时间：2023-05-29 17:33:30
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇钢结构设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号TU391 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0090-01
0引言
和混凝土结构相比,钢结构自身重量轻, 工厂制作精度高,现场安装方便。加固改造方便,且拆卸后可回炉冶炼,基本没有难以处 理的垃圾,因此目前运用越来越广。但是钢结构重量轻,则截面单薄,稳定的问题就势必很突出;安装方便,则对连接节点和工厂制作提出了较高的要求。钢结构除了对构件的力学分析清楚以外,对零件的构成,构件的拼接也要有清楚地了解,尤其是目前一些大跨度的空间结构,有时节点的设计和施工,会牵涉到整个工程的成败。这就要求设计者对钢材的性能,对连接件(主要是焊条和螺栓)的性能及连接的节点等都要全面的掌握这样才能真正做好设计。
1基本构件计算
1.1受弯构件
1.1.1受弯构件的强度计算
实际上当受弯构件的截面外边缘的应力达到屈服应力时,并不表明此构件已经达到了承载能力的极限状态,还可以继续加载,它的承载能力的极限状态是全截面屈服,形成塑性铰,但此时构件的变形已达到无法使用的地步,显然,有限制的让截面扩大一些塑性范围是合理的,经济的做法。
1.1.2受弯构件的整体稳定计算
受弯构件发生侧向转动失稳的原因是受压的翼缘在没有侧向支撑的情况下,会象柱子一样发生向刚度较小的方向侧向弯曲,而受拉翼缘又要保持原状态,因此就会发生伴随着转动的侧向失稳,即弯扭屈曲。为了避免这种情况发生,最有效的办法是在梁的侧面设置支撑,平台板、走道板、制动板、次梁都可以,只要能阻止受压的翼缘侧向位移即可。还有一种办法就是增加上翼缘的侧向刚度,也就是增加上翼缘的宽度。
1.1.3受弯构件的局部稳定
在设计梁时,主要是考虑它承受弯矩,对于工字形截面,一般靠加大梁高和增加翼缘厚度来提高其抵抗弯矩的能力。腹板通常做得高而薄,这样才经济合理。但腹板高而薄,就可能产生屈曲。然而板的屈曲与柱不一样,柱一旦屈曲,就意味承载力已经达到极限状态,板在屈曲后,只要边部有约束,则荷载还可以继续增加,而且可以增加很多,这就是所谓板的屈曲后强度。但为了慎重起见,考虑利用板的屈曲后强度仅用于非直接承受动力荷载的组合梁。考虑利用板的屈曲后强度的梁一般不考虑纵向加劲肋,而且通常也不设置横向加劲肋,而是仅在支座处设置加劲肋。
1.2轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算
残余应力是影响钢压杆稳定的重要因素,同样长细比的杆件由于残余应力的分布和量值不同使其承载力出入很大,应力,象这种在没有外力作用下,截面产生的应力称作残余应力。翼缘越宽,两个区域的温差就会越大,则残余应力的峰值越大。 焊缝的残余应力产生的机理与此类似,不过焊缝处的金属处于熔融状态,它的热望性变形受到压缩以后,在收缩时要趋于缩得更短,因此受到的拉力要更大,有时焊缝处的残余应力会达到屈服点。对于双轴对称或极对称的杆件一般是以弯曲屈曲作为极限状态,因此要先求出两个方向的长细比进行比较,然后取大者来控制截面。
1.2.1弯扭屈曲与换算长细比
对于单轴对称的构件,在绕对称轴的屈曲时,其极限状态是弯扭屈曲,截面的选择是以弯扭屈曲来控制的。计算弯扭屈曲的方法是用换算长细比的方法。工程中常用到的槽钢,双角钢,T型钢,上下翼缘不等的工型截面都是单轴对称的构件,只要外力的合力在截面内不通过弯曲中心(又称为剪心),则杆件在弯曲时必然伴随着扭转。扭转与弯曲的耦合,使得临界荷载降低,弯扭屈曲的临界荷载Nyz既小于绕对称轴Y的弯曲临界荷载Ney,又小于纯扭转临界荷载Nz。双轴对称截面的形心与剪心是重合的,在弯曲时不会发生扭转。
1.2.2格构式轴心受压构件与换算长细比
在轴压力和弯矩比较大且柱子较高的情况,通常选用格构柱,即用缀件将两个或多个单柱连接成一体的组合柱。穿过单柱的形心轴为实轴,穿过缀件的形心轴为虚轴。格构柱在绕虚轴发生弯曲屈曲时,由于缀件的抗剪刚度比实腹柱的腹板要弱,剪切变形比较大,必须加以考虑。正是剪切变形的影响,使得格构柱的稳定承载力要低于实腹柱。也用放大了的长细比来考虑剪切变形的影响。格构柱与实腹柱的稳定计算相比,还有两点要加以考虑:①关于分肢的稳定,②剪力的计算。由于格构柱是用缀件将单个柱连接起来的组合柱,缀件之间的分肢的稳定也必须要加以考虑。用控制长细比的方法来保证分肢的失稳不先于整个柱的失稳。按理只要分肢的长细比不大于整个柱的长细比就可以了,但考虑到两个(或多个)柱的压力不可能绝对相等以及各种缺陷的不利影响,因此将这一要求加以提高。
1.2.3支撑
为了减小构件的长细比,有必要在构件屈曲的方向且要通过构件的剪心设置支撑,支撑要有必需的刚度,能提供一定的支撑力。支撑的强度和刚度要求随柱子数量都以二次方的速度增加,另外,当支撑同时承担结构上其它作用效应时,其相应的轴力可不与支撑力迭加。
1.2.4拉穹构件和压弯构件
压弯构件是工程中常用的构件,如平台柱,框架柱,有中间荷载作用的桁架杆件等。拉弯和压弯构件的稳定性计算压弯构件通常采用双轴对称或单轴对称截面,其弯矩通常作用在对称轴平面内。当弯矩只作用在构件的最大刚度平面内时称为单向压弯构件;当两个主平面内都有弯矩作用时称为双向压弯构件。实腹构件弯矩作用平面外的稳定计算当压弯构件两个方向的刚度相差较大,弯矩作用在刚度较大的平面内时,如果构件侧向刚度较小又没有足够的侧向支撑,它就有可能首先发生侧向弯扭屈曲而丧失承载能力。单轴对称截面在绕对称轴弯曲屈曲时,必然伴随着扭转屈曲,对于扭转刚度较小的开口截面,不考虑扭转屈曲对临界荷载的降低影响是不安全的。
1.2.5受压构件的局部稳定
受压构件的局部稳定主要是柱翼缘板和腹板的宽厚比应满足一定的要求,这样可以 保证局部屈曲不先于整体屈曲产生,不至于影响构件的承载力。事实上,在钢结构设计 中,大量的构件都采取防止板件失稳的设计对策,防止板件失稳的有效方法就是限制它的宽厚比。
2节点设计
节点的设计应该遵循简洁,可靠,便于施工的原则,并且要考虑当前的施工水平。 钢结构节点应多考虑尽量用高强度螺栓,少用焊接,节约人工费用,利用工厂的机械化和精度加工。
2.1柱脚
柱脚有多种形式,一般考虑与基础嵌固比较合适,插入式的柱脚是一种比较好的形式。无论是设计,还是施工,都很简单。尽管有时材料会稍多一些,但如考虑加工及安装费用的节省,另外还可以免去交叉施工时 对地脚螺栓防护的烦恼。 二是可以增加嵌固的能力,二次浇灌层的厚度宜>l00mm,便于找平。按抗震规范的要求, 凡是考虑抗震设防,柱脚插入深度应是两倍柱高。
2.2操作平台
小尺寸的操作平台(如长向尺寸
(下转第67页)(上接第90页)
好,在现场地面上 将整个平台焊好,然后再安装到支乘构件上,不必将平台中的每一个小梁都考虑为一个构 件在高空进行现场拼装。
2.3梁与梁的连接
梁与梁的连接最常用到的是铰接角钢是在工厂焊在主梁上的,它除了起连接作用外,还有定位的作用。板是用安装螺栓临时固定在次梁上,在现场用三道焊缝将次梁连接于主梁上,因此,有两条工厂焊缝,有三条工地焊缝,不可混淆。在次梁与主梁为斜交的情况,角钢的一个肢要弯折,不如改成两个板的连接,此时,位于主梁上的定位板还可以兼作加劲肋,如果是用高强度螺栓连接,次梁与主粱腹板的间隙s不小于20mm即可,但是如果采用焊接,考虑施焊的可行,s则必须大于70mm,再加上螺栓的孔距80mm,因此梁要 160mm以上才行。次梁传来的剪力的作用点离腹板近,因此附加弯矩小一些,其实除非是主梁位于边跨,如果是中间,再考虑有铺板的情况,这一附加弯矩是很小的。节点可以节省次梁材料,且加工,安装都很方便。事实上,上面的连接都不是真正的铰接,两条垂直焊缝可以传递不小的弯矩,因此考虑次梁的剪力所产生的附加弯矩可能在大多数情况下没有什么实际意义。
2.4梁与柱的连接
梁与柱的连接通常有刚性连接和半刚性连接,在抗震性能方面半刚性连接较比刚性连接有很多优点。梁腹板与柱的连接是用安装螺栓,一些用高强度螺栓摩擦型连接,两种形式都是可以的。对于刚性连接,在柱腹板节点域规定的比较严格,对于轻型钢结构,此处柱的腹板厚度往往不够,需要局部加厚。
2.5吊车梁
带有制动板吊车梁,以往制动板与吊车梁上翼缘的连接无论吨位大小和工作制的级 别的等级如何,都采用高强度螺栓摩擦型连接。制动板与吊车梁上翼缘的连接可以采用普通螺栓和焊缝连接。小的吊车梁甚至可以只用单面焊缝连接。当遇到抽柱子的情况,对于跨度的吊车梁,有时是刚度控制断面,就得增加梁的高度,但支座处高度要保持一致,就要采用变断面的吊车梁。
2.6关于焊缝
吊车梁下翼缘的对接融透焊缝采用斜焊缝,其目的是想通过延长焊缝的长度来保证焊缝能承受母体所承受拉力。其实对于对接的融透焊缝,只要达到了二级焊缝质量标准,也没有必要要求对接焊缝非要避开梁的中部受力大的区域。事实上焊缝的残余应力总是最后一道起作用,因此如果先焊了一条纵向焊缝,再焊横向焊缝,在交叉点处,纵向焊缝的残余应力受后焊的横向焊缝的热影响,已经释放了大部分,只可能稍许增加一些而已,不存在两者迭加的问题。相反,如果将一条十字焊缝改变为两条丁字焊缝,残余应力较大的区域却增加为两个,整个板的残余应力反而增大了。一些试验研究的结果也证实了十字焊缝的性能要优于丁字焊缝,因为这种方法便于排板和旖工方便。因此应该在今后的钢结构工程中提倡优先采用十字交叉接头。但要如果采用丁字交叉,则两条焊缝一定要相距200以上,否则残余应力影响严重。
参考文献
[1]钢结构设计规范编制组,钢结构设计规范修改说明.中国计划出版社,2003.
关键词：现代钢结构，优点，设计，基本原则
Abstract: this paper introduces the advantages of modern steel structure, the modern steel structure design of the basic principle, the modern steel structure design and other aspects of content for modern steel structure design personnel to provide the reference.
Key words: the modern steel structure, the advantage, the design, the basic principle
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
随着科学技术的不断发展，各种建筑工程逐渐呈现大型化的特征，不但空间相对扩展，其跨度也在不断延伸。在这种情况下，传统的建筑材料和建筑方式已经远远不能满足形势发展的需要，在这种情况下，现代钢结构的出现弥补了传统建筑材料的不足，逐渐成为现代建筑不可或缺的重要结构。尽管现代钢结构有着相当多的优点，但是现代钢结构的设计过程中仍然存在着许多问题和难题，为此，大力加强现代钢结构设计的研究，不但可以大力推进现代建筑的发展速度，而且还可以大大提高现代建筑的安全性。
一、现代钢结构的优点
1、现代钢结构安装布置相对灵活
现代钢结构组织结构比较均匀，其强度和弹性模量都比较高，因此可以进行大开间安排，这样能够使整个建筑平面分割合理，处理起来也相对灵活方便。
2、现代钢结构构件的自重相对较轻
和传统的建筑材料相比较，钢结构构件的自重要轻1/3—1/2左右，这样就可以降低处理建筑的地基或者钢结构基础的费用；同时，在发生较大震动时，钢结构的反应比较小，能够抵抗较强的震动，特别是具有较强的抗地震能力。
3、现代钢结构的施工周期相对较短
现代钢结构中相当多的配件以及建筑的主要构件都是工业化制作，不但质量能够得到保证，而且施工时各构件之间大多都是使用强度较高的螺栓进行连接，这样就会使得构件之间的组合安装相当迅速，施工的周期也比较短。
4、现代钢结构经济效益相对较高
钢结构由于采用现代设计以及现代化设备制造，制造比较快捷，运输也比较方便，并且工程建造的周期也比较短，资金运转也比较快，钢材还可以循环使用，经济效益也相对较高。
二、现代钢结构设计的基本原则
1、现代钢结构的稳定性原则
为保证现代建筑的稳定性，在进行现代钢结构设计的过程中，必须考虑整个建筑体系以及建筑各组成部分的稳定性。尽管现代钢结构最终组建起来的是具有宏观立体性的现代建筑，但是在进行设计时，现代钢结构基本上都是建立在平面基础之上的。
2、现代钢结构的稳定计算
在进行现代钢结构的设计过程中，无论是单层框架结构还是多层框架结构，设计人员常常不对框架进行稳定分析，只是进行框架柱的稳定性计算。即使进行框架柱的稳定性计算，也必须对框架进行整体性分析，在得出柱计算长度系数（此时柱计算长度系数和框架稳定计算等效）的基础上进行。但是，在实际操作中，由于框架结构种类繁多，如果按照每一个框架结构进行计算，那么必将浪费大量的人力物力和财力，为了能够尽可能提高计算效率，就必须对一些特定的典型条件进行设定。
3、现代钢结构的结构计算必须和构造设计相统一
现代钢结构的结构计算与构造设计相统一，是每一位钢结构设计人员必须随时关注的问题，特别是现代钢结构中的细微部位的构造和构件稳定性计算都必须做到绝对的配合，只有这样才能确保整个钢架结构的稳定性。
在设计过程中，对于传递弯矩与不要求传递弯矩的每一个节点进行连接时，必须满足他们的刚度与柔度，在桁架节点应该尽最大可能避免出现杆件偏心现象。这些内容都是设计人员必须认真考虑的细节问题，只有这些问题考虑清楚，现代钢架结构才有可能比较稳定。但是，只有这些设计是远远不够的，如果现代钢结构的稳定性能发生改变时，在钢架结构的设计过程中必须具体问题具体分析，进行针对性设计。
三、现代钢结构的设计
1、现代钢结构的结构布置
在进行钢结构的结构布置时，首先必须考虑组成整个钢结构体系的各种钢结构的特点。例如如果在轻型钢结构的建筑中，存在着相当大的悬挂荷载，此时可以使用网架结构，而不使用门式钢架结构。为了保证整个钢架结构的稳定性，必须认真考虑整个建筑体系的特征、荷载分布、性质等诸多因素，并进行综合处理。
2、现代钢结构的截面设计
当钢结构的形式确定之后，首先可以凭借自己的经验估算构件截面，对构件截面的尺寸、形状进行假设，普通情况下钢梁可以使用轧制、槽钢或者H型的钢截面。按照荷载以及支座的状况，截面高度一般为跨度的2%—5%。在对冀梁宽度进行设计时，要严格按照规定对梁之间侧向支撑之间的距离进行确定，尽可能不进行钢梁的整体稳定。
3、现代钢结构的支撑设计
支撑设计是保证现代钢结构稳定性的重要设计，通过有效的支撑设计可以构建合理的内力分配体系啊，从而有效改善现代钢结构的整体刚度分布状况，巩固其薄弱环节，从而使整个钢结构抵御水平荷载的能力更加强大。在进行现代钢结构支撑体系的设计过程中，必须严格遵守下面的原则：实现纵向荷载的明确合理地进行传递；确保整个钢结构平面外稳定，给钢结构以及各组成构件的整体稳定性设计侧向支点；使钢结构的安装更加快捷方便；满足现代钢结构的强度以及刚度的要求，使其具有更强的可靠性。
4、现代钢结构的节点设计
现代钢结构的设计中，节点的设计是非常重要的一个环节，节点设计是不是合理，对于整个钢结构的可靠度、稳定性以及建设周期、建设成本都有着至关重要的关系。在进行节点设计时，首先必须综合考虑节点的形式、构件的选择、传力特性等内容，然后对节点形式进行恰当选择究竟是使用钢节点、半钢节点还是铰接点。
四、小结
总之，现代钢结构取代传统的建筑材料，是现代科技的体现，大力加强现代钢结构的设计研究，可以不断改进设计中出现的问题，寻找最适合的设计方法，只有这样，才能够不断推进现代建筑的发展速度，提高现代建筑的安全性。
参考文献：
1、宋雪峰 王玉洁.钢结构设计中若干基本问题的探讨[J].北华航天工业学院学报.2010.20.03
关键词：建筑科学； 钢结构设计； 概念设计； 结构选型； 结构布置； 结构分析
1判断结构是否适合采用钢结构
由于钢结构具有建筑整体自重小、施工周期短、施工受自然环境影响小（温度）等特点，因此，钢结构通常适用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。
2 结构选型与结构布置
设计概念在钢结构中是非常重要的，尤其在结构和布置阶是非常重要的。当遇到一些比较难的问题或者一些未经规范的问题时，可以尝试着从整体和实际相出发，利用破坏机理来进行实验，并从中获得经验，当然不能只从一部分来进行控制，需要从全局出发，对控制结构采取细部措施。使用这些理论可以节省更多时间，对工程建设和构思提供好的方法。在结构方案上，要具有以下特点，首先是易于手算的，写的内容非常清晰并且是正确的，不存在大的错误，在运算过程中能很好的避免繁琐的运算过程。对于钢结构有网架、网架（壳）、轻钢、塔桅等几种结构方式。对于这些种类技术运用上都已经非常=成熟，但是也存在着许多不足之处，需要进一步改善。因此在选择钢的结构时要考虑工程特点，选择合适的钢结构。在一些轻钢业中，厂房中的一些设备是不适合用门式钢架的，原因是牢固程度不够，所以在选择钢的类型时，需要考虑到实际情况。在建筑以及工艺流程允许的时候，在当中使用支撑可能会比几个节点来的更有用处，而且也便宜非常经济。当遇到房屋面积比较大时，可以尝试使用悬索和索膜等体系，这个体系的好处在于能够承受压力。在建设楼层比较高的建筑时，经常采用的方法是钢和混泥土相互结合在一起，在一些经常有地震或者建设的楼层显示不规则状态时，在选择布置结构方面不怎么会特意考虑价格问题，而是从安全角度出发，选择合适的结构。对于这些情况时最好选择周边巨型SRC柱，这个模型是以周边巨型SRC柱为核心，支撑起整个大楼。在结构布置上，要对周围情况进行分析，然后结合结构自身特点，最后选择合适的方法。在建筑时要做到以下几点：在力学模型上一定要清楚，在有大物体移动时，不会造成影响，而且还要考虑风，这些都是影响建筑的因素，所以这些都是需要考虑进去的。在结构的侧抗力上，应该需要多个防线进行维护，最好有其支持作用的柱子，而且能承受很大的压力。对于楼层平面梁上的布置，也可以进一步优化。具体措施是减小梁截面，让大截面的面积增加，从而能减少楼层净高度，使得楼层整体效果不错。
3 预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距当按l/b限值确定时，可满足钢梁整体稳定的要求。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比（λ）预估。通常取值范围在50
4 结构分析
对于线弹性分析一般都在钢实际结构分析之上，在一些条件允许的时候需要考虑P-Δ，p-δ。一些比较新的原价可以先考虑几何非线性的弹性。这样做的好处在于能更好对结构进行分析。当然并不所有的软件都需要进行弹性分析，可以直接根据查资料等就可以解决，在遇到简单的结构分析时，不需要运用程序进行运算，手算就可以了，但是当遇到比较难得问题时，需要借助软件进行计算。现在工程上一般都使用sap2000、PKPM系列软件等，这些软件不管对简单问题还是相对比较难得问题都能解决，其中比较有名的是探索者CAD、世纪旗云结构设计工具箱等等，，当在工程利用这些软件时，做起来都是得心应手，大大提高工作效率。
5 工程判定
首先要学会对软件正确使用，然后对于软件输出的数据要加以判断。要对总剪力，变形特征等方面进行检测。根据工程需要来确定是修改原先的模型还是数据，从而使得工程运行更加流畅，不存在太大的困难。当然对于软件中不同的结构成分是为了适应不同条件的使用者，因为使用者的水平不同，因此软件中的结构成分也并不一样。在工程中的计算和理论计算还是存在一定差距的，原因是工程中会有误差出现，而在理论中没有误差出现，因此会存在理论查，对于这种误差，需要通过概念设计的手段来使结构安全。在钢结构设计中，对于概念设计和定量计算是一样重要的，两种发挥着同样的作用。当然对于软件，工程师并不要十分信赖它，而是要结合自己专业知识和自己经验，使得设计非常合理，而且规范要求。
6 构件设计
构件的设计首先是材料的选择。比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）。通常主结构应当使用单一钢种，以便于工程管理。从经济角度考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；当稳定起控制作用时，宜选择Q235。当前的结构分析软件，都提供截面验算的后处理功能。一些软件可以将验算时不满足的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，这就是常说的截面优化设计功能之一。例如sap2000、PKPM系列软件等就可以提供这种功能，它虽然可以提高结构工程师的工作效率，但是设计人员至少应注意2点：
（1）在对软件做截面构建时对于有些数据的取值并不是那么的符合规定，存在不规范性。对于这个问题，直到目前为止，工程上还是没能找出办法进行解决。因此在节点这个层面上，工程师是特别要注意的，一定要把这个问题解决好。
（2）对于工程师所预估的面积没有那么大时，对于这个情况要分两种进行考虑：①对于强度不足时，要对钢板进行强度增加，使得钢板的厚度和强度达到原先标准。②在出现变形超出限制的情况下，要考虑这种方法，即不应该盲目的增加钢板厚度，而是应该考虑能不能加大钢板截面的厚度或者高度，不然的话，或造成很大的浪费，在初次碰到这个问题时，会觉得很难。对于上述情况，举个例子分析一下，在整个设计的过程中，设计人员并么有考虑到浪费这一点，因此在满足柱顶位移时，使用了钢板加厚的方法，但是这样之后，就不能称之为轻型式钢架结构。对于这种方法使用，大大造成了材料浪费。在设计的过程中，一般都使用PKPMCAD计算软件，软件能自动加大截面优化设计，但是在难度上很难分开。所以一般都觉得并不是十分合适。因此对这个软件需要更加完善才是有效的。
7结束语
作为一名专业设计人员，设计出结构合理、安全可靠、经济适用的设计产品是我们的职责，文本通过钢结构设计过程的探讨，指出了在钢结构设计过程中应该注意的问题，可为专业设计人员提供借鉴。
参考文献
[1]许宁.浅谈石化工程钢结构的特点及其结构设计[J].中国石油和化工标准与质量. 2011（06）
[2]代朝辉，秦洪涛.？探讨钢结构选型与设计思路[J].科技致富向导. 2009（22）
悬挑钢结构通常设置在建筑物主体结构外侧，根据使用要求的不同来确定悬挑的长度。根据使用及安全需要的不同，悬挑钢结构的结构形式及结构布置也有所区别。工程中常见的悬挑钢结构有以下几种形式：
1.1拉杆（撑杆）式悬挑钢结构
拉杆（撑杆）式悬挑钢结构常见于建筑门厅处，07J501图集中也列出了常用的钢结构雨棚，且适用跨度达到了6m。已经能满足大部分新建民用和工业建筑的使用要求。但在工业和民用建筑项目中，经常需要更大的悬挑雨棚来满足使用要求。这种情况下图集已不能满足要求，需要根据实际悬挑长度进行结构计算。当悬挑长度较大时，工程中普遍通过设置拉杆（撑杆）来设计雨棚。而且往往由于悬挑雨棚净空要求的限制，更多的是在雨棚上部设置拉杆。根据悬挑结构的受力特点可知，在荷载作用下，悬挑梁弯矩由根部到端部逐步减小，根部最大，因此钢梁也随之设置成变截面形式。由于悬挑钢结构处于建筑主体外侧，根据《建筑结构荷载规范》8.3.3条规定，此类结构风荷载体型系数取-2.0，即风荷载对结构作用风力与恒、活载方向相反，不考虑在风荷载作用下承受压力。拉杆式悬挑钢结构中拉杆按单拉杆考虑，拉杆在风吸力作用下受压失效，风吸力作用由梁根部支座刚接点抵抗。由于是单拉杆，长细比限制较小，因此拉杆截面较细，显得更为轻盈。
1.2梁式悬挑钢结构
此类悬挑结构与拉杆（撑杆）式悬挑结构相似，但无拉杆（撑杆），仅仅靠悬挑钢梁受力。在风荷载作用时，受力方式与拉杆式悬挑钢结构相同，此时两者均由钢梁承担风吸力作用。在恒荷载及活荷载共同作用下，特别是当悬挑长度较大时，悬挑钢梁在没有拉杆的情况下，所承受的荷载作用较大。计算此类悬挑钢结构时，悬挑钢梁按悬挑构件计算，钢梁强度很容易满足要求，悬挑长度较大时，往往是变形对截面起控制作用，因此在钢材材质上可选强度较低的Q235B等级。钢梁的挠度变形分为平面内和平面外。平面内即主要考虑恒、活载及风载组合作用下的计算挠度，而平面外主要考虑由山墙传递的风荷载的作用，主要通过在悬挑钢梁间设置的钢系杆来传递。与拉杆式悬挑钢结构相比，同样的截面下其变形会更大，由于缺少拉杆的作用，其在平面内、外的稳定性相对较差。因此在悬挑长度较大时，不建议使用。
1.3桥架式悬挑结构
当建筑工程中需要更大的悬挑长度时，由于钢梁式结构在结构受力及经济性能上均不能较好的满足使用要求，此时悬挑构件不再是型钢梁，而是钢桁架。根据悬挑长度及实际荷载情况的不同，钢桁架的杆件截面可选用不同的形式，弦杆及腹杆可采用圆（矩形）钢管、角钢、H型钢等。工程上常见的为圆钢管桁架，且根据需要桁架可设计成单片桁架或倒三角桁架。此类悬挑结构由于其悬挑长度大，承受荷载作用大，因此对桁架根部主体结构柱的要求较高，适用于主体柱为大型钢管柱或混凝土柱。考虑到桁架结构的挠度变形及排水需要，因此工程上常将悬挑桁架做成由外至内倾斜的形式。此类悬挑结构目前已较多的应于大型场馆及火车站项目中。
2悬挑钢结构设计过程中应注意的问题
悬挑钢结构在工程中应用越来越广泛，尤其是对空间有特殊使用要求的大型场馆、车站、铁路货场仓库等项目。对于这些大型公共项目，安全性显得更为重要。因此在做悬挑钢结构的过程中，应结合具体使用要求及现场情况，充分注意设计中涉及到的各种问题。
2.1构件的的选择
针对不同的悬挑长度，选取不同的截面类型，悬挑构件为钢梁时，可选取为T型或H型钢变截面梁，经常为了外观需要，型钢梁在腹板位置进行开孔，即形成蜂窝梁。此类梁在进行计算的时候需对腹板高度按“扩大比”进行换算，考虑到安全性，扩大比应谨慎选取。且开孔如果较大，还应适当对开孔处进行补强。除此之外，结构纵向的钢梁（系杆）也应适当选择。悬挑结构未设置拉杆时，悬挑梁间的连接系杆可选取为圆钢管，钢管与悬挑梁之间设置成铰接连接，此时钢管只考虑受压，截面选取时通过长细比进行控制；结构设置拉杆时，则需要将系杆设置成钢梁，钢梁与悬挑梁之间设置成刚接连接。而对于桁架式悬挑结构，杆件之间均为焊接。
2.2构件与主体结构柱的连接
主体结构为钢结构时，悬挑构件与结构柱之间通过焊接进行连接，并根据需要对连接处柱进行加强。主体结构为钢筋混凝土时，悬挑钢构件需要固接于钢筋混凝土柱上，钢村与混凝土构件连接，需要在混凝土柱中设置预埋件，悬挑钢构件再与预埋件上的钢板进行焊接。实际工程中，在设置预埋件时，规范要求预埋钢筋的植入深度常常会超出混凝土柱的截面长度，此时则需要在混凝土柱的两侧均设置预埋钢板，预埋钢筋与两侧的钢板进行焊接。
2.3悬挑结构高度的控制
由于悬挑结构是设置于建筑主体的外侧，因此悬挑结构的高度会影响到整个结构的受力，进而对结构构件的截面产生影响。不同高度处设置悬挑结构，其对结构柱产生的弯矩影响会有较大差异，直接影响到柱脚的设计，进而影响到基础的设计。因此，在满足建筑使用要求的前提下，应合理控制好悬挑结构的高度，使整个结构的安全性及经济性得到保证。
3总结
关键词：多层钢结构住宅 结构设计
一 现状分析
在现代社会中，经济取得了高速的发展，人民的生活水平和生活质量有了极大地改善，但是我们在获取财富，推动时代进步的同时，却也给整个环境造成了严重的污染，生态环境遭受了巨大的破坏。所以，现在人们提出绿色发展观念。改善经济的增长模式。在建筑业中，人们一直渴望采取一种新的技术既能满足社会居民的需求又能实现绿色建筑的构想。钢结构技术的出现和发展满足了人们的愿望，这种技术的应用不仅在设计施工和使用过程中展现自身的优势，同时也能有效地减少之前混凝土建筑产生的环境污染和垃圾废弃物，可谓是一举两得。在国外钢结构住宅设计应经有了很大的发展，国外有将近一半的高档建筑采用钢结构，就亚洲范围来说，日本和韩国的钢结构技术也是取得了很大的进步。中国是世界上最大的产钢大国，相应的炼钢技术也得到了完善。并且我国的建筑业在近些年来呈现出迅速增长的态势，所以钢结构住宅在我国有非常理想的发展前景。虽然现在我国在这方面和国外有很大的差距，我国的住宅还是以混凝土为主要的结构形式，但是政府的相关部门已经采取了很多措施来加快推进我国钢结构住宅的发展。并且在之前十中扩大民用建筑用钢被建筑部确定为新世纪住宅发展的重点。所以我们相信只要能够积极的开发和应用钢结构，努力研究相应的设计技术，我国的钢结构住宅业将会取得长足的发展。
二 结构设计分析
我们现在就多层钢结构住宅的结构设计中的相关问题进行分析。具体的内容主要包括涉及设计结构的选择和设计过程的注意要点。
结构选择。
结构的选择对于整个建筑有着重要的影响，只有清楚地了解各种结构体系的特点和内容，才能更好地进行选择，更好地发挥钢结构的优势。目前我国现在常用的多层住宅钢结构体系主要包括：钢框架体系、框架支撑体系、框架核心筒体系。当然国外还有框架剪力墙体系、大型框架-轻钢填充体系等等，这些在国内还处在研究的过程中，并没有应用到实际的施工建筑中。所以我们主要介绍一下广泛应用的钢框架和框架支撑体系。1对于钢框架体系来说，主要分为钢框架和劲性柱框架两种，我们重点分析钢框架的相关内容。钢框架体系的主要特点是：使用空间较大，刚度均匀，平面布置灵活；构建比较容易标准化和定型化；框架结构延性和自振周期长，重量轻，比较适合应用于抗震建筑；同时在承载力和稳定性上由于框架侧向的刚度较柔，受重力二阶效应的影响较大等等。其中在钢框架结构梁柱上，半刚性连接方式在受力特征上介于刚接和铰接，这种特征经过设计可以使框架的外在受力更加的合理，也可以更好地优化结构弯矩减少结构用钢量。但是这种半刚性的连接钢框架在实际的建筑中很少应用，这主要是因为它的受力变形是非线性的，这给实际的测算带来很多的不便，并且具体的安装和施工过程中也存在着一些问题。2对于框架支撑体系来讲它有中心支撑和偏心支撑两种，中心支撑框架的侧向刚度较大。在受压时它的能量吸收能力主要取决于它的长细比例和在反弹变形时对于局部屈曲的抗力。中心支撑框架耗能能力受到支撑屈曲的影响，在多层钢结构住宅的设计中，抗侧刚度不足的情况下不宜采用这种中心支撑框架。对于偏西支撑框架而言，它主要是在高烈度的情形之下，它的消能梁段就如同整个结构的保险丝一样，能够很好的消耗掉地震在建筑中产生的能量，从而保护建筑的稳定性。
设计过程中的注意要点。
1在多层钢架结构的布置方面，设计人员为了满足不同的需要，主要是通过调整框架的荷载传递方向来实现，一般会通过减小次梁截面从而使其沿着短向进行布置，但这样会导致主梁截面加大，减少楼层的净高，进而对顶层边柱造成影响，所以相关人员在结构的布置方面一定要进行合理的设计分析，从整体的角度进行把握，不可只关注一个方面。2梁柱截面的选择方面，一般在只有一个方向和梁刚连接时使用双轴对称的轧制或者是焊接的工字型的截面，而出现两个互相垂直的方向和梁刚连接的时候最好选择箱型的截面。3多层钢结构住宅的荷载除了按照相关的明文规定之外还要充分考虑到安装载荷以及楼层的附加水平载荷，这样才能更好地保证安全性和可靠性。4在一些地震的多发区我们需要对于他们的结构构件内力进行相应的调整，比如说对于框架支撑结构的斜杆可以通过使用端部铰接杆计算；进行内力分析计算时先对地震作用下内力进行调整，然后在进行其他方面的荷载产生的内力进行相关的组合等等。在整个的抗震设计中要按照强柱弱梁的基本要求进行，同时重视结构的抗震延性，在这方面美国有比较科学的研究，他们对于结构延性的要求很高，主要通过延性指数来表示延性，在这方面我们应该想他们虚心学习。当然除了上述的相关要点之外还要注意梁柱的刚性连接、结构的分析等方面。
结束
总之，对于多层钢结构住宅的结构设计是一个十分复杂工程，对此我们应该坚持以我为主的方针，积极地学习和借鉴国外先进的技术方法，根据我国的实际情况进行综合分析，统筹安排，从而一步步的提升我国在钢结构设计方面的整体水平。
参考文献
关键词：钢结构；厂房；设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
随着经济社会不断发展，人们对建筑建设的要求也在不断提高，如不仅要满足施工速度，还要求具有很好的环保性、灵活性和抗震性等。同时随着各种工艺技术也在不断进步。钢结构厂房在这方面就很好的凸显了其优越性，不断获得普遍的推广和使用。
一、钢结构厂房的优越性及其特点
（一）钢结构厂房具有施工速度快，安装极其方便的优点。
由于钢结构构件可以工厂化批量化生产，同时采用设备下料、焊接、开孔，并作表面处理，可极大的方便现场拼装施工，大大缩短了施工的周期。
（二）由于钢结构厂房体系使用的材料具有强度高、投资低等特点，所以钢结构厂房拆迁也方便，可多次回收利用，大大节约了材料消耗，环保性好，结构寿命使用长。而且节省了制模工序，属于环保型绿色建筑体系。
（三）钢结构相对于混凝土结构主要优势在重量上，这也可以大大减轻地基的负载，而且混凝土结构建筑工艺复杂，防震程度低，钢结构体系都可以有效弥补这些不足。
二、钢结构厂房设计的特点
钢结构厂房是指采用钢板和热扎、冷弯或焊接型材，通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的国际流行的门式刚架轻钢结构体系形式。
门式刚架钢结构厂房在国内技术成熟，受到用户普遍接受和认可，成为目前国内发展速度最快的一种钢结构形式。门式刚架钢结构厂房可以做成大跨度，大空间，便于内部灵活布置和使用。（钢结构厂房采用门式刚架体系其单跨度甚至可达到80米。多跨可达到180米甚至跨度更大）钢结构厂房主要是用在不承受大载荷的承重建筑。采用轻型H型钢（焊接或轧制；变截面或等截面）做成门形刚架支承，C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条和墙梁，压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料组装起来的门式刚架钢结构体系。
钢结构厂房在全球范围内，特别是在发达国家和地区钢结构建筑工程领域中得到更合理、广泛的应用。钢结构厂房可广泛应用于工业厂房，净化车间，仓储库房，超市，会馆展厅。
钢结构厂房设计特点：钢结构厂房自重轻，强度大，跨度大，空间大。设计先进，采用最先进的设计方法，充分发挥钢材抗震性好、抗冲击性好、刚性好、变形能力强的特点。而且还可以重复再利用，可以节约大量钢材。结构新颖、简洁、轻巧，占用面积小，使用面积大，有效扩大了建筑物的内部空间，彩钢夹芯复合板，金属压型板等新型墙体屋面材料围护，更显示出建筑的时代感。安装快捷，构件标准，制作精良，施工安装简便、快捷、安全
三、钢结构厂房结构设计要点
多层厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩以及竖向变化过多的外挑和内收，力求沿竖向的刚度不突变或少突变。
（一）地震区的厂房宜少设或不设防震缝
地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些
构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝；施工中，每隔40m设置一道800mm~1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段；在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率；加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。
（二）合理布置电梯间的位置
多层厂房由于设备、货物很重，竖向运输的需要，均要设置电梯。钢筋棍凝土电梯井筒刚度很大，应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响，在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端
部。
（三）控制横向框架与纵向框架的周期
由于多层厂房跨度方向尺寸较大，柱子少；而柱距方向尺寸较小，柱子多。一般都是横向控制，使纵横向的抗震能力大致相同，不仅有利于抗震，也使设计更为经济合理。
四、钢结构厂房设计应注意的重要方面
（一）钢结构厂房图纸设计的重要性
无论在什么样的工程中，图纸是工程施工的依据。在钢结构厂房的设计期间，要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审，检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”，力争把问题解决在施工之前，减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。
（二）对钢结构厂房支撑系统的设计原则
为了保证钢结构厂房的空间工作，提高其整体刚度，承受和传递纵向水平力，防止杆件产生过大的变形，避免压杆失稳，以及保证结构的整体稳定性，应根据厂房结构的形式，车间吊车的设置，振动设备以及厂房的跨度、高度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。
（三）钢结构厂房耐热能力设计的重要性
钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。
（四）钢结构厂房抗震性设计的重点
在对钢结构厂房做抗震设计时应注意：首先，在厂房建设前要充分考虑加强其结构的抗震性，以应对复杂多变的地质变化，虽然钢材在重力刚性等条件上有抗震的优势，但是在总体布置方面也要力求安全最大化，要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，使其受到外力作用时，可以将作用力均匀抵消，这样就不会加剧作用力在刚性弱的地方聚积，给安全造成威肋，同时还要多采用刚架和横向结构，利用钢结构的受力性来减少横向结构变形。
其次，在建设过程中要充分考虑杠杆失稳的问题，钢结构在强度上可以充分满足建设需要，所以要在支撑系统上多做文章，提高厂房结构整体稳定性，对钢结构厂房尤为重要。
最后，在地震作用下，存在着低周疲劳作用，设计时应注意其对
厂房的影响。对结构连接点的设计，应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使结构构件能进入塑性工作，充分吸收地震能量发挥其抗震能力。
五、结束语
总而言之，在钢结构厂房设计的过程中，我们应严格按照和采用相关的设计标准，同时随着钢结构设计技术的日趋成熟，设计师也要紧跟时代步伐，坚持与时俱进。只有这样，才能设计出结构合理，经济环保的钢结构厂房，满足经济建设发展的要求。
参考文献
[1]刘荣来.钢结构厂房设计技术总结.内蒙古煤炭经济.2011-03-15
【关键词】建筑结构设计；钢结构设计；重要性；策略
1.建筑结构设计中钢结构设计的重要性分析
在实际的建筑结构设计过程中，钢结构设计是至关重要的组成部分，其主要是指将钢结构设计蓝图到钢结构产品的演变过程，对于现代钢结构制造业的可持续发展有着关键性的影响。从建筑结结构设计的的性质来看，其中存在的钢结构设计不仅具有几何成分，更具体表现了技术性的相关因素。因此，这就对设计人员的专业知识能力提出了较高的要求，设计者在对建筑结构设计中钢结构进行设计时，必须严格遵守相应的设计蓝图要求，其实结合建筑工程项目的施工性质，充分掌握工程图纸中的设计要点，并将蓝图中的平面线条联想出一个完整清晰的立体结构，以此来保障钢结构设计的高质量。但是，在这一设计工程中，设计人员应该清楚的认知到，如果其中任何一个设计环节出现错误，都将会严重影响构件的安装质量，极有可能危及到建筑结构整体的安全稳定性，这就很容易引发重大的安全事故，造成人员的伤亡。除此之外，设计师还要切实遵守建筑建筑结构设计中钢结构的设计规范，真正了解到构造要求、结构受力特点等方面的要求。只有这样，才能设计出合理的连接接地玩形式，使其能够满足于国家规定的标准要求。与此同时，设计人员还需要加强对建筑结构设计中钢结构设计中关键部位的优化设计，从根本意识上认知到建筑结构设计中钢结构设计的重要性，以此来不断提高建筑结构设计中钢结构设计效率与质量，促使建筑工程施工的顺利开展。
2.当前建筑结构设计中的钢结构设计分析
2.1钢结构失稳分析
通常，钢结构失稳应该分成两个方面来进行分析，一个是局部出现了失稳的现象，而与之对应的就是整体的失稳，在这一过程中需要注意的一点就是钢结构整体失稳的状况通常都是由结构本身的局部失稳现象造成的。特别是当受弯部分的尺寸大小发生了改变或者是其超出了一定的范围之后，就非常容易出现失稳的情况，钢结构失稳的情况是由多种因素共同影响而形成的，在这之中最为显著的一个特征就是设计者在设计的过程中没有对其自身的支撑作用予以充分的考量，而这也成为了结构出现失稳现象的一个十分重要的原因。局部失稳通常就是指当钢结构所处的吊装位置出现了一定的变动时，网架和桁架在整体受力方面都会产生非常明显的变化，这样一来也就非常容易出现失稳的情况。笼统的来说，只要建筑结构当中有钢结构的存在，就会出现失稳的隐患，因此在工程设计和施工的过程中，工作人员必须要对此予以高度的重视，做好一切有效的防护措施，只有这样，才能更好的保证工程设计和施工的质量和水平。
2.2腐蚀问题分析
钢结构自身并没有非常好的抗腐蚀性，特别是在潮湿的环境当中，如果其处在有侵蚀性的环境里面，钢材就会在很短的一段时间之内就发生生锈的情况，这样就使得构件和结构的承载力都发生了非常大的转变，相关的研究和统计表明，钢屋架倒塌事故占所有事故类型的比重在逐年上升，同时在这些事故中，许多都是因为结构腐蚀严重，长期得不到维修所导致的。
2.3钢材受温度的影响明显
众所周知，钢材性能随温度升降而变化，耐温性较差，当温度达到430-540℃之间时，钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量将急剧下降，失去承载能力。用耐火材料对钢结构进行必要的维护，是钢结构研究的一个重要课原地垂直塌落，形成"扁饼"效应。这起震惊世界的事故，其直接原因是火灾。建筑物的耐火能力取决于建筑构件耐火性能的好坏，在火灾发生时其承载能力应能延续一定时间，使人们能安全疏散、抢救物资和扑灭火灾。
3.钢结构设计思路和步骤
3.1钢结构的形式与布置
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计"，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3.2结构分析
在钢结构设计过程中，通常有杉线性弹性分析来作为结构分析，只有当和构件允许时才会考虑P-，P-δ。利用有限元软件可以对几何非线性及钢材的弹塑性能进行考虑，可以为精确分析结构奠定良好的基础。但在钢结构设计过程中，当结构较为复杂时，则需要建模运行程度，同时还要进一步对结构进行详细的分析。当结构较为简单时，可以利用手算来对其进行分析。典型结构在对其内力和变形进行确定时，可以直接通过工具书来获得。在对钢结构进行分析时，需要充分的对建筑物的稳定性和安全性进行考虑，特别是对于多层建筑钢结构，需要布置一定数量的支撑，从而有效的减少建筑物层间位移的发生。
3.3构件设计
在构件设计时，需要合理进行材料的选择，通常会采用Q235和Q345钢结构材料。为了确保构件设计能够具有较好的经济性，则需要选择不同强度钢材的截面组合。当前在钢结构钢件设计时，多会采用单一的钢种作为主结构。而且结构软件的应用可以对设计中的结构进行全面的优化，并能够对优化后的截面进行调整，确保其能够达到要求的标准。另外在构件设计时还需要重视模型建立和部分计算参数。
3.4节点的设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一，在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定，常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，如不能确信这种不一致造成的偏差在工程允许的范围内，就必须避免，按传力特性不同，，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。连接的不同对结构影响甚大。具体设计内容：焊接、栓接、连接板、梁腹板、节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定；节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。
结束语
近年来，钢结构设计理念更新的速度也较快，这对于我国钢结构的发展起到了积极的推动作用。因此，在实际的设计工作中，要针对具体的细节进行落实，保证钢结构的防火、防腐蚀，确保所设计的结构合理，安全可靠。
参考文献：
[1]郭建华.钢结构设计常见问题分析[J].科技资讯，2014，27：58.
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
（二）结构选型与结构布置
此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计"，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20]
钢结构通常有框架、平面（木行）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19]
结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。
框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。
（三）预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。
钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。
柱截面按长细比预估。通常50
初学者需注意，对应不同的结构，规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。
除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
（四）结构分析
目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ，p-δ。
新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件：
典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。
简单结构通过手算进行分析。
复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
（五）工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做"工程判定".比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。
不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充分明了。此外，工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差，会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全。钢结构设计中，"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容。
工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。美国一位学者曾警告说：“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时 间的问题。”
注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法。
（六）构件设计
构件的设计首先是材料的选择。比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235.
构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但是，初学钢至少应注意两点：
1.软件在做构件（主要是柱）的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以，尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构师应该逐个检查。
2.当上面第（三）条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。
（1）强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。
（2）变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。
使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，常常并不合适。
（七）节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。
连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。设计手册[2]中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。
具体设计主要包括以下内容：
1.焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345. Q235与Q345连接时，应该选择低强度的E43，而不是E50.
焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。
2.栓接：
铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用。
普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。
高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。
自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构的连接。
3.连接板：可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等。
4.梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
（八）图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
1.设计图：是提供制造厂编制施工详图的依据。深度及内容应完整但不冗余。在设计图中，对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。
2.施工详图：又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表。
设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书[3]，并依据规范规定编制。
钢结构设计简单步骤和设计思路
（一）判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
（二）结构选型与结构布置
此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计"，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20]
钢结构通常有框架、平面（木行）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19]
关键词:钢结构；设计；问题；解决措施
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着经济的快速增长，加大了我国钢的产量。钢结构已经替代钢材应用于建筑主体结构。但是，由于钢结构的设计存在问题，导致了钢结构建筑的一些缺陷。本文将进行分析。
1 钢结构设计原则
1.1因地制宜原则
因地制宜，根据不同的情况采用不同的结构体系和设计思路，我们认为很难找到一种一成不变的能适用于各种结构的设计方法或思路。在结构布置上必须与建筑师密切配合互相照顾，使结构具有必要的侧向刚度和承载力，并使其在平面和立面上分布均匀，既定结构体系的基础上再选择柱网尺寸确定楼盖结构体系及其它问忍，这样才能做出经济合理的设计。
1.2 改建可能性和简便性原则
在工业建筑物或构筑物的设计中应该考虑这个问题。随着世界科技的进步，工艺革新的机率加快，势必对建筑物或构筑物提出改建的要求，而且为早日恢复生产，技术改造的施工工期越短越好。因此在新设计时就需要考虑将来改建的可能性和简便性，从这个角度看空间结构就不如平面结构。
2 钢结构设计中出现的若干问题
2.1 设计质量出现下降趋势
由于缺乏较为统一的监管体系，当前设计市场的秩序比较混乱，各单位对法律的认识不太充分，出现了许多设计事故。由于当前钢结构发展比较迅速，造成许多大型设计院的任务量比较大，或者缺乏比较丰富的钢结构设计经验，对于钢结构设计任务不接或者推辞给别的单位。这样一旦设计有什么问题和缺陷，方案修改是一个大难题。而且一旦设计成果出现安全患，责任方的责任承担也是一个问题。鉴于以上情况，只有规范设计市场，建立健全的监管体系，才能保证钢结构设计的正常稳定发展。
2.2 设计资格不足
设计任务的来回转接会造成设计质量的下降，由于许多设计单位在钢结构设计方面缺乏丰富经验，设计水平比较低下，知识体系也不够健全，设计思路当然也过于古板，只知道盲目套程序，搬规范，盲目性太强，设计质量也不会很高，存在很大的安全隐患。有些材料生产厂家为了节省材料增加利润，盲目偷工减料，会造成重大施工事故等等。这类事情如果避免不了，会极大影响钢结构设计发展前途。
2.3 自主设计能力较差
由于我国钢结构设计行业起步较晚，经验较少，技术较为生疏，所以在一些大型项目上还是主要依赖于国外的设计方案。但是由于地域不同，对建筑环境了解也不近完全，造成许多设计方案不合理，既造成了材料的浪费，而又达不到设计要求。所以要加强自主设计能力的培养和提高。
2.4 设计方案与实际情况有差距
有些设计人员只顾埋头设计，只照着自己的想法想怎么做就怎么做，不考虑施工难度，并且不去现场考察实际情况，不了解施工情况，理论脱离实际，施工难度增大，造成设计缺陷，不能有效节约资源。设计者有时候过分追求高标准，造成设计过分保守，安全系数过高，但实际情况却用不到那么高，这就造成了各方面资源的浪费。如果设计过分超前，则又会造成设计达不到要求，危险系数升高，后续工作也很麻烦。所以说要做好设计师的实事求是的意识培养，既不要冒进超前，也不要封闭保守，要切合实际情况。
2.5 设计规范法律与当前设计需要逐渐脱节
随着时间不断发展，钢结构设计需要面临许多新的问题，而相关法律法规却停滞不前，不能满足需求，造成了二者的逐步脱节。一旦而这差距过大，就会有钻法规漏洞的情况出现，对设计结果会产生不利影响。所以，在大力发展设计理论技术的时候，相关法规的修改工作也应该做到位，要做到二者保持共同步伐发展，避免脱节。
2.6 钢材焊接质量等级的确定不符合实际
钢结构中焊接过程是不可避免的，也是连接的最基本方法。焊接质量的好坏直接关系到结构的安全，所以要根据结构的实际情况来确定适合的焊接质量等级。确定适宜的焊接等级不仅可以保证结构的稳定牢固，还能是焊接面美观，不影响结构的整体视觉效果。
3 钢结构设计中的问题解决措施
3.1 选择合理的结构构件
在钢结构设计中除了体系稳定外还需要考虑单个钢构件的变形限制值和自身稳定，而钢结构因其材料强度高，塑性和韧性好，构件截面一般肢宽壁薄，属于长细构件，在设计中，钢结构截面尺寸往往不是由材料的计算强度控制，而是由变形、稳定、或疲劳应力来控制。这一认识在钢结构设计中必须要建立在地震区、沿海风作用大的地区、大跨度索网、长悬臂结构、高大刚架和拱架、及有较大起重量吊车的钢结构工程设计时尤其要注意构件的稳定问题。
3.2 建立完善的结构受力体系
结构方案确定之后，建立完善的结构受力体系是结构设计的首要工作。这在钢结构工程设计中尤为重要。钢结构多为杆系结构，因钢材强度高，构件截面尺寸较小、刚度较差，且可工厂化生产，现场组装，构件间相互约束作用也较小，因此要求支撑布置完善，节点连接构造可靠，才能保证整个结构受力体系的稳定。
3.3 合理选择钢材
我国钢铁工业与建筑钢结构的应用都有迅速的发展，我国的年钢产量已居世界首位。但在我们设计人员中间不清楚如何合理选用钢材的问题还是很普遍的，不少人对钢号的差别及质量等级的含义、脱氧方法及钢材厚度不同的影响、结构选材。因此，尽量按规范推荐的钢号及材质选用钢材，并在设计说明中明确注明所用钢材的钢号、质量等级、脱氧方法及附加性能要求。
3.4 加强钢结构建筑的细部设计
钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其优良的质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，值得提倡。
3.5 加强钢结构的稳定设计
稳定性是钢结构设计中的一个突出问题，在各种类型的钢结构设计中，都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中函待解决的主要问题，一旦出现钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，甚至会造成人员的伤亡，这方面的教训也很多。所以我们在钢结构设计中，一定要把好这一关。目前，钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确的认识，造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此，在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念，才能更好地处理钢结构的稳定问题。
3.6 加强钢结构抗震设计
对于弹塑性地震反应计算问题、抗震设计问题，我们可以通过设置新型消能减震装置的设计方法来进行解决。传统的结构抗震设计方法是利用结构自身能力来耗散振动能量，如加大构件尺寸、提高材料强度等。这些传统的方法不仅增加结构造价，而且，由于地震荷载的不确定性而难以达到预期效果。随着社会的发展，工程结构形式日益多样，对结构抗震防振功能的要求不断提高，很多重要建筑物要求在强震时保证正常运行，传统的抗震设计方法已远不能满足这样的要求。可通过采用隔震垫、消能支撑、消能剪力墙、消能器、子结构或施加外力等方法，调整或改变结构的动力参数或动力作用，使结构在地震(或风)作用下的动力反应(加速度、速度、位移)得到合理控制。对于设置新型消能减震装置的钢结构设计方法成为新的研究方向，这也是现代结构体系不断完善的趋势。
4 结束语
综上所述，通过对钢结构设计常见问题的分析，对解决措施有了详细了解，这多加强建筑钢结构的质量具有积极的作用。
参考文献
[1]申海啸，张玉生，蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑，2012.
【关键词】钢结构设计；特点；关键问题
1 钢结构的特点
钢结构与钢筋混凝土结构相比具有以下优点：一是钢结构可工厂化制作，减少现场施工的工作量，施工周期短；二是由于钢结构自重轻、结构荷载小，减少了地基处理的工作量和费用；三是钢结构利于抗震，给投资方带来较好的经济效益和社会效益；四是钢结构由于其材料本身的性能好，强度高，与钢筋混凝土结构相比结构断面小，可以节省一部分空间，更容易满足工艺灵活布置的要求。
根据《钢结构设计规范》（CB50017-20 03）的规定，承重结构应进行承载能力极限和正常使用极限状态的设计。成功的钢结构设计必须解决好其稳定设计及构造措施的问题，且在使用规范过程中还应避免孤立或片面地对规范条文进行理解。
2 钢结构设计的内容
2.1 概念设计
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以做出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
2.2 钢结构设计分析
2.2.1 构件设计。构件的设计首先是材料的选择，通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，它减少了结构师的很多工作量。
2.2.2 节点设计。连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。
2.2.3 具体设计。具体设计主要包括以下内容：①焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守，焊条的选用应和被连接金属材质适应。焊接设计不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。②栓接：铆接形式在建筑工程中，现已很少采用，通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用，高强螺栓使用日益广泛，而超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。③连接板：可简单取其厚度为粱腹板厚度加4ram，然后验算净截面抗剪等。梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。④节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外，节点设计还应考虑制造厂的工艺水平，比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
2.3 工程设计图纸的编制。钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。
设计图：是提供制造厂编制施工详图的依据，深度及内容应完整但不冗余。在设计图中，对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。
施工详图：又称加工图或放样图等．深度须能满足车间直接制造加工；不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表。
3 钢结构设计中应注意的问题
3.1 柱间支撑不要设置在有门、安装孔及胶带输送机栈桥与主厂房连接处，否则将影响使用或必须把柱间支撑换位置。由于主厂房门比较多，还有设备吊装孔及进出主厂房的胶带输送机，对柱间支撑的位置有一定限制，因此要在布置柱间支撑仔细核对。
3.2 主梁与柱、次梁之间连接螺栓不要过多，否则将给施工带来很大麻烦。抗风柱与钢梁的连接尽量采用弹簧板连接，因为中间跨的梁安装后下挠比较大，山墙的梁若用螺栓与抗风柱连接，会造成屋面不平。
3.3 屋面檩条布置图和钢梁的详图要认真核对，常发现屋面檩条布置图与钢梁详图檩条数量不符。檩条是冷弯薄壁构件，受压构件或压弯板件的宽厚比较大，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，不能像热轧型钢那样全截面有效。此外，在设计中往往忽略用净截面计算，忽略了孔洞造成的削弱，而这种削弱一般达到6％～15％，对小截面穿翼缘的檩条影响较大。
3.4 板型对建筑物的外观及使用效果影响很大，如屋面板施工中常采用暗扣式压型彩板，此板为咬边隐蔽连接，防水、防腐、防风性能优于其他板型，经咬边成型后的屋面无螺栓孔，保证屋面板各处同等使用寿命，表面光洁美观。因此设计中不仅要写明板的材料，还应注明板型。
5、高强螺栓的位置要合理，要考虑扭断器及扭矩扳手的施工空间，不要因为安装空间太小，扭断器及扭矩扳手无法使用，导致高强螺栓梅花头无法拧断或高强螺栓无法拧紧。窗框上下相邻檩条间的拉条应布置好，以避免拉条的端头与窗框发生冲突。
3.6 注意包角和屋脊的设计。包角设计不好，直接影响外观效果和使用性能。压型钢板屋面漏水问题大部分集中在屋脊处，设计中可考虑采用双层屋脊盖板的做法，这样既能防止雨水由于风力作用而倒灌，又能防止上层屋脊盖板涂敷密封膏不严而漏水。
3.7 内天沟若不做保温层，室内形成一道“冷桥”，产生滴水和结露现象，应在天沟下涂刷防结露漆，或者喷涂聚氨酯保温层，也可做其他保温处理。
3.8 当厂房屋面设屋顶风机时，因其只能固定在屋面檩条上，故要与工艺专业协商尽量采用自重较轻的，避免檩条变形过大使屋面漏水，再处理会很困难。
总之，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：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；在设计中引进竞争机制，开展设计招标，方案优化竞赛。以技术先进、安全适用、经济合理、节约投资为目的；采用限额设计和设计出图前的审查制度，不能只注重技术性而忽视经济性。
参考文献
[1] 郑晓峰.浅谈钢结构设计工作中应关注的问题[J].科技风.2011(3)
[2] 李红明等.钢结构住宅结构设计中若干值得注意的问题探讨[J].2007(5)
关键词：钢结构；结构设计；概念设计；节点设计
Abstract: the author discusses the steel structure design in practice, in view of the steel structure design should be followed in design steps and the attention of the corresponding points are discussed thoroughly, put forward the concept of steel structure design ideas, make steel structure design more reasonable in economy, safe, reliable, and provide reference for counterparts.
Keywords: steel structure; Structure design; The conceptual design; Node design
中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：
引言
鉴于钢结构具有自重轻、施工速度快等优势而被广泛地应用到高层建筑、体育场馆中。同时由于钢结构应用的广泛性，掌握钢结构设计要点有着重要的意义。笔者自从参加工作以来设计了多栋钢结构建筑。随着设计经验的积累，对规范认识的逐步加深，从中总结了一些对钢结构设计要点，以供同行人员参考及讨论。
钢结构概念设计
钢结构选型及其构件布置是设计的首要步骤，合理的结构选型以及构件布置将为结构设计带来经济合理的方案，否则将大大增加工程造价。鉴于钢结构选型方案较多，而要选取较经济合理的方案以及构件布置，这就需要强调概念设计。概念设计在结构选型是核心理念，即在钢结构选型时对于规范未规定的问题，应当结合整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从多角度来确定控制结构的布置及细部措施。工程实践表明，对钢结构采取概念设计，可有效地对结构进行构思、比较与选择，同时可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。因此笔者认为对于钢结构设计人员应当重视概念设计。
2.1类型选取
鉴于钢结构类型的较多，其可设计有框架结构、平面桁架结构、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。对于这些结构来说，部分结构设计还存在一些难点。进行钢结构选型时，应充分考虑结构所处的地区环境以及其使用特点。例如对于轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。对于基本雪压较大以及降雨量较大的地区，则屋面钢结构选型应当考虑有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载 ），如采用三心圆网壳。
2.2结构布置
在钢框架结构中适当地布置支撑相对简单的节点刚接的钢框架结构更具有客观的经济效益；而对于屋面覆盖跨度较大的建筑选型，则可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式，而是应当适当在周边设置有巨型SRC柱，核心采取支撑框架的结构体系。
另外钢结构布置应当根据结构自身的体系特征、荷载分布情况以及性质而采取综合考虑。结合工程实践经验，笔者认为对于要求结构刚度均匀.、力学模型清晰，则应尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础，为此柱间抗侧支撑布置应当分布均匀，使其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线，否则应考虑结构的扭转；同时对钢结构抗侧设计采取多道防线，如布置有支撑框架结构，其钢柱至少能单独承受1/4的总水平力。
钢框架结构的钢梁构件布置，可采取调整其荷载传递方向以满足不同的要求。构件布置时通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大而导致楼层净高减小，同时增大了顶层边柱截面，因此构件布置时适宜把次梁支撑在较短的主梁上。
钢结构杆件设计
钢结构构件的设计首先要确定材料选取，常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)。材料选取要考虑到经济方面，也可以选择不同强度钢材的组合截面；如果对于杆件为强度起控制作用时，材料可选取Q345，若杆件是由稳定控制时则适宜选取Q235。进行设计构件时，应当按照现行钢结构规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前钢结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一，这大大地减少了设计师的很多工作量。但结合笔者的设计实践，进行钢结构杆件设计时应当注意以下几点：
（1）软件在做构件(主要是柱)的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定，目前所有的程序都不能完全解决这个问题。因此，对于节点连接情况复杂或变截面的构件，设计人员应当采取逐个检查。
（2）设计杆件截面时，如果出现截面面积不足，则应当采取不同情况来进行处理。对于强度不满足的杆件，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足时适宜加大翼缘厚度，抗剪不满足时则适宜加大腹板厚度。对于变形超限的钢杆件，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则将使得杆件设计很不经济。在使用软件的上述所提到的自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上往往并不合适。
钢节点设计
钢节点设计作为构件传递力的介质，其在钢结构设计起着相当关键作用。工程实践表明，钢结构节点设计一般有铰接和刚接，而铰接节点由于其力学关系明确，在工程一些部位应用较多。对于梁柱刚性连接设计中，在工程实际中采用的也大部分是这类节点。采用精确设计法进行钢结构节点设计时，腹板抗弯很难满足要求，必须较大程度地加厚腹板。显然采取加厚腹板的做法很不经济，所以工程中大多采用常用设计法，这种计算模型力学关系明确，但在设计中一定要注意采取抗震加强措施，如采用使塑性铰外移的梁端增强式连接或在离梁端不远处削弱梁上下翼缘的犬骨式连接。如果不加强梁端翼缘，而是只考虑腹板连接螺栓承担剪力，则弯矩全部由翼缘焊缝承担，这时翼缘焊缝的抗弯能力只有梁抗弯能力的80%左右，即梁翼缘截面模量只有梁全截面模量的80%左右，再按《钢结构设计规范》第3.2.2条，考虑现场施工条件焊缝强度设计值乘以折减系数0.9，则其连接的抗弯承载力只有梁抗弯承载力的70%～75%。显然这种节点比等强连接还要低30%～25%，不符合强节点的设计理念。针对此，节点设计应当采用《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》01SG519图集第19、20页所示的抗震加强措施。
钢结构计算分析
进行钢结构设计一般对结构分析采取线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ、p-δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，这为更精确的分析结构提供了条件，但其并不是所有的结构都需要使用软件。例如对于典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形，对于简单结构可通过手算进行分析；而对于复杂结构则必须建模运行程序并做详细的结构分析。
进行钢结构模型建立后，为了准确地设计钢结构，必须对计算分析输出结果做"工程判定"。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。不同的软件会有不同的适用条件，对于钢结构设计人员来说，由于工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全，因此这也间接反映了上述所提到的钢结构设计中"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要。
结论
鉴于钢结构相对于混凝土结构具有自重轻、施工速度快、性能好、环保、工厂化程度高、劳动强度小等优点。结合工程实践，笔者建议在设计钢结构时，应当采用概念设计理念进行结构选型；在结构设计中把大跨度、小跨度构造合理划分，减小设计难度；同时在设计钢结构节点中应首选结构简单，制作和施工方便的节点；这些设计想法希望能对相关的设计人员提供有益的借鉴作用。
参考文献：
[1] 王立虎．钢结构设计探讨[J]．包钢科技，2007，27（11）31~33．
【关键词】钢结构；设计；步骤
随着经济的高速发展，国民对居住生活环境的要求越来越高，对于与人们居住生活相关的建筑业就要与时俱进，不断更新换代、推陈出新，从各个方面满足人们的居住需求。近年来，在我国钢结构建筑发展迅速，因其独特的优点，越来越多的受到人们的青睐，主要有质轻高强、抗震性能优越、施工周期短、综合效益高、与计算力学假定基本相似、塑性和韧性好、气密性和水密性好、工业化程度高、属于绿色环保建筑等优点，其缺点主要是不耐锈蚀和耐热不耐火及工程造价高等方面。目前，钢结构建筑已逐渐成为一种较为普遍的建筑结构形式，在工业、民用建筑中都得到了较广泛的运用。
1、钢结构选型与布置
结构选型是设计的首选环节，选择合适的结构类型，对于后续的设计及整个结构的成功与否至关重要，常用的钢结构类型有：轻钢、网架、框架、桁架、索膜及塔桅等。到底选择哪一种结构类型，需要根据实际情况和上述结构类型的特点综合考虑。如果是悬挂或移动荷载较大的轻钢厂房，最好选用网架形式；如果工程是在我国东北地区，还要考虑到冬季积雪荷载，宜选用网壳形式；如果是在南方夏季多雨地区建房，要考虑到雨水荷载，优先选用网壳形式；如果是在高层建筑中使用钢结构，考虑到地震烈度，可采用周边支柱，核心筒体形式；如果是体育场或展览馆等跨度较大的建筑，宜选择索膜形式。
对于钢结构的布置，要根据建筑的荷载分布、使用性质、体型特征等综合权衡，要以最直接的途径把荷载传递到基础为原则来布置。概念设计对整个的钢结构设计来讲非同小可，需要重视钢结构概念设计。做好概念设计，既对整体设计进行了控制和规划，又能节省计算量，可以说是不可或缺的设计流程。比如说门式刚架，根据刚架跨度和檐口高度l/h 之比，科学的进行柱脚形式刚接或铰接的选取和假设，对风荷载进行选取，需要参考建筑结构荷载规范还是门刚规程；依据有无吊车荷载和地震烈度情况，科学进行柱顶侧移的控制，需要参考钢结构设计规范还是门刚规程；同时，对于构件的验算规范，要与荷载选取情况相一致，综合比较后选择出最为经济合理的构件截面。
2、钢结构设计步骤分析
2.1 估算截面
在结构选型和布置完成后，就要进行截面的估算工作，通常首先要假设梁柱及支撑的截面和尺寸，再来估算构件的截面，依据设计规范确定构件截面类型，例如H型钢、圆管及方管等，钢材材质不同，计算要求各异，需要弄清是普通钢还是轻钢。根据笔者设计经验，在符合规范的基础上，权衡经济和安全因素，尽可能的选用既经济又美观的截面形式。
2.2 结构分析
伴随着计算机及科技的发展，我们也可以进行结构非线性部分的分析，这样以来，使得分析会更加的准确。通常在设计实际中，较易的机构可以用手算，稍微复杂一些的结构，需要用分析软件进行分析，再就是对于一些较为典型的结构，也就是说我们常用的结构，我们可以查询相关书籍及文献，根据经验来取值直接分析即可。
2.3 工程判断
使用软件时常常会有一些计算假定条件来模拟实际工程结构形式，这些条件无疑与实际工程存有误差，有时候误差还不小，这样以来，分析结果会有不精确性和理论化，为了尽可能使分析结果与现实相符，对于较为复杂的结构，在做出分析结果的同时，还要对结果进行“工程判断”，据评判结果，需要修正的及时进行修正或修改，以期分析数据精确化、现实化和可行化。对于本环节，熟悉常用分析软件的使用条件和范围很重要，对于较好的处理分析结果，优化结构设计，合理选型和数据判断都至关重要。
2.4 构件设计
构件设计的第一步是钢材的选用。钢结构建筑中的所用钢材，应当符合屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯、冷拉、和硫、磷含量的基本保证；此外，对于焊接类结构，还应具有合格的含碳量。对于地震区的钢结构房屋，钢材除了上述要求外，还有具有良好的冲击韧性，符合抗震设计规范的相关规定，规范里面对钢材的各项物理和力学指标都进行了详细的规定。一般来讲，钢结构建筑的主要受力构件，要优先选用Q235B及以上等级的碳素钢，或者是Q345B及以上等级的低合金高强钢，原因是Q235A钢材不能保证焊接要求的含碳量规定。
在使用设计软件进行计算时，设计人员不要太依赖于设计软件而忽略了概念设计，有时候软件也有误差，设计人员在重视概念设计的基础上，还要重视软件设计结果的复核工作，及时纠正偏差。例如SFCAD 网架计算软件中节点系数值的选取会直接影响计算结果及工程量，必须反复验算及复核至满足要求为止；再如PKPM结构设计软件中STS 模块计算门式刚架的参数设置中默认构件净截面系数是0.85，设计人员也可以自行修改，3D3S 空间结构计算软件中此项默认为1，此时就要了解如何复核、对比不同计算软件的计算结果，熟悉针对不同的强度计算类别选择使用毛截面模量或净截面模量进行计算。
2.5 节点设计
节点设计也是钢结构设计的重要一环，需要加强这方面的工作。钢结构节点连接主要有3种，分别是刚接、铰接和半刚接。刚接要考虑弯矩和转动情况，避免只符合弯矩或只符合转动而忽视另一种情况的出现，否则会产生较大的变形，出现劣质工程。节点常用的设计方法是等强设计，节点连接形式主要是焊接、螺栓连接以及铆钉连接等，现在主要是前两种，铆钉连接已经不太常用，具体连接需要查阅相关设计规范。另外，设计人员一定要严格遵循设计规范进行节点设计，还要考虑施工安装等要求，合理科学的对承载力折减系数进行取值，力争在节点设计环节精益求精。
2.6 构件防腐
钢结构的缺点之一就是不耐腐蚀，因此，防腐问题对钢结构而言，显得异常关键。目前，钢结构防腐主要是以镀锌或涂抹防腐油漆为主，对于无防火要求的建筑，防腐说明要注明除锈方法及防腐等级等；对于有防火要求的建筑，要注明构件不同的耐火极限要求，并说明如所用防火涂料不起防锈作用，还应涂刷防锈底漆，有的建筑对外观效果要求较高，还要在防火涂料外表面涂刷面漆，此时选用油漆时就应考虑到它勿与防火涂料进行化学反应问题，以期结合牢靠。防腐对于钢结构而言，显得甚是关键，对于以后工程的耐久性有着直接联系，因此，设计人员需要高度重视该环节的设计。
3、结束语
本文从钢结构设计选型入手，分析研究了钢结构设计的主要步骤，主要包括估算截面、结构分析、工程判断、构件设计、节点设计、构件防腐等，由于篇幅有限，还不甚全面，希望通过本文的研究能为提高我国钢结构设计水平提供理论参考，也希望为研究本课题的同仁起到抛砖引玉的作用。
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