浅析大跨度钢结构设计研究
摘要：随着科技的进步和社会的发展，大跨度钢结构由于具有重量轻、材料强度高、结构韧性和塑性好，施工周期短、制造简便等优点而广泛应用于体育馆、机场等大型标志性建筑中。本文阐述了大跨度钢结构的的特点及应用现状，结合某大型会展中心的大跨度钢结构设计实例，分析了大跨度钢结构的设计方法及要点，并提出了一些设计建议。
关键字：大跨度钢结构；特点；设计研究
一、引言
在20世纪末，科技和社会经济得到了快速发展，为了满足人们对建筑空间的需求，各国家逐渐开始了各种大型复杂空间结构物的建造。钢结构具有重量轻、材料强度高、结构韧性和塑性好等优点，并且施工周期短、制造简便，因此被广泛应用于工业建筑和公共建筑中。但是，要促使大跨度钢结构的快速发展，就必须要加快空间结构相关标准的制定，强化钢结构企业的管理与资质认证，提高大跨度钢结构安装、制作和设计水平。
二、大跨度钢结构的应用
1.大跨度钢结构在住宅建筑中的应用
在建筑设计中，钢结构则具有质量轻，强度高，制造简单，环境污染小，噪声低的优点。它更容易实现住宅的标准化制作、工业化生产，再配置环保节能的墙体材料，就能真正实现住宅的抗震性、健康性和环保性，从而符合我国的可持续发展要求，以及住宅产业
钢结构设计规范2 钢结构设计规范 第一章总则 第条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。 第条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。 第条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。 第条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。第条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号、连接材料的型号和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别。第条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。 第二章材料
第条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢、16Mn钢、16Mnq 钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。 第条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10℃采用。 第条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50ｔ的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低
钢结构设计注意事项 一 拿到作业图不要盲目建模计算。先进行全面分析，与建筑设计人员进行勾通，充分了解工程的各种情况（功能、选型等）。 二 建模计算前的前处理要做好。比方荷载的计算要准确，不能估计。要完全根据建筑做法或使用要求来输入。 三 在进行结构建模的时候，要了解每个参数的意义，不要盲目修改参数，修改时要有依据。 四 在计算中，要充分考虑在满足技术条件下的经济性。不能随意加大配筋量或加大构件的截面。这一点要作为我们的设计理念之一来重视。
五 梁、柱、板等电算结束后要进行大量的调整和修改，这都要有依据可循（可根据验算简图等资料）。具体有以下集中修改或注意事项： a、梁： 1、梁的标高（是否确定梁底标高及梁上翻等问题） 2、梁的支座负筋不能太疏，要人为加密。 3、梁的跨数要核对。 4、尽量减少钢筋的种类和级差（≤2级） 5、有雨蓬等外挑构件处的梁要加强（可以将此处的箍筋加密、设置抗扭钢筋等措施） 6、钢筋在梁中的放置必须满足净距要求，特别是梁上部钢筋的净距（≥1.5d 或30mm）
7、碰到电算结果的井字梁（有主次关系）处，要分清主次关系，在主要梁支座处标出支座筋 8、搁在边梁上的连梁等，在靠边梁处的支座筋不宜过大，宜减小，从而减少对边梁的扭矩 9、有主次梁关系，从梁截面上也有区别，次梁适当放小。 b、柱： 1、满足轴压比要求（≤0.9） 2、大跨度的厂房等，柱子截面宜选用长方柱。 3、构造柱的设置（细查规范《建筑抗震设计规范》P72） c、板： 1、负筋不宜选用过细的钢筋，可以用较大直径的钢筋代替，可避免施工时被踩下；较大 直径钢筋不宜过疏，否则受力不力或容易开裂。
钢结构设计步骤和设计思路 摘要：钢结构设计简单步骤和设计思路关键词: 钢结构结构设计步骤 (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
钢结构设计规范 第一章总则第条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。第条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。第条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》()）制订的。第条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。第条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》）。第条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。第二章材料第条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉号钢（沸腾钢或镇静钢）、钢、钢、钢或钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。第条下列情况的承重结构不宜采用号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－℃时的其它承重结构。二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高℃采用。第条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于ｔ的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于－℃时，对于号钢尚应具有－℃冲击韧性的合格保证；对于钢、钢、钢或钢尚应具有－℃冲击韧性的合
钢结构设计的八大要点 钢结构设计要点 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。（无论结构软件 如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过 硬的素质。）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。屋面上雪
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。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材 料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。） 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。
钢结构设计 一、填空题 [填空题] 参考答案： 1、在钢屋架设计中，对于受压构件，为了达到截面选择最为经济的目的，通常采等稳定性原则。 2、为避免屋架在运输和安装过程中产生弯曲，钢结构设计规范对屋架杆件规定了容许长细比。 3、钢结构设计规范将钢材分为四组，钢板越厚，设计强度越小。 4、常用的有檩条钢屋架的承重结构有屋架、檩条、屋面材料、和支撑等。 5、现行钢结构设计法是以概率理论为基础的极限状态设计法。 6、梯形屋架下弦支座节点处应设刚性系杆。 7、在横向水平支撑布置在第二柱间时，第一柱间内的系杆应为刚性系杆。 8、柱头的传力过程为N→垫板→顶板→加劲肋→柱身。 9、柱脚由底板、靴梁、锚栓、隔板、肋板组成。 10、梁的最大可能高度一般是由建筑师提出，而梁的最小高度通常是由梁的刚度要求决定的。
11、在钢屋架设计中，对于受压杆件，为了达到截面选择最为经济的目的，通常采 用等稳定性原则。 12、为避免屋架在运输和安装过程中产生弯曲，《钢结构设计规范》对屋架杆件规定了容许长细比。 13、垂直于屋面坡度放置的檩条按双向受弯构件计算 14、三角形屋架由于外形与均布荷载的弯矩图不相适应，因而弦杆的内力沿屋架跨度分布很不均匀。 15、系杆可分为刚性系杆和柔性系杆，通常刚性系杆采用双角钢，按压杆设计。 16、在钢屋架的受压杆件设计中，确定双角钢截面形式时，应采用等稳定的原则 17、组成单层钢结构厂房结构的构件按其作用可归并为下列几个体系横向平面框架体系、纵向平面框架体系、屋盖结构体系、吊车梁结构体系、支撑体系、墙架结构体系。 18、柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与砼基础间的摩擦力或设置抗剪键承受。 19、钢结构设计除抗疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。 20、冷加工硬化，使钢材强度提高，塑性和韧性下降，所以普通钢结构中常用冷加工硬化来提高钢材强度。 二、选择题 [单选题] 36、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间（）。
基于性能下大跨度钢结构设计的分析许霞 发表时间：2018-08-13T14:43:36.510Z 来源：《基层建设》2018年第19期作者：许霞[导读] 摘要：随着社会经济的发展和建筑施工技术的不断进步，大跨度钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，基于性能的大跨度钢结构设计也逐渐成为关注热点。 广州市设计院 510620 摘要：随着社会经济的发展和建筑施工技术的不断进步，大跨度钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，基于性能的大跨度钢结构设计也逐渐成为关注热点。本文从基于性能的大跨度钢结构设计思路、大跨度钢结构性能设计以及几何非线性承载力的研究三个方面入手，对基于性能的大跨度钢结构设计展开论述，同时对基于性能下大跨度钢结构设计要点进行深入分析，希望能为相关设计工作的开展提供参考。 关键词：大跨度钢结构；性能设计；施工技术前言：大跨度钢结构在建筑工程中的广泛应用对于提高建筑结构的抗变形能力有着重要作用，但是由于大跨度钢结构比普通钢结构设计更为复杂，在实际设计过程中容易出现各种问题，所以需要在大跨度钢结构设计中严格遵循设计原则，正确选用科学的使用功能结构类型。同时，为了进一步提高钢结构的作用效果，还需要在基于性能的大跨度钢结构设计实践过程中，结合实际情况对设计方案进行不断优化。 一、基于性能的大跨度钢结构设计概述（一）基于性能的大跨度钢结构设计思路从当前建筑工程中钢结构设计的应用情况来看，基于性能的大跨度钢结构设计是应用最为广泛的一类设计方法，通过对建筑工程中设计需要的以及钢结构自身的基本特性的综合考虑，利用科学性的设计理念和严格的结构分析标准，对建筑过程中钢结构的整体性能进行客观判断[1]。从建筑工程整体设计方案的角度出发，基于性能的大跨度钢结构设计思路大致如下：（1）将钢结构中的某个横截面作为判断钢结构受力与基线荷载的基础；（2）重点关注大跨度钢结构设计中相关材料的延性性能；（3）在大跨度钢结构设计过程中应用充分考虑到结构荷载到达最大限度的同时，结构材料对于能量的吸收作用。（二）大跨度钢结构性能设计 大跨度钢结构性能的设计主要是指通过利用工程方法对钢结构设计目标和设计方案的确立过程。通常情况下，设计人员在进行大跨度钢结构性能设计时，会在充分掌握大跨度钢结构设计的实际性能需求的基础上，对其结构进行分析与计算，同时对大跨度钢结构在不同条件下的具体表现情况进行合理预测，从而帮助设计人员可以进一步了解大跨度钢结构的性能是否符合相关规定标准以及能否满足实际的设计需求，保证基于性能下大跨度钢结构设计方案的合理性与科学性。（三）几何非线性承载力的研究 大跨度钢结构设计中几何非线性承载力的研究是随着科学技术的发展和建筑工程中高强度材料的广泛应用而出现的，目前国内建筑工程中关于大跨度钢结构的应用逐渐向着轻质量的方向发展。从钢材料本身具有的特征与性能的角度考虑，钢结构设计在建筑工程整体中的应用在未达到屈服荷载之前，通常会出现一定程度的形变现象，进而呈现出较为明显的几何非线性性质。针对这种现象，设计人员需要在大跨度钢结构设计过程中，不断加强几何非线性与材料非线性两者之间的耦合双重非线性考量，灵活的借助有限元方法来实现对钢结构中位移弹性过程的分析与计算，从而为设计人员提供精准可靠的钢结构设计全过程计算分析方案。 二、基于性能的大跨度钢结构设计要点（一）大跨度钢结构设计需要面对的问题大跨度钢结构与其他材料结构相比，在整体的性能与结构稳定性等方面占有一定的优势，当前建筑工程施工中应用的钢结构最大跨度已经达到了百米以上。从当前材料市场的实际情况来看，钢材由于自身较强的实用性和多用性特点，其价格始终处于较高的位置，而建筑工程施工中的钢结构设计一般需要耗费大量的钢材，所以考虑到钢材材料价格和相关防火涂料价格相对较高的问题，设计人员会实际的设计中往往会延用传统的钢筋混凝土柱代替钢材，从而为建筑工程带来很大的安全隐患[2]。此外，大跨度钢结构设计在建设过程中的应用虽然为建筑物的设计与施工提供了可靠的支持，但是由于当前针对大跨度钢结构设计还缺乏完善的参数研究，也会在很大程度上为基于性能的大跨度钢结构设计工作增添难度。 （二）基于性能的大跨度钢结构整体受力特性分析基于性能的大跨度钢结构整体受力特性的分析工作，主要目的是为了进一步提高建筑结构的合理性。从传统的建筑工程钢筋混凝土柱与钢屋梁的设计方案分析来看，其拉杆设置显然存在很多问题，其中对于结构设计整体受力计算的不明确也会在很大程度上造成后期结构受力分析的难度增加。因此，为了保证建筑工程结构设计的科学性，需要对大跨度钢结构整体受力特性展开必要的分析。基于性能的大跨度钢结构受力特性分析大多依靠平面杆系计算软件来实现，具体操作流程如下：（1）充分掌握钢结构设计的实际需求，提出一个平截面假设，然后在不同构件持续受力的过程中保证平截面始终处于稳定不变的状态，同时严格控制杆件支架的夹角以及杆件受力过程中钢梁与钢柱之间夹角的位置不变；（2）在对门式钢架进行设计时，需要保持结构受力的合理性，在设置拉杆过程中应当尽量避免构件出现水平位移现象；（3）如果在受力分析过程中出现构件水平位移情况，会使软件计算结果与工程实际受力情况产生一定的误差，这时设计人员应用充分掌握计算误差与工程误差两种的差别，切实保证结构受力分析的准确度。（三）大跨度钢结构设计中的构件性能设计基于性能的大跨度钢结构设计中的构件性能设计主要包括以下两个部分：第一，钢结构设计中构件承载力性能的设计。从当前建筑工程施工中大跨度钢结构设计的实际作业情况来看，钢结构设计的整体稳定性与各个组成构件的实际性能和局部稳定性有着直接的关系[3]。因此，为了保证大跨度钢结构设计的质量，设计人员在具体的设计操作过程中需要严格遵守相关设计规范进行，（比如现行规范GB50017-2003等），通过对钢结构设计中钢构件开展的经验式指导性设计，进一步提高钢构件的自身的稳定系数，从而为大跨度钢结构设计奠定坚实基础；第二，钢结构设计中的钢构件变形性能设计。钢构件变形性能的设计需要遵循以下两种原则，一是不能对钢结构设计整体的实用性与美观性造成影响，二是需要将钢构件自身变形状态控制在额定范围之内。（四）大跨度钢结构设计中的荷载类型设计
钢结构设计规范GB50017-2003 第一章总则 第1.0.1 条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。 第1.0.2 条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。 第1.0.3 条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》（CBJ68-84））制订的。 第1.0.4 条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。 第1.0.5 条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》）。 第1.0.6 条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。 第二章材料 第2.0.1 条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3 号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。 第2.0.2 条下列情况的承重结构不宜采用3 号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－ 20C时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于—30 C 时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于- 20 C时的重级工作制吊车梁、吊车桁架 或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10 C采用。 第2.0.3 条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50 t的中级工作制焊 接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于-20 C时，对于3号钢尚应具有-20C冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有—40C冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。 第2.0.4 条钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450 、ZG270-500 或ZG310-570 号钢。 第2.0.5 条钢结构的连接材料应符合下列要求: 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。 选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。 二、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行标准《焊接用钢丝》的规定。
大跨度空间结构案例及分析
1、大跨度空间结构选型的概念 跨度超过30米的空间结构就是大跨度空间结构。大跨度空间结构使建筑实现较大的跨度, 满足建筑大空间的使用要求, 而且结构轻巧, 造型优美, 受力合理, 实用耐久, 用钢量低。大跨度空间结构不但使空间的水平分隔的灵活性增大, 而且也增大了垂直方向的自由调整的可能性。大跨度空间结构的选型即大跨度空间结构体系方案的优化选择, 实际上就是对适合建筑设计的多种结构体系方案进行分析、比较、判断、假设、择优的过程。 2、大跨度空间结构选型的原则 大跨度建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能愈来愈复杂; 另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现, 促进了大跨度建筑的进步。因此大跨度空间结构的发展是在结构受力合理, 造型美观等诸多因素的限制下发展起来的。各种结构不同的优势与劣势, 只有将它们合理的运用起来, 才能达到技术与艺术都最合适的结构选择, 甚至创造出完美的建筑。 在大跨度空间结构中引入现代预应力技术, 不但使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。经过适当配置拉索, 或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载。前者即为斜拉结构体系, 后者则为预应力结构体系。这一类”杂交”结构体系将改进原结构的受力状态, 降低内力峰值, 增强结构刚度、经济效果明显提高。
一、案例 南京医科大学新建新基础医学教学与科研楼/教研服务中心工程, 位于南京市江宁大学城,分教学楼和教研服务中心两部分。其建筑群皆为四周办公楼中间设中庭的结构形式,中庭跨度约55米,屋面采用折叠钢屋架结构,钢屋架上铺设玻璃采光天窗,有效的解决了楼内的采光问题,外观造型线条优美,气势磅礴,在满足使用功能的同时,又给人以美的享受。 1.1 工程概况 中庭钢结构屋面, 结构形式为一倾斜的折叠钢屋架。位于一区、二区、三区、四区之间, 高端支撑于一区和四区的屋面钢结构上, 经过固定支座与一区和四区的屋面钢结构相连; 低端支撑于二区和三区的屋面钢结构上, 经过滑动支座与一区和四区的屋面钢结构相连, 边榀下设箱型柱支撑。 中庭折叠钢屋架由5榀正三角形管桁架组成, 两边悬挑。低端钢桁架下弦标高从15.831米至17.271米, 上弦标高从17.940米至19.080米, 高约2米, 宽23.477米; 高端下弦标高20.490米至22.274米, 上弦标高从24.752米至26.524米, 高约4米; 跨度: 第一榀40.306米, 第二榀48.133米, 第三榀56.825米, 第四榀58.673米, 第五榀53.862米, 钢折梁屋面部
工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究 近年来关于钢结构工业厂房设计的一些新技术和新工艺不断涌现出来，再加之一些新材料的研制成功，这更在一定程度上推动了钢结构在工业厂房结构中的应用。而且钢结构自身具有其他材料无法比拟的优势，在当前工业厂房设计中，钢结构设计具有较好的稳定性和灵活性，有效的促进了工业厂房建设的顺利进行，并有效的保障了工业厂房的建设质量。基于此，本文对工业厂房钢结构设计的应用进行分析，以期提高工业厂房结构质量。 标签：工业厂房；结构设计；钢结构设计 在当前工业厂房结构设计中，钢结构应用十分广泛，钢结构具有轻质、高强、较好抗震性能、施工方便、美观及节能等特点，在建筑领域受到越来越多的青睐。在当前工业厂房结构设计中，钢结构已替代了钢筋混凝土结构，得以广泛应用。下面根据个人经验，重点以轻钢厂房为例进行要点分析。 1、荷载条件 活荷载的取值是按荷载规范规定的，即计算门式刚架时，受荷水平投影面积超过60m2时，可取0.3kN/m2。荷载规范规定施工荷载或检修荷应按出现在最不利位置进行验算，对屋面板和檩条集中荷载按 1.0kN，施工荷载有可能超过时，按实际情况采用；雪荷载对轻型钢结构房屋很敏感，故应认真对待考虑：半跨雪荷载的增大及多跨门式刚架沟浴处雪荷载增大等；对高大女儿墙宜采取措施防止雪的堆积；风荷载计算时，轻钢结构对于风荷载系数有着不同的规定，按横向、纵向、单坡、双坡、双坡多跨、锯齿形屋面等不同情况分别进行取值。 2、结构布置 结构布置应包括：定位轴线布置、门式刚架布置、檩条布置、墙梁布置、支撑布置和山墙柱布置等。 门式刚架常用双坡排水，在温度区段长度允许情况下尽量采用这种办法。这样屋面板辅设简易，屋面渗水、漏水现象可能性减少，但排水面积增大，可能会有积水，另外中柱高度比较高。当屋面坡度较小时，应校核结构变形对坡度变化的影响。多雨和多雪地区宜取坡度大一些，斜面梁挠度不宜大于坡度的1/3。 门式刚架定位轴线，纵向以通过柱子下端中心为定位轴线，工业建筑边柱的定位轴线有时候也取柱外皮。柱子轴线：以柱子小头的中心线引伸平行于柱外翼缘的直線为柱子轴线，斜面梁轴线以小截面中点引伸平行于上翼缘平面的直线为斜梁轴线。 3、支撑体系
大跨度复杂钢结构连廊的设计思考 阳耀锋 / 511023************ 【摘 要】近年来，随着我国城市化建设进程的不断加快，推动了建筑业的发展速度，各类建筑工程随之与日俱增。出于对建筑使用功能和外观造型的要求，一些建筑工程项目建设中需要采用连廊结构，其主要起连接作用。想要确保连廊结构的安全性和稳定性，就必须保证连廊的设计质量，特别是对于一些大跨度复杂钢结构连廊的设计其质量更为重要。若是设计中存在差错，很可能导致非常严重的后果。基于此点，本文首先对连廊结构的特点进行分析，并在此基础上提出大跨度复杂钢结构连廊的设计要点。 【关键词】高层建筑；大跨度；钢结构；连廊 一、连廊结构的特点分析 现代建筑结构学对连廊给出了如下定义：所谓的连廊是复杂高层建筑结构体系中的一种，其具体是指两幢及以上的高层建筑之间由架空连接体互相连接，进而满足建筑造型和使用功能的要求，这里的连接体即连廊。连廊的跨度少则几米，多则几十米。通常情况下，连廊都是按照建筑功能的要求进行设置的，它能够方便两个塔楼之间的相互联系，并且还能为建筑结构增添一定的特色。消防连廊是连廊结构中的一种特殊形式，其能够起到安全通道的作用，所有的消防连廊都对防火有着十分严格的要求，在结构设计中必须全部采用防火材料。由于连廊结构自身的特殊性，使其具有一系列不同于普通结构的特点，具体体现在以下几个方面上： （一）扭转效应 与其它的体型结构相比，连廊结构的扭转振动变形比较大，这使得该结构形式的扭转效应非常明显，这也是采用连廊结构时必须特别注意的问题之一。通常情况下，在风荷载或是地震荷载作用下，结构本身除了会产生出一定平动变形之外，也会产生出扭转变形，而扭转效应则会随着两个塔楼之间不对称性的不断增加而进一步增大，即便是对称双塔连廊结构，连廊楼板发生变形后，也有可能引起两个塔楼的相向运动，此时这种振动形态也会随之变得更加复杂，相应的扭转效应就会更加明显。 （二）连廊部分的受力情况较为复杂 在带有连廊的建筑结构当中，连廊是较为重要的部位之一，它的受力也相对比较复杂。这是因为连廊部分不但要协调两端结构的变形，从而在水平荷载的作用下需要承受较大的内应力，同时，当连廊自身跨度较大时，除了会受到竖向荷载的作用之外，竖向地震作用对连廊结构的影响也十分明显。为了确保结构的整体安全性，我国现行的JGJ3-2003规范中明确规定，连接体结构应当加强构造措施，其边梁截面应加大且楼板实际厚度不得小于150mm，并且应当采用双向双层钢筋网，每一层每个方向上的钢筋网配筋率不得小于25%。在建模过程中，由于连接体结构本身体型的特殊性，使得连接部位较为复杂，所以应当采用有限元分析法进行建模，而连体部位的楼板则应当采用弹性楼板进行计算。JGJ3-2003中还规定8度抗震设计时，连体结构的连接体应当充分考虑竖向地震作用的影响，这一点在实际设计过程中必须予以特别注意。 （三）连廊两端结构的连接方式 连廊结构与两端塔楼的支座连接是整个结构设计中最为关键的环节，若是该部分处理不当，会使结构的整体安全性受到严重影响。连接处理方式通常都是按照建筑方案与实际布置情况进行确定的，可以采用的方式主要包括以下几种：刚性连接、柔性连接、铰接连接以及滑动连接等等。由于每一种连接方式的处理方法均不相同，所以都需要进行详细的分析和设计，这有助于确保结构的整体稳定性。 二、大跨度复杂钢结构连廊的设计要点 为了便于本文的研究，下面以某工程实例为依托对大跨度复杂钢结构连廊的设计进行介绍。 （一）工程概况 该工程项目的开发功能为办公与商业综合体，其中具体包括3栋办公塔楼（1-3号楼）和一座多层商业楼（4号楼），四栋楼之间利用5座连廊相互连通，进而使整个建筑形成一个有机的整体，该工程建好后将会成为当地的标志性建筑之一。各塔楼之间均由连廊进行互相连接，连廊采用的是带钢拉杆的桁架结构形式，连廊结构与两端塔楼以滑动连接方式相连接。在五座连廊当中，2号连廊的跨度最大，为45.8m。下面对该连廊的设计要点进行详细阐述。 （二）连廊的结构设计 2号连廊为双层结构，宽7.5m，跨度为45.8m，属于比较典型的大跨度连廊，总体高度12m，主要负
轻型房屋钢结构工程设计专项资质标准 一、总则 （一）本标准所指轻型房屋钢结构工程，包括网架、网壳、单层刚架、排架、多层框架、索膜结构、压型拱板等钢结构工程。 （二）轻型房屋钢结构工程设计专项资质等级分为甲、乙两个级别。 二、标准 （一）甲级 1、资历和信誉 （1）具有独立企业法人资格； （2）企业有良好的社会信誉并有相应的经济实力，企业注册资本金不少于100万元人民币； （3）近五年内完成“轻型房屋钢结构工程规模划分表”中1级工程设计不少于3项。 2、技术条件 （1）企业主要技术负责人或总工程师，应具有大学本科及以上学历，不少于6年从事钢结构工程设计经历，并主持过1级轻型房屋钢结构工程设计3项，具备注册工程师执业资格或高级专业技术职称； （2）专业配备齐全、合理。主要专业技术人员不少于“主要专业技术人员配备表”中的规定。其中，非注册人员应参加过1级轻型房屋钢结构工程设计不少于1项，或2级轻型房屋钢结构工程设计不少于2项，具备中级及以上专业技术职称。 3、技术装备及管理水平 （1）具有完善的工程计算机辅助设计系统，固定的工作场所； （2）企业管理组织机构健全，具有完善的标准体系、质量体系、安全保障及环保措施。 （二）乙级 1、资历和信誉 （1）具有独立企业法人资格； （2）企业有较好的社会信誉并有一定的经济实力，企业注册资本金不少于50万元人民币。 2、技术条件 （1）企业主要技术负责人或总工程师，应具有大学本科及以上学历，不少于6年从事钢结构工程设计经历，并主持过2级轻型房屋钢结构工程设计不少于3项，具备注册工程师执业资格或中级及以上专业技术职称； （2）专业配备齐全、合理。主要专业技术人员不少于“主要专业技术人员配备表”中的规定。其中，非注册人员应参加过2级轻型房屋钢结构工程设计不少于2项，具备中级及以上专业技术职称。 3、技术装备及管理水平 （1）具备必要的工程计算机辅助设计系统和固定的工作场所； （2）有完善的质量保证管理体系和技术、经营、人事、财务、档案等管理制度。
大跨度空间结构中的钢网架结构设计分析 发表时间：2019-11-15T16:04:56.187Z 来源：《建筑细部》2019年第12期作者：苏海丽[导读] 近些年，在社会发展的影响下，我国的城市建筑技术快速进步，以及人们生活空间需求的增大，城市建设中超大型复杂结构的建筑物不断涌现，钢结构有多方面的优势，在此类建筑中广泛运用。苏海丽 华电重工股份有限公司北京 100070 摘要：近些年，在社会发展的影响下，我国的城市建筑技术快速进步，以及人们生活空间需求的增大，城市建设中超大型复杂结构的建筑物不断涌现，钢结构有多方面的优势，在此类建筑中广泛运用。文章分析了大跨度空间钢网架结构的设计要点，供业内人士参考。 关键词：大跨度；钢网架结构；设计 引言 近些年来，钢网架结构设计在我国的空间结构设计中得到了广泛的应用，主要是因为自身重量较强，实际安装操作比较简便，受力传递比较合理，具有较强的刚度以及抗震性，所以设计师可以利用这些优点，根据自己的想象进行自由创作，为其提供了丰富的创作空间，可以将自己的想法充分的展现在建筑结构设计中。在建筑平面设计方面，可以适用圆形、矩形、多边形等多种形状，在外形上可以形成椭圆面、球面以及旋转抛物面等各种形式，所以能够展现出良好的外观。因为钢网架的杆件以及节点能够进行定型化，所以可在工厂中进行批量的定制，实施工业化生产，可有效的提高施工效率，节约施工成本。在实际设计的过程中，还需要根据建筑的用途以及周围环境进行合理构思，在保证各项技术参数合理的情况下，还要考虑到经济性，从而达到最高的性价比。 1钢网架结构的选型 钢网架结构是使用比较普遍的一种大跨度屋顶结构。这种结构整体性强，稳定性好，空间刚度大，防震性能好。网构架高度较小，能利用较小杆形构件拼装成大跨度的建筑，有效地利用建筑空间。适合工业化生产的大跨度网架结构，外形可分为平板型网架和壳形网架两类，能适应圆形、方形、多边形等多种平面形状。平板型网架多为双层，壳形网架有单层和双层之分，并有单曲线、双曲线等屋顶形式。钢网架结构较为复杂，需要进行科学的选型，才能确认整体结构。钢网架结构是空间铰接杆系结构，一定要全面考虑到整体结构在力学上的问题，确保结构更加稳定。按现行标准要求，网架结构设计要满足受力需要，对外部压力、受力方向要严格遵守设计要点，保证在受到任何外力作用下，网架结构均稳定平衡，不发生几何变形问题，实现结构整体的安全性。要想从根本上确保网架结构稳定，就需要对网架结构做合理的选型，合理的选型结构直接关系到整体结构，所以要根据实际情况确定选型，保证安全稳定。选型时，一要全面考虑几何问题，因为结构几何不确定则会出现更多的可变量，影响到结构稳定。在实际施工过程中，网架结构样式非常多，要根据使用功能、所处区域特征做好选型，在具体选择时，要看建筑平面、尺寸、荷载、网架、安装及成本，做好全面选择，以经济性原则为出发点，从几个设计方案中择优选择一个设计思路。在选型时，要全方位考虑，一是看用钢量多少，用钢量是主要考虑的方向，要在经济性原则基础上，确保用量最少，材料最少；二是连接节点造价，杆件与节点连接部位造价也要保证安全的前提下，成本最低；三是安装费用，各种材料运输和安装费用也关系到经济效益，所以要综合考虑各项经济指标。通过实践证明，选型最好的结构是三角锥网格和四角锥网格，按这种几何单元确定的网架结构非常稳定，是施工中经常用到的几何单元形式，能够保证各个结构单元上的稳固，具有不变性的明显特点。 2大跨度钢网架结构的设计要点 大跨度钢网架结构的荷载形式应被重点关注，设计时应全面考虑荷载类型，荷载类型则主要包含永久荷载、可变荷载、偶然荷载三个方面。设计取值时，永久荷载应采用标准值作为代表值；可变荷载则根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；偶然荷载，是按照设计的建筑结构使用的特点确定其代表值。下面就这几种荷载类型做具体说明。 2.1永久荷载 大跨度钢网架结构在设计时，永久荷载包含网架结构的自重、檩条的自重以及屋面覆盖材料的自重。网架结构的自重计算可由计算机自动完成，屋面覆盖材料的自重计算可由计算机自动完成或采用经验公式计算得出，檩条的自重根据檩距、拉条及撑杆的布置进行计算。屋面覆盖材料通常是指防水层、屋面板、屋面保温层等所有上盖材料的自重总和，此外，检修马道、屋内吊顶或设备管道等装修构造，则按实际情况计算。 2.2可变荷载 （1）屋面活荷载。根据《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）相关规定，屋面活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对不上人的大跨度钢网架结构屋面，屋面活荷载标准值采用0.5kN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况设计取值，或在维修施工中采取特殊措施。 （2）雪荷载。屋面雪荷载取值主要考虑屋面几何形状、朝向和风向等相关要素。屋面雪荷载通常小于基本雪压，但有时也会产生积雪，如双跨或多跨曲面屋顶的交接处等，此时应该考虑雪荷载不均匀分布的情况。 （3）风荷载。当建筑周围的空气流动受到建筑物的阻挡时，就会在建筑物表面的方向形成吸力或压力，这些吸力或压力即设计时须考虑的建筑物所受的风荷载。由于风的特性，使得风荷载取值设计时须考虑风的静力和动力作用的双重特点。对风敏感的或大跨度（大于60m）的柔性屋盖结构，须考虑风压脉动对大跨度钢网架结构屋盖产生风振的影响。这种情况须先进行风洞试验，根据结果按随机振动理论计算确定风荷载取值。 3钢网架结构设计方法 3.1网架结构杆件设计 钢网架是网架结构设计中比较常用的一种形式，主要以Q235和Q345钢材较多。这两种钢材具有很好的力学性能，并且焊接性能较佳，具有很强的稳定性，所以应用范围较广。作为钢网架结构中的杆件，其截面形式有很多种，其中的空腹载面较好，包括圆钢管和方钢管，这两种截面形式在各向惯性矩方面都较强，易于承受一定的外力作用。在空腹截面焊接封闭后，内部不易受到腐蚀，并且在表面不易积水积灰，所以防腐性能较佳，也是应用比较广泛的原因。
钢结构设计步骤与思路 钢结构设计步骤与思路作者：佚名 时间：2008-7-30 浏览量： 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。 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、平面架、网架、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,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