钢结构设计论文篇(1)

尽管结构形式的选择通常是结构工程师的工作，建筑师也必须对影响结构和连接设计的因素有一定的了解；即使国内绝大多数钢连接构件的设计由制造商完成，建筑师也必须对于现代钢结构建筑结构构件的连接方法、控制性原则和导致因素有一个清醒的认识。

一、钢结构构件及特点

钢结构构件的另外一个特点是截面多样性：一方面，钢材的各向匀质性使得它可以被加工成各种形状，这与木材的各向非匀质性区别显著：同为线性结构构件，钢结构的截面多样性是木结构所无法比拟的，这也是有工字钢而没有“工字木”的原因，杆件结构中连接构件几乎全部是钢也说明了这一点；另一方面，钢结构构件的截面形状也对连接设计也产生强烈的影响。在受力范围允许的情况下，不同型钢的选择可以导致不同形式的连接。

二、连接设计受到的约束

钢材种类繁多，耐受力也不尽相同，连接设计通常受到以下因素的制约：

1．构件的来源：理论上钢结构构件或是连接构件具有任意加工性，但在各具体项目中，结构构件与连接构件总会受到现实条件的制约。有经验的设计师通常选择容易获得，方便安装的型钢，并设计出简单有效的连接方式与连接构件。

2．连接手段的限制：钢结构的施工特点之一是采用工厂加工、现场装配。这是区别于传统砌筑方式而产生大量节点的原因。各种型钢之间的连接，主要有三种手段：铆接、焊接和栓接。钢结构建筑的早期多采用铆接，施工简单但需要在构件上挖出洞口而降低了断面性能，容易在节点处产生集中应力，近来较少采用。采用焊接的节点，外观简洁而荷载传递效率连续，但施工作业要求较高。后期出现的高强度螺栓连接，同样可以达到类似焊接的强度要求，在现代钢结构中大量采用。

3．连接构件具有层级性：钢结构建筑结构体系之间存在复杂而逻辑的层级关系，在连接层面，这种层级关系反映为构件尺寸与安装先后的差异。连接的目的是实现层级转换，也是实现力由三维向二维转化、最终传递到一维构件的关键。复杂的连接通常由立体连接构件、平面连接构件组合完成。

4．连接构件所处的平面：两个线性结构构件总是处在一个平面内，该平面为构件应力的发生平面，连接构件为了有效抵抗这个平面内的应力、弯矩或剪力，常常设计在此平面内，如钢管与拉索的焊片总处在这两者构成的平面中；在多个构件的连接情况下，组合的平面构件可以与立体的受力情况相对应。

三、连接对象的原型与连接的分类

钢结构建筑的结构构建包括杆件与索两种基本类型，由此产生的连接方式可分作索与索的连接，杆件与杆件的连接，索与杆件的连接。无论平面结构或是空间结构，由于构件单体的线性特质，结构体系的复杂与否并不会导致更多类型的连接，而复杂的连接可看作由这三种基本类型组合而成。

1．索与索的连接

索在结构体系中只承受拉力，内力沿索的轴线不变，索的截面不会因长度变化而变化。其连接特点如下：

a.位于端部的连接必须通过索套来实现。（图1）

b.位于索中部的连接可由各类夹具来完成。

c.多根索的连接需要设计新的节点，根据索与索结合方式的不同而各有差异：如常见的单层或双层索结构，根据布置方式的不同又可以出现平行或辐射等形式。索网的轻质有效，迎合了人们对轻巧与透明的普遍追求。皮亚诺设计的位于意大利的BancaPopolarediLodi总部室外广场的玻璃顶（图2），受力结构由上下两组索网相互拉接而成，玻璃夹在结构中间，并由水平向的联系索加强稳定，固定于四周混凝土墙体之上，所有节点均为索－索连接，轻盈而透明的屋顶表现了索在特定场合的优势。

2．杆件与杆件的连接

杆件较索更早出现，应用也更广泛，由于杆件既可受拉也可受压，这使得杆件之间的连接设计也较索更为复杂多变。决定杆件连接设计的因素主要有以下两个方面：a．杆件之间的交角，b．杆件各自的截面形式。前者由结构体系决定，后者可以在连接设计阶段选择不同型钢或进行组合，以方便连接构件的设计。

在交角非垂直的情况下应该谨慎选择构件截面，降低节点设计难度。在柏林某信息中心（图3）的梁柱连接中，圆钢管柱被突兀地截断，然后与多块钢板焊接于工字钢梁，交接显得十分机械而僵硬。与之形成对比，赫佐格设计的汉诺威展览大厅（图4）屋顶处梁柱连接设计中，一方面，选择拉索避免了杆件间的非垂直交接；另一方面，方形钢管柱在连接处的分解与圆形变化，使其与圆形钢管梁之间的连接过渡的自然合理。

在贝聿铭设计的美秀博物馆（图5）屋顶构架中，多根杆件的立体交接没有采用常规球形节点做法，而是设计了一个多方向板式铸钢节点构件，横向钢管贯穿其间且保持截面不变，其余构件在节点处转化为钢板与节点构件用螺栓连接，从而保证了结构面与屋顶面平行，取得简洁平整的效果。如若用普通球形节点，那么庞大的节点势必使屋顶构架显得沉重，也无法反映传统木构建筑中榫卯连接的简洁，更难以取得这样的艺术效果。

3．索与杆件的连接

虽然索最符合钢材的材料性能，但由于它是只具备单向抗拉性能的柔性构件，所以索与杆件结合组成的结构体系可以取得轻盈与稳定的双重优势，如近年来在大跨领域十分流行的张拉弦结构。即使在较小跨度建筑中，索与杆件组合的方式也相当普遍。

连接设计根据索的连续与否，须采用不同的连接件以对应：位于索端部的连接，需要通过索套、螺栓、焊片一系列构件与杆件固定，此种连接程序构造简单合理，应用也十分普遍，同时可以选择索套夹焊片或是焊片夹索套两种不同的方式。如意大利热那亚旧海港的重新开发项目中（图6），索膜与杆件的连接在分别涂以灰色和白色的不同的层级中采用了上述两种方式。但也可以通过索套的特殊设计与杆件直接结合，需要注意的是焊片的省略意味着索套必须承担转化索与杆件所成角度的功能，如吉芭欧文化中心（图7）拉索与基座的连接：尺度夸张有力且旋转了一定角度的索套整合了焊片的功能，使得这一节点在此类连接中独树一帜。位于索中部的连接，可以采用索夹，索卡（少数情况下也可采用焊接的办法）来固定索与杆件的位置。汉诺威贸易交易大厅（图8）鱼腹梁中，上弦杆与下弦索的连接设计采用了索卡固定。

四、连接设计的方法

在相当一部分的钢结构建筑中，结构对于构件形式与尺寸的要求并不十分苛刻，这就给构件与连接设计带来相当大的设计余地。建筑师对于构件形式与尺寸的选择与连接设计或者说连接形式息息相关。对国内设计师而言，实际情况常常是有限的型钢选择与为数不多的成型连接构件，所以设计方法就显得尤为重要，即使这些方法或手段常常带有纯粹表现的色彩。

1.分解分解的对象是结构概念中抽象的单一构件，在实际连接中常表现为构件数量的分解或截面形式的分解。这一手法在包括了钢结构的杆件体系的连接设计中颇为常见，如悬挂结构中的受压杆常分解成几根杆的组合；柱子常分解为束柱等等。这些分解有的是出于结构受力的需要，有的仅仅是为了在构件中制造间隙，方便连接。复杂节点采用分解设计有利于提炼出连接的基本形式，从而达到简化连接概念，整合节点设计的目的。

位于美国休斯敦名为CyTwombly画廊（图9，图10）的钢结构屋顶连接设计中，大量运用了分解的概念，巧妙地将多层的屋顶结构与遮阳系统结合起来。首先是由工字钢组成的网格状遮阳结构，天窗结构悬挂在遮阳结构之下。由于受拉构件更符合钢材力学性质而尺寸较小，因此悬挂的拉杆没有分解，而钢梁受力较为复杂（受弯、剪），故尺寸较大且由一根分解作两根。整个屋顶设计逻辑清晰，与屋顶功能上的分层概念相得益彰。

2.转化截面形式的考量与尺寸的转化也是连接设计的主要问题。转化的目的是为了缩小构件截面，方便连接设计。构件截面一般可分为两大类：管状类截面（如圆钢管）及非管状类截面（如工字钢）。前者之间的连接往往需要缩小截面，如网架球节点处的缩小了的实心钢管。后者之间的连接通常对构件做简化处理，如去掉宽翼，只保留型钢的高度部分，而且常与分解设计相结合。除了改变构件截面形状外，沿垂直于构件轴线的面将构件切断后，再设计新的节点去连接也是经常使用的方法。如前面讨论过的美秀博物馆（图2）屋顶构架节点中，钢管截面的转化不仅带来连接的便利，也使得节点设计的灵活性得以体现，在表达传力的同时，利用雕塑似的造型设计将力的流动视觉化、艺术化。

3.整合整合设计立足于减少构件种类及数量，简化连接方式，强调结构形式方面的整体性，使得这类设计作品往往具有优雅的形象。这种方法有两个前提：1）各节点受力方式相同。2）结构构件截面形状类似、尺度近似。受力方式相同保证了选择相似截面的科学性，截面形式相似、尺度近似则保证了视觉的整体性。

福斯特设计的由钢和玻璃组成的英国剑桥法律系楼（图11）的外表皮，模糊了窗、墙、屋顶之间的概念，构件间的连接采用整合设计正好表达了这一思想。编织状的表皮是由许多高度极小的拱型空腹梁交织而成的结构，所有构件皆为圆形钢管焊接，整个结构显得匀质而典雅。无独有偶，OMA设计的西雅图中央图书馆（图12）的表皮设计运用了同样原理。为了达到整合的效果，整个建筑的所有表面完全由相交成菱形的工字钢组成，工字钢截面形状、尺度大小完全一致，联结方式也统一采用铆接，经过受力分析计算，在受力较大、需要加大截面高度的地方采用了两根或三根工字钢叠加完成，手法理性而又浪漫，成就了图书馆安静祥和的气氛。

结语

尽管类型可以分析归纳，方法可以分类总结，但这并不意味着设计成了教条，也不意味着获得优秀设计有了方程式。由于对钢材性能的挖掘与对形式极致的追求，导致连接设计包含了大量的技术性因素，即使这样，连接构件的设计也不应成为工程师或构件商的责任，因为技术的扎实储备始终是建筑师获得优秀连接设计的无法超越的渐进步骤。虽然符合钢材性质的连接方式（铆接、焊接、拴接）必须要遵循这些定律并在钢材的允许范围内进行设计，但是优秀的设计仍然能够找到优美的连接的形式而不会因为受到约束而产生刻板的机械产品。即使美观在各个时代的评价标准存在差异，但一种内在的、符合材料逻辑的吸引力必然会突破风格或理论的限定而达到美的真谛。

主要参考书目及文献：

[1]PeterTrebilcock,MarkLawson，ArchitecturalDesigninSteel，2003

[2]Sutherland,MasterofStructure:EngineeringToday''''sBuildings,LaurenceKing,2002

[3]CateerineSlessor,Eco-TechSustainableArchitectureandHighTechnology,Thames&Hudson,1997

[4]［芬兰］伊萨·皮罗宁，钢的建筑造型，高辉、陈治国、王虹译，天津大学，2004

[5]［日本］日本钢结构协会，钢结构技术总览，陈以一，傅功义译，中国建筑工业出版社，2003

[6]［德国］舒立茨等，钢及结构手册，殷福新等译，大连理工大学出版社，2004

钢结构设计论文篇(2)

关键词：钢结构现场施工

1．前言

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》公布以来已经快三年。这几年，这类工程发展，《规程》起了很大推动作用，但也陆续听到一些令人不安的情况。今冬雨水较大，降雪较多，有些地方雪特别大，结构压坏恐怕很难避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某厂屋顶漏水解决不了，找到钢结构委员会来了，不是雨水，是冷凝水，以前还没有碰到过。另外，也看到一些工程，有的框架梁太细，令人担心，遇到大雪很可能出问题。有的骨架立起来摇摇幌幌，没有支撑，说装上墙板就好了，好象有了墙板就可以不要支撑。现在排架多起来。用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。现在是市场驱动，有些企业搞承包能省就省，尽量压低造价，管它是否符合规定。有的连规定也不清楚。利用开年会的机会，结合了解到的一些情况，就门式刚架房屋设计施工中的问题，作一个发言，抛砖引玉，希望和与会代表交流，取得一致看法。

2．设计方面

1）屋面活荷载取值

框架荷载取0.3kN/m2已经沿用多年，不打算修改。但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载要提高到0.5kN/m2。《钢结构设计规范》征求意见稿规定不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6。门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2，与钢结构设计规范保持一致。国外这类，要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就要出安全问题。现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有克扣荷载情况，今后应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“挖潜”。

2）屋脊垂度要控制

框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否要验算跨中下垂度？过去不明确，它可能讲课时说过不包括屋脊点垂度。现在了解到，美国是计算的。他们作框架分析，一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。现在打算做个规定，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时（例如使坡度小于1/20），要验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。

3）钢柱换砼柱

少数单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很并，在外力作用下很容易松动和破坏。还有的单位，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成砼柱，而梁截面不变。应当指出，砼柱加钢梁作成排架是可以的，但将刚架的钢柱换成砼柱，而钢梁不变，是不行的。由于连接不同，构件内力也不同，要的工程斜梁很细，可能与此有关。建筑结构是一门科学，如果不按科学办事，是要吃苦头的。今后国家要执行建筑法，实行强制性条款，违反其中一项，出了工程事故，是要受罚的。

4）檩条计算不安全

檩条计算问题较大。檩要是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中讲的，有的设计人员恐怕还不了解，甚至有些设计软件也未考虑。但是，设计光靠软件不行，还要能判断。软件未考虑的，自己要考虑，否则就不需要高级工程师了。再有，设计人员往往忽略强度计算要用净断面，忽略钉孔减弱。这种减弱，一般达到6-15%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。《规程》3.1.7条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算，受压强度应按有效截面计算，稳定性应按有效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。曾有人问，这条规定是什么意思？如果有人再提这样的问题，我想问他，钢结构学过没有？因为这是钢结构的基本概念问题。如果这样的问题都签不出，说明他还不具备钢结构的设计资格的。有的单位看到国外资料中檩条很薄，也想用薄的。国外檩条普遍采用高强度低合金钢，但我国低合金钢Q345的冲压性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面计算承载力的。如果用Q235的，又想用得薄，计算时还不考虑有效截面，荷载稍大时檩条就要垮。

3．施工方面

1）柱子拔出

有的刚架在大风时柱子被拔起，这是实际中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误，而且设计柱间支撑时，未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔起。，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔构造，例如锚栓端部设锚板等。

2）没有柱间支撑

这种情况最近较多，需要大声疾呼，这样不行。蒙皮作用虽然各国都在研究，但没有任何一本规范允许不设支撑。蒙皮作用的影响因素太多，并非在任何情况多能发挥作用。特别是柱间支撑，受力较大，绝不能省略。蒙皮作用最多只能视为一种刚度储备。

3）端板合不上

端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严，而腹板与端板间夹角又，有的工程两块端板完全对不上，合不起来。强行用螺栓拉在一起，仍留下很宽缝隙，严惩影响工程质量。

4）锚栓不铅直

框架柱柱脚底板水平度差，锚栓不铅直，柱子安装后不在一条直线上，东倒西歪，使房屋外观很难着，这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用用无收缩砂浆二次灌浆填实，国外此法施工。最近在上海讨论轻钢施工验收规程，不少专家强调了这种方法。

5）保温材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐渐渗入，为保温村所吸收。今年冬季落雪多次，迁延时间较长。屋面的设计荷载很小时，当吸水量达至一定程序，超过了结构的承载能力，就要倒塌。

6）保温材料胡乱安装

保温材料一般采用玻璃棉，其厚度根据热功计算确定。正规做法是采用背面带铝箔隔汽层的玻璃棉，有的不用铝箔，用牛皮纸，我不清楚牛皮纸是否可作隔汽层，如果可以，也比不用任何隔汽层好。防止冷凝水向室内滴水，是房屋的使用要求之一。有人以为铝箔只是为了美观，或承受拉力，实际上它的主要作用是作隔汽层。承受悬挂时的拉力还可以用玻璃纤维布或钢丝网。现在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽层。另外，当采用内层钢板吊顶时，不是将保温卷材压在檩条上，而是为了施工方便，将保温材剪断，放在檩条之间的吊顶上，形成冷桥。某工程在这样处理的同时，又将吊顶钢板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作业时，将周边门窗关闭，由于室内外温差大，大量水汽在屋顶凝集，由吊顶钢板搭接处流下，形成了“外面不下里面下”的状况，使工程不能交工。经验告诉我们，当保温卷材有隔汽层并保持接缝处密封时，卷材是干燥的，无隔汽层时卷材是湿的。在水份的长期浸泡下，随着时间的推移，保温棉将被逐渐压实，最终失去应有的保温作用，因此安装方法是否对头，关系很大。

4．其它

钢结构设计论文篇(3)

本项目型钢混凝土梁（以下简称钢骨梁）内钢骨采用焊接H型钢，钢材材质为Q345B。根据构造图集规定，钢骨梁与钢骨梁的连接应保证主梁贯通。当主梁与次梁为刚接时，连接节点处，主梁上下翼缘连接板应根据次梁角度做好扩散角以避免应力集中。梁翼缘的连接采用全熔透坡口焊，焊缝质量等级为二级；腹板的连接可根据腹板所承受的剪力进行螺栓等强连接计算，以确定所需高强螺栓的数量。钢梁的翼缘或腹板处，应按照施工图要求焊好剪力钉，绑扎钢筋时次梁的纵向钢筋应深入主梁内并弯起，弯起高度符合钢筋的锚固长度。

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。

5结束语

钢结构设计论文篇(4)

关键词：案例教学法；钢结构课程；一体化教学；教学研究

中图分类号：G6420；TU391文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03006804钢结构代表了未来建筑结构发展的新模式[1]，但相关专业技术人员严重缺乏，已成为目前影响整个钢结构行业健康快速发展的“瓶颈”，大力推进人才强企战略成为推动建筑钢结构发展的重要战略之一[2]。作为专业人才培养主要渠道之一的国内各高校，为了使学生更好地适应钢结构行业企业的需要，对钢结构课程教学进行了一系列的研究，主要包括：（1）钢结构专业人才培养现状调查、钢结构专业人才培养目标；（2）钢结构课程教学特点、当前钢结构课程教学中存在的问题、教学改革方向和措施；（3）钢结构课程教学团队建设；（4）钢结构课程群设计及学时安排；（5）教学内容、教学方法、教学模式、教学手段的改革等。

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。

三、结语

通过案例这条主线贯穿钢结构理论教学和实践教学环节，加强了基本设计理论、构件设计、结构整体设计三个层次教学的纵向联系，实现了钢结构设计原理、钢结构设计、课程设计、毕业设计一体化教学。通过案例阐述理论，有利于教师“教”和学生“学”，有利于改变学生学习过程中只见树木不见森林、应用所学理论知识解决实际工程问题能力差的现状，有利于学生综合应用能力的培养和整体设计思维的建立。

参考文献：

[1]李永平.我国钢结构建筑行业发展研究[J].上海建材，2012（5）：12-13.

[2]云朋.钢结构建筑市场应用型人才需求与钢结构教学改革[J].西南科技大学（高校研究），2011（4）：55-57.

[3]刘文燕.案例教学法在刑法教学中的应用[J].教育探索，2014（12）：56-57.

钢结构设计论文篇(5)

【关键词】“钢结构”课程设计;项目式;教学改革

引言：

据分析数据显示，目前钢结构课程教材的内容主要以传统钢结构建筑设计为主，但随着建筑技术的不断创新和发展，传统的钢结构建筑设计理念和技术已经跟不上当代的钢结构建筑发展的步伐。并且很多高校教师在钢结构课程教学中采用的教学方式多是教材内容结合课后习题，这种教学方式不利于学生掌握钢结构的理论知识和设计技术。

1.“钢结构”课程的教学内容

钢结构课程的教学目标是让学生加深对各种钢结构建筑结构和体系的熟悉程度，并了解其中的受力分析原理，掌握钢结构建筑的设计技巧和设计方式，同时还要能够分析其中的结构问题并规划合理的解决方案；让学生初步掌握钢结构建筑的设计过程和设计数据的计算方式，并了解该行业的建筑需求和相关规定；培养学生对钢结构建筑设计软件的应用能力，并了解当代建筑行业中钢结构建筑的发展趋势；让学生在今后的工作岗位中能够应用所学的专业知识来解决钢结构建筑工程中存在的问题。钢结构课程是土木工程专业学习中的基础科目，该课程涉及到了多方面的专业知识，如轻钢式钢架结构、重型钢结构、多层钢结构、大跨度钢架结构等。钢结构建筑设计过程中涉及到的专业知识也有很多，设计人员在设计过程中需要考虑的因素是多方面的，既要结合力学理论的推导，又要考虑建筑的审美需求，还要满足大量的结构功能需求。由此可见钢结构课程教学内容的复杂性[1]。

2.项目式“钢结构”课程设计教学改革的方式

2.1应用多媒体教学和传统教学相结合的方式

多媒体教学方式是现代教学模式中的代表，多媒体这种现代教学方式是利用现代科技来实现教学内容的收集、教授、储存、扩展、应用的，教师在教学过程中应用多媒体教学能够更好的传达教学信息，进而完成教学任务。但在钢结构课程教学中，教师还需要根据教学内容来选择教学方式。例如，教师在讲解钢结构建筑的发展历史时，运用多媒体教学方式能够让学生迅速的接触到大量信息，通过图片和影像资料的展示方式让学生在最短时间内了解钢结构建筑的发展过程；在讲解桁架设计知识和构件分析时，运用多媒体教学方式可以让原本抽象复杂的设计理论变得形象化和具体化，在教学过程中教师可以添加工程图片，用动画演示实际的设计过程和施工过程；在讲解力学分析知识时应用板书教学方式能够让学生跟随教师的教学思想，逐步了解力学分析的原理和过程，让学生能够循序渐进的看到钢结构建筑的受力情况，加深对钢结构建筑受力分析的理解程度[2]。

2.2在教学课程中引入工程案例

工程案例是钢结构课程教学中的最佳教学素材，将工程案例引入教学课程中在丰富教学素材的同时，还能够将理论知识与实际应用结合起来，实现提高学生应用能力的教学目标。并且将多样化的具有建筑美感的工程展示给学生，能够吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣和设计欲望，进而在钢结构课程学习中投入更多的时间和精力，进一步掌握其中的设计内涵。例如，钢结构建筑中涉及到的受力体系有多种形式，教师在讲解每一种受力体系前可以先找出该受力体系下的典型工程，并以此为教学基础分析出其中的力学模型，整理出该受力体系工程中各个构件的受力理论和破坏机理，并在此基础上引出其中的名词概念和应用原理。另外所选用的工程案例要与时俱进，比方说鸟巢、世博会会馆、水立方等著名的钢结构建筑。

总结：

总体而言，钢结构课程设计教学改革的主要方向是将理论知识与实际工程相结合，让学生加深对钢结构设计知识和设计原理的理解程度，让实践教学更具有针对性，提高学生对钢结构设计理论的应用能力，满足现代建筑行业对设计人才的需求，让高校学生在进入工作岗位后能够更加迅速地得到工作企业的认可。

参考文献：

[1]余卫华,王正中,蔡坤.钢结构课程设计教学改革与实践[J].高等建筑教育,2015,01:69-71.

钢结构设计论文篇(6)

【关键词】钢结构;设计;稳定性;分析

近年来，钢体结构体系中稳定性设计已成为建筑结构行业的新型发展趋势。随着我国经济的高速发展，各种钢体工程建筑相继建设而成。钢体建筑已成为推动我国建筑行业快速发展的新型坐标。钢结构体系中的稳定性是钢结构设计中重点解决的问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但会对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以在做钢体结构稳定设计中，一定要把握好这一关。

1钢结构设计稳定性现状分析

1.1钢结构的强度和稳定之间的区别

钢结构的强度通常是指从结构上或者某个构件角度考虑，荷载引发的应力与建筑材料极限强度的关系，属于应力范畴。钢结构的稳定问题是找出外荷载和结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，也就是通常意义上的并行开始并快速增加时的状态，进而可以研究如何避免该状态的出现，所考虑的是变形问题，而不是应力问题。

1.2钢结构的柱理论

针对网壳结构的稳定性，我们应该重点研究它的梁和柱，也就是梁一柱理论。但由于该理论目前不成熟，所以还需对轴力与弯矩等进行有针对性的切实研究。

1.3钢结构的整体与局部之间不妥当

由于无论是从设计还是施工，当前的技术人员都缺乏科学的整体和局部观念，在设计与施工过程中，考虑都有疏漏，这在比较复杂的工程中，尤其是跨度大的建筑体施工时，都会影响工程的进度和工程质量。

2影响钢结构稳定性设计的主要因素

尽管钢结构稳定性设计处于不断完善的阶段，但是，在实际稳定性设计过程中，由于设计者忽略了钢结构材料自身所具有的缺陷，为了便于计算，在使用钢结构材料时，常作为弹性塑性材料进行分析，对其材料自身存在的残余应力、初偏心和弯曲等客观存在的缺陷被忽略，从而造成计算出现偏差，影响钢结构稳定性。除此之外，多随机性也是对钢结构稳定性设计造成影响的主要因素之一。在目前通过钢结构随机性影响因素所解决的问题，仅仅局限在结构参数和随机荷载的确定与输入范围内。在实际钢结构工程中，不确定性的结构参数使结构响应存在明显差异。因此，在实际钢结构稳定设计中，影响因素主要涉及物理几何和统计的不确定性、模型的不确定性。如材料、截面积无法在计算中反映出各种因素的不确定，这样一个理论与实际承载的差异，都归结与以上三种不确定性因素，因此，只有不断全面对这些不稳定因素进行深入探讨，才能进一步完善对钢结构稳定性的设计。

3钢结构的失稳分类

3.1分支点

在其轴心的受压构件较为完好的情况下，当端部受压力时，其所承受压力毛某个限值，但依然处于稳定平衡状态，那么此时钢结构的构件截面承受较为均匀的压力，若轴线有状况产生也仅仅为压缩变形。而相反的是，若端部所受荷载压力的时候，其所承受的压力>限值，此时，其构件便会发生弯曲性的变化，那么就会使得原来的轴心所受到的压力平衡的形式发生一定程度上的改变，从而导致分支点出现失稳现象。如图1所示，当荷载有所增加时，在钢结构的平衡出现改变的同时，也会出现新的平衡形式而又造成失稳。

图1分支点的失稳图

3.2极值点以及跳跃的失稳

此失稳主要是因为塑性扩展至一定程度的时候，钢材所做成的偏心受压构件便失去了其稳定性能力，从而使得平衡的形式改变而产生失稳现象。与分支点与极值点的失稳有所不同，跳跃的失稳则为当钢结构的构件状态失去其稳定平衡之后，跳跃至其他的稳定平衡状态（见图2）。在荷载q存在的条件下，荷载的曲线OA成现稳定的上升，而一旦达到最高点A时，又就会自动的跳跃至C，拱结构下垂，因AB曲线不太稳定，且BC曲线处于稳定的上升阶段，不存在极值点以及分支点，因此，可以断定钢结构出现失稳了。

图2跳跃失稳

4目前钢结构设计中所存在的缺陷及措施

4.1钢结构设计中所存在的缺陷

钢结构自身的一些特点，使得应用在土木建筑过程中可以获得比较好的收益。但是从长久的实践来分析，钢结构也存在着一些不可避免的弊端，给建筑安全造成了一定的影响。这主要表现在以下几个方面，钢材本身就存在着各种不足，比如在抗腐蚀性和耐火性方面，钢材的耐受力并不高;在建筑工程施工过程中，要应用钢结构，就必须要进行较为严密的防护，这样所需要花费的成本会更高;钢结构在施工过程中，如果温度超过 150℃，就已经超过了钢结构的耐受力，这很容易使得钢结构发生变形等，给施工造成一定的安全威胁;因为钢结构自身的特点，在开展施工的过程中会受到比较大的负荷，稳定性就会受到一定的影响，这些都是钢结构自身各种弊端中较为典型的一些问题。

4.2钢结构设计缺陷的应对措施

（1）加强稳定性理论的研究

研发高稳定性、搞性能的新型钢结构稳定性设计理论非常有必要，实践是以理论为基础的，科学的理论知识可以使实践达到意想不到的效果，因此，要不断地完善钢结构稳定性的设计理论。除此之外，施工简图必须根据结构计算简图来设计，而在此过程中涉及到大量的计算，某些设计人员经常会因为繁琐的数据而简化计算工作，从而使得计算结果与实际不相符合，施工件图和结构计算简图不能吻合。因此，在加强钢结构稳定性理论研究的同时，还要提高设计人员的素质，只有这样才能保证钢结构设计的稳定性。

（2）规范竞标投标的管理制度

对于在投标过程中盲目地压价行为要给予严厉地打击，运用法律武器使得竞标过程规范化，从而实现公平竞争、科学计算、自主报价的竞标秩序。除此之外，还应加强对评标程序的管理。有些竞标单位一味地追求利益，没有精品工程的概念，从而对钢结构材料的稳定性不够重视。因此，在招标过程中，要对投标的单位进行严格的资格审查，杜绝这些不良现象的发生。

5结语

钢结构稳定问题是很复杂的，尤其当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响时，就更增加了解决稳定问题的难度。另外，在工程结构稳定性的研究领域中，还存在很多尚未解决的难题。比如：大跨度桥梁、大跨度薄壳、大跨度大空间网壳、高层与超高层建筑结构的双重非线性动力稳定性等问题。只有深入研究并解决这些难题，钢结构稳定设计理论才会不断地完善。

参考文献：

钢结构设计论文篇(7)

关键词：型钢混凝土结构 抗震性能 试验研究 理论研究

引言

地震对建筑的破坏很大，是迄今人类尚难以抵御的自然灾害。地震发生时，能够在瞬间使大量建筑物破坏甚至倒塌，并引发各种次生灾害，如火灾等，造成人员伤亡。特别使在人口密集、生命线系统工程日益复杂的现代化大城市，如发生地震，后果不堪设想。

1985年墨西哥城地震、1994年诺斯里奇地震和1995年阪神大地震等均为抗震设计和研究提供了很多的经验教训。我国是地震多发的国家，历史上曾发生过多次灾难性地震，给人民的生命和财产造成了巨大的损失[1]。我国有40％以上的地区属于7度地震烈度区，有70％的百万人口大城市处于此地震区内。20世纪以来我国经历了邢台、海城、唐山、汶川和玉树等多次地震，对地震造成的严重灾害有着深切的体验，因此要特别重视建筑结构的抗震问题，注意研究和掌握结构的抗震性能。本文总结概括了国内外对型钢混凝土结构抗震性能的研究概况，为建筑结构抗震性能的研究工作提供一点参考。

1 名称

20世纪初，西方国家的工程设计人员为提高钢结构防火性能，在钢柱外面包上混凝土，称为“包钢混凝土(Steel-encased Concrete)”，在前苏联称之为“劲性钢筋混凝土”，在日本则称之为“钢骨钢筋混凝土(Steel Reinforced Concrete)”。我国研究人员将其翻译成“劲性混凝土”、“钢骨混凝土”或“型钢混凝土”等，本文采用“型钢混凝土”这一称法。

2 型钢混凝土结构的优点

型钢混凝土结构与钢结构相比：可以节约钢材，降低造价；克服了钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等特点，外包混凝土可防锈、防腐、防火，还可以防止钢结构局部和整体屈曲；增加结构刚度和阻尼等等。 型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构相比：内置型钢可提高结构的承载力，减小构件断面尺寸从而增加建筑使用面积；构件的刚度、延性及耗能能力均有明显提高，适用在地震区使用；型钢骨架可承担施工荷载，这样就节省了模板，加快施工速度。

3 型钢混凝土结构设计规范

基于对型钢混凝土结构大量的试验和理论研究，各国都颁布了相应的设计规范[2]，据不完全统计，我国各行业部门从1990年至2006年颁布有9部设计规程。国内主要的型钢混凝土结构设计规范有：①型钢混凝土设计与施工规程(JCJ 101-89)，②型钢混凝土结构设计与施工规程(CECS 28-90)，③火力发电厂主厂房钢-混凝土组合结构设计暂行规定 (DJG 99-91)，④钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-97)，⑤钢-混凝土组合结构设计规程(DL/T 5085-1999)，⑥战时军港抢修早强型钢-混凝土组合结构技术规程(GBJ 4142-2000)，⑦型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138-2001)，⑧高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002)，⑨钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-2006)。

在我国，20世纪50年代，首次从前苏联引入型钢混凝土结构技术。60年代，为了节约钢材，型钢混凝土结构的研究陷于停滞状态。80年代改革开放后，随着我国高层建筑的发展，型钢混凝土结构的研究又一次兴起。系统地研究开始于1987年，冶金部建研院、西冶结构研究所进行了一系列试验。80年代末期以来，许多高校及研究院继续开展型钢混凝土结构的研究，对于其力学性能进行了大量的试验研究，探讨了各类构件的设计方法。

4 型钢混凝土结构抗震性能研究

型钢混凝土的内埋型钢可采用实腹式和空腹式，实腹式型钢混凝土具有较好的抗震性能，空腹式型钢混凝土与普通钢筋混凝土性能相比，一般来说空腹式型钢混凝土抗震性能较好。因此，目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土，内埋实腹式型钢可采用钢板焊接或直接采用轧制型钢。

本文统计了一些国内外对型钢混凝土剪力墙结构的研究，如表1所列。关于型钢混凝土结构的强度、刚度及抗震性能，欧美、日本及我国国内的学者都进行了大量的强度、低周反复和动力试验研究。关于型钢混凝土结构及构件的研究，早期多是关于柱和框架的研究，而关于型钢混凝土剪力墙、异性柱及短肢剪力墙的研究相对较晚。结合国内外的试验研究，总结出以下几个因素是影响型钢混凝土抗震性能的关键问题[3]有：轴压比、剪跨比、含钢率和型钢截面形式、配箍率、混凝土强度等等。

表1国内外对型钢混凝土剪力墙的研究

5 结语

作为一种具有较好延性的结构，型钢混凝土组合结构在我国高层建筑中已逐渐被推广采用，《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)中均提出采用这种组合结构来有效地改善建筑的抗震性能。因此，对该种结构进行非线性地震反应分析，研究其弹塑性时程分析是一项具有实际意义的课题，其中主要一部分任务就是要建立结构及构件恢复力计算分析模型，这是对结构非线性分析的理论基础。对钢筋混凝土基本构件的恢复力模型中的特征参数，国内外学者做了大量研究工作，可以给出它们的特征参数计算公式，而对型钢混凝土构件的特征参数目前还很少有文献直接给出计算公式。