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【摘 要】在经济以及科技水平不断发展的今天，各种新材料新技术不断地应用到建筑工程中。在建筑工程中，钢结构建筑逐渐取代混凝土建筑成为建筑工程中的主流产品。近年来，钢结构在公共建筑中更加得到广泛的应用，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品也越来越多，如压型钢板组合楼面、彩钢扣板及复合板等，使建筑结构充满现代化时代气息，实践证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景。
【关键词】钢结构；结构布置；节点设计；加固方法
1.钢结构选型与结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确性或规范规定的情况，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，所得结构方案往往都易于计算，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。钢结构通常是框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构形式，其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单适用的设计方法，结构和形式，方应考虑它们的特点，基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。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。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。
2.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、工字钢、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<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。
3.钢结构分析
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。
4.节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁-柱节点、梁-梁节点、柱-柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺，减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类：铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟，因此在工程中取得了广泛的应用。
采用的几种梁-柱节点连接形式。由结构布置分析，考虑工程实际情况，在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式[3]。铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，哪一种更加经济可靠，还有待于在实际工程中比较、检验。
5.钢结构加固方法
钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。
（1）改变结构计算图形。改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法，改变结构计算图形的一般加固方法：
1）增加支撑形成空间结构并按空间结构验算；
2）加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性；
3）增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性；
4）在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷；
5）在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。
（2）对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固：
1）改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载；
2）改变端部支承情况，例如变铰接为刚结；
3）增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构；
4）调整连续结构的支座位置，将结构变为撑杆式结构，施加预应力。
（3）对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固：
1）增设撑杆变桁架为撑杆式结构；2）加设预应力拉杆。
（4）加大构件截面的加固
采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
（5）连接的加固与加固件的连接
钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
（6）裂纹的修复与加固
结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修复前，必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固的构件，应予拆除更换。
结束语：
随着经济的发展，钢结构在土木工程中的应用日趋广泛，钢结构是以钢材为材料制成受力构件的结构，钢结构住宅以其能使建筑更富有功能化，预工程化程度高，建设成本降低，自重轻，安装容易，环保节能，抗震性能好等综合优势而受到各方面的重视。结构在长期的自然环境和使用环境的作用下，其功能必然逐渐减弱，采取有效的方法保证结构的安全的使用。
参考文献：
[1]《钢结构设计规范》 （GB50017-2003）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JBJ 3-2010）
[3]《建筑抗震设计规范》（GB50017-2010）
【关键词】钢结构；结构布置；节点设计；加固方法
1.钢结构选型与结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确性或规范规定的情况，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，所得结构方案往往都易于计算，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。钢结构通常是框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构形式，其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单适用的设计方法，结构和形式，方应考虑它们的特点，基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。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。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。
2.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、工字钢、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<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。
3.钢结构分析
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。
4.节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁-柱节点、梁-梁节点、柱-柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺，减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类：铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟，因此在工程中取得了广泛的应用。
采用的几种梁-柱节点连接形式。由结构布置分析，考虑工程实际情况，在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式[3]。铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，哪一种更加经济可靠，还有待于在实际工程中比较、检验。
5.钢结构加固方法
钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。
（1）改变结构计算图形。改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法，改变结构计算图形的一般加固方法：
1）增加支撑形成空间结构并按空间结构验算；
2）加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性；
3）增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性；
4）在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷；
5）在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。
（2）对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固：
1）改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载；
2）改变端部支承情况，例如变铰接为刚结；
3）增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构；
4）调整连续结构的支座位置，将结构变为撑杆式结构，施加预应力。
（3）对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固：
1）增设撑杆变桁架为撑杆式结构；2）加设预应力拉杆。
（4）加大构件截面的加固
采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
（5）连接的加固与加固件的连接
钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
（6）裂纹的修复与加固
结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修复前，必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固的构件，应予拆除更换。
结束语：
随着经济的发展，钢结构在土木工程中的应用日趋广泛，钢结构是以钢材为材料制成受力构件的结构，钢结构住宅以其能使建筑更富有功能化，预工程化程度高，建设成本降低，自重轻，安装容易，环保节能，抗震性能好等综合优势而受到各方面的重视。结构在长期的自然环境和使用环境的作用下，其功能必然逐渐减弱，采取有效的方法保证结构的安全的使用。
参考文献：
[1]《钢结构设计规范》 （GB50017-2003）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JBJ 3-2010）
[3]《建筑抗震设计规范》（GB50017-2010）