时间：2023-03-22 17:34:22
导语：在钢结构设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
采用芬兰Tekla公司开发的钢结构详图设计软件TeklaStructures13.1进行三维建模，在三维环境下的细部设计，如螺栓配比、焊缝等级、施工间隙等设计能确保建造和安装阶段的无差错协作。所有图纸和报表都可以通过三维模型自动生成，比起传统的CAD制图，Tekla实现了高效率、零差错的目标。在人员配备方面，充分考虑到项目难度及工期要求，安排总负责1人，建模3人，出图4人，审图2人。总负责和审图人员都是具备10年专业工作经验的高级工程师，建模人员也具备5年以上Tekla建模的工作经历。高素质的团队是保证设计质量的前提条件。
2深化设计内容及方法
2.1空间坐标及平面定位
由于本工程“扭转上升并内敛”的结构特点，塔楼框架钢柱每一层坐标都在变化，结构控制点坐标的定位是关键，根据设计院提供的结构坐标在CAD中放样再局部修正并导入Tekla软件中。在雨篷和裙房深化中，建筑外形呈空间扭曲造型，结构定位相当困难，只能根据建筑三维模型及幕墙预留空间找结构坐标，再进行结构布置及优化，并提交设计院审核。
2.2节点设计及优化
1)柱脚节点设计考虑到现场安装方便，增加横向固定钢板将14件直径为30mm的锚栓固定，同时也起到加强锚栓和混凝土结合力的作用，使整体受力更加可靠。2)梁柱节点设计梁柱连接采用强节点弱构件设计，环向牛腿板使整体强度更加可靠，与钢柱和钢梁全熔透焊接能有效传递弯矩、防止局部变形。梁与牛腿腹板高强螺栓连接按照抗剪等强配置，若螺栓过多无法排布可适当折减保证抗剪承载力≥600kN(设计值)。3)钢梁与混凝土剪力墙连接实际施工过程中混凝土浇筑及钢结构安装累积误差可能在10～20mm或更大。在钢梁与剪力墙连接时深化设计要充分考虑，一方面将钢梁端与剪力墙间隙设计到20mm，另一方面连接板在加工时再留20mm余量，现场安装时可根据实际情况切割，此方法可避免扩孔，保证高强螺栓有效传力。4)屈曲支撑节点设计屈曲支撑节点设计时节点承载力应大于屈曲支撑的极限承载力，以保证强节点的要求。屈曲约束支撑与框架结构铰接，因此节点构造应减小转动刚度，尽量减少二次弯矩。根据建筑外观的要求，节点采用销轴连接方式。5)椭圆Y形柱节点设计椭圆Y形柱作为转换构件，必须提供更直接、更有效的传力方式。深化时对原设计的节点做了一些优化:将变截面管的上端尺寸增大，这样分叉的两圆管柱间就有足够的间隙，并取消原设计的现场焊缝，将现场焊缝移至上一层楼面以上。优化后的节点可以避免焊缝集中、方便混凝土浇筑、传力简洁、加工制作简单。
2.3参数化节点建模
对于高层钢结构来说，一般标准层结构布置和荷载相对变化不会太大，再加上结构对称性等原因，在同一层不同位置或不同层同一位置构件截面及连接形式会相似甚至相同，可直接利用Tekla自带节点库，这会给建模工作带来很多方便。宁波中银大厦从下到上旋转内收，和以往高层有很大不同，特别是在梁柱连接上没有一个完全相同的节点。塔楼中间为混凝土核心筒，由一圈钢管混凝土柱和环向梁组成，径向梁一端连接钢柱，另一端与核心筒连接。节点主要有径向梁、环梁与钢柱的刚接节点、径向梁与核心筒埋件的铰接节点、主次梁铰接节点、主梁开孔节点。虽然节点类型不多，但是截面种类繁多，若每个节点一一放样则工作量较大。对于钢柱现场拼接节点、主梁开孔节点、钢梁吊耳码板等标准节点可以做成自定义节点。对于主次梁铰接、钢管柱与钢梁刚接等节点形式类似，只是具体节点板厚、螺栓数量不同，因此节点可以做成带参数的自定义节点。例如钢管柱与钢梁刚接节点，可以按照节点计算结果把每种截面对应的节点板厚度与螺栓大小、间距、数量、等级等信息做成文件或表格，再利用自定义节点中的函数把节点需要的信息从文件读取进去，从而生成正确的节点。也可以把节点计算的过程写成文件，通过自定义节点提供的原始数据直接算出结果返回给节点。这样大大节约了节点建模时间，且能保证准确率。
2.4图纸设计
深化设计图纸包括设计说明、布置图、构件图、零件图及各类清单。钢柱及钢梁构件图表达的内容较多，包括每个零件装配定位信息、焊缝形式及等级、零件尺寸、零件材料表等，每一项内容都需要技术人员精心、细心地编制，都需要有丰富的技术经验作为基础，技术人员设计出来的图纸必须满足工厂制作和现场安装的需要，确保图纸的准确性、完整性、适用性、可行性。
2.5材料排版
利用Tekla自身优势进行材料排版，为材料采购和工厂数控下料提供了有力的技术支持，有效控制了材料损耗。
2.6数字化信息技术
在进行三维建模同时将现场焊缝、工厂焊缝建入模型中，每一条焊缝有一个独立的编号，可直接生成焊接地图及焊缝报表，Tekla提供先进的数字化制造平台为高效率工厂制作提供了技术支持，同时为焊接质量控制和检测提供了简单直观的数据资料。
3结语
【关键词】钢结构；设计；稳定
1 引言
钢结构由于其高强度和良好的抗震性在建筑中得到了越来越广泛的应用，钢结构不仅能够节省空间，而且还能降低工程成本，但是稳定性是钢结构的一个突出问题。钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，是目前亟待解决的首要问题。
2 钢结构设计的原则
根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
（1）结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求
目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。
（2）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致
目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。
（3）设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
3 钢结构稳定设计的主要特点
（1）失稳和整体刚度： 现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。
（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体稳定。稳定分析必须从整体着眼。
（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视。首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响；其次，普遍用于应力问题的迭加原理，在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足材料变形服从虎克定律，应力和应变成正比，结构的变形很小等两个条件为前提。
而弹性稳定计算一般均不能满足结构变形很小的条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
了解了在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系的不断发展，我们对稳定问题的研究要求也必须不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，这也是目前钢结构稳定研究中存在的问题。
4 钢结构主要构件设计
（1）柱
钢结构住宅一般为大开间，框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时应该考虑强柱弱梁的 要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面，强弱轴惯性矩之比3～10，势必造成材料浪费。因 此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱，不仅截面受力合理，同时可以提高框架的侧向刚度，防火性能好，而且结 构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此，尽管平面受力结构中，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上，箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展 的 主要方向，但由于缺乏相应的规范、规程，目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工厂制作和现场施工，应加大力度开发研究。
（2）楼盖
在多层轻钢房屋中，楼盖结构的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外，更主要的作用是 保证与抗侧力结构的空间协调作用；另外从抗震角度来看，还应采用相应的技术和构造措施减轻楼板自重。常用的楼盖结构有：压型钢板-现浇混凝土组合楼板，现浇钢筋混凝土板以及钢-混凝土叠合板， 而以第一种最为常用。目前，在多层轻钢房屋整体分析时，还普遍不考虑楼盖与钢梁的组合作用，即使设置抗剪键，也偏保守地假设钢结构承受全部荷载，这样不仅增加材料用量和结构自重，反而会造成强 梁弱柱的不利情况。有一6层算例，考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。 算例表明，考虑组合作用后主梁的刚度大大增加，使得梁的挠度和地震作用下柱顶的侧移大为减少，此考虑组合作用应予关注。为使楼层高度减到最小，提供更大的空间，组合扁梁楼盖也成为一种趋势。
（3）支撑体系
支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种，前者耐震能力较差，后者在强震作用下具有良好的吸能 耗能性能，而且为门窗洞的布置提供了有利条件，目前国内用的还很少，建议在高烈度区首选偏交支撑。常用的EBF偏交支撑形式此所示。剪切型耗能梁段，加劲肋按以下公式设计：a=29tw-d/5，（γp=±0.09rad）（1）a=38tw-d/5，（γp=±0.06rad）（2）a=56tw-d/5，（γp=±0.03rad）（3）式中，a―加劲肋间距，d―梁高，tw―腹板厚度，γp―塑性转角；弯曲型耗能梁段还需在 梁段端点外1.5bf处加设加劲肋。
（4）节点抗震计
框架梁柱节点一般采用两种连接方法，根据“常用设计法”，即翼缘连接承受全部弯矩，梁腹板只承受全部剪力的假定进行设计。震害表明，这种设计不能有效满足"强节点弱杆件"的抗震要求，在高烈度区隐患很大。改进框架节点设计，在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或者将梁端上下翼缘局部加宽盖板面积或加大的翼缘截面面积主要由大震下的验算公式确定：式中：为基于极限强度最小值的节点连接最大受弯承载力，全部由局部加大后的翼缘连接承担；为梁件的全塑性受弯承载力；为基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力，仅由腹板的连接承担；为梁的净跨；为梁在重力荷载代表值作用下按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。
5 结语
钢结构稳定问题区别于强度问题。本文提出了刚结构主要构件的设计，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，只有深入了解，与时俱进，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。
关键词波形钢腹板预应力混凝土组合结构结构设计
1引言
随着体外预应力技术的日趋成熟和新型建筑材料的发展，许多国家的工程师都在对大跨径桥梁的主梁轻型化问题进行研究。在上世纪八十年代，法国首先设计并建造了以波形钢腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型组合结构桥梁－Cognac桥，其后又相继建造了Maupre高架桥、Asterix桥和Dole等数座波形钢腹板的组合结构桥梁，该形式箱梁的典型结构如图1所示。自上世纪九十年代起，日本也对该类形式的桥梁进行了研究，在参考法国同类桥梁的基础上，先后修建了新开桥、本谷桥、松木七号桥等一系列桥梁，其中有连续梁桥，也有连续刚构桥，拓宽了其使用范围，发展了设计和施工技术。
波形钢板即折叠的钢板，具有较高的剪切屈曲强度，用它作为混凝土箱梁的腹板，不但充分满足了腹板的力学性能要求，而且大幅度减轻了主梁自重，缩减了包括基础在内的下部结构所承受的上部恒载，还省去了施工时在腹板中布置钢筋、设置模板等繁杂的工作。此外，波形钢板纵向伸缩自由的特点使得其几乎不抵抗轴向力，能更有效地对混凝土桥面板施加预应力，提高了预应力效率。这种组合结构能减少工程量、缩短工期、降低成本，在施工性能和经济性能方面都具有很大的吸引力。
2设计方法
当桥梁上部采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的结构形式时，和普通的钢筋混凝土箱梁桥一样，其设计需要针对施工和使用阶段的不同要求。施工阶段的计算要结合具体的施工形式，比如，连续梁桥可以采用悬臂施工、顶推法施工或其它的方法，主要的计算荷载有自重、预应力、混凝土不同龄期的收缩徐变、施工荷载等。使用阶段则要考虑汽车荷载、风荷载、温度荷载等。箱梁内通常同时设置体内和体外预应力，由混凝土顶板和底板内的体内预应力抵抗施工荷载和恒载，箱内的体外预应力用来抵抗活载。这样考虑的原因之一，是为了满足更换体外预应力钢束时结构的受力要求。
2．1纵向抗弯计算
波形钢腹板在轴向力的作用下，轴向变形很大，表现出来的等效弹性模量很小。波形钢板在纵向的等效弹性模量和板厚、波纹形状有关，可由下式计算
Ex＝αE(t／h)2（1）
式中，Ex为等效轴向弹性模量；E为钢材的弹性模量；t为钢板厚度；α为波纹的形状系数。根据此式，日本新开桥Ex＝E／617。已进行的模型实验和有限元计算的结果，进一步证实波形钢腹板在受弯时纵向正应力、正应变很小，可以忽略，即在进行截面抗弯设计时，只考虑混凝土顶板和底板的作用，并近似的认为混凝土顶板和底板内的纵向正应变符合线性分布规律，仍然按照平截面假定计算应力、布置预应力钢束。
2．2抗扭计算
箱梁在偏心荷载作用下，截面将发生扭转变形。在混凝土腹板箱梁中，扭转的影响并不大，但在波形钢腹板箱梁中，由于腹板的弯曲刚度和混凝土顶板、底板相比小得多，这对截面扭转变形的影响显著增大，会在混凝土板内产生较大的扭转翘曲应力。到目前为止，关于波形钢腹板箱梁扭转刚度的计算还没有明确的结论。通过对建成的该类桥梁的技术总结和研究，日本工程师上平等人提出了一种计算其抗扭刚度的方法(2)式中，Jt为抗扭刚度；Am为箱梁的横截面面积；b1为箱体的宽度；h1为波形钢腹板的高度；ns为钢材和混凝土剪切模量的比值；t为构件的厚度；α为修正系数(3)实际设计当中，鉴于截面扭转刚度和横隔板布置有密切关系，在不过于增加主梁自重的前提下，适当增加横隔板数量并调整间距可以有效的保证箱梁抗扭刚度。
2．3波形钢腹板的应力计算
波形钢腹板主要承受剪应力。在设计中可以偏保守地假定结构所有的剪应力都由波形钢腹板承受，忽略混凝土顶板和底板对剪应力的抵抗作用，从而计算出波形钢腹板所需的最小厚度。
波形钢腹板不仅承受上述剪应力，同时也承受横向弯曲所引起的弯曲应力，因此必须对波形钢腹板的合成应力进行验算，公式为(4)式中，σb为拉应力；σa为抗拉强度；τb为剪应力；τa抗剪强度；γ为安全系数，建议取值为1．2。
2．4波形钢腹板的屈曲稳定性计算
波形钢腹板的屈曲破坏主要有三种模式(如图2所示)。
（1）局部屈曲模式
波形钢腹板的某一个波段部分出现屈曲破坏的现象。局部屈曲强度的计算可按下式
(5)
式中，τcr?熏L为局部屈曲强度；E为钢材的弹性模量；ν为钢材的泊松比；b为腹板的高度；a为波段长；K为屈曲系数，有
(6)
（2）整体屈曲模式
波形钢腹板整体出现屈曲破坏的现象。整体屈曲强度的计算可按照下式
(7)
式中，τcr?熏G为整体屈曲强度；β为波形钢腹板两端的固定度系数；E为钢材的弹性模量；Iy为y轴的惯性矩；Ix为x轴的惯性矩，t为钢板的厚度；b为腹板的高度。
（3）合成屈曲模式
波形钢腹板同时出现局部屈曲破坏和整体屈曲破坏的现象，是处于局部屈曲和整体屈曲中间的屈曲模式。合成屈曲强度由下式计算
(8)式中，τcr为合成屈曲强度；τcr?熏L为局部屈曲强度；τcr?熏G为整体屈曲强度。
2．5波形钢腹板和混凝土顶板、底板的连接
模型实验表明，在加载后期，除了底板横向开裂外，波形钢腹板与底板交界处沿纵向开裂，随着裂缝的发展，结构刚度迅速降低，最终导致破坏，破坏特征为腹板和底板的连接部碎裂（如图3所示）。波形钢腹板和混凝土顶板、底板的连接直接关系到结构的承载力，是设计此类桥梁中非常关键的环节。
对于连接部的设计，通常的做法是在波形钢腹板的上下端焊接钢制翼缘板，翼缘板上焊接剪力钉，使之与混凝土板结合在一起（图4－a）。还可以采用在钢腹板上钻孔，穿过钢筋，再在钢板的上下端部焊接纵向约束钢筋后埋入混凝土板的做法（图4－b）。在此基础上，还可衍生出其它的连接方法。
3工程实例
自1993年起，日本从法国引进了波形钢腹板组合结构的技术，目前，日本大力鼓励设计人员在主要高速公路中采用这种结构形式。
正在建设中的中野高架桥是日本关西地区阪神高速公路段的一部分，为采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的四跨连续梁桥。全桥的立面布置见图5。主梁为单箱单室的变高度箱梁，同时设置了体外和体内预应力体系。支点梁高4．0～4．6m，跨中梁高2．0～2．2m，梁高按照二次抛物线变化。波形钢腹板采用抗拉强度490MPa、抗剪强度205MPa的耐腐蚀钢板，波长1．2m，波高200mm，钢板厚度9～19mm。为了提高主梁的横向抗变形能力，除在支点和体外预应力的转向处设置横隔板，还在纵向的不同位置加设了横隔板。主梁截面和波形钢腹板的一般构造见图6。
该桥的上部结构采用悬臂浇筑法施工，墩顶的0号节段长12m，在墩架上现浇。其余节段分别长3．6m和4．8m，均在挂篮上悬臂浇筑混凝土及拼装钢腹板。
4结语
钢－混凝土组合结构桥梁的设计和建造在国内起步比较晚，尤其是本文介绍的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥在国内尚无实桥。与此同时，法国、德国，尤其是日本相继建设了数座此种类型的桥梁，设计和施工技术日益成熟。波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁，特别适合于中、大跨径的连续梁桥。随着国内对这种结构的研究分析工作的开展，波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥将会在我国的桥梁建设中得到应用。
参考文献
〔1〕刘岚，崔铁万编译．本谷桥的设计与施工．国外桥梁，1999（3）：18－25
〔2〕刘磊，钱冬生．波形钢腹板的受力行为．铁道学报，2000（增）：53－56
〔3〕近藤昌泰?熏等．波形钢腹板PC箱梁新开桥设计与施工．桥梁与基础（日），1994（9）：13－20
【关键词】建筑企业；钢结构设计；地基结构设计；问题
1 前言
经济和技术的快速发展带动我国各行各业的发展，尤其是我国建筑企业的发展，取得了良好成果。建筑物不仅数量多，而且建筑的结构也多种多样，对于建筑结构设计来讲，是一个既系统又全面的工作，需要建筑企业的设计人员严格、认真按照要求去设计。但是，在实际建筑施工过程中，建筑结构设计还存在很多容易出现的问题，尤其是钢结构设计和地基设计两个方面，设计的好坏，直接影响到最后过程的质量，所以，这些问题需要引起建筑企业的高度认识。
2 建筑结构设计的基本原则
设计结构不仅要经济适用，而且还要安全和美观，有利于施工，这些都是建筑结构设计的最基本的原则。这几方面最佳结合在一起才算是一个完美的建筑结构设计。通常情况下，要先进行建筑设计，其次是建筑结构设计，由此看来，建筑设计制约着建筑结构设计，而建筑结构设计又直接影响着建筑设计。建筑结构设计要满足不同的建筑设计需求，同时也不能破坏建筑设计的要求和原则；把结构设计的能力范围看作是建筑设计的最高限度，即建筑设计不能超出结构设计的能力范围之外，要严格按照建筑结构设计的原则进行设计，结构设计直接决定着建筑设计能否很好的实现。
3 钢结构设计过程中需要注意的问题
3.1 楼面结构设计
由于现在原材料的生产厂家数量越来越多，导致了建筑材料的性质和质量有着本质的不同，钢结构房屋和混凝土结构房屋存在着很大的区别，例如：二者的温度伸缩缝区段的长度不同。根据有关资料表面，建筑钢结构房屋温度伸缩缝区段长大约是120米，然而，混凝土结构房屋的温度伸缩缝区的长度最长的也只有55米。钢结构房屋使用混凝土做楼板时，为了最大限度的减少混凝土楼板开裂的现象出现，应该严格按照混凝土结构的设计要求留有一定温度伸缩缝的距离。当采用其他减小混凝土收缩的有效措施时，才能适当的使温度伸缩区段的长度变大。
有时，楼板也可以使用压缩型钢板组合，但是，一定要确保满足设计结构要求的前提，在钢梁上焊接栓钉，此外，它们之间还要采用一定的安全措施进一步协调混凝土和压型钢板之间共同作用。其安全措施包含：在钢板上焊接横向钢筋、依靠钢板上的纵向波槽或者压痕、在钢板上开一些小洞等。但是，就目前的发展技术来说，厂商生产的产品规格大不相同，我国纵向波槽、带压痕或者是开小洞的压型钢板不为多见。所以，在没有使用以上的这两种钢板时，为了更好的保证混凝土和压型钢板连接效果较好，可以采用在压型钢板上直接焊接横向钢筋的措施来加以保护。不管使用何种保护措施，在压型钢板的端部都要焊接上栓钉。
3.2 正确选择钢材等级
钢材用在钢结构房屋的建设中，钢材选择要具有抗拉强度、屈服度、伸长率、磷碳等的合格保证。对于容易发生地震的地区所使用的钢结构除上述的合格保证之外，根据国家的相关法律规定，还要求具备抗冲击韧性的合格保证。国家颁布的《建筑抗震设计规范》规定了钢材的抗拉强度实际测量值和屈服强度的实际测量值、伸长率的最大值以及可焊性等各种指标值，还规定了要将其写在设计文件上，这样保证了钢结构具有足够的的安全性能和塑性变形能力。
通常情况下，在钢结构的受力构件选择上要有充足的考虑，钢材的质量等级为A不能保证冲击韧性和延性性能，然而Q235A级钢材在焊接时又不能保证焊接所需的碳量要求，因此，最好不使用钢材质量等级为A的钢材，而是要使用Q235B或者以上含碳量较多的钢结构。
3.3 网架结构的计算
在实际的施工过程中，建筑设计师一般将网架和下部结构的使用分开计算。计算流程是先假设网架支座的刚度无穷大，并且认为所有的支座刚度都一样，算出支座反力，再加算到钢结构的下部结构上。事实上，下部钢结构形式有时为梁，有时为柱，还可能会出现其它的形式。但是，下部钢结构的刚度是有限的，可能会存在很大的差异。在假设条件下算出来的网架支座结构刚度和上下部结构刚度的结果与实际的建筑模型计算结果大不相同，导致这种结果出现的根本原因是网架结构内力和反力分配和钢结构的刚度分布有一定的联系，把网架和下部结构分开计算会使结果计算不准确、不合理。由于钢结构网架是高次超静定空间结构，钢材是弹塑性材料，有些杆件会使超载达到上限，导致塑性内力分布不均匀，但是不会使杆件产生断裂的现象，所以，出现工程事故只是少数。由此看来，网架结构和下部分开计算是错误的。
4 地面结构设计过程中应该注意的问题
4.1 基础类型的设计
房屋的基础设计要考虑多方面的影响因素，例如：水文和工程地质条件、荷载大小、建筑大小、功能要求、施工条件以及材料的选择等多方面，综合考虑这些影像因素条件后再选择比较经济合理的房屋基础形式。
当基础宽度较小时，砌体结构要首先要选择刚性条形基础好的，例如：四合土条形基础、毛石混凝土条形基础；当基础宽度较大时，超过2.5米，则需要采用柔性基础，例如：钢筋混凝土扩展基础。
对于地基差、没有地下室、荷载又大，为了增强钢结构的整体性能，可以选用十字交叉梁条形基础。但是，当以上所提到的房屋基础满足地基基础强度的要求，同时也不能用人工地基的方法，这时可以采用筏板基础。
4.2 桩基进入地基持力层最小深度确定
使用较硬岩层作为桩端持力层。桩端在进入粘性土的持力层的深度，粉土不能小于2倍桩径；如果是砂土或者是强风化软质岩不能小于1.5倍桩径；碎石不能超过1倍桩径，而且要大于0.5倍的桩径。
桩全断面进入岩层的深度不能少于0.5米，桩端进入没风化的硬质岩，嵌岩深度可以减少，但是不能小于0.2米。
施工场地存在液化土层时，桩身要穿过液化土层进入液化土层一下更稳定的土层，并且进入的深度要合理，对于碎石土、坚硬粘性土的深度不应小于0.5米，非岩石土层不小于1.5米。
由于季节性温度的影响，施工场地出现季节性冻土或者膨胀土层时，桩身进入土层要通过抗拔稳定性验算加以计算得出，深度不小于4倍桩径。
建筑结构多种多样，所以，桩的种类也很多，例如：预制桩、人工挖孔桩、钢桩等。在实际的建筑施工结构设计还要根据建筑物的使用功能和要求、地质条件、结构类型荷载承受能力、周围影响因素等多个方面来综合考虑。
4.3 后浇带的设计
后浇带的设计主要是为了解决施工过程中混凝土的自收缩现象。受温度的影响，使得结构应力集中不会产生任何效果，而且也不能代替伸缩缝。后浇带的钢筋要连续，通常不能断开。有特殊要求时，不能留后浇带。但是，在结构设计图上要用图示表示基础后浇带的断面图。
【关键词】钢筋混凝土；地下室；结构设计；问题及对策
前 言
近年来，随着现代化城市建设进程的不断推进，城市中的钢筋混凝土物数量越来越多，其建筑高度也越来越高，钢筋混凝土中所对应的地下室及地下车库也随之增加，其对地下空间的使用需求也有所提高。对此，需要对钢筋混凝土地下室的结构进行合理的设计，只有这样才能将地下空间的作用充分发挥出来。
1 钢筋混凝土地下室结构设计中存在的问题
钢筋混凝土地下室结构工程广泛的涉及到各个专业，专业知识结构也相对比较复杂。在地下室结构设计中，不仅要考虑人防的需要、防火功能、使用功能，也要考虑采光、通风、摊水以及管道等其他专业之间的彼此配合联系。但是从最近的大部分钢筋混凝土地下室结构设计来看，还存在许多不合理的地方，这对地下空间作用的充分发挥产生了一定的制约。在当前的钢筋混凝土地下室结构设计中存在的问题主要表现在：
（1）外墙的结构设计。
（2）钢筋混凝土地下室结构的荷载设计。
（3）底板设计。
（4）地下室抗渗、抗浮设计。
（5）保护层及垫层厚度设计。
2 钢筋混凝土地下室结构设计中存在的问题分析及对策
2.1 外墙在钢筋混凝土地下室结构设计的过程中，如果要计算外墙结构，首先需要对弯矩幅度进行调整并以钢筋混凝土地下室底部结构作为外墙的嵌固端，同时还要考虑外墙的荷载分项系数。如果地下高度较大，需要进行多层建设时，还应按照多跨连续计算，保证地下室外墙底部的弯矩与其相邻底板的弯矩值相同。另外，当以底板作为外墙嵌固端时，对底板的抗弯能力要求较高，且需要大于外墙的抗弯能力。在地面结构物楼板支撑的部位，如楼梯口等位置，需要根据实际需要计算结构模型以及实际配筋量，保证地面结构的稳定性。如果地下室有与外墙相邻的车道并且车道底板处于外墙中部时，需要考虑车道底板集中应力对外墙结构稳定性的影响并采取相应的措施来进行处理。上述情况中，由于外墙的支撑条件不同，因此，需要结合实际计算和设计外墙的结构及相关参数。另外，当各部位顶板的标高处于不同水平时，还应该采取措施对外墙上方支座水平方向应力的传递进行处理，以保证外墙顶部各个部位的受力均衡。在计算地下室外墙结构的配筋量时，除垂直于外墙方向且以钢筋混凝土内隔墙进行连接的外墙板块以及扶壁柱截面面积较大的外墙板块外，之间的外墙板块的配筋量需要以双向板配筋量的计算标准进行计算，其余的外墙结构配筋量均按照竖向单向板配筋量计算标准进行计算。当外墙扶壁柱的竖向荷载比较小时，需要适当的加强其内外侧主筋，并且水平筋的调整需要以外墙扶壁柱的截面面积作为依据。另外，外墙水平筋必须满足最小配筋率要求，以保证特殊情况下外墙结构的稳定性。
2.2 荷载计算钢筋混凝土地下室结构的荷载压力较大，在进行其荷载需求设计时，需要从人防工程、建筑自重、土体压力及水体压力等多方面综合考虑地下室荷载总量及分布情况。地下室设计相关规范中对地下室各个部位的荷载值给出了具体要求，在进行地下室结构设计的过程中，可以结合建筑的实际使用需要对地下室的荷载能力进行设计。
（1）地下室顶板能达到承受核爆动荷载标准值的要求；
（2）在地下室外墙的荷载设计时，顶板向下传递荷载的标准值以及建筑物和外墙各自的自重标准值的组合情况是必须要考虑的；
（3）在地下室的内承重墙设计时，应该考虑顶板向下内承重墙自重标准值、建筑物自重标准值及传递的荷载的组合情况，在选择顶板传递荷载时，要将核爆动荷载标准值与正常活动荷载标准值进行对比，选择较大的荷载值；
（4）地下室的底板需要考虑到建筑物地上空间及地下空间的整体荷载。在进行地下室荷载组合设计的过程中，难点在于计算地下室在承受核爆动荷载的情况下需要承受的静荷载标准值。
2.3 底 板底板的设计除了需要考虑荷载问题外，还要考虑抗渗、防水方面的要求。这也对地下室底板的厚度及配筋量提出了一定的要求，其厚度应在 50cm 左右，配筋率保持在 0.25%左右。除此之外，梁的设置应该以地下室底板的实际标高变化情况为依据，底板厚度应该小于梁的宽度，并且还应该考虑底板支座弯矩传递，同时将适量的抗扭钢筋加入到梁中。如果地下室底板为桩箱、桩筏基础，则还应该考虑冲切、剪切、弯拉等方面的应力。
2.4 抗浮、抗渗及控制措施一般情况下，如果施工地区的地下水位比较高，在设计地下室结构的过程中，应该认真计算地下室以及地面楼层层数比较少时的抗浮能力。当基础是桩基础时，还需要仔细计算桩的抗拔能力。按照钢筋混凝土地下室结构设计的相关规范，在进行地下室结构抗浮能力的计算时，其荷载分项系数的取值应为0.9。在进行强度计算时，其荷载分项系数的取值应为 1.0，并以地下水位的高度及变化的频率和幅度为基础进行计算，在实际工程计算中应该以计算结果的极限值进行取值。另外，如果对施工过程及洪水期不够重视，就有可能会因为地下室结构的抗浮能力达不到要求而受到破坏。在实际工程中，一些较大的地下室上方可能会同时存在多栋独立的建筑，这时，就有部分区域上方属于空旷，在这种情况下，地下室顶板各部位受到的荷载差异较大，其抗浮能力也会产生较大差异，因此，需要对各部位的荷载情况及抗浮能力进行单独计算。在地下室结构设计的过程中，抗渗能力的计算也是十分重要的。目前的地下室结构基本上属于钢筋混凝土结构，而由于钢筋混凝土本身的特性，其结构中往往会存在较多的孔隙和裂缝，其自身的抗渗能力较差，因此，为了达到设计中的抗渗要求，通常可以采取以下措施对钢筋混凝土结构进行处理：
（1）补偿收缩混凝土。在混凝土的配置过程中，通过加入各种膨胀剂，能够使混凝土硬化过程中的收缩比例降低，降低混凝土收缩裂缝产生的几率。
（2）膨胀带。膨胀剂对混凝土体积的变化影响较小，因此，在很多情况下难以满足混凝土体积膨胀要求，这时可以通过增加膨胀带的方式实现混凝土无缝施工。
（3）后浇带。后浇带的设置能够使混凝土早期短时间释放约束力，相对于混凝土的自然收缩能够有效降低混凝土的收缩裂缝发生几率。
（4）提高混凝土的抗拉能力。在设计混凝土结构的过程中，应该添加一定量的高强度钢筋，从而提高混凝土结构使用中的抗变形能力。
（5）除了上述措施外，在混凝土结构施工后期阶段及投入使用后还应加强对混凝土的养护工作。
2.5 保护层和垫层厚度根据《地下工程防水技术规范》中的相关要求，在进行地下工程施工的过程中，其底板垫层结构的混凝土强度应在 C15 以上，厚度在 100mm以上，如果施工区域土体为软弱土层，应适量增加底板垫层厚度，最低应保持在150mm 以上。如果需要满足防水要求，其厚度应在 250mm 以上，以此满足底板的基本防水要求，这样才能达到最基本的防水要求。
《钢结构设计原理》网络资源平台构建
1网络平台构建原则《钢结构设计原理》课程是江苏科技大学建设精品课程，具有统一的网络平台。本课程在学校统一的网络平台下，以学生为中心，以激发兴趣导向，遵循科学性、系统性、可扩充性、兼容性、综合实用性、及时反馈性原则，构建适合于网络环境下自主学习的资源平台，配合课堂教学，激发和增强学生学习兴趣，增强学生自信心，引导知识关联和培养学生良好的自主学习习惯。
2网络平台构成《钢结构设计原理》课程网络资源平台包括基本知识模块、拓展性学习模块和互动学习模块，构成如图1所示。
2.1基本知识模块本模块包括课堂教学课件与教案、教学大纲、习题、讨论题、课堂教学录像等，目的是配合课堂教学，帮助学生课后及时消化、巩固课堂上所学知识。课件包含课堂教学每一章节，可在线阅读；教案内容为每一章的教学目的、重点及难点、主要教学方法和教学手段及学时分配等；习题、思考题内容涵盖了教学大纲中绝大多数知识点；课程设计包含了钢平台、桁架及框架、吊车梁课程设计任务书、指导书、参考范例及参考图纸；课堂教学录像包括任课教师典型课堂教学录像、实验录像及典型工程录像等。
2.2拓展性学习模块本模块包括网络资源、在线图书、研究性学习、拓展性学习资料的内容，目的是拓展学生知识深度及广度，增加对钢结构的感性认识、培养实践能力。网络资源涵盖了国内大多数钢结构相关专业网站，主要有钢结构专业论坛网站、专业协会网站及国内高校钢结构精品课程网等，这些网站各具特色，可提供各类钢结构资料，如规范、图集、工程实例、图纸、课件等下载服务；在线图书是公开出版的经典教材电子版；拓展性学习资料有常用规范、设计手册、图集及动画等，其中动画资源涉及构件的组成、结构组装过程、典型钢结构介绍及构件、节点破坏过程等；研究性学习重点列举国内典型钢结构在各种工况下的破坏实例，要求会判断分析破坏原因及在设计及施工过程中如何避免这些破坏现象发生。
2.3互动学习模块本模块包括在线测试、互动交流、作业、论文在线提交等内容。在线测试是从网络平台题库中随机抽取若干套试题，要求学生在在线状态下在规定时间内解答并提交，目的是检查学生对所学知识的掌握情况；互动交流为师生提供沟通渠道；论文及作业可在线提交。
网络资源平台环境下自主学习流程
《钢结构设计原理》网络资源采用随机进入式自主学习设计方法，学习流程如图2所示。
1基本知识学习本模块采用开放式模式，任何人都可进入网站随机访问。学生利用本模块复习课堂知识，预习后续内容。通过在线浏览课件回顾课堂教学内容，深入理解课本知识理论；通过思考题及一定量的习题练习强化掌握所学知识；通过参阅课程设计资料，掌握典型构件课程设计的全过程。
2拓展性学习本模块采用开放式模式，学生通过网络资源链接访问相关专业网站，了解当前钢结构行业动态，下载所需各种专业资料，同时可通过论坛与全国各地同行进行交流讨论，解决学习过程中乃至今后工作中遇到的各种专业技术问题；通过在线浏览图书参阅多种版本教材；通过研究性学习资料重点分析钢结构工程典型事故，分析其破坏机理，利用所掌握的理论知识如何避免其发生；通过拓展性学习资料在线观看动画，直观认识构件构成，典型结构安装过程，感性认识各种构件破坏过程。
3互动学习本模块配合任课学期课程教学，只有指定班级学生才可进入学习。学生登陆进入班级，通过在线考试提交，而后由教师评阅，评阅完成后学生可查阅到参考答案，了解知识掌握情况，寻找薄弱点；通过互动交流，教师可信息，学生可发表各种话题，讨论学习情况，也可提问，教师或其他学生参与回答、讨论等互动活动。
为督促学生自觉利用网络资源自主学习，每位学生自登陆进入网站便开始计时，教师可以及时掌握每个学生的在线学习时间，同时通过学生积极发言、交流讨论情况，及通过在线测试方式对每一位学生自主学习情况给出合理评价，同时让学生提出的问题及学习效果能够得到及时的反馈。
网络资源的应用
《钢结构设计原理》网络资源平台在建设之初便配合课堂教学投入使用，在任课教师及连续两届10个教学班级300多土木工程专业学生的使用过程中提出了许多宝贵的意见，汇集这些意见及建议，经过不断的修改、补充，网络资源平台已日趋完善。通过对学生在网络资源使用情况进行问卷调查表明：在“网络资源的主体结构是否清晰、导航是否灵活、交互界面是否友好”、“网络资源是否完整涵盖了教学目标所涉及的全部内容，且内容丰富、结构合理、实用性强”、“网络资源是否体现学科前沿知识”、“网络资源中提供的音视频、图片、动画等媒体对学习是否有帮助”“、网络资源对理解课程内容是否有很大帮助”、“练习、模拟试题对学习和考试是否有帮助”“、网络资源是否有利于钢结构专业知识的拓展”、“网上提供的多种教学资源是否已经满足了你个性化的学习需要”“、多种导学方式是否有利于你自主学习能力的培养”、“在学习上遇到困难时，是否能及时得到教师和同学的有效帮助”等调查内容的满意率均在90%以上。
与中国的GB 50017―2003《钢结构设计规范》相比，BS EN199311： 2005等欧洲钢结构设计规范对构件的验算过程要复杂得多.针对国内设计单位近年来所承担的涉外项目激增的现状，研发基于欧洲钢结构规范的设计软件EuroSD.该软件应用Object ARX技术对AutoCAD进行二次开发，相对于目前国内常用的国外设计软件，其前处理建模更灵活.EuroSD提供多种内力分析方式，实现欧洲钢结构规范中的第1～4等级截面的验算，并能按照有效截面进行抗剪强度验算，最后提供详细的构件验算计算书.
关键词：
钢结构设计； 欧洲规范； 系统设计； 截面等级； 有效截面； Object ARX
中图分类号： TU391
文献标志码： B
0 引 言
20世纪70年代，欧盟国家为消除贸易过程中的技术壁垒并且协调各成员国的技术规范，欧洲共同体委员会开始编制一套建筑设计技术规范，即欧洲规范Euro Code，并于20世纪90年代颁布欧洲标准试行规范.21世纪初，欧洲共同体委员会正式推出欧盟国家级标准――欧洲规范EN.执行欧洲标准的国家包括英国、德国、法国、意大利、西班牙、瑞士、奥地利、比利时、丹麦、芬兰、希腊、冰岛、爱尔兰、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙和瑞典等欧洲各国.[12]
我国与世界各国的商业交往日益密切，涉外工程建设合作项目呈增长趋势，国内很多工程建设企业开始在世界舞台上展现我国的设计能力和施工技术.当我国设计人员承担欧洲地区的建设工程项目时，不得不应用国外软件，以符合欧洲规范的设计规定.国内设计人员常用的国外设计软件包括美国CSI公司的SAP 2000和Etabs，美国REI公司的STAAD.Pro，韩国的Midas等.[3]这几种软件均不是欧洲规范应用国开发的，所以各软件对于欧洲标准的理解呈现仁者见仁的现象.另外，这些软件的研发核心团队均在国外，一旦软件在使用过程中出现漏洞，问题的反馈渠道少、软件更新速度慢.因此，开发基于国外规范的钢结构设计软件是非常必要和急需的.[4]
1 软件系统介绍
随着钢Y构产业规模的扩大和建筑造型复杂性的提高，设计软件已经成为结构工程师进行设计必不可少的工具.国内许多工程师选择采用3D3S软件，该软件直接对CAD进行二次开发，适用于空间钢结构[57]，但是该软件至V12.1版本为止仍没有实现基于欧洲钢结构规范的设计.针对目前市场上基于欧洲规范的设计软件稀缺的现状，研发基于欧洲规范的钢结构设计软件EuroSD.
EuroSD对AutoCAD平台进行二次开发，是一款三维结构设计软件，其主要功能包括：各种特种钢结构体系三维建模、内力分析、设计验算以及验算结果显示与查询.根据软件功能需求，将软件分为4个系统：前处理系统、内力分析系统、设计验算系统和后处理系统，4个系统的数据流向见图1.
EuroSD的前处理系统和后处理系统应用Object ARX技术，生成若干ARX工程项目.前处理系统提供用户包括网架、桁架、框架在内的多种常用结构快键建模功能.EuroSD模型直接在AutoCAD三维平台上生成，用户也可根据结构的需要，在AutoCAD界面任意添加、修改或删除局部模型.后处理系统主要用于展示结构的内力分析和设计验算结果，结构展示方式包括结构表格、查询对话框以及AutoCAD图形展示等.
内力分析系统和设计验算系统采用VC++语言进行编程，生成若干动态数据库项目dll.内力分析系统包括结构静力分析算法、动力分析算法、非线性算法等.设计验算系统将所有支持的规范标准按标准之间的相关性抽象为具有多层继承派生关系的规范类群.内力分析系统和设计验算系统中的算法均经过封装，2个系统提供数据交互dll，外部可以通过接口获取分析及设计的结果，但不能干涉其内部算法.
内力分析系统和设计验算系统的框架设计方式可提高系统的数据安全性，并增加产品开发的灵活性，其只需对接口dll中的数据交互接口进行重载，即可将这2个核心系统应用到其他平台上.
2 设计验算系统的设计
2.1 项目设计
EuroSD软件的研发重点在于设计验算系统的设计和编写.设计验算系统包括3个主要项目：（1）将用户数据输入项目ARX中，有若干与钢结构规范相关的设计参数设置对话框会引导用户输入规范相关的数据；（2）验算核心项目dll，主要完成结构设计验算；（3）数据交互项目dll，对验算结果进行存储，并提供后处理获取数据的接口.
2.2 验算核心项目介绍
验算核心项目中包含3个主要类和4个类体系，其关系见图2.
为增加系统的后期可扩展性，对构件类体系、规范类体系、截面类体系和材料类体系根据规范分类设计相同的继承关系，见图3.
通过继承关系，构件验算核心编码可灵活添加不同国家、不同结构类型、不同材料类型的规范代码.通过分析规范条文之间的异同，对基类进行抽象；通过重载子类验算函数，实现各规范的设计验算功能.每个类体系的作用如下.
（1）模型类：组合节点类CNode，构件类CUnit，材料类CMat和规范类CCode的链表，存储整个结构的信息.
（2）载荷类：存储载荷信息、载荷组合信息和载荷效应信息（反力、内力、位移、挠度等）.
（3）材料类：记录钢材牌号、设计强度和弹性模量等材料信息.
（4）节点类：记录节点坐标、支座情况等信息.
（5）构件类体系：存储2部分信息.一部分是构件的输入信息，包括几何信息和设计信息，比如节点编号、端部约束释放、构件材料对象指针、构件设计采用的规范列表的序号以及相应规范的各种设计参数等；另一部分是当前验算组合的验算结果.
（6）截面类体系：存储截面的几何信息以及设计验算需要用到的截面设计参数，比如截面面积、截面惯性矩等.
（7）规范类体系：规范类中的数据均为临时存储.主调程序会将当前组合和需要验算的构件传入规范类中，并对规范类对象进行初始化操作.规范类主要实现根据规范条文对构件进行设计验算的功能，最后将验算结果返回到构件类中.
3 欧洲钢结构规范的实现
与中国GB 50017―2003《钢结构设计规范》相比，欧洲规范在对构件进行设计验算时有诸多不同之处.
GB 50017―2003的验算项目包括：（1）对所有构件按净截面验算强度；（2）对所有构件按毛截面验算抗剪强度；（3）对轴压、压弯、拉弯构件按毛截面验算稳定；（4）对截面中的受压板件控制宽厚比.
欧洲规范的验算项目包括：（1）对轴拉构件验算净截面抗拉强度和毛截面极限抗拉强度；（2）对于轴压、压弯、拉弯构件的强度和稳定验算，根据受压板件的宽厚比，将截面分为4级，并对应不同的验算公式（第1和2级截面采用截面的塑性特性验算强度和稳定，第3级截面采用截面的弹性特性验算强度和稳定，第4级截面采用截面的有效截面特性验算强度和稳定）；（3）对于受剪、压弯、拉弯构件进行抗剪强度验算，根据腹板的宽厚比分别采用毛截面特性验算或有效截面验算.[810]
综上所属，GB 50017―2003的验算公式统一，而欧洲规范的验算公式根据不同的截面等级采用不同的验算公式.
根据欧洲规范的设计要求，EuroSD的构件设计分为5个主要部分：（1）截面等级判断；（2）有效截面特性计算；（3）截面强度验算；（4）截面抗剪强度验算；（5）构件稳定验算.其中，截面等级的判断和有效截面特性的计算是最复杂的部分，而构件强度、稳定的验算只需按照BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007的相关公式逐一实现即可，在此不作赘述.欧洲规范的构件验算涉及到3本规范，具体见表1.
3.1 截面等级判断
截面等级判断是欧洲规范的核心，其作用主要有3个：（1）BS EN 19931：2005的第5.6节指出只有结中拥有第1级截面的构件可以在进行塑性整体分析时考虑塑性铰的出现；（2）截面等级判断完成才能选用适当的公式对构件进行验算；（3）因为第4级截面直接采用有效截面进行构件验算，故BS EN 1993不再控制截面中板件的宽厚比.
为确定截面等级，程序首先将计算截面的塑性应力分布和弹性应力分布情况[8]；接着将截面拆分为若干板件，并根据BS EN 199311：2005表5.2依次判断板件的等级；最后根据BS EN 199311：2005第5.5.2条确定截面分类，判断原则为截面等级取所有受压板件的最高等级.BS EN 199311：2005第5.5.2条第（9）～（11）款还给出判定等级的例外情况，这些例外情况在软件中全部实现.
3.2 有效截面特性计算
有效截面特性计算的内容包括：（1）截面的有效面积；（2）截面的有效惯性矩；（3）截面新的形心以及相对原形心的偏心；（4）由轴力引起的板件局部失效所产生的附加弯矩.每个截面特性对应的内力不同，见表2.需要说明的是：在计算有效截面时只需要计算第4等级截面中的第4等级板件的有效宽度.
4 软件应用
EuroSD的快捷建模方式非常多，全部实现可视化和参数化建模方式，以网架为例，建模对话框见图4.
建模完成后，对结构进行截面、钢材等级、荷载、支座等设计信息进行设置，即可进行结构内力分析.内力分析结果的查看方式也包括对话框方式和图形展示方式，见图5.
根据欧洲规范的设计需要，EuroSD提供大量可修改的规范参数，见图6.
验算完成后，EuroSD提供结果查询对话框和构件验算计算书2种构件验算查询方式，分别见图7和8.
通过结果查询对话框，用户可以对构件各项验算项的结果一目了然，并可查得哪些组合起到设计控制作用.若计算过程中对内力进行设计调整，此处显示的设计内力为经过调整后的值.完整的构
件验算计算书中详细列出结构的计算条件，主要验算项给出具体的计算公式和主要的计算参数，让用户清晰了解软件的计算过程.
5 结 论
介绍基于欧洲规范研发的钢结构设计软件EuroSD，其在建模方面采用Object ARX技术在AutoCAD界面进行二次开发，实现结构直接在三维状态下的可视化建模，可适用于复杂结构的设计.软件提供丰富的快捷建模方式，实现常用结构形式的参数化建模.
与国内市场常用的其他结构设计软件相比，EuroSD严格按照欧洲钢结构规范BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007
进行构件验算，并且提供详细的设计计算书，可提高设计效率.
EuroSD的验算核心工程采用dll项目，其接口
的设计与软件平台的耦合度低，可方便迁移到其他平台.EuroSD设计的类体系根据规范分类设计类的继承关系，不仅适用于欧洲规范，也可以拓展补充其他国家的钢结构设计规范，甚至是混凝土结构设计规范.所以，EuroSD的验算核心代码拥有高度的可扩展性和应用灵活性.
参考文献：
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YANG Y H， WU J， ZHANG Q L， et al. CAD software for construction process of steel structure based on Object ARX[J]. Computer Aided Engineering， 2008， 17（1）： 4246.
[8] Eurocode 3： Design of Steel structures： Part 11： General rules and rules for buildings： EN199311： 2005[S].
关键词：建筑钢结构；设计现状；问题研究
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、建筑钢结构的意义
通过将钢板、热轧型钢材进行加工，便构成建筑钢结构的基本骨架。相较于传统的砖混结构，具有更高的强度与韧性，并且钢结构内部组织较为均匀，制造加工难度较低。得益于建筑钢结构的众多优势，使其在桥梁建设、民用建筑、工业厂房建设中得到了极为广泛的应用。建筑钢结构一定程度上促进了建筑节能领域的发展，钢结构在使用过程中，具有良好的环保性，实现了我国可持续性发展战略目标的达成。
二、建筑钢结构设计问题症结
1、主要问题特征
（1）我国设计院工作繁重，人力资源无法满足社会市场的需求，由于钢结构设计对人才技术的要求是很高的，因此在相应人力成本方面费用较高，并且钢结构设计项目是一个既费时又费力而且还没有像别的项目的高回报支持；所以大部分设计院是不愿意承接钢结构设计任务的，其余的一些设计公司或者缺乏钢结构的设计经验，或者在先进理念上有所欠缺。
（2）项目出来之后，经过专家审查组审查后发现，所谓的设计方案、计算模型、抗震理念均存在大量问题。层层转包的另一表现为借用“资质”或者叫“买图标”，在一些既无资质又无实力的单位拿到工程后，只能去购买他人的设计，但又不懂设计的原理要求，只能摸着过河，导致施工项目时常出现问题。我国眼前的设计市场没有形成有效的市场秩序，国家层面缺乏对设计质量方面的法制管理，同时也缺乏严格的检查和监督。
所以，这些年来频繁出现了“楼歪歪”、“楼倒倒”、“楼爬坡”。我们业内同行是不是应该深思其中的内在原因呢，如何去避免类似的事情再度发生。
三、“设计规范”不能满足当前设计的需要
我们国家于2000年颁布了行业标准《高层建筑结构用钢板》（YB4104-2000），这种牌号的Q235GJ、Q345GJ优质厚钢板有着良好的综合性能，对于低厚板效应、良好的延性和冲击韧性、焊接性能和抗撕裂性能，能满足抗震设计钢结构用厚板的各种需要。新的国标《建筑结构用钢板》（GB/T19879-2005）新增加了390MPa、420MPa、460MPa三个强度级别的钢板，已在重大工程中得到应用。当前的“钢结构设计规范”都一直未对上述钢材新标准变化做出积极的反应，也为提出任何修改补充条文；致使设计与钢材新产品间的矛盾日益突出，许多设计人员不敢采用新品种钢材，为此建议立即着手修订有关规范以满足设计急需。
1、设计市场混乱
具有设计资质的设计院将自己获取的项目（因为人员不够、时间赶不及等等因素）转包一部分出去，而接受的设计公司有些是根本没有设计资质的临时组建的业务人员，这样设计的项目方案，不能说完全是没用的，但至少没有经过完全的市场检验的产品，其次品率以及危险系数还是很高的，从而导致了很多的工程项目质量下降、工期延迟。
还有不少设计单位，本身的钢结构的设计水平就比较低，并且承担工程的设计者大多为刚毕业不久的博士，不仅缺乏实践经验，更是缺乏钢结构的设计知识，只知道照搬规范章程、紧套程序，然而对关键技术不进行研究，更谈不上有哪方面的创新了。自己都对自己所设计的成果没有全局的把握，只是设计到哪里算是哪里，拼接式的图纸设计，很多细节就会忽略，更有甚者是有些布置图只是一个简单的单线条图，对于关键的“节点设计”不分什么主次，不分特性，随意选择“全焊接节点”或“全铸钢节点”，都未曾考虑过这种节点是否安全、构造是否合理、是否能制作出来心中一概无底，将应该设计的“节点构造”、“支座详图”、“施工安装”等都交给加工企业，设计院只是在初步设计时候参与，到后期便交由加工厂处理了，然而加工厂有些设备室是没有的，比如缺乏计算软件，他就得将施工图任务转包出去，由于这些分包单位缺乏专业配套知识，对设计总体要求不明确，往往所做出的图纸不符合原设计要求，存在严重的质量隐患。
2、钢结构加工厂与设计院脱节
加工厂是在市场当中运行的，它就会优先考虑自身的成本问题，盲目的优化钢结构，严重破坏了原有的设计，结果造成工程质量事故频发。例如前年的某工程，优化后造成杆件太小，致使施工过程中支撑不住上面的架构，导致数百个杆件失稳，出现了悲惨的施工事故。这样不仅给国家和人民财产造成重大损失，也给施工人员带来严重的人身安全威胁。然而，现如今的现状是，国家虽然明文规定了“施工图设计”由设计院完成，施工图设计必须满足设计深度的要求，但是又有多少设计院是按照这个规定章程办事的呢，上有政策下有对策，反正是不会让国家层面查到，就算是成功了，完全背离了设计师设计的初衷。
四、建筑钢结构设计理念思维要结合实际
1、因时制宜、因地制宜
不是外国的设计方案就一定好，不能照搬到我们的设计和施工方案中。我们一定要因地制宜、因时制宜，选取最合适的设计方案，深入实地考察，得出具体的实地数据，才能实事求是的设计出科学的方案。
有些外国设计专家根本就没来过中国，他们只是在实验室模拟一下，甚至有些是在网上查找的陈旧资料，就没有考虑到我们设计地质的实情，比如我们的奥运会主会场“鸟巢”，它采用了先进的钢结构屋盖和砼看全脱开方案，将几万吨的巨大钢桁架所产生的地震荷载由钢结构柱完全传至柱底，但是数千吨的巨大柱底水平力由看台基础脱开的巨型钢柱脚传递，结果导致了用钢量达到五万吨，相当同类体育场用钢量的四倍，在抗地震设计理念当中，这是极不合理极其失败的方案，可是我们还是选择了老外的方案，国内专家提出的将数万吨的钢结构产生的地震力传给砼看台的方案，本可以减少大量的钢材。在保持原建筑风貌不变的情况下，可使笨重庞大的钢结构减少钢材用量两万多吨。
2、结合实际，实地考察
很多设计人员忙于研究理论成果，著述论文，将自己埋在实验室，根本不会出去实地考察，设计出来的方案也是在实验室模拟的，自己满意了，缺忽视了大众的需求，没有实地考察，更不谈民意的调查，可是大型的项目建设不一定就是设计方案合理，能否施工都是一个未知的。普遍的是使得施工人员心中没底，更有的是会给施工带来极大困难，要是造价高昂会拖垮原先的预算就吃紧的投资公司企业。
3、合理设计
设计人员要么再设计当中过于保守，使得很多建筑建了没几年又得拆了重建，要么就过分先进，不考虑科技所能达到的现实，根本在后期无法施工，要么施工出来了，极可能是一座岌岌可危的建筑。所以，在我们看来，重要性系数取值任意加大，杆件“应力比”取值太低；焊缝等级不分区别一律取一级全熔透焊缝；钢材等级不分使用条件和部位也一律取c级或d级；钢材强度级别不管是否必要随意采用高强度420Mpa、490Mpa钢材。更有设计人员之间不考虑现实费用要求，以为花的是国家的钱，又不是设计院的钱，工程投资加大反而会增加设计费，设计院得到好处反而不承担任何因工程浪费而造成的法律责任，这种错误的设计思想不仅在毒害整个设计市场，更是会让整个设计院在市场上的份额越来越小，最终退出竞争序列。
【关键词】鸟巢体育馆；结构设计；奥运会
0.前言
2008年奥运会的举办，让全世界的人民看到了中国的文明和风采，都为中国的发展和经济面貌所震撼，当中就包括鸟巢体育馆。国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部，为北京奥运会的主体育场。国家体育场的设计理念有利于发展奥林匹克精神、弘扬中华传统文化。好多读者对国家鸟巢体育馆充满了好奇，本研究就为读者揭开鸟巢体育馆的神秘面纱。
1.鸟巢体育馆的简单介绍
国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部，为2008年北京奥运会的主体育场。工程总占地面积21公顷，场内观众坐席约为91000个。举行了奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后成为北京市民参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，并成为地标性的体育建筑和奥运遗产。体育场的形态如同孕育生命的“巢”和摇篮，寄托着人类对未来的希望。设计者们把结构暴露在外，因而自然形成了建筑的外观。整个体育场结构的组件相互支撑，形成网格状的构架，外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。在这里，中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈，与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起，它如同巨大的容器。国家体育场坐落于奥林匹克公园建筑群的中央位置，地势略微隆起。高低起伏的波动的基座缓和了容器的体量，而且给了它戏剧化的弧形外观。汇聚成网格状―就如同一个由树枝编织成的鸟巢。在满足奥运会体育场所有的功能和技术要求的同时，设计上并没有被那些类同的过于强调建筑技术化的大跨度结构和数码屏幕所主宰。体育场的空间效果新颖激进，但又简洁古朴，从而为2008年奥运会创造了独一无二而又史无前例的地标性建筑。2014年4月中国当代十大建筑评审委员会从中国1000多座地标建筑中，综合年代、规模、艺术性和影响力四项指标，初评出二十个建筑。北京鸟巢――国家体育场为初评入围建筑之一。
2.鸟巢体育馆的结构设计
2.1鸟巢体育馆结构设计概况
支承体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。空间钢结构由一系列门式桁架围绕着体育场内部碗状座席区旋转而成，结构组件相互支撑，形成网格状构架，组成体育场整体的“鸟巢”造型。所有的钢结构构件自然在外，不加幕墙或其他外墙的粉饰，形成建筑物独有的外观特点。工程标高为45.50m，屋面呈双曲面马鞍型，东西跨度结构相对标高为66.87米，南北跨度结构相对标高为40.01米。屋盖主结构为箱型截面，上弦杆和下弦杆构件边长1.5米，上下弦杆之间为边长0.75米的箱型竖腹杆与斜腹杆交错编织，屋盖矢高为12.00米。屋盖竖向由24根钢格构柱支撑，每根钢格构柱由3根箱型截面边长1.5米的钢柱组成，使荷载通过它传递至基础。可开启屋盖由两个部分组成开启和关闭系统，矢高为7.50米，结构形式基本同主屋盖，沿着屋盖顶部的轨道运动来实现开启或关闭。钢结构上弦构架底部之间用透明的ETFE气垫膜来填充，既保证屋盖的防水要求，又保证体育场透射充足的阳光；下弦下部用半透光的、可开启的ETFE气垫膜，保证体育场内达到漫光散射的温和光照效果和改善紫外线的照射强度。工程设计有诸多亮点：钢结构外侧无装饰结构，构件交叉编织即组成建筑外造型。屋面设置大跨度可开启屋盖。屋盖采用ETFE充气膜结构。主体构件均为大截面箱型结构，杆件相交节点复杂，一个节点在三维空间汇交多根杆件。为营造“鸟巢”效果，屋面次结构节点更是复杂多变，规律性很少。单体构件体形大，无法直接运输、安装，需采取分段加工。为保证施工质量，必须确定合理的加工工艺。材料为低合金结构钢Q345，板厚分为40mm、60mm、80mm。大箱型断面，对焊接产生的应力、变形收缩值和层状撕裂都很难控制。总焊接焊条、焊丝数百吨，焊接量非常大。中心环体两端为弧形，与斜桁架相接会出现锐角相接。
2.2鸟巢体育馆的结构说明
鸟巢体育馆主要分为基座，屋顶，包厢三部分结构。基座与体育场的几何体合二为一，如同树根与树。行人走在平缓的格网状石板步道上，步道延续了体育场的结构肌理。步道之间的空间为体育场来宾提供了服务设施：下沉的花园，石材铺装的广场，竹林、矿质般的山地景观，以及通向基座内部的开口。从城市的地面上缓缓隆起，几乎在不易察觉中形成了体育场的基座。屋顶各个结构元素之间相互支撑，汇聚成网格状，就象编织一样，将建筑物的立面，楼梯，碗状看台和屋顶融合为一个整体。如同鸟会在它们树枝编织的鸟巢间加一些软充填物，为了使屋顶防水，体育场结构间的空隙将被透光的膜填充。由于所有的设施-餐厅，客房，商店和卫生间都是独自控制的单元，建筑外立面的整体封闭因而是非常不必要的。舒适豪华的装修布置，优质周到的配套服务，清晰良好的观看视野是国家体育场包厢品质的保障。它不仅提供了一个亲临其境的最佳观赛场所，更为社会企业和各界名流搭建一个交际、公关、答谢客户的社交平台，为企业提供一次难得的展示自身实力和尊贵地位的机会。国家体育场包厢位于体育场的四层，赛后通过改造，赛后包厢的数量为140个。“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防烈度8度，地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。
3.结束语
鸟巢的成功设计受到了世界友人的瞩目，不单单被设计的结构所震撼，也被中国设计人才的智慧所感叹。鸟巢设计中充分体现了人文关怀，把中华传统文化的民族精神融入到了鸟巢设计理念之中。国家体育场将创造其自己的文化和人文氛围，通过吸引最好的中国国内和国际体育活动和表演艺术机构、优秀的服务和先进的管理技术，使国家体育场将成为全世界其他国家看中国的一个新窗口。通过本研究对鸟巢结构设计的介绍相信读者会更加向往北京的鸟巢，也对设计师的智慧和辛苦感到震撼，这是一个中国人感到的自豪和骄傲。 [科]
【参考文献】
[1]范重.国家体育场大跨度结构设计中的新技术[A].第15届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C].2006.
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