类号：TU97 文献标识码： A

1. 高层钢结构建筑抗震设计理念

建筑结构的抗震设计包括三个方面：一是概念设计，即把握抗震设计的主要原则，弥补由地震作用和结构地震反应的复杂性而造成抗震计算不准确的不足；二是抗震计算，为抗震设计提供量的保证；三是构造措施，为抗震概念及计算提供有利的保障。

高层建筑钢结构抗震设计基本原理：保证结构的完整性，提高结构的延性以及设置多道结构防线。

高层钢结构应采用全刚接框架，当结构刚度不够时，可采用中心支撑框架、钢框架混凝土芯筒或钢框筒结构形式；但在高烈度区（8度和9度区），宜采用偏心支撑框架和钢框筒结构，从而保证结构具有较好的延性。对于钢框架支撑结构及钢框架混凝土芯筒结构，钢支撑或混凝土芯筒部分的刚度大，可能承担整体结构绝大部分地震作用力。但钢支撑或混凝土芯筒的延性较差，为发挥钢框架部分延性好的作用，承担起第二道结构抗震防线的责任，要求钢框架的结构承载力不能太小，为此框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍两者的较小值。高层钢结构和混凝土结构一样也要满足以下三个原则即强柱弱梁的原则（保证梁端的破坏先于柱端的破坏）、强剪弱弯的原则（弯曲破坏先于剪切破坏）以及强节点弱构件的原则（构件的破坏先于节点的破坏）。

建筑的平面布置宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心与质量中心接近或重合，同时各层的刚心和质心接近在同一竖直线上，建筑的开间和进深宜统一。高层钢结构建筑不宜设置防震缝，但薄弱部位应注意采取措施提高其抗震能力，如当结构平面布置不规则时，可设置防震缝。

2. 高层钢结构建筑主要震害特征及分析

钢结构的强度高、延性好、重量轻、抗震性能好。总的来说在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小。例如在墨西哥的高烈度区内有102幢钢结构房屋，其中59幢为1957年以后所建，在1985年9月的墨西哥大地震中，1957年以后建造的钢结构房屋倒塌或严重破坏的不多，而钢筋混凝土结构房屋的破坏就要严重得多。

高层钢结构在地震中破坏形式有节点连接破坏、构件破坏及结构倒塌。节点连接破坏中一种是支撑连接破坏，一种是梁柱连接破坏。1978年日本宫城县远海地震造成钢结构建筑的破坏更多是支撑连接破坏。1995年日本的阪神地震造成了很多梁柱刚性连接破坏。高层建筑钢结构构件破坏主要表现为支撑压屈（支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时即发生压屈破坏）、梁柱局部失稳（梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏）、柱水平裂缝或断裂破坏。1995年日本阪神地震中，位于阪神地震区芦屋市海滨城的52栋高层钢结构住宅，有57根钢柱发生断裂，其中13根钢柱为母材断裂，7根钢柱与支撑连接处断裂，37根钢柱在拼接焊缝处断裂。结构倒塌是地震中结构破坏的最严重的形式。钢结构建筑尽管抗震性能好，但在地震中也会发生倒塌。1985年墨西哥大地震中有10幢钢结构房屋倒塌，1995年的日本阪神地震中也有钢结构房屋倒塌。

3. 常规的抗震设计与基于性能的抗震设计的对比

为了更有效地将地震所带来的灾害及损失降低，随着对地面运动特征和结构地震反应特征认识的不断深化，高层建筑抗震设计思想也在不断完善，美国从上世纪90年代陆续提出了一些有关抗震性能设计的文件（如ATC40、FEMA356、ASCE41等），近几年由洛杉矶市和旧金山市的重要机构了新建高层建筑（高度超过160英尺、约49m）采用抗震性能设计的指导性文件。2008年美国一学术组织“国际高层建筑及都市环境委员会（CTBUH）”发表了有关高层建筑（高度超过50m）抗震性能设计的建议。日本从1981年起已将基于性能的抗震设计原理用于高度超过60m的高层建筑。高层建筑采用抗震性能设计已形成一种发展趋势。

我国常规抗震设计方法是满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，按指令性、处方形式的规定进行设计，通过结构布置的概念设计、小震弹性设计、经验性的内力调整、放大和构造以及部分结构大震变形验算，即认为可实现预期的宏观的设防目标，但随着新技术、新材料、新结构体系的发展，这种抗震设计方法已经不能很好地满足现在高层建筑的抗震功能的深层次要求，更加不能有效地控制地震所造成的损失。

基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出，按此理论设计的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。基于性能的抗震设计理论是一种更加合理的设计理念，它将抗震设计以保障人民生命安全为基本目标转化为在不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命安全，采用多个预期的性能目标，包括结构的、非结构的、设施的各种具体性能指标，由业主选择具体工程的预期目标，而且提出了符合预期性能要求的论证，包括结构体系、详尽的分析、抗震措施和必要的试验，并经过专门的评估予以确认。通过对两者的分析比较可以看出基于性能的抗震设计的优越性，它代表了未来结构抗震设计的发展方向。

4. 结语

通过以上的阐述及分析我们可以看到基于性能的抗震设计能够更好的强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，在新修订的建筑抗震设计规范中也得到了体现，然而基于性能的抗震设计也存在一些问题，例如地震作用的不确定性，结构分析模型及参数选用存在不少经验因素，模型试验以及震害资料的欠缺，存在的这些问题都需要进一步的改进与完善，从而减少地震所带来的灾害与损失。

参考文献：

[1] 李国强建筑结构抗震设计 中国建筑工业出版社 2009

[2] 范高层建筑结构 东南大学出版社 2008

[3] 史庆轩高层建筑结构设计 科学出版社 2006

[4] 沈蒲生高层建筑结构设计 中国建筑工业出版社 2006

钢结构基本原理范文第4篇

关键词：抗震加固；钢网架；整体计算

1 工程概况

某工程原设计为农贸市场，改造后为三维数字社会服务管理中心，项目1993年施工建设，原农贸市场主体结构原设计为下部混凝土柱排架结构+屋面轻型钢屋架结构（角钢三角形桁架），房屋高度为6.00m，总长为43m，总宽为30m，中间设一排混凝土柱。原有工程抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为8度0.20g，设计分组为三组，场地特征周期为0.45s，结构阻尼比为0.05。原有工程基础采用柱下钢筋混凝土独立基础，地基处理为局部结合整片的2：8灰土垫层，处理后的地基承载力为180kpa。

根据结构检测鉴定报告，农贸市场结构评价为B级（维修），经现场检测，原柱混凝土强度设计为C20，角柱推定值为20.6，满足原设计要求，评定为C20，其余混凝土柱推定值为16.2，低于原设计要求，评定为C15。

原农贸市场西侧改造设计为汽车库，东侧改造为三维数字社会服务管理中心，由于屋面原设计不带保温，由于本次建筑功能改变，屋面改造为带保温彩钢岩棉复合保温板，拆除中间一排混凝土柱，跨度原设计15m增加到30m，对原建筑物按现行规范进行加固设计后，屋面结构结构形式为钢结构网架，屋面为不上人屋面，根据《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009，本工程为C类（适用后续使用年限50年建筑），按2010系列规范采用设计内力调整系数。

2 对原有建筑结构加固改造

目前很多工程设计中将屋盖与下部结构分开进行计算分析，对屋盖下部钢筋混凝土框架部分常用PKPM，YJK等软件，上部屋盖网架采用3D3S，MST，STWJ（PKPM模块）等，本工程网架部分采用MST进行计算，整体计算采用YJK软件。在对网架部分用MST计算中，考虑下部混凝土柱的刚度，按支座按弹性支承考虑。计算中网架部分杆件的控制应力比不大于0.85，网架跨中部分挠度小于短向跨度的1/250。

用YJK整体计算时对于网架等空间结构，在建模计算时在支座处设一根斜杆来模拟支座。在采用模拟施工时，必须注意施工次序的合理顺序。YJK软件在布置荷载时，可以采用蒙皮导荷（蒙皮导荷是指沿着杆件或者墙面边界形成一个面，在该面赋值面荷载）功能，可将面荷载沿着该面的投影方向或法向进行荷载导算，将荷载导算到面的周边节点上。根据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第10.2.8条规定，屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定：（1）当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。（2）当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。本工程计算参数取值中结构阻尼比按振型阻尼比法。振型阻尼比是指针对于各阶振型所定义的阻尼比。组合结构中，不同材料的能量耗散机理不同，因此相应构件的阻尼比也不相同，钢构件取0.02，混凝土构件取0.05。对于每一阶振型，不同构件单元对于振型阻尼比的贡献认为与单元变形能有关，变形能大的单元对该振型阻尼比的贡献较大，反之则较小。所以，可根据该阶振型下的单元变形能，采用加权平均的方法计算出振型阻尼比ζi。经对原有结构增加网架后整体计算，并提取前6阵型下的周期及结构阻尼比（表1），通过分析表明第一振型以下部钢筋混凝土框架为主，2～6振型为混合结构为主。地震作用下X向框架层间位移角满足规范要求，Y向框架层间位移角1/406不满足规范，钢筋混凝土柱配筋不满足。

针对以上验算结果，结构加固分为直接加固与间接加固两类，直接加固主要为增大截面加固法、置换混凝土加固法或复合截面加固法，间接加固主要采用体外预应力加固法、增设支点加固法、增设耗能支撑法或增设抗震墙法等。由于原有建筑框架柱强度等级评定为C15，本工程后续使用年限50年，为满足混凝土结构的耐久性，综合考虑原结构上部框架柱采用增大截面法进行加固。采加大截面法是指采用增大原构件截面面积并增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种直接加固法。该方法施工工艺简单，且具有成熟的设计和施工经验，可用于本工程。框架梁采用外包型钢加固法，对钢筋混凝土梁、柱外包型钢及钢缀板焊成的构架，以达到共同受力并使原构件受到约束作用的加固方法。经加固后，结构整体计算分析，结构位移、位移比，配筋均满足要求。对下部基础不满足部分采用加大基础底面积法，该方法适用于当既有建筑物荷载增加、地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求，且基础埋置较浅，基础具有扩大条件时的加固，可采用混凝土套或钢筋混凝土套扩大基础底面积。设计时，应采取有效措施，保证新、旧基础的连接牢固和变形协调。

3 网架单独计算与整体建模分析

通过网架部分网架单独计算采用MST进行计算，与整体计算采用YJK软件对比分析，在网架支座刚度对内力影响很大，固定铰支座与滑动铰支座相比，明显减少上弦跨中杆件的内力，支座处杆件内力变化，下弦内力变化不明显，网架和下部钢筋混凝土结构整体计算模型与网架单独模型内力相差较大，支座刚度越大，相差越大，支座刚度越小，相差越小。下部支承网架的混凝土结构刚度对网架内力的影响，在地震工况下的影响较大，在正常使用荷载下影响较小，支承结构的刚度越大，整体模型内力越接近单独模型相同支座的内力。因此，在进行网架下部结构的抗震设计时，应合理考虑网架的抗弯、面内剪切及轴向刚度，对改造工程，在条件允许的条件，宜进行整体分析设计。

4 结语

综上所述，针对原有工程改造加固设计，首先应分析结构承载力不足的结构构件，在概念上对建筑进行总体上的加固概念设计，通过空间计算软件对加固概念设计进行复核和优化调整，使得加固方案达到安全可靠、经济，从而满足建设单位的使用要求，也能够满足后续使用年限50年的目标要求，通过对原有框架柱通过加大截面的加固方法，提高了原有结构的安全度，并按现行规范对加固后的混凝土结构与钢网架进行整体共同作用分析，复核加固后方案可靠性，并在考虑网架结构与整体结构共同作用与分别建立模型两种模型进行计算包络设计，确保结构安全，

参考文献

[1] 中国建筑工业出版社.GB50011-2010.建筑抗震设计规范，北京.

[2] 中国建筑工业出版社.GB50367-2013.混凝土结构加固设计规范.

[3] 中国建筑工业出版社.JGJ 123-2012.既有建筑地基基础加固技术规范.

[4] 薛强，郝际平，米周林.兰州理工大学体育馆的整体分析与设计[J].钢结构，2010第7期第25卷.

钢结构基本原理范文第5篇

关键词：钢结构, 稳定性

Abstract: aiming at the problems of the stability of the steel structure components, this paper expounds the basic concept of the steel structure, and analyzes the impact of steel structure stability of related factors, and describes the principle of design of stability steel structure and features, and stability in the design of a frontier has summarized.

Keywords: steel structure and stability

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

钢结构构件与传统的砖砌或混凝土结构相比，具有抗震度高，节省空间，工程成本低廉等优势。高强度钢材的研发生产，设计施工技术的进步以及计算机辅助设计的成熟为钢结构体系的发展和广发应用提供了充足的条件。在钢结构构件迅猛发展的过程中，其稳定性问题逐凸显，本文就此阐释了一些相关的基本概念，并对钢结构构件稳定性的问题作了具体的分析。

一、钢结构构件稳定性的相关概念

1. 稳定性问题的概念和分类

稳定性问题是指钢结构在受到外界扰动的情况下能否恢复到初始状态的性能，而与之相对应的，失衡就是钢结构从初始的平衡状态移动至另外一个平衡位置，无法恢复到原始的状态。失衡的类型主要分为三种：第一种是分支点失稳，一般情况下，窄梁，圆环等都容易发生这种失稳；第二种是极值点失稳，钢结构的偏心受压构丧失稳定性属于这种失稳，这种失稳现象在现实中极为普遍，在实际操作中，常常把它作为第一种失稳状况来处理；第三种失稳情况成为跃越失稳，与上述两种失稳情形不同，它是在初始的平衡状态被破坏之后直接进入到下一种平衡状态。

区分钢结构构件失稳的类型性质具有重要的意义，因为这样才能采用正确的方法估算出结构整体的稳定承载力。在设计上为轴心受压的钢结构构件，在实际使用中无法做到完全避免弯曲和变形，因此承载压力的作用点也会变为偏心，要掌握钢结构构件的特性，必须对构件发生屈曲和受压后的性能做出全面分析和研究。

2. 影响钢结构构件稳定性的因素

钢结构构件的稳定性可以分为结构本身的稳定性能和结构整体的稳定性能，因此对钢结构构件稳定性产生影响的因素主要包括结构自身的因素、结构系统的因素和外界影响造成的一些随机因素也会对钢结构构件产生作用。具体来说，可以分为以下几个方面：

（1）构件自身因素：这部分主要包括构件的承载强度，构件材料的应力和屈曲性能，构件的截面特征等； ，

（2）构件整体因素：主要包含结构整体的支撑性能和抗扭力屈曲的性能，比如钢柱的柱间支撑；

（3）随机因素：包括在设计建模时未被考虑在内的误差和偏误都有可能在实际使用中对钢结构构件的稳定性造成影响。

二、钢结构构件稳定性设计的原则和特点

1. 钢结构构件稳定性设计的原则

根据实际设计制造中钢结构构件存在的稳定性问题，可以总结出一下三条原则，更好地遵循这些原则可以增强钢结构构件的稳定性能。

（1）必须同时考虑整体及各组成部分的稳定性要求。

从目前的钢结构构件设计制造情况来看，大部分的设计都是从平面体系来进行的，例如桁架和框架的设计就属于这种情况。为了确保这些平面结构不散失其稳定性，就需要从结构整体来进行考虑解决方案，也就是要设计必要的支撑构件，要满足这一点，就要求实现平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置的一致，且需要注意横隔设置和杠杆稳定等相关细节。

（2）结构计算简图和使用方法所依据的简图相一致

目前实际设计操作过程中，在设计单层或多层框架结构时，经常为了节省成本不做框架稳定性分析，而采用框架柱的稳定性计算来取代。这就容易产生下列问题，在采用这种方法时，框架柱稳定性计算的参数应该由框架整体的稳定性分析来得出，而实际操作中为了简化计算往往会设定典型数值，也就是说通常情况下只会考虑典型情况，而忽略了实际中钢结构构件的多样性，这样会导致计算出现偏误，造成钢结构构件的失稳。

（3）结构细部构造设计和稳定性计算相一致

在钢结构构件的设计制造中，结构计算和结构设计一致性的问题一直是广受关注的问题，为了实现这一目标，必须赋予传递弯矩和不传递弯矩的节点相应的刚度和柔度，而针对桁架节点的结构特性尽量减少其杠杆偏心。在涉及到稳定性能时，对于钢结构构造经常有不容的强度要求和特殊考虑。

2. 钢结构构件稳定性设计的特点

（1）整体刚度和失稳效应：在现行的轴心压杆稳定相计算方法主要是通过临界压力求解和这件系数这两种方法

（2）稳定性分析的整体性：钢结构构件的稳定性分析和计算必须从整体考量，因为杆件能够保持稳定性是结构整体的性能和承载力决定的。

（3）稳定性计算的二阶分析：在计算钢结构构件的稳定性过程中，除了需要整体考虑结构的屈曲性能和强度等指标，还有一些特性需要重点加以分析，首当其冲的就是二阶分析。钢结构设计规范中涉及一阶弹性分析法和二阶弹性分析法，对于构件稳定性涉及到到结构和位移对结构内力产生的影响，称之为二阶效应。采用二阶分析发，可以针对大变形、大挠度的钢结构进行较为系统准确的分析计算。

（4）稳定性分析不需要对钢结构够构件的超静定性能进行分析，因为稳定分析只是针对位移进行的计算。

三、钢结构构件稳定性设计中的前沿问题

近年来，对于钢结构的基本构建的理论实践研究以日臻成熟，基本数值分析的稳定性分析也进行的很充分了，但是，新型钢结构构件的发展也导致了稳定性设计中的一些问题：

预张拉结构是目前在钢结构设计生产中越来越广泛采用的一种结构体系，但这种体系在理论研究领域大大滞后于实际发展的需要，目前，还没有成熟完备的理论体系能够分析解释预张拉结构体系的稳定性。

网壳结构也是在钢结构构件制造领域常常采用的一种结构体系，但由于其自身的结构特性使其结构敏感度较高，因此在地震风暴等自然环境下的稳定性设计需要稳定理论和振动理论的支撑，因此尚缺乏有效的研究成果。

大跨度网架拱形结构属于钢结构中的大跨度结构，非线性有限元理论对于这一结构的稳定性研究提供了一定的解释，但总体上来说关于其稳定性设计的研究还十分缺乏。

斜拉空间网格是一种新型的钢结构设计体系，目前对于这方面的研究尚处于空白阶段。

以上都是钢结构构件稳定性设计中存在的前沿问题，我们只有不断完善相关基础理论研究，加强对影响钢结构稳定性设计的随机因素加强检测和控制，才能从根本上使得钢结构的稳定性问题得到根本解决。

参考文献

[1]GB5001. 钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2005

[2]张耀春,武振宇,张文元.值得探讨的若干钢结构稳定问题[J].钢结构工程研究.钢结构增刊, 2002.223-230