鋼結構設計基本原理精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的鋼結構設計基本原理主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：鋼結構設計基本原理范文

基金項目：黑龍江八一農墾大學教學研究課題（ndjy11306）

作者簡介：劉文洋（1981-），男，黑龍江八一農墾大學工程學院講師，碩士，主要從事多高層鋼結構和大跨空間結構研究，（e-mail）wyliu81@126.com。

摘要：結合應用型本科院校教學的實際情況，對鋼結構課程體系進行了合理設置，并在理論教學和實踐教學過程中以加強學生實踐能力培養為目標進行了探索和實踐。文章介紹了黑龍江八一農墾大學鋼結構課程體系教學安排和具體做法，總結了教學過程中的經驗以及應注意的問題，并對存在部分的問題進行了討論，給出了具體建議。

關鍵詞：鋼結構課程教學；課程體系；實踐能力；人才培養

中圖分類號：g642；tu391文獻標志碼：a文章編號：10052909（2013）05004904隨著中國鋼產量的飛速增長，鋼結構的應用也獲得快速發展，廣泛應用于大跨度結構、高層高聳結構、輕型結構和特種結構等領域。國家建筑鋼結構產業“十五”計劃和2015年發展規劃綱要已明確要求：當前，中國已一改過去鋼材不足的局面，轉而成為鋼材供過于求，擺在日程上的課題早己不是少用鋼材，而是積極合理地擴大鋼結構在建筑中的應用。

鑒于鋼結構的快速發展和廣泛應用，工程界已提出“加強鋼結構人才培養，造就一批鋼結構高級工程技術專門人才”，“建立與鋼結構發展相適應的教育體系，在校的結構專業學生應接受不少于80課時的鋼結構課教育”的建議。可見，隨著鋼結構行業的快速發展，市場對鋼結構專業人才的培養已經提出了更高要求，對鋼結構專業人才的需求也將會越來越大，可以預見鋼結構課程的地位將會越來越重要。

一、課程體系的設置

《高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱》[1]中把鋼結構課程分為原理和設計兩個部分，包括課程設計和畢業設計等。其中鋼結構基本原理為專業基礎課，課程目的是較全面地掌握鋼結構材料、構件和連接的基礎知識，熟悉一些常用鋼結構的分析原理；鋼結構設計是專業必修課，課程目的是在掌握鋼結構設計的基本原理基礎上，學習常用鋼結構的特點、基本設計方法、計算簡圖和內力分析，并能按有關專業規范或規程進行鋼結構的整體設計、截面計算和構造處理，課程內容主要包括單層廠房鋼結構、大跨鋼結構和多高層鋼結構。過去由于種種原因，學校鋼結構課程建設存在一些問題，具體表現在以下幾個方面。

（1）課程設置不合理。在專業課程的設置上重混凝土輕鋼結構。混凝土結構課程90時數，而同樣在土木工程專業課程中占有重要地位的鋼結構課程學時數僅為50～60，鋼結構設計只開設了一門大跨空間結構的選修課。學生僅僅學習了鋼結構的連接方法以及常見的構件設計，對整體結構設計的概念和理解不夠。過去，鋼結構課程安排在第7學期（大四上學期），這主要基于先修課程基礎知識學習的考慮，然而此時學生面臨找工作、考研等諸多問題影響，很難把主要精力投入到專業課學習上來。

（2）實踐教學不足。鋼結構教學中的實踐性教學環節僅有鋼結構課程設計一項內容，學生在學習的過程中沒有機會見到實際的鋼結構建筑物，對于鋼結構加工、制作更是不知所云。雖然教學實習中安排了認識實習和施工生產實習，但基本還是以混凝土結構和砌體結構為主，很少接觸到實際的鋼結構工程。此外，從畢業設計的選題看，幾乎全部是混凝土結構，基本沒有鋼結構方面的畢業設計題目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

劉文洋，等應用型本科院校鋼結構課程教學探索與實踐

事實上，過去很多學校在課程設置和教學實施上都或多或少地存在類似問題，但經不斷探索已基本解決，并且在教學實踐中積累了豐富的經驗，形成了相對合理又各具特色的課程體系。學校自2006年以來通過幾次修訂教學計劃，構建了鋼結構系列課程體系（見表1），并在多年的教學實踐中，不斷改進和豐富教學內容，保證鋼結構課程的教學質量。應該指出，由于課程設計安排在鋼結構原理課學期末，目前設計內容主要局限于鋼屋架結構，若能把課程設計安排在鋼結構設計課程之后，則可以有更多的結構形式供課程設計選用。表1鋼結構系列課程教學安排課程開課學期學時內容鋼結構560鋼結構基本原理鋼結構設計630廠房鋼結構、多高層鋼結構大跨空間結構730網架、網殼、懸索等空間結構鋼結構課程設計61.5周鋼屋

架設計畢業設計813周各類鋼結構設計二、理論教學的實施

專業課的教學目的在于通過具體工程對象的分析，使學生了解一般土木工程項目的設計、施工等基本過程，學會應用專業基礎課程學到的基本理論，較深入地掌握專業技能，建立初步的工程經驗，以適應當前國內用人單位對土木工程專業本科人才基本能力的一般要求[1]。

理論教學是培養學生專業技能和實踐能力的基礎，因此要重視理論教學環節。在教學中除了基本教學內容的講授以外，還應特別強調以下幾個方面在鋼結構課程學習中的作用。

（一）重視力學基礎與鋼結構教學的結合

鋼結構是一門理論性和綜合性都很強的專業基礎課，需要以材料力學、結構力學、荷載與結構設計原理等課程知識作為基礎，因此在課程學習初首先回顧先修課程基礎知識非常必要，以此引導學生復習相關內容，為學習鋼結構課程打下良好理論基礎。

（二）理論教學與工程實例相結合

理論教學稍顯枯燥，在課程教學中應適當穿插工程實例以調整學生學習狀態，調動課堂積極性。在緒論中結合鋼結構的應用和發展介紹學生感興趣的鋼結構工程，引導學生討論結構特點及選型、設計中存在的問題，或者在連接和構件分析與設計中介紹與某個問題相關的背景實例。例如：在講授軸心拉桿設計時介紹索穹頂結構的組成和特點，以使學生對受拉構件能充分利用材料強度進而節省材料有直觀認識；在講授軸心壓桿的穩定時介紹加拿大魁北克大橋和美國哈特福德體育館由于構件失穩而導致結構發生倒塌破壞的例子，使學生了解相關問題的歷史背景，也使學生充分認識到穩定對于鋼結構的重要性。 在課程教學中結合演示性或學生動手參與的試驗和實際工程中的影像資料進行講解，使學生通過直觀感受加深對鋼結構基本概念和理論的理解。目前，一些有條件的高校建立了鋼結構多功能教學實驗平臺[2]，通過實驗平臺訓練學生對鋼結構構件和連接的實驗技能，培養學生的創新意識與創新能力，教學成效顯著。不具備條件的高校可以利用影像資料彌補這些不足。例如：由于學校實驗條件有限，筆者所在的教研團隊在鋼結構加工廠拍攝了大量鋼結構生產、制作過程的視頻和圖片資料，在課堂上結合相應的教學內容進行展示，也取得了較好的效果。

（三）理論教學與結構設計規范相結合

結構設計必然要結合結構設計規范，學生畢業后要從事鋼結構設計工作，需要使用很多規范，在課程教學中把教學內容和相關規范要求結合起來，既能加深學生對抽象規范條文的理解，又能培養學生獨立使用各種規范、查閱相關文獻資料的能力。此外，在教學中還注重將注冊結構工程師執業資格制度和注冊結構工程師考試相關內容作一定介紹，引導和培養學生在這方面的興趣，調動學生努力學習專業知識的積極性。

（四）計算機軟件與結構分析設計相結合

目前鋼結構的分析與設計基本采用專門的軟件來完成，如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。為使學生盡快掌握這方面的能力，適應以后的工作需要，在教學中引入部分計算機軟件的演示和講授。例如：演示使用ansys有限元分析軟件進行鋼結構基本構件和空間結構的計算分析，講授sts設計軟件進行鋼桁架結構和鋼框架結構的設計，介紹mst設計軟件進行空間網格結構的設計。同時在后續的課程設計和畢業設計中鼓勵學生使用相關軟件進行結構計算和施工圖繪制，進一步培養學生使用結構設計軟件進行設計的能力。

三、實踐教學的實施

實踐教學環節是土木工程教學中非常重要的環節，在現代工程教育中占有十分重要的地位，是培養學生綜合運用知識、動手能力和創新精神的關鍵環節，其作用和功能是理論教學所不能替代的。工程師最終的任務是將理論知識在實踐中加以運用，并通過實踐來驗證理論結果是否正確，所以工程人員必須具備實踐能力。同時，土木工程師還應具有一定的實踐經驗，很多工程問題的處理由于客觀情況過于復雜，難以如實地進行理論分析，在很大程度上仍然依靠實踐經驗來解決[3]。

目前，鋼結構課程的實踐能力培養主要依靠課程設計、畢業設計等來實現。有條件的院校也可通過專業實習和觀察演示性實驗等環節組織學生開展討論來認識、理解鋼結構的組成、特點、應用及結構和構件的受力特性等。

（一）課程設計

學校鋼結構課程設計內容仍為傳統的鋼屋架結構。雖然這種結構形式較為簡

單，但其內容涵蓋了軸心受力構件（桁架桿件）、受彎構件（檁條）及壓彎、拉彎構件（當上弦或下弦有節間荷載時），主要為焊縫連接。因此通過完成設計，可以實現由基本構件、連接到簡單結構選型、計算分析、設計和施工圖繪制的訓練。

在具體實施上，鼓勵學生通過學習ansys、sts等軟件完成結構計算分析和施工圖繪制。通常，學生在進行結構計算分析時多采用ansys有限元軟件或結構力學求解器并輔以手算校核的方式，而在施工圖繪制階段基本都采用sts軟件來實現。通過這些訓練，學生已基本能夠熟練使用軟件完成一般結構的設計工作。

（二）畢業設計

過去，由于鋼結構應用不太廣泛，很多高校的畢業設計題目都采用混凝土結構的形式，這也是過去在教學上重視混凝土結構而輕視鋼結構的原因之一。但由于鋼結構發展迅速、前景廣闊，很多學生希望畢業后從事鋼結構設計與施工方面的工作，或者選擇了攻讀鋼結構方向的研究生，因此希望能有機會進一步深入地學習鋼結構設計方面的知識。

近年來，在畢業設計中增加了一些鋼結構方面的題目，如多高層鋼框架結構、輕型門式鋼架結構和網架結構等，嘗試指導學生進一步學習和應用鋼結構知識，實踐效果良好。此外，除了基本的手算內容以外，還鼓勵學生采用sts、mst等軟件完成結構計算分析和施工圖繪制工作。

通過認識實習—理論課教學—課程設計—畢業設計這樣一系列教學環節的深入，使學生對知識的理解和掌握從簡單到復雜、從理論到實踐、從基本原理、基本構件到簡單結構進而到復雜結構，培養學生工程設計的能力和思維。

四、結語

學校鋼結構課程教學工作雖然在課程體系的設置、學生實踐能力的培養上做了一定的思考、探索與實踐，但同時與國內一些高水平大學在人才培養模式、教學條件、教學質量和教學效果等方面還存在差距，還需要在今后的教學實踐中不斷探索和努力，不斷提高教學質量和人才培養質量，以適應鋼結構行業對人才的需求。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程專業指導委員會.高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[m].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王偉，趙憲忠，郭小農，等.鋼結構多功能教學實驗平臺的研制與實踐[j].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[3] 林峰，顧祥林，何敏娟.現代土木工程特點與土木工程專業人才的培養模式[j].高等建筑教育，2006，15（1）：26-28.

steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges

liu wenyang， zhang zhaoqiang， liu jinyun

（college of engineering， heilongjiang bayi agricultural university， heilongjiang 163319， p. r. china）

abstract： based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges， the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students’ practical ability. we introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in heilongjiang bayi agricultural university， analyzed problems should be paid attention to， and presented some suggestions for steel structure teaching.

第2篇：鋼結構設計基本原理范文

關鍵詞：荷載 結構設計 課程教學 教學方法 設計規范

作為土木工程專業學生進行工程結構設計時必須掌握的一門專業基礎課程，基于荷載與結構設計方法課程旨在要求學生通過對本課程的學習，掌握在工程結構設計時考慮荷載、荷載產生的背景、荷載計算方法以及結構設計所采用的設計原理，以便于為后續深入學習《混凝土結構設計原理》、《混凝土結構與砌體結構》、《鋼結構》等課程和相關課程設計、畢業設計奠定基礎。

一、課程的基本要求及主要內容

鑒于荷載與結構設計方法課程是土木類專業的工程結構設計方面的基礎教學課程，以專業基礎核心課的地位，要求學生完成掌握工程結構可能承受的各種主要荷載、工程結構設計中可采用的設計背景的教學目的和任務[1]。學生通過學習本課程來掌握工程結構設計時考慮的荷載因素、產生背景、荷載計算方法；并掌握工程結構可靠度設計原理和方法，包括荷載和抗力的統計分析、結構可靠度基本原理、結構概論可靠度設計方法等。

1、 掌握各種重要作用的定義、工程計算背景、原理和方法。

2、 通過學習掌握影響結構抗力的各種不定性因素及其統計參數的確定方法；各種荷載的概率分析模型和設計時所采用的代表值種類和確定方法，以及多種荷載同時出現時的荷載效應組合；結構可靠度的基本原理和基本分析方法，以及概率可靠度設計時的基本表達式，使學生掌握我國現行工程結構的基于可靠度理論的極限狀態設計方法。

3、 以《荷載結構設計規范》GB50009-2012和教材為基礎，詳細透徹講解理論內容，其中，各種重要作用的定義、工程計算背景、原理和方法，荷載統計分析中各種荷載代表值的意義和用途，結構抗力統計分析中各種不定性的含義與原因，以及結構可靠度的基本原理和基本分析方法為教學重點。

4、 拓寬知識面，以《荷載結構設計規范》GB50009-2012為基礎，與實際工程相結合。

二、課程存在的主要問題

荷載與結構設計方法課程是一門承上啟下的重要課程，在先修課程《概率論與數理統計》、《材料力學》《工程材料》等課程以及后續課程《混凝土結構》、《鋼結構》之中起著非常重要的銜接作用，但目前依舊存在許多亟待解決的問題[2]。

（一）重視程度不足：學時較少，容易混淆

本課程分為兩大部分，即工程結構荷載和可靠度設計方法。但由于只有16理論課時，并且，由于工程結構荷載形式多樣，學生容易產生混亂；可靠度設計方法部分概念抽象，學生較難理解和掌握，另外，理論性工程概念的教學方式較為傳統，也極容易導致學生感到枯燥乏味，學習興趣喪失，自主學習的能力削弱。

（二）課程難度較大：理論抽象，計算復雜

本課程是一門理論與計算為主導的結構可靠理論，又設立在學生尚未接觸鋼結構、鋼筋混凝土結構原理等結構課之前，并且需要有較為扎實的數學基礎，課程難度較大。要求學生僅僅只掌握一次二階矩方法也倍感吃力，再加上公式推導復雜、計算步驟較多，會引起學生對該課程產生畏懼，慢慢喪失學好該課程的自信心。

（三）忽視行業規范：基本素養欠缺

前文已經提到，目前，荷載與結構設計方法課程應對《荷載與結構設計規范》GB50009-2012作全面正確的解讀，由于工程面臨問題的變化以及技術、經濟條件的發展，《荷載與結構設計規范》也要隨之被修訂和調整。所以學好這門課程的關鍵在于，緊密結合現行《荷載與結構設計規范》GB50009-2012內容，了解修訂原則和重點，對修訂、增加的內容加強注意，學生才能在以后的工作中具有土木工程專業技術人員的基本素養，若教學時不能做到與現行設計規范相聯系，學生自身缺乏自主學習的能力，不能定時去查閱了解相關行業規范，致使教學內容相對工程實際滯后。

三、構建有效的教學體系

通過對上述問題的分析，本文將提出以下幾點解決措施。

1、重視理論闡述，激發學生學習興趣

興趣是最好的老師，大學生本身已經具備對自身負責的自主學習責任感，因此在實際教學中過度的去迎合學生反而不是一件值得推崇的事情，針對于大學生這一特殊群體，首先要將大學生看作一個能對自己負責的成年體，在教學前期與輔導員進行合作，為學生進行一次職業規劃測試，讓學生在職業規劃測試中明白自身未來發展和職業發展，制定起近期和長遠目標，以此來激勵自身主動學習。當然，在實際教學過程中，教師也要適時采取多樣化的教學方式，盡可能地借助多媒體資源幫助學生認識了解相關理論知識，講解深入淺出、重難點突出，幫助學生抓住要領學習；同時，定時邀請一些已經工作的學長學姐來傳授學習經驗，這也能很好地激起學生的學習興趣，激勵著學生不斷地向目標努力奮斗。

2、優化學業評價方法

對于基礎理論性較強的課程，傳統的學業考核方式大多為卷面成績一種方式，但現在普遍推行的對學生進行全面綜合考評方式，因此也應將學業考核進行結構優化，將其分為課堂表現、卷面成績兩類，如在平時可以建立起小組教學模式，在課堂上讓小組成員來講授課程內容，每個小組按照自己的想法來進行創意教學，其他小組對其教學效果進行評價和打分，最后各小組的得分按照一定比例歸入綜合評分中；此外，對于課堂上表現突出的學生，也應當適當給予加分待遇。

3、做到課程教學和學習與現行設計規范相聯系

由于全球氣候變化，極端天氣與災害如風災頻發；全球恐怖活動升級以及現代化設施及交通工具普及和猛增，住房和城鄉建設部在2012年5月28日第1405號公告中批準了《建筑結構荷載規范》GB50009-2012，規定該規范從2012.10.1開始實施。在《荷載與結構設計規范》GB50009-2012 中：為了應對自然災害頻發和全球氣候變化，補充了關于雪、風和溫度的基本氣象數據；針對活荷載增加了設計使用年限調整系數，適當提高了結構的安全度；增加了溫度作用和偶然荷載，完善了標準體系，滿足了特殊結構或特殊使用環境下的設計所需；從風剖面、體形系數以及風振響應計算等方面全方位統籌考慮了風荷載的修訂，并且補充了高層、大跨等結構的抗風研究新成果。教學時應結合《建筑結構荷載規范》GB50009-2012和教材，理論與實踐相聯系。

結束語：

基于荷載與結構設計方法課程現階段雖然存在著些許問題，但其作為理論奠定的重要銜接點，就需要在實際教學中對其給予足夠的重視，教師要明白其與其它學科相結合的重要特性，注意其所具有的數學、力學方面的知識，教學時要將這些知識體系相互融合貫通，努力為學生營造出一個良好的知識構建環境；此外，對現行的行業規范標準要進行及時補充，讓學生明白行業規范標準對于培養自身素養的重要性，要將理論知識與實際相結合，充分發揮自身主動學習的能力，在實踐中積累更多寶貴的經驗。

參考文獻：

第3篇：鋼結構設計基本原理范文

關鍵詞：高層鋼結構質量

1 引言

中國作為一個發展中國家，高層鋼結構建筑在我國起步較晚，成熟及可借鑒的經驗不是很多。但從改革開放以來，許多現代化建筑如雨后春筍般聳立。而鋼結構因其自重輕、施工周期短、抗震能力強等優勢和特點被人們廣泛應用于高層尤其是超高層建筑中。其中建筑鋼材又分為普通碳素鋼、優質碳素結構鋼、普通低合金鋼三類。大量使用的仍以普通碳素鋼為主。與混凝土高層相比：自重輕，截面小，可降低基礎造價，室內有效面積大，與玻璃幕墻結合，建成現代感很強的建筑外形；工業化程度高，可降低人工費用，增加建筑的投資回報率；抗震性能較好，利于向高層、超高層發展；綠色環保、可持續發展，8-17層的高層鋼結構造價可達到與混凝土持平，綜合造價可望超過混凝土。

高層鋼結構主要應用于現代的高層建筑，鋼結構的結構體系主要有框架體系、框架支撐(剪力墻板)體系、筒體體系和巨型框架體系。對于高層鋼結構，結構設計也是建筑成敗、優劣的關鍵因素，方案階段有結構工程師的參與是必要的。

2 高層鋼結構設計的特點

2.1 鋼結構的基本原理

鋼結構是鋼材（鋼板和型鋼）經過設計、加工，形成各種基本構件，如拉桿（有時還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構件按一定的方式通過焊接和螺栓等方式連接組成的工程結構形式。輕型鋼結構是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義。以下結構都可稱為輕型鋼結構：①由冷彎薄壁型鋼組成的結構；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；④由圓管、方管、矩形管組成的結構；⑤由薄鋼板焊成的構件組成的結構；⑥由以上各種構件組成的結構

設計鋼結構時，應從工程實際情況出發，合理選用材料、結構方案和構造措施，滿足結構構件在運輸、安裝和使用過程中的強度、穩定性和剛度要求，并符合防火、防腐蝕要求。宜優先采用通用的和標準化的結構和構件，減少制作、安裝工作量。在鋼結構設計文件中，應注明建筑結構的設計使用年限、鋼材牌號、連接材料的型號（或鋼號）和對鋼材所要求的力學性能、化學成分及其他的附加保證項目。此外，還應注明所要求的焊縫形式、焊縫質量等級、端面刨平頂緊部位及對鋼結構設計的要求[1]。

鋼結構設計的特點可以概括為以下幾點：

（1）為了不影響結構或構件的正常使用和觀感，設計時應對結構或構件的變形規定好相應的限值；

（2）計算結構或構件變形時可以不考慮螺栓孔引起的截面削弱；

（3）在設計的過程時，承重結構采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長度、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證為前提；

（4）在對框架結構進行設計的過程中，梁與柱的剛性連接應符合受力過程中梁柱間交角不變的假定，同時連接應具有充分的強度承受交匯構件端部傳遞的所有最不利的內力。梁與柱鉸接時，應使連接具有充分的轉動能力，且能有效地傳遞橫向剪力與軸心力。梁與柱的半剛性連接只具有有限的轉動剛度，在承受彎矩的同時會產生相應的交角變化，在內力分析事，必須預先確定連接的彎矩-轉角特性曲線，以便考慮連接變形的影響。

2.2 鋼結構設計的特點

2.2.1 鋼材結構的特點

鋼材的結構具有以下的特點：

（1）強度高，重量輕；

（2）塑性、韌性好；

（3）材質均勻，工作可靠性高；

（4）適于于機械化加工，工業化生產程度高；

（5）減少砂、石、灰用量，減輕對再生資源的破壞；

（6）環保、可回收再利用，建筑造型美觀；

（7）密閉性能好,能制成不滲漏的密閉容器；

（8）耐熱性能好，耐火性能差；

（9）耐腐蝕性差。

表1 鋼材與混凝土的對比

鋼和混凝土容重比：3.4，強度比：210～136。所以剛才較混凝土的重量輕，這樣能夠便于運輸和安裝，可跨越更大的跨度。

2.2.2 高層住宅鋼材結構設計的特點

（1）對高層住宅鋼材結構的設計時要進行柱網的布置，在設計時可以考慮選取一榀框架單元，對柱截面和梁截面要首先進行初選。框架梁受到豎向恒荷載、豎向活荷載、水平風荷載和地震力的作用的影響。對內力的計算時要采用分層法來進行相應的計算。

（2）對高層住宅鋼材結構的設計首先應該要考慮高層鋼材的承重結構設計，在對承重結構設計的時候需要分兩個方面進行設計，即：承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。在設計的過程中要考慮到構件和連接的強度破壞的承受能力，如果因為疲勞導致破壞或者因為鋼材過度的變形不在適合繼續承載，鋼材的結構將會轉變為機動體系和結構傾覆。

（3）在對高層住宅鋼材結構的設計時要對其結構破壞可能產生的后果采取不同的安全等級設計。一般的高層住宅采用的鋼材結構安全設計等級為2級，其他的特殊建筑鋼結構住宅的安全等級要根據其實際情況來確定。

（4）在對組合樓蓋設計時，要對荷載內力計算、壓型鋼板組合樓板受力驗算、斜截面驗算、支座負筋計算、撓度驗算及自振頻率驗算等內容。這樣以便方便組合框架內力組合值的計算。

3 結束語

隨著我國經濟突飛猛進地發展，我國的經濟實力和技術水平都得到了迅速地提高。鋼結構以其獨特的優越憂，在建筑業被越來越廣泛的重視和應用，在“大力發展鋼結構”政策的指導下，我國鋼結構發展的歷史機遇已經到來。在高層鋼結構住宅建筑與結構設計中，合理的進行建筑平面設計，合理的選擇柱網布置，合理的選擇計算模型及計算方法是整個設計成功的關鍵。隨著鋼結構住宅的發展，充分發揮鋼結構一系列的優點一直是本領域研究的熱點。

第4篇：鋼結構設計基本原理范文

以“必需、夠用、適度”為指導思想，[4]對傳統教學內容結構進行了優化和取舍，將教學內容融合為結構設計方法、結構材料、基本構件、結構設計、結構抗震設計基礎、結構施工圖等新教學模塊。以結構基本原理、結構基本構件的計算、鋼筋混凝土樓蓋、鋼筋混凝土框架結構、砌體結構、鋼結構和結構施工圖為教學重點。對工程管理專業的學生，抓住各類“建筑結構”基本原理和設計應用核心，對重點理論部分進行詳細講解，注重結構概念，強化結構布置的基本要求和建筑構造教學。在傳授學生知識技能的過程中，圍繞課程模塊內容核心，以一些典型的受力狀態作為重點，并加以透徹的講解。構造教學應該著眼于理解，講清為什么，特別是其中的力學道理。現有“建筑結構”的教學內容，未能很好地體現“建筑結構”工程應用能力培養，而且忽視學生結構施工圖識圖能力的培養。[5]識圖能力是工程管理專業學生的核心能力之一。圍繞結構施工圖識圖能力的培養，在教學過程中應增加結構施工圖的識讀等教學內容。注重講授混凝土結構、砌體結構、鋼結構三種結構施工圖的圖示與識讀方法。其中，以鋼筋混凝土結構施工圖平面整體表達法和系列圖集為重點教學內容。

二、課程教學方法探索

1.團隊式教學模式

高校教師實際教學工作中各有側重，有的以混凝土教學為主，有的以鋼結構教學為主，有的以從事“建筑結構”抗震教學為主。根據課程內容特點，結合教師具備的實際工程經驗和主講課程優勢，整合優秀教學資源，采用團隊教學模式，即“建筑結構”課程按混凝土結構、鋼結構、砌體結構和結構抗震等四大課程中主講教師組成的課程小組，共同承擔和完成授課任務，改變傳統由單一教師主講的授課模式。課程由資深教授負責人牽頭，組織和編制教學資料，集體備課、案、統一講稿、統一課件。針對“建筑結構”課程內容特點劃分如下教學部分：結構設計原理和方法教學模塊；混凝土構件和結構計算模塊；鋼結構模塊；砌體結構模塊；“建筑結構”抗震和地基基礎模塊；工程項目案例教學模塊。課程各部分內容主講教師根據自己經驗和專長，優化課程內容和講課方式，彌補了采用單個教師授課時對部分教學內容的生疏或具體實際工程經驗的不足，相對更容易使學生掌握課程主要內容和強化相應的結構概念和工程應用能力，獲得較好的教學效果。

2.面向項目教學模式

教師根據教學模塊內容要求引入具體工程案例，以工程案例為基本教學背景，將學習者引入工程實踐的情境中。教學工程案例應具有很強的實踐性，要蘊含工程實踐的理論、原理和方法，要具有新穎性、時效性、背景清晰等特征。[6]課程教學采取案例引入、任務驅動、實際項目訓練等教學模式。教學實施過程充分體現能力訓練、支撐知識學習、工程應用能力整合。具體教學實施內容如下：能力訓練項目內容，盡可能根據工程實際設計和選取；單項能力訓練與理論知識學習融為一體，實現了一體化教學；工程應用能力培養以真實的工作任務為載體，實行了項目引導、任務驅動式的教學；整個教學從課內到課外，圍繞工程應用型人才培養目標，形成了真實場境為載體、課內外能力訓練并舉、項目引導、任務驅動式的實踐教學模式，突出了應用型工程人才教學培養的特點。具體例如通過7層的底層框架商住樓（框架結構-砌體結構）來進行實際工程項目教學，案例中的平面柱網布置圖、平面樓板配筋圖、梁平面配筋圖、樓梯結構圖等就使“混凝土結構”課程中的受彎構件正截面、斜截面承載力計算和受壓構件承載力計算及梁板結構等成為主要能力訓練項目內容。通過案例教學內容實際化、具體化，范例很直觀地展示了建筑工程中梁、板、柱及樓梯等構件的平面布置和鋼筋的設置要求，使學生更容易理解課本中的基礎理論知識。分析項目中框架和砌體結構在使用過程中材料、施工及建筑構造處理措施對保證工程質量的重要性。尤其是結合框架和砌體結構由于材料、施工及構造處理不當而引起工程質量事故案例分析，培養學生工程項目分析和解決一般結構問題的能力。同時，通過作業、錄像、參觀、生產實習等實踐環節，增強感性認識和加強理論與實際的聯系，逐步培養實際應用和綜合分析的能力。[7]教學中采取“項目導向”教學方法，以實際工程對象為目標，實施課程教學，普遍受到學生的歡迎。在課程教學實踐中進行了該教學方法的應用，取得了很好的教學效果。通過在項目教學模式實踐教學過程中，提供給學生靈活運用課程現有知識去分析、解決工程實際具體問題的實踐平臺，逐步培養學生實際應用和綜合分析的能力，構建工程管理專業學生的結構知識體系。

三、結束語

第5篇：鋼結構設計基本原理范文

【關鍵詞】建筑結構設計；基本原則 ；方案優化

前言

建筑設計是建筑施工的前提，建筑設計的好壞關系到整個工程質量的高低，已經成為影響建筑質量的關鍵因素。建筑結構的科學性和合理性可以確保人們的生命財產安全，提高建筑的安全性。只有嚴格遵守建筑設計結構，才可以確保建筑符合我國工程質量標準，高效完成建筑設計工作，提高工作效率。本文就我國的建筑結構設計基本原則進行研究，對建筑結構方案優化進行探討，提高建筑設計效果，現研究結果如下。

1 建筑結構設計基本原則

建筑結構是指在建筑物包括構筑物中，由建筑材料做成用來承受各種荷載或者作用，以起骨架作用的空間受力體系。建筑結構因所用的建筑材料不同，可分為混凝土結構、砌體結構、鋼結構、輕型鋼結構、木結構和組合結構等。建筑結構設計貫穿于建筑建設過程中的主體和細節結構的設計，包括建筑主體結構和材料，建筑空間結構的具體細化等設計方案，通過建筑結構的設計可以確保建筑物建筑順利完成，已經成為建筑工程的核心工作。

1.1 取大舍小原則

取大舍小原則主要指在建筑設計的過程中要分清主次，先確保整體建筑主體的設計合理，后進行細節設計細化，確保細節設計符合主體設計，不與主體設計發生沖突。在進行建筑結構設計的過程中，要保持強柱弱梁、強剪弱彎，對主體進行層次劃分，降低建筑設計的外部沖破力，保持建筑結構設計的穩定，在最大的程度上保持建筑主體的穩定性。

建筑結構設計是由各種設計構建而成，建筑構件在主體設計中承擔著較大的作用。但是建筑主體設計和建筑結構設計在一定的程度上很容易出現沖突，導致建筑設計出現卡殼。在這種情況下，建筑結構取大舍小原則制定了設計基本，要以建筑重要為第一考慮要素，實現結構條件對主體設計的服從和符合。

1.2 剛柔有度原則

剛柔有度原則主要指在進行建筑結構設計的過程中，要將過于鋼化的建筑結構進行柔化，提高建筑物的整體穩定性。建筑結構設計剛柔有度要求設計人員對建筑結構的穩定性進行全方位考慮，對建筑設計中過多的鋼化線條設計進行改善和調整，降低建筑物發生形變的可能性。

在進行建筑設計的過程中，過于鋼化的建筑物由于線條結構較為死板，建筑物的整體支撐能力會大打折扣，導致在外部壓力過大時產生形變。這種形變在很大的程度上造成建筑物安全問題，導致建筑物出現大面積坍塌，形成建筑物破壞。剛柔有度原則確保建筑結構設計中的框架設計合理性，確保剛性結構和柔性結構完美結合。

1.3 多重設防原則

多重設防原則主要指在進行建筑結構設計的過程中，設計人員要對所有的設計結構進行把握，將建筑結構的整體作為主要設計核心，設計多重防線，保證建筑結構的安全性。多重設防要求設計人員要熟知建筑結構設計的各個環節，在設計中進行多重設卡，將建筑結構各部分的功能充分放大，提高設計效果。

建筑物在使用的過程中很容易遇到危險狀況，多重設防要求設計人員從建筑結構的安全性出發，對其危險狀況進行預防和處理，降低人們的生命安全和財產安全損失。

1.4 打通關節原則

打通關節原則主要指在進行建筑結構設計的過程中，設計人員要將建筑細節結構和主體結合在一起，將建筑細節結構融會貫通，實現建筑結構的統一。通過減少建筑結構中的關節，將建筑結構關節打通，實現對建筑整體的全方位把握，增強建筑設計的主體效果。

建筑結構是構成建筑設計的關鍵，是建筑建設中必不可少的一部分。因此，在進行建筑核心的設計過程中，設計人員要確保建筑結構渾然一體，增強建筑設計的效果。將結構關節打通，降低系統外力的干擾，實現對系統外力的傳遞和消減，實現關節傳力的暢通，提高建筑結構的穩定性。

2 建筑結構設計的方案優化

建筑結構設計的方案優化主要是在建筑設計基本原則的基礎上對建筑設計理念和要求進行完善，通過不同的建筑結構設計角度提高設計的合理性，對建筑結構實際設計過程中的突出問題進行解決，提高設計效果。

2.1 結構安全優化

結構安全優化主要表現在對抗震防護的效果上，通過抗震防護安全結構的實施，確保建筑物的安全性。在地震等級較高的地區要實行多層磚混或和框架剪力墻結構，采用抗震材料進行結構建筑。通過進行兩個階段設計提高設計效果，實現結構安全優化的三個水準的防護要求。對一般的多層砌體住宅結構要先采取橫墻承重實現共同承重，進行均勻對稱分布，沿平面進行對齊。

2.2 結構構造優化

結構構造優化中要注意的問題主要為注意構件撮大配筋率和最小配筋率的限值。在設計過程中，要嚴格按照相關的結構構造要求保證鋼筋、鋼錠等在設計中的銜接長度和固定位置，確保建筑材料和建筑結構構造相符合，實現對建筑結構構造的方案優化。

除此之外，為防止屋面溫度導致建筑墻體出現開裂現象，在進行結構構造優化的過程中，設計人員要進行有效的通風設計，進行融熱操作。設置抗震安全構造柱，對建筑結構構造的整體進行貫穿。

2.3 結構計算優化

結構計算優化要注意以下幾方面問題。第一，建筑結構底部剪力法主要適用于建筑結構剛度較為均勻的多層設計結構，可以實現對結構的整體加強。但是，這種剪力法在較為薄弱的底層框架結構中應用效果不佳，一般會產生一定程度的塑性形變，導致建筑結構穩定性降低。第二，底框框架結構要采取雙保險的方式進行設計，降低其承種量。按照相關要求進行雙保險結構設計，對抗震墻的彈性剛度進行折減，提高其傾覆力矩產生的附加力。

在進行結構計算優化的過程中，設計人員要采用雙向板查表結合連續板計算，提高對建筑結構的設計計算效果。將設計數據進行雙向運算，減少設計漏算或少算荷載，確保設計和建筑用料相符合。在完成上述算法優化過程后，要對電算的結果進行評價，根據工程設計的經驗對計算結果進行評價，判斷計算結果是否達到工程設計圖紙要求。

2.4 設計選取優化

在進行設計優化的過程中，相關人員要根據地基沉降引起構件開裂程度進行合理深度優化，將設計樁箱和樁筏相結合，保證箱體的剛度，實現對設計方案的優化。對設計方案進行比較，進行有效選取，確保方案符合設計結構中安全可靠性、操作技術要求、經濟效益等的相關要求，實現設計選取的優化。軟土層覆蓋層厚度較 大地區的多層建筑要經過地基處理控制建筑物沉降，對其上部結構和地基的技術指標進行規范和處理，考慮處理方案成熟程度及相關經驗，進行多種方案的比較。最終，選取最合適的設計方案，確定選取的方案滿足設計強度和形變的標準，對不符合的方面繼續進行優化。

3 總結

建筑結構設計的基礎和方案優化主要是通過對建筑結構基本原理的應用，對建筑設計結構方案進行完善和改革，實現對設計結構優化、設計環節優化、設計算法優化、設計選取優化等。將建筑結構設計基礎原理進行靈活應用，在此基礎上進行優化，對我國建筑結構設計具有非常積極的促進作用，可以提高建筑結構設計的實際應用效果，實現建筑物的安全穩定。

參考文獻：

第6篇：鋼結構設計基本原理范文

關鍵詞：土木工程 鋼結構設計 留學生 教學建議

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（c）-0124-02

近年來，我國交通基礎設施發展迅速，結構形式多樣化，復雜、新型結構層出不窮。以橋梁為例，我國現有橋梁77萬余座，總量世界第一，并以每年兩萬余座的規模遞增。同時，隨著“一帶一路”國家級戰略的實施，我國對外交流與合作頻繁，海外項目日益增多，迫切需要大規模具有國際視野的土木工程高級專業人才。鋼結構設計作為土木工程專業一門重要的專業基礎課程，課程內容較多，涉及構件連接（栓接和焊接）、軸心受壓、受拉、穩定性等，而課時相對較少且分散，理論教學與工程實踐結合不夠緊密，導致學生在學習過程中有時抓不住重點。筆者針對該課程體系，結合自己的教學經驗，并考慮留學生的學習特點，從教學方法、評價考核辦法等方面對留學生鋼結構設計教學改革進行了初步探討。

1 鋼結構設計教學存在的問題和建議

1.1 組織編寫合適的教材

教材是學生和教師交流的重要課程資源。師生在圍繞教材的互動過程中，實現語言、知識、思維的提高。因此，選擇合適的教材是做好教學的重要因素。目前鋼結構設計可選擇的教材有限，國內有少許英文版的教材，編者主要采用中國規范，但近些年規范已經有了新的版本，而書中內容一直未及時更新，這已不適應目前留學生教學的要求。筆者選用的是美國原版教材，但價格昂貴且難以買到，如果翻印會涉及版權問題。筆者采取的方法是每次對將要講的內容整理一份講義，上課時發給學生。因此，建議教育部門組織相關專家編寫適于留學生及國內聯合培養學生的鋼結構設計專用教材。

1.2 教學方式多樣化，教學科研相結合

鋼結構設計為土木工程專業課，它與語言課學習不同，主要傳授專業知識和技能。直接從國外引進專業外教尚不切實際，目前該校留學生的專業課教師多為本土教師，教師的專業知識精深，但由于語言問題，早期部分教師直接拿課本讀，或用中文口述、英文板書，導致師生理解存在時間差，一定程度上削弱了學生的學習興趣。近年來長沙理工大學土木與建筑學院非常重視教師的國際化，并將其作為職稱晉升的重要條件之一，鼓勵教師“走出去”，通過在國外進行一年以上訪學的辦法，培養了一批本土教師，解決了語言問題，又學習了國外的先進教學經驗。同時，在今后的課堂中，可嘗試采用研討式教學方式，增加課上討論時間，進一步增強與留學生的交流。培養、激活學生的潛能，最好的辦法是激勵，讓學生品嘗成功的快樂。在課堂上筆者將自己的科研成果與學生分享，例如，結合筆者主持的有關疲勞方面的科研項目，將鋼筋的靜力拉伸和疲勞試驗設計、連接部位設計等介紹給學生，開闊他們的視野，并提出試驗過程中遇到的問題供學生思考，廣泛聽取他們的意見，課后與他們一起在實驗室中嘗試，增強了他們的學習興趣和主動性。

1.3 改革課程考核方式

本土專業老師在中文教學上已經形成了自己的教學風格，存在一定思維定勢，該教學風格不一定適合于留學生。最終的考試（或大作業）所占的比重非常大，忽略了平時的作業成績，且未布置探索性的作業或思考題，這與國外的教學方式差別較大。有必要嘗試新的考核方式，既能使留學生掌握知識，又全面考核了學生。鋼結構設計課程中的設計題目很多，建議在拉伸構件、構件連接和受壓構件章節完后分別設置一個小作業，題目盡量不同，2～3個學生一組，遇到作業雷同的學生，可讓他當面講解，根據講解情況確定處理辦法。考核方法方面，小作業的成績可適當提高比例，以鼓勵大家平時多上課多思考，可占50%，最后考試成績或大作業占30%，考勤即學習態度占20%，考核情況由任課教師在第一堂課交代給學生，引起們對該門課的重視。

1.4 增強實踐教學，優化課時數量

鋼結構設計的課時設置為32學時，與學校其他本科生設置數相同，且沒有教學實踐和課程設計環節。考慮本土教師英語水平雖有了一定提高，但畢竟不是母語，本土教師的英語表達能力難免遇到用英語難以解釋的問題，需花費額外時間。另外，留學生來自不同的國家，如該校土木工程專業學生主要來自巴基斯坦、斯里蘭卡、蘇丹等國家，他們的學習基礎和素質存在一定差異，同樣是一節課，但學習的主體不同，一節課時間內所講的課程篇幅也不同。留學生對實踐課非常感興趣，如測量學。因此，在鋼結構設計中適當增加實驗課教學，在一定程度上會提高他們的學習興趣。筆者通過近年的教學經驗來看，可將鋼結構設計初步增加到40個學時，其中包含2～4課時的實驗課，并在課程結束后設置一周的課程設計。留學生有他們自己的優點，他們的動手能力較強，很多學生在外都有兼職，一些學生在課堂上展示他們給中國企業設計的結構模型。教師對學生在思維活動中表現出來的創新性見解和設想，應予以充分肯定，及時表揚鼓勵，以增強自信心，促其創新素質盡快形成和提高。

1.5 開發留學生教務系統

目前留學生沒有單獨的教務系統，教務處給教師安排課程都是一張紙質課表，學生也是把課表拍照保存在手機中，學習工作效率有待提高。沒有教務系統，意味著不能網上選課、網上評教、網上報送成績。由于該校教師年度考核和職稱晉升中存在學生和同行評價，留學生的課程中不存在該項，與普通本科班相比，教師在課下備課、課前準備投入時間較長，這在一定程度上也減小了教師對留學生上課的積極性。

2 結語

鋼結構設計作為一門重要基礎課，必須針對該課程的特點，結合該校現有留學生的學習狀況，科學規劃教學內容和課時，適當增加實踐教學，進一步加強本土教師的培養，改革教學方式，優化教學方法，與時俱進，努力將最新的行業動態、科研成果融入到教學中，最大程度激發留學生的學習熱情，以達到良好的教學效果。

參考文獻

[1] 蘇波.土木工程專業留學生教學思考[J].高等建筑教育，2015，

24（1）：26-28.

[2] 王磊，劉小燕，張建仁.土木工程專業實驗教學改革探索與實踐[J].中國電力教育，2009（17）：121-122.

[3] 林健.高校工程人才培養的定位研究[J].高等工程教育研究，2009（5）：11-17.

第7篇：鋼結構設計基本原理范文

【關鍵詞】彎曲屈曲，位移法，單層單跨剛架

【Abstract】This study had happened in the in-plane bending the stability problem buckling. In the frame， the frame of in-plane instability forms must be in frame composition and load conditions were analyzed. Displacement method to solve the frame buckling load， for the component and its axis pressure Angle displacement equation of component axis pressure should be taken into consideration， the influence of bending stiffness is established after the balance equation is solved the buckling equation buckling load.

【Key words】Flexion bending，Displacement method，Single span single frame

引言

在剛架平面內，剛架的失穩形式必須針對剛架的組成和荷載作用的條件進行分析。因組成條件不同，剛架在失穩時其柱頂分為無側移和有側移兩種不同的失穩形式。現代工程史上因結構失穩而造成的事故屢見不鮮：據分析，前蘇聯在1951～1977年期間所發生的59起重大鋼結構事故中，占總數29%的17起事故都是屬于結構的整體或局部失穩。

1鋼結構穩定具有多樣性

鋼結構的失穩，在形式上具有多樣化的特點。例如軸心受壓構件常見的失穩形式是彎曲失穩，但不是唯一的失穩形式，還有扭轉失穩和彎扭失穩。壓彎構件存在彎矩作用平面內的彎曲失穩和彎矩作用平面外的彎扭失穩；剛架表現出無側移的對稱失穩和有側移的反對稱失穩；拱結構也表現出對稱形式的失穩和反對稱形式的失穩；薄板有受壓失穩和剪切失穩；失穩既有局部失穩又有整體失穩等，這些都是穩定問題多樣性的表現。

2鋼結構穩定具有整體性

對于結構來說，它是由各個構件組成的一個整體，當一個構件發生失穩變形后，必然牽動和它剛性連接的其他構件。構件的穩定性不能就某一個構件孤立地去分析，應當考慮其他構件對它的約束作用，這種約束作用是要從結構的整體分析中去確定，這就是結構穩定的整體性。結構穩定的整體性在剛架穩定分析中表現得十分明顯，在分析剛架的穩定時既要考慮同層柱之間的相互影響，又要考慮層與層間柱的相互影響，還要考慮梁柱之間的相互約束作用，表現出整體性分析的特點。穩定問題的整體性不僅表現在構件之間的相互約束，也表現在圍護結構對承重結構的約束作用，只是這種約束作用目前在設計中被忽略了。穩定問題的整體性要求穩定分析應該從整體結構著眼。

3位移法求解剛架的彈性屈曲荷載

3.1單層單跨剛架

對于圖1（a）所示下端鉸接的單層單跨剛架，在屈曲時柱頂產生側移而形成反對稱屈曲變形，因此柱下端不會產生水力。

分析時因側移而導致兩柱的壓力有微小變化可忽略不計。求解屈曲荷載時可將剛架分為如圖1（b）所示隔離體，柱的側移角。

3.2 雙層多跨剛架

多層多跨也有無側移和有側移兩種屈曲形式，和單層單跨剛架一樣，只有支撐系統或其他支撐結構具有足夠強的抗側移剛度時，才允許按無側移的條件計算屈曲荷載。歐洲鋼結構協會建議，對于有支撐的多層多跨剛架的抗側移剛度，所設置支撐系統的有效性與前面4.1節對有支撐系統的單跨剛架的要求是相同的。如果無法達到此要求，則只能按照無支撐剛架計算屈曲荷載。為了便于分析，對剛架作如下基本假定：

（1）組成剛架的諸柱和梁都是等截面的直桿。

（2）材料是彈性體。

（3）失穩時同一層柱同時屈曲。

（4）沒有水平外力作用，集中荷載均沿柱的軸線作用

（5）按比例加載，不減載，各柱的軸心壓力之間均存在一定的比值？琢i，因此求解出某柱的屈曲荷載P？琢后，其他柱的屈曲荷載即為？琢i，P？琢。

（6）不計剛架屈曲時諸柱軸心壓力的變化。

（7）不計剛架屈曲時橫梁中的軸心力。

對于多層多跨剛架，有兩種方法求解其彈性屈曲荷載，一種是精確法，一種是實用的近似法。

用精確法計算無側移剛架時，可用位移法求解，以諸節點的轉角？茲i為未知量。如剛架有n個節點，就可建立n個節點的力矩平衡方程 ，它們形成均無常數項的n個線性方程組，諸未知量？茲i的系數形成的n行n列的行列式為零即為剛架的屈曲方程，由此可解得屈曲荷載。當同時有n個解時，應取其中的最小值。

4總結

（1）剛架的失穩形式主要有無側移的剛架屈曲和有側移的剛架屈曲，都是研究在剛架平面內發生彎曲屈曲的穩定問題。

（2）位移法求剛架的彈性屈曲荷載時，其計算原理和結構力學中求解超靜定結構的內力是一致的，具體運算時有所不同的是求解剛架的屈曲荷載時，對于有軸心壓力的構件，其轉角位移方程需考慮軸心壓力對構件抗彎剛度的影響，而建立了平衡方程以后得到的是求解屈曲荷載的屈曲方程。

（3）對于多層多跨剛架，有兩種方法求解其彈性屈曲荷載，一種是精確法，一種是實用的近似法。用精確法計算無側移剛架時，可用位移法求解。

參考文獻：

[1]陳驥.鋼結構穩定設計理論與設計（第三版）[M].北京：科出版社， 2006

[2] GB 50017—2003鋼結構設計規范[S]

[3]沈祖炎，陳驥，陳以一.鋼結構基本原理（第二版）[M].北中國建筑工業出版社， 2005

[4]陳紹蕃.鋼結構穩定設計指南（第二版）[M].北京：中國建工業出版社， 2004

[5]郭耀杰.鋼結構穩定設計[M].武漢大學出版社， 2003

[6]陳紹蕃.鋼結構設計原理（第三版）[M].科學出版社， 2005

[7] ZJQ00-SG-005-2003鋼結構工程施工工藝標準[S]

[8]湯夕春.殘余應力對H型鋼梁柱構件極限承載力影響研[D].武漢理工大學， 2006

[9]姜德進，陳紹蕃.關于《鋼結構設計規范》中計算公式的討[J].工業建筑， 2007， 37（11）

第8篇：鋼結構設計基本原理范文

建筑信息模型BIM技術不僅在實際工程領域有著極強的應用價值，而且在高校人才培養上同樣具有廣泛的應用空間。文章以沈陽建筑大學為例，論述了BIM技術在土木工程制圖、房屋建筑學、鋼結構、工程管理、畢業設計等課程教學中的應用，結合沈陽建筑大學近幾年將BIM技術融入建筑類高校專業課程改革中遇到的困難，給出解決困難的方案，并介紹了取得的階段性成果。研究表明：BIM技術不僅可以完全融入建筑類高校專業課程教學，而且將BIM技術融入建筑類高校專業課程教學已勢在必行，且效果明顯。

關鍵詞：BIM技術；建筑類課程；課程建設；人才培養；教學改革

中圖分類號：G6420；TV文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2017）01016104

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）被譽為建筑業變革的革命性力量，是一種應用于工程設計、建造管理的數據化工具[1-3]。該技術利用參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的整個周期過程中進行數據共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對[4-5]。除此之外，BIM還可以為開發商、設計院、施工單位在內的各方建筑主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮著重要作用。可以說BIM技術的發展和應用，已得到建筑業界的廣泛認可。

建筑類高校如何將BIM技術引入相關專業課程的教學？筆者認為，BIM技術的發展可以說對建筑類高校專業課程教學改革是一個絕佳的機會。以目前的教學方式培養人才，在對專業知識的掌握程度上，很難滿足現在建筑工程的要求，其中的原因是多方面的。將BIM技術引入到專業課程教學中，可以充分利用BIM技術可視化、協調性、模擬性、優化性的特點，將原本“枯燥乏味”的專業課變得生動起來，從而培養學生對專業課的學習興趣。同時，將教學內容生動形象地展現在學生面前，也便于學生理解記憶[6-8]。

將BIM技術引入專業課程教學中，對教學本身是一件非常有益的事，但如何將BIM技術融入目前的專業課程教學過程中，還需要進行探索。本文以沈陽建筑大學（以下簡稱沈建大）為例，詳細介紹BIM技術在建筑類高校專業課程教學中的應用，闡述在改革實踐中的經驗、教訓及心得體會。

一、BIM技術在土木工程制圖課程中的應用

土木工程制圖是一門具有很強踐性的課程。就其學習內容而言，并不需要學生死記硬背大量的公式和深奧的理論。要教好這門課程，教師應開拓學生的思路，培養學生較好的空間想象力，從而提高學生的實踐應用能力。

在未引入BIM技術之前，沈建大和許多高校一樣，都是采用與AutoCAD學習與應用相結合的方式來講授這門課程。在學習和使用AutoCAD的過程中，主要培養學生的空間思維能力和對國家制圖標準的掌握能力。但使用AutoCAD建模耗時長、精確度也不高，學生在學習期間主要是運用AutoCAD軟件來繪制建筑和結構的二維圖紙。這種方式在培養學生空間思維上所起到的作用十分有限。通過對沈建大學生學習成果的調查發現，通過這種教學方法的訓練之后，學生閱讀平面圖的能力還不強，遇到稍微復雜一點的平面圖，學生也很難在頭腦中建立很清晰的三維立體圖形。

為此，沈建大積極開展對BIM技術的研究和開發，首先對講授相關課程的教師進行有針對性的培養，然后以研討會的形式制定土木工程制圖課程教學改革方案，最后逐步將BIM建模技術引入土木工程制圖課程教學中。從授課質量角度來看，在建模過程中，Revit三維建模軟件比AutoCAD軟件操作起來更加方便，并且在精確建模的基礎上，Revit建好的模型與模型的二維平面圖完全對應，這使得看似“枯燥”的二維圖紙變得生動起來。愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師。”培養學生的學習興趣，是引導他們學好這門課程的基礎。因此，將BIM建模技術引入土木工程制圖課程教學中，對培養學生空間思維有著良好的促進作用，也使學生對識圖建模的學習效率更高，從而達到輔助教學的效果。

二、BIM技術在房屋建筑學課程中的應用

房屋建筑學是研究建筑設計和建筑構造基本原理和方法的學科，其中包括房屋各個組成部分的組合以及構造方法等。房屋建筑學課程是土木工程專業的一門專業基礎課，其內容抽象復雜，并且知識點零散繁多。該課程在沈建大的開課時間是大學二年級，這個時期學生的專業知識儲備相對較少，因此，學生很難消化吸收課堂教學的全部內容。

沈建大過去把房屋建筑學課程的主要內容分為課堂教學和課程設計兩方面。其中課堂教學的授課方式主要是教師按照課本編排的順序講授知識點。就講課內容順序而言，這種方式合情合理，符合建筑的建造順序。同時在講課過程中采用多媒體輔助教學，有助于學生理解，并記憶當堂課所講的內容。但是，這種教學模式也有較大的缺點，授課教師一般用二維圖形來講授房屋建筑學相關的知識，通過二維圖片以及課本上所講的內容要求學生在頭腦中建立三維模型。這對專業知識儲備較少，工程實踐經驗不多的大二學生來說是很困難的。此外，沈建大同大多數高校一樣，房屋建筑學課程設計時間較短，一般為一個星期。這對剛接觸設計的學生來說，很難在這么短的時間里高質量地完成課程設計。

近年來沈建大將BIM技術引入房屋建筑學課程教學中，從實際運行情況看，上述問題得到了很好的解決。課堂上授課教師通過使用Revit建模軟件將所講內容以一個三維立體的模型呈現出來，有助于學生對課堂知識的理解和記憶。有了課堂上對房屋建筑學相關知識的儲備，以及之前應用Revit的操作使用，學生就能較順利地而且高質量地完成課程設計，從而達到該課程的教學目的。應該說，沈建大將BIM技術引入房屋建筑學課程教學中，在提高教學質量方面，取得了不錯的效果。

三、BIM技術在鋼結構課程中的應用

沈建大有關鋼結構的課程主要有鋼結構設計原理和鋼結構設計兩門課程。鋼結構設計原理課程的設置，旨在使學生全面掌握鋼結構材料、構件和連接的基礎知識，理解鋼結構分析的原理。而鋼結構設計課程則是鋼結構設計原理課程的后續，是建立在學生對鋼結構相關知識有所了解的基礎上，讓學生掌握鋼結構設計的方法和手段的一門課程。

可以說鋼結構課程是難度較大的土木工程專業課程。該課程教學內容不但涉及材料力學、結構力學等力學的基本知識，還與設計相關的規范聯系緊密，并且還要受到教學進度安排等因素的影響。以沈建大為例，鋼結構設計原理課程的總學時為46，比混凝土相關課程少了十幾個學時。而之前的教學方法主要是板書與多媒體相結合的方式。這種教學方式的弊端上文也有提到，這里就不做詳細分析。沈建大也安排學生去當地的鋼結構施工現場實地參觀，并有專業人士講解。通過這種方法可以使學生將所學的知識同實踐結合起來，對學生學好這門課程起到了較好的作用。但由于施工現場通常距離學校都較遠，去現場參觀耗時較長。且現場參觀對學生自身安全也有一定的危險性，所以現場參觀的次數不會太多，一般一學期只有一次到兩次，每次人數也有限制。要想通過這種方式讓學生學好這門課程，達到預期效果很難。

而BIM技術的強大之處就在于它不是在某一方面表現得較為突出，而是在多方面。例如，在鋼結構課程教學過程中，應用Revit軟件，建立標準鋼框架以及型鋼部分構件的模型十分便捷。同時，Revit軟件構建的模型，還可以無損導入同屬Autodesk公司的Navisworks、Manage等軟件，實現4D施工模擬。這樣就相當于學生在課堂上就能進行模擬施工現場的實地參觀，而且還能達到學生親自去施工現場實踐的效果。在建模的過程中，學生可以看到鋼結構的構件如何按照規范建立起來，并了解構件的各部分名稱，以及在整個模型中所起到的作用。2015年以來，沈建大就已經將BIM技術應用到該課程的教學過程中。目前該課程的教學課時沒有改變，但采用這種教學方式之后，的確起到了事半功倍的效果，使學生學習內容繁多復雜的鋼結構課程時能得心應手。

四、BIM技術在工程管理課程中的應用

工程項目管理課程是沈建大工程管理專業的核心基礎課程。該課程旨在培養學生掌握工程項目管理的理論和方法，能繪制工程流水施工以及網絡計劃，合理選擇施工方案，編制施工進度計劃表，閱讀施工現場平面圖等，培養學生發現、分析、研究、解決建設工程項目管理實際問題的基本能力，把學生培養成為具有從事建設工程目管理能力的優秀畢業生。因此，工程項目管理課程在本科教學中是一門具有較強實踐應用性的課程。沈建大對該課程教學非常重視。

從專業知識學習的角度來看，工程項目管理是一門偏向管理類的學科，培養學生的實踐能力和應用能力顯得尤為重要。傳統教學方式是按照課本編排的順序，主要以板書的形式講授知識點，過分偏重學生對理論細節的掌握。加上該課程教材文字較多，多為敘述講解。經過調查發現，學生對該課程學習興趣不大，積極性不高。為此，學校將工程項目管理課程教學與當代計算機技術相結合，創新改革教學方法，即應用計算機技術輔助教學，這樣一方面可以讓學生了解掌握工程管理相關的軟件，如Revit，P3等。另一方面，這些軟件可以構建三維可視化動態仿真工程，可以模擬各種工程案例，將原本“枯燥無味”的課堂教學變得生動起來，從而激發學生的學習熱情，加深學生對工程管理課程的理解。學校把BIM技術引入工程項目管理課程教學中，應用BIM技術實現了施工可視化仿真教學，使學生能身臨其境般地感受現場施工的氛圍。同時，將施工進度安排，以及各部分的工程造價在構建的BIM模型中體現出來。采用這種教學方法，學生能更加深刻地理解工程項目管理的運作理念，引導學生將所學的知識與工程實踐結合起來，起到了非常好的教學效果。

五、BIM技術在土木工程專業畢業設計環節中的應用

畢業設計是土木工程專業學生最后也是耗時最長的一門課程。其主要目的在于培養學生應用所學知識去解決實際工程問題的能力。設計內容主要包括工程制圖、理論分析、結構設計等。通過畢業設計，使學生對土建設計和施工內容、施工全過程有一個比較全面的認識，在此過程中也熟悉相關規范準則，為今后獨立工作打下基礎。因此，畢業設計的意義在于提高學生解決實際問題的能力，在于培養學生踏實細致、嚴肅認真的工作態度。

由于畢業設計開始于大四下學期，這段時間有的學生在找工作或準備研究生復試，因此要學生完全靜下心來做畢業設計很難。這就需要對畢業設計的教學方式作一些調整，甚至作一個比較大的改變。沈建大將BIM技術應用到土木工程制圖、房屋建筑學以及一些專業課程的教學過程中，大四學生對BIM技術也有比較深刻的認識和理解，并且也具備熟練完成建模的能力。因此，沈建大將大四學生的畢業實習與畢業設計結合起來，以實習的具體工程為實際施工案例，然后應用BIM技術將施工流程完整地呈現出來，作為畢業設計成果的一部分。除此之外，要求學生在畢業設計環節全部采用BIM技術進行畢業設計，并且在答辯環節增加與BIM技術相關問題的比重。

將畢業設計同計算機技術結合起來的方式，為教學提供了新的視角，這樣有助于學生在有限的時間里，更加系統地掌握土木工程學科知識。同時，也有助于培養學生的合作精神。

六、結語

BIM技術在傳統專業課程教學中的應用，即將課堂教學與計算機技術相結合，的確可以產生事半功倍的效果。通過建立可視化三維模型，引導學生將所學的專業知識應用起來

，起到模擬實踐的效果。教師應用BIM技術將書本上抽象的專業知識內容具體化，便于學生理解。因此，將BIM技術應用到相關專業課程教學過程中，對提高課程教學效果起到了積極的作用。參考文獻：

[1]Ming SUN.UK national BIM strategy and its implementation[R].ICCREM，2014.

[2]鄭琪.BIM的深層內涵與未來趨勢[J].土木建筑信息技術，2010：106-108.

[3]何關培. BIM總論[M]. 北京： 北京建筑工業出版社，2011.

[4]趙紅紅. 信息化建筑設計――Autodesk Revit[M]. 北京：北京建筑工業出版社，2005.

[5]陳延敏，李錦華. 國內外建筑信息模型BIM理論與實踐研究綜述[J].城市，2013（10）：72-76.

[6]范. 基于BIM技術的施工階段4D資源動態管理[D].北京：清華大學，2010.

[7]劉鳳泰. 關于實踐教學改革的問題[J]，實驗技術與管理，2000，17（4）：6-10.

[8]克里斯托弗?帕韋爾科，阿蘭?D?切西.當今大學本科課程中的BIM課程[J].建筑創作，2012（10）：20-29.

Abstract：

BIM （building information modeling） technology not only has great practical value in the engineering practice， but also has a wide application space in universities’talent training.This paper， taking Shenyang Jianzhu University as an example，discussed the application of BIM in courses such as civil engineering drawing， building architecture， steel structures， project management， and graduation bined with the difficulties Shenyang Jianzhu University faced when integrating BIM technology into the curriculum reform， this paper gave solutions to the difficulties and set forth some achievements. The research showed that， BIM technology could fully be integrated into the teaching of specialized curriculum in architectural universities， and this integration was imperative， and the effect was obvious.

第9篇：鋼結構設計基本原理范文

關鍵詞:鋼結構 穩定性 設計

一、鋼結構穩定性設計的原則

1、結構整體布置必須必須兼顧整個體系以及組成部分的穩定性要求

我國目前鋼結構設計大多都是以平面體系設計為主,設計中的結構體系是結構各組成部分構件構成的。因此在大跨度結構穩定性設計中,結構局部穩定性是保證整體穩定性的關鍵前提。在設計中需要注意結構各組成部分構件的整體布置,設計有針對性的支撐構件,來保證平面結構構件的結構布置與平面穩定計算之間的一致性。

2、結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖保持一致

目前設計單層和多層框架結構時,一般以框架柱的穩定計算為準,而不作框架穩定分折。在采用這種方法時,必須通過框架整體穩定分析計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數,才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。但是在實際設計工程中,這種操作方法簡便。GBJl7-88規范對單層或多層框架給出的計算長度系數采用了五條基本假定中包括:“框架中所有柱子是同時喪失穩定的,即各柱同時達到其臨界荷載”。根據這條假定,當設計單層或多層框架結構時,框架各柱的桿件穩定和穩定參數計算的常用方法是依據一定的簡化假設或者典型情況得出的,保持結構參數計算方法與前提假設和具體計算對象一致,設計者需確認所設計的結構符合這些假設時才能正確應用。

3、設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合

設計者處理構造細部時要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接,應分別賦與它足夠的剛度和柔度,對桁架節點應盡量減少桿件偏心。但是,當涉及穩定性能時,構造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如,簡支梁就抗彎強度來說,對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移,同時允許在平面內轉動。然而在處理梁整體穩定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉,同時允許梁在水平平面內轉動和梁端截面自由翹曲,以符合穩定分析所采取的邊界條件。

二、鋼結構穩定性設計的特點

鋼結構穩定性設計的重點在于找出結構內部抵抗力與外荷載間的不穩定平衡狀態。主要從下面幾個特點進行設計:

1、計算臨界荷載:臨界荷載是理想構件平衡路徑分支點所對應的載荷。鋼結構穩定問題中有一類分支點失穩問題,即完善平板中面受壓時的屈曲以及完善直桿軸心受壓時的屈曲。這一問題是由建筑鋼材做成的偏心受壓構件在彈縮性變形時喪失穩定的能力造成的。因此在鋼結構穩定性設計中要求得鋼結構的臨界荷載,避免分支點失穩。根據臨界荷載的定義,通常按以下兩個基本原理求得臨界荷載:①建立構件在微曲狀態下屈曲位移與荷載間的微分方程,求其在滿足邊界條件下的臨界載荷解。②在構件微曲狀態下建立以屈曲位移和載荷的總勢能式:E=U+V(U為變形體應變能;V為外力勢能,它等于外力功的負值),然后根據能量法原原理,由總勢能一次微分為零,即E0=0的條件可求得臨界荷載。

2、失穩和整體剛度:現行規范通用的軸心壓桿的穩定計算法是臨界壓力求解法,臨界壓力是由著名歐拉公式給出的:

,式中E為鋼材料特性,I為截面特性,L 為桿的長度。它表明軸心受壓的桿件,壓力使桿件的彎曲度下降,而當壓力達到臨界值NE時,桿的彎曲度就會消失。

3、對穩定性進行整體分析:必須從整體著眼進行穩定分析,因為桿件的穩定性來自結構的整體穩定性。

4、二階彈性分析:這種分析對柔性構件尤為重要,這是因為柔性構件的大變形量對結構內力產生了不能忽視的影響。可按照以下步驟完成:

(1)根據《規范》得,應在每層柱頂附加考慮由下式計算的假想水平力Hni:

其中,Qi為第i樓層的總重力荷載設計值; ns為框架總層數,當0.2+1/ns>1時,取此根號值為1.0;αy為鋼材強度影響系數,Q235鋼為1.0,Q345鋼為1.1,Q390鋼為1.2。

(2)①對有側移的純框架結構,當采用二階彈性分析時,各桿桿端的彎矩MⅡ可按下式近似計算:其中MⅠb為假定框架無側移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;MⅠs為各節點側移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;

為考慮二階效應第i層的側移彎矩增大系數。

②對于有側移的純框架,當采用二階彈性分析方法計算內力,且在每層柱頂附加假想水平力Hni時, P―Δ效應已在內力分析中計入,柱計算長度系數取1.0,因此柱穩定計算的計算長度就可取其幾何長度。

(3) 在解決了以上問題的基礎上,根據壓彎構件穩定性驗算公式進行穩定性設計驗算:

三、鋼結構穩定性設計中的難點

1、目前梁-柱單元理論已成為網殼結構穩定性的研究中的主要研究工具,但是梁-柱單元并不能確保真實反映網殼結構的受力狀態,因此如何反映軸力和彎矩的耦合效應是目前網殼結構穩定性設計中的主要問題。

2、目前結構隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結構參數、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍,而在實際工程中,由于如材料(彈性模量,屈服應力,泊松比等)、桿件尺寸、截面積、殘余應力、初始變形等不確定性會引起結構響應的顯著差異。所以應著眼于考慮隨機參數的結構極值失穩、跳躍型失穩、干擾型屈曲等問題的研究。

3、在統計與穩定性有關的幾何量和物理量時,一般只是根據有限樣本來選擇概率密度分布函數,帶有很大程度上的統計信息局限性,造成對穩定性設計的數據依據不夠準確。因此在統計時,要結合實踐經驗和相關規范確定統計信息的準確性。

四、總結

在實際設計中,設計人員應把握鋼結構穩定性設計的原則,明確知道結構構件的穩定性能,完善設計方案,達到穩定性要求。同時針對結構構件的失穩的問題進行研究,不斷完善鋼結構穩定設計理論。

參考文獻: