钢结构设计基本原理范文

摘要：钢结构是一种重要的建筑结构形式，现今已广泛运用于各个建筑领域当中。基于《钢结构》这门课程对于土木工程专业学生的重要性，为了将现有的关于钢结构的知识更好地传输给下一代的大学生，有必要对这门课程的教学方法进行探讨，使学生达到举一反三的的目的，从而为把现今的钢结构理论知识推向更高层次打下坚实的基础。本文将从具体的问题来阐述《钢结构》课程的教改方案，从而为教学提供一定的依据。

关键词：钢结构;改革方案;理论;实践

钢结构是一种重要的建筑结构形式，由于其轻质高强和动力性能良好的优点，它广泛地运用于厂房、桥梁、大跨度建筑、高耸建筑物及其他构筑物当中，成为不可代替的建筑结构形式。随着我国市场经济的不断完善，钢结构得到了快速的发展，我国GB50017-2003《钢结构设计规范》和GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》已颁布实施多年[1]。正是由于钢结构技术的重要性及其现在存在的一些教学弊端，才使得钢结构的教学改革变得迫在眉睫。并且相较于混凝土结构，钢结构方面的专业人才显得较为匮乏[2]，这就更需要我们在教学的时候采取更实际、更有效的方法来教学。

1.课程教学当中存在的弊端

1.1课堂内容的分配

《钢结构》这门课程是土木工程学生大三所学的专业课程，分两学期来完成。其内容包括：理论、设计、认识实习。大三上学期应该着重掌握：基本的概念和力学性能、钢构件的几种受力情况;然后了解一下节点的设计原理和单层厂房的设计，为下学期钢结构的设计做准备;最后，伴随着课程的进行还需安排一定的生产实习，让学生更直观的了解钢结构这种结构形式。大三下学期任务是掌握钢结构的设计，主要包括钢屋架和单层产房的设计。

由此可见，要把这门课程学透，是需要花很多精力的。以本学校为例，《钢结构》这门课程内容安排不全面，没有设计和认识实习的课时，缺少实践环节。

1.2课时的分配

由于各方面的限制，大多数高等学校在《钢结构》这门课程上投入的课时量不多，大约在60-80个课时之间。而这些课时主要讲授钢结构的基本计算原理，实践环节只是一周左右的课程设计[3]，其它大型的设计和认识实习更是没有课时来分配，从而导致学生只会硬套公式、规范，却不知为什么，没有达到国家要培养理论和技术应用型综合人才的目的。

因此，课时量的多少及课时的分配直接关系到学习钢结构这门课程的效果。在此，我们应该努力均衡各方面的因素，合理分配课时，为国家培养综合性的人才。

1.3教师的教学方法

钢结构的内容繁杂、公式较多，且与其相关的其他课程也比较多[4]。这就说明要学好钢结构这门课程，不仅要有良好的专业基础，还要灵活的思维和动手能力，这样才能不枯燥不乏味地掌握相应的知识。基于这门课程的这种情况，老师的教学方法就显得尤为重要。而在大多数的高校都出现类似的现象：教学方法单一，教学内容枯燥，教学手段缺乏。

因此，怎么样对钢结构的教学方法进行改革成为钢结构课程改革必须要做的第一步。只有我们明确课程改革的目标和改革的方向，我们才能从实际行动上践行。对于大学的教师，我们有必须要打破传统的旧思想旧观念，才能为钢结构课程的改革做出一点微薄的贡献。

2.课程教学改革的建议

2.1理论联系实际

钢结构的内容比较繁多，学生仅是走马观花地看老师讲解，不可能领会到知识的实质和精髓的东西[5]。在这，就需要我们理论联系实际，多开展设计、认识实习等实践性的活动，培养学生的动手能力，拓展他们的视野。具体的方法如下：

大三上学期，学生刚接触到钢结构这门课程，此时我们要重视理论的教学，打好基础。在此中，我们可以穿插一些小型的设计，比如：主次梁的设计，格构式和实腹式柱的设计等，以此来培养学生的动手能力，提升对所学知识的理解程度。学期末，鉴于学生把所有的钢结构知识都已学完，在这可以安排一些认识实习，把理论的东西直观地摆在学生面前，更有利于学生的理解，激发学生较高的学习热情。大三的下学期，老师们着重的就是设计，把上学期的知识融汇贯通。在此可安排大型的一些设计：钢屋架、单层厂房等。土木工程学生的毕业设计，可鼓励他们选择钢结构的毕业设计，提高对钢结构这门课程的重视性。

2.2教学手段的多样性

《钢结构》这门课程本身学起来比较枯燥乏味，如果单一的以板书的形式给学生们讲解，势必会使学生们感到毫无兴趣可言，从而导致“低抬头率，说话，玩手机”等不良的情况。在这种情况下，我们应以多种多样的教学手段来提高学生的兴趣。具体方法如下：

老师授课时可采用板书与多媒体相结合的手段，多介绍一些钢结构的案例、图片和视频，既教授了知识，又引起了学生的兴趣。上课时，尽量避免老师一个人在讲台上讲的情况，可才用问-答的授课方式，和学生们进行互动，并适当采取一些奖惩措施，从而帮助他们摈弃懒惰，提升对这门课程的兴趣。另外，课堂内可设置一些小型的动手活动，培养学生的思考能力，从本质上理解所学知识。

2.3培养学生独立动手能力

上面已说到要培养学生的动手能力，其原因就是我们要培养的是面向全社会的综合性人才，而不是只是会书面东西的人才。对于《钢结构》这门课程，培养学生的独立动手能力其实质就是为学生选择一个合理的设计方案，让他们在老师的指导下独立完成设计。除了一些小型的设计，我们可参照混凝土结构课程，在学完理论论知识后，在第二学期开设《钢结构设计》一课[6]，让学生们在学完钢结构的基本原理之后，进一步掌握钢结构的基本设计方法，培养钢结构的设计能力。

3.结语

《钢结构》这门课程是土木工程专业非常重要的一门专业课，大学教师们要引起重视。特别是咱们现在所处的社会的环境是一个互联网世界，传统的教育方法已不再适用于我们。我们应该突破传统单一的讲解方法，结合现代化手段和设施来提升教学质量教师，统筹兼顾理论与实践的关系，合理分配两者之间的课等，从而使学生达到对《钢结构》这门课程的深刻理解。（作者单位：西安培华学院建筑工程学院）

参考文献：

[1]张耀春，周绪红.钢结构设计原理[M].高等教育出版社，2011.

[2]杜鹃.钢结构教学改革研究[J].时代教育，2012：145.

[3]孙德发，刘俊英，牛志荣，等.钢结构课程教学改革探索与实践[J].高等建筑教育，2012，21（1）：66-68.

[4]林芹.钢结构课程教学改革探讨[J].科技信息.

钢结构设计基本原理范文

1.1建筑、结构布置及使用功能调查

房屋平面轴线尺寸为37.8m×20.1m，总建筑面积约为1050m2。本工程原设计为电影院，现变更用途作为办公、住宿综合楼；屋面不上人，铺设架空隔热层。本工程为单层空旷房屋，原设计由轴大厅、轴前厅以及轴舞台组成，其轴山墙与相邻的综合楼轴共墙；大厅与前厅、舞台之间不设缝，采用预制桩基础。经现场调查、勘测，现状建筑、结构存在以下主要变更：原设计轴舞台已拆除，并增设斜坡道与综合楼连通；轴大厅屋架由钢筋砼屋架变更为钢桁架；大厅、前厅增设部分隔墙。其余建筑、结构布置与原设计基本相符。其中轴前厅为三层砖混结构，由240mm厚粘土实心砖墙与钢筋砼柱共同承重，楼、屋面板均为预制板，一层层高为4.8m，二层层高为3.6m，三层层高3.0m，房屋高度为12.0m；轴大厅为钢筋砼柱与钢屋架组成的单层排架结构，采用预制板屋面，排架柱标高为7.50m。

1.2结构构件工作状态检查

外观与内在质量：墙体：大厅、前厅增设部分隔墙，前厅后砌墙体与原有结构未咬搓砌筑，与原有结构连接处多处脱裂；大厅增设的墙体未设置基础，现部分墙体明显出现斜裂缝。钢筋砼结构：屋面板局部渗漏，其余钢筋砼结构构件未见明显异常。钢屋架：钢结构构件多处锈蚀，主要出现在桁架杆件双角钢肢背连接处、支承屋面檐口板的钢柱与钢梁及其连接件、屋面支撑系统杆件的端板与螺栓等；个别支座锚栓螺母缺失。大厅屋面大型屋面板：大厅屋面大型屋面板与钢桁架(或墙体预埋端板)未牢靠焊接，支承构造不合理。其他：屋面架空隔热层局部残损根据现场实际条件布置17个测点量测结构倾斜。数据表明，轴出现较大的局部倾斜，其最大倾斜值为H/114，超过规范限值H/250的要求；但除大厅后砌隔墙外，其余上部结构构件未见明显不均匀沉降裂缝，现有倾斜不排除由于施工偏差所导致。实测砌筑砂浆抗压强度推定值为3.7～4.9MPa。砖抗压强度换算值的各项指标可基本满足设计强度等级MU7.5的要求。经现场量测，柱、梁截面尺寸与原设计基本相符。实测柱、梁现龄期砼强度推定值、柱、梁主筋根数与直径均符合设计要求。少数柱箍筋平均间距较设计值偏大。现场检查，墙体为均错缝搭砌，但大厅、前厅的后砌隔墙与原有结构未咬搓砌筑。预制板缝采用混凝土填实，预制板支座处有坐浆，但各楼层预制板面未设置钢筋网细石混凝土面层。各层均设置圈梁，未设置构造柱。

2结构安全性鉴定评级

2.1地基基础

子单元检测数据表明，(5-10)-(G)轴出现较大的局部倾斜，其最大倾斜值为H/114，超过规范限值H/250的要求；但除大厅后砌隔墙外，其余上部结构构件未见明显不均匀沉降裂缝，现有倾斜不排除由于施工偏差所导致。根据不均匀沉降在上部结构中的反应的检查结果，地基基础子单元安全性等级间接评为Bu级。

2.2上部承重结构

钢结构设计基本原理范文篇3

关键词：钢结构；设计；稳定；研究

一．钢结构设计中有关稳定设计的基本定义

(一)影响钢结构设计稳定性有很多不确定的因素，基本变量是随机的。分为三种变量：

第一，物理、几何等随机变量：

钢结构材料的弹性模量，屈服直力以及泊松比等因素是不确定的，杆件尺寸的长短、截面积的大小、残余应力的有无、初始变形的程度等也是不确定的。

第二，物理几何数据统计的随机性：

这是因为缺少信息而导致统计学的不确定性，钢结构数据统计和稳定性相关，尤其是在物理和几何数据计量时，它依据一定的经验性用有限样本采用概率密度分布函数对钢结构稳定性进行数据统计。

第三，结构建模的随机性：

深入的、详细的进行结构分析，需要建立假设的或者是数学的模型，再或者是当今的技术水平以及边界条件等因素，这些因素难以在详细的计算中完全反映出来，通过计算得出的理论值和实际承载力之间存在很大的差异，这都是由于结构建模的随机性所造成的。

(二)钢结构设计中有关失稳的具体分类及其重要性

首先是第一类钢结构失稳：一种是叫分支点失稳的钢结构，它是有关平衡分岔的稳定问题。属于这第一类失稳的出现在完善直杆时，其轴心受压后屈曲；也会出现在完善平板时，其面受压后屈曲。

其次是第二类钢结构失稳：一种叫极值点失稳的钢结构，它是有关无平衡分岔的稳定问题。属于这第一类失稳的出现在建筑材材的构件做成的偏心受压时，它塑性变化到―定程度时就会失稳。

再次是第三类钢结构是跃越失稳，它是不同于以上两种失稳的类型，它没有平衡分岔点也没有无极值点，它是由一种丧失稳定平衡的状态跃越到另―个稳定平衡状态的跃越失稳。

要了解钢结构的失稳就要会区分结构失稳，这是很重要的，区分后就能正确估计钢结构稳定性及其承载力大小。进一步了解钢结构的稳定性定问题深入地探究其内涵。为轴心受压的设计钢结构构件时，会遇到不可避免的问题，会出现一点初弯曲，其承载载力点也会出现偏离。所以，设计人员要深入了解这些构件的基本性能，就应该从构件的缺陷的影响了解开始，其他构件也同样会出现构件缺陷的影响。同时，从另一角度考虑钢结构构件的屈曲后性能。

二．保证钢结构稳定，需要注意其设计的特点和原则

(一)钢结构稳定的特点

(1)失稳与整体刚度的设计方法：轴心压杆的结构的稳定性设计法是采用临界压力求解法与折减系数法等。

(2)稳定性整体分析：稳定分析需要从整体着眼，主要是看其杆件能否保持稳定牵涉到整体的结构。

(3)有关稳定计算的另一特点：钢结构弹性的稳定计算，除了需要了解结构的整体体系外，还有另一些特点要引起重视。第一，进行二阶分析，这种分析法对柔性构件尤为适用，这是由于柔性钢构件，其变形量大，对钢结构内应力产生了很大的影响；第二，迭加原理的应用，这样有利于营利，但是在弹性稳定设计中，则不适合应用。这是由于迭加原理的应能满足并服从钢材的胡克定律，应力与应变成正比例关系；而弹性稳定设计不适合结构变形很小的钢结构，采用非弹性稳定计算，那么这两个条件都不适合。

(二)钢结构设计的依据原则

依据钢结构的稳定性问题与实际的稳定设计中出现的特点，应注意以下三个原则，掌握这些设计原则才能真正地在设计钢结构时保证设计中稳定的构件，使其不会丧失稳定能力。

(1)整体性原则：钢结构的整体设计需要考虑整个建造体系，以及整体与部分组成的稳定性要求。

(2)相一致原则：钢结构设计中的计算简图与通过计算方法所依照的简图是一致的，一致性在钢结构框架稳定中起到十分重要作用。

(3)相互配合原则：尤其是在精细构件的设计结构与其稳定性计算必须相互配合，使二者的计算结果相―致。

三．钢结构稳定设计中遇到的几个设计问题

钢结构的稳定性问题是不能忽视的，它是不同于强度问题的，钢结构的承载力是钢结构设计中的稳定设计主要控制问题。近些年来关于钢结构的稳定性的细入研究，在一定时期内还是取得了很好的进展，但在其过程中还是出现了一些问题的。

第一，在结构的整体性和相关性问题上的稳定中，在以往的很长的时间内，因为受到计算方法限制与计算方式的制约，而选用了把一个构件或者是子结构分出来，把他们作为对象进行分析的方法。

第二，选用弹塑性材料为建设材料时，需要考虑多方面的问题，现今多数钢结构分析方法，把结构做为完整的结构体系考虑，完全依照弹性钢材做一阶分析计算，而其中忽略了存在的许多缺陷问题，这就使得理论计算与现实结构的承载能力出现了很大的差别。

第三，多个随机变量因素也直接影响钢结构设计体系研究中的稳定性，根据以上的基本概念将影响钢结构稳定性的随机变量因素可具体的分成三类：(1)物理、几何等随机变量：钢材的弹性模量，屈服应力与泊松比等因素，还有构件尺寸的长短，截面面积的大小等等。比如说因为结构杆件它本身不是没有缺陷的理想杆件钢材，开始变形是其残余应力等会有不利影响，尤其是对受压构件的稳定；(2)物理几何数据统计的随机性：钢结构数据统计和稳定性相关，尤其是在物理和几何数据计量时，它依据一定的经验性用有限样本采用概率密度分布函数对钢结构稳定性进行数据统计，这就受到经验性的局限等；(3)结构建模的随机性：建立假设的或者是数学的模型，再或者是当今的技术水平以及边界条件等因素，这些因素难以在详细的计算中完全反映出来，通过计算得出的理论值和实际承载力之间存在很大的差异，所以在地震时或是在高温效应时对钢结构的稳定有特殊影响力。但钢材柱梁否能反映出钢结构的承载力的状态还需要进一步研究，寻找出不稳定因素，使钢结构稳定设计理论得到进一步改进。

四．总论

钢结构稳定问题必须得到重视，它单纯的强度问题是由区别的。在工程设计当中，在许多新型结构不断涌现的今天，设计人员必须深入地了解钢结构基本构件的稳定问题，避免在建设过程中发生不应发生的事故。从以上出现的问题来说，在设计过程中钢结构基本概念的明确是很必要的；另一，设计人员对钢结构构件稳定性能认识要充分，针对具体问题不断地完善钢结构稳定设计理论，尽量避免出现失稳问题，在不断翻新的新结构中才能发掘新的方法和手段。

参考文献：

[1]侯国俊．钢结构设计应多考虑稳定问题[J]．工程建设与设计，2006(12)．

[2]冯玉梅，王艳．钢结构设计中几个常见问题的分析[J]．科技情报开发与经济，2007，17(21)．

[3]郑廷银．钢结构高等分析理论与实用计算[M]．北京：科学出版社，2007．

[4]刘雯明．浅论钢结构的稳定设计．科技风，2008(14)．

[5]朱苏敏．浅析建筑工程质量控制的若干因素[J]．科技资讯，2009(1)．

[6]陈子龙．如何做好建筑工程的质量控制[J]．长春理工大学学报(高教版)，2009(3)．

[7]邢立涛．浅谈钢结构设计中的稳定性分析[J]．科技传播，2010(16)．

作者简介信息

姓名：马永利，性别：男学历：大学本科，出生年月：1983年12月生，籍贯：河北，