钢结构设计手册读后感(钢结构构造手册pdf)

本篇文章给大家谈谈钢结构设计手册读后感，以及钢结构构造手册pdf对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。通常，钢结构的主要受力构件宜采用q235b 及以上等级的碳素结构钢和q345b 及以上等级的低合金高强度结构钢。在钢结构中，焊接连接已成为钢结构连接的最基本方法，焊缝质量的好坏直接影响到结构安全，所以应当根据结构或构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况，确定焊缝的质量等级。拉条和撑杆不大，但作用不小，设计人员必须十分重视。

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本文目录一览：

• 1、钢结构设计经验
• 2、钢结构怎么学
• 3、钢构人必读——钢结构住宅设计的几点总结，一般人还不知道

钢结构设计经验

随着国家经济水平的不断提高，钢结构房屋越来越多，广泛应用于工业和民用建筑中。下面是我整理钢结构设计经验的范文，欢迎阅读!

钢结构设计经验篇一

1.设计时钢材、焊缝质量等级的正确选用

在钢结构设计文件中，应当注明所用钢材的质量等级(包括相适应的焊接材料型号)，并对焊缝质量提出质量等级要求。钢结构房屋所使用的钢材应当具有抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验和硫、磷含量的合格保证;对于焊接钢结构，尚应具有含碳量的合格保证。在地震区，钢结构所使用的钢材，除了具有上述合格保证外，《建筑抗震设计规范》(gb5001l-2001)还要求它们具有冲击韧性的合格保证。为保证结构有必要的安全储备和足够的塑性变形能力，《建筑抗震设计规范》(gb5001l-2001)还对钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值、伸长率的限值和良好的可焊性等物理力学指标做出了明确的规定，并要求写入设计文件中。通常，钢结构的主要受力构件宜采用q235b 及以上等级的碳素结构钢和q345b 及以上等级的低合金高强度结构钢。不建议使用质量等级为a 级的钢材，原因是这种类型的钢材不保证冲击韧性和延性性能，q235a级钢材还不保证焊接要求的含碳量限值。在钢结构中，焊接连接已成为钢结构连接的最基本方法，焊缝质量的好坏直接影响到结构安全，所以应当根据结构或构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况，确定焊缝的质量等级。一般来说，板材的对接焊缝，承受动力荷载构件(如吊车梁)的较重要的焊缝，需作疲劳验算的焊缝，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝(如框架梁、柱及其连接节点的对接焊缝，工字形截面与其端板的对接焊缝)，其焊缝应采用坡口全熔透对接焊缝，其焊缝质量等级不得低于二级。其他部位的焊缝，一般均可采用角焊缝。角焊缝由于应力集中现象严重，内部探伤亦很困难.其焊缝质量等级一般只能是三级，其中某些重要角焊缝可允许要求其外观缺陷符合二级的要求。

2.门式钢架房屋的温度区段内应按规范设置独立的空间稳定支撑体系

(1)应将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间内，形成独立的空间支撑体系，既利于抗震，又给施工安装带来方便。

(2)将屋面横向水平支撑设在端部第二个开间的同时，应在端跨相应位置设置刚性纵向系杆，使山墙的风荷载等水平力能可靠传递。

(3)屋面支撑的布置应与山墙抗风柱的位置相协调，使抗风柱的柱顶反力能直接传到屋面横向支撑的节点上，使山墙处屋面系统受力简单化，从而保证结构的安全。

(4)屋面横向水平支撑的直腹杆(包括屋脊处和柱顶处)应按刚性系杆考虑。采用檩条兼做时，应对檩条的刚度和承载力进行验算。否则，檩条很难起到刚性系杆作用，因为常用的z 形或c 形冷弯薄擘型钢檩条侧向刚度很差，直接影响到房屋的纵向受力和传力性能。当檩条无法起到刚性直腹杆的作用时，通常应在屋脊处、柱顶处以及屋面设置横向水平支撑直腹杆，在刚架斜梁间设置钢管、h 型钢或其它截面形式的刚性杆件，以保证房屋纵向结构安全可靠地工作。在刚架转角处(边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋相应位置的中间柱柱顶)的刚性系杆应沿房屋全长设置。

(5)屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时，宜设张紧装置(如花兰螺栓)，当荷载较大时，柔性圆钢拉条宜改为型钢。

3.实腹式门式刚架应按规范设置隅撑

在檩条或墙梁与刚架的连接处，在斜梁下翼缘的受压区或刚架柱内侧翼缘的受压区，至少每隔一根檩条或墙梁应设置按受压构件设计的隅撑，将檩条或墙梁与翼缘受压区直接连接起来。采用双层屋面板时亦应设置隅撑。值得设计人员注意的是，隅撑虽小，但作用很大，它是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。如果工程未按规范要求设置隅撑，或者设置得很少，或者设置得不当.这都将影响刚架的整体稳定性，危及结构的安全。

4.压型钢板轻型屋面拉条的合理设置

对于有檩体系的压型钢板轻型屋面，为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转，通常在檩条间要设置拉条和撑杆作为檩条的侧向支点，以保证檩条的侧向稳定。拉条按拉杆设计，撑杆按压杆设计。拉条和撑杆不大，但作用不小，设计人员必须十分重视。

5.楼面结构设计

(1)钢结构房屋和混凝土结构房屋由于材料性质不同。温度伸缩缝区段长度差别很大。例如现浇混凝土框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度最大为55m，钢框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度约为120mm。为了防止或减轻混凝土楼板开裂.钢框架结构房屋采用现浇混凝土楼板时，原则上仍应按混凝土结构的要求留设温度伸缩缝。只有当采用设置施工后浇带和其它减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以适当增大温度伸缩缝区段长度。

(2)压型钢板组合混凝土楼板，除了按计算(并满足构造要求)在钢梁上焊接栓钉外，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施。其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。由于产品规格的限制，目前国内带纵向波槽的压型钢板和带压痕或开小洞的压型钢板不多。所以，当无法采用上述这两种板型时，要实现压型钢板和混凝土的连接，可在压型钢板上焊接横向钢筋。

钢结构设计经验篇二

一、轻型厂房： 这里主要指门式钢架，通常我们能做到的跨度大概就是15-36米的样子，其实做到36米的时候用钢量已经不小，基础也比较大(钢架比较小(如24米以内)的时候柱底铰接，比较大的时候用刚接)。当然，即使9米跨度，也可以做成钢架，而且这种情况还不少，主要用于不能打支撑又需要承受水平力的情况。其实门刚很简单，可以说是最简单的钢结构，因为有标准图集。这里我简单说一下;门刚的组成--门刚(骨架)，檩条，系杆，支撑，墙檩，抗风柱。基本上就这几样，下面一一说明。门刚，可用pkpm或者其它软件建模计算，导入荷载即可，恒载就是自重(檩条，支撑，屋面压型钢板及保温层等)，活荷载按荷载及门刚规范取即可(地震荷载通常不起控制作用)。这里要注意一点，门刚要注意尽量用较薄的杆件，这里是采用屈曲后的强度，在需要的时候设置构造加劲肋。其实这些书上都有的。通常屋面非轻钢专业户设计的这种门刚，30米跨以内的，应该控制用钢量在30kg左右。檩条，门刚图集上都有，根据荷载选取即可。檩条之间构造连接教科书或者图集上均有，通常选用C型或者Z型檩条(Z型檩条有个好处是可方便连接，并将檩条做成连续跨)。然后是系杆，系杆这个东西很重要，就是保证整体稳定的，保证整体稳定其实非常简单，就是每隔一段距离，我们要做一个稳定的结构，其它跨通过系杆与这一跨稳定的东东连接在一起就可以了，所以这一跨稳定的结构，我们要设置柱间支撑，同时要设置屋面支撑(还有一种轻钢就是采用桁架式，这个时候需要设置上下弦支撑)，以保证这一跨的静定结构。下面说支撑，其实上一条已经说明，就是那几招。墙檩：基本上同屋面檩条，由风荷载控制，抗风柱，按下端固结，上端铰接计算，其实是类似于梁来考虑的(pkpm中有专门计算抗风柱的一个工具)，这里注意一点即可，如果选用桁架式图集，这个时候抗风柱一定要同时跟上下弦连接，并在布置的时候考虑对齐(与桁架节点对齐)。

二，多层钢结构(包括钢平台) 这种东西其实也比较简单，就是一个梁柱的连接过程，无非就是考虑一下梁柱的大小，其实主要是梁，通常情况，对于H或者工字钢，对于9米以内的梁，一般荷载(活荷载4以内)，梁高可以取到跨度的1/30,对于槽钢，可以1/25，对于柱子，通常情况用长细比控制，保证弱轴方向在100以内一般验算均可满足。对于国内普通厂房，通常采用设置支撑的方式来进行设计，因为这样一来简单，而来经济(梁柱其实可以采用刚性节点，但不光是节点费力费钱，整体计算的时候也要复杂-费材料一些)，当然，很多情况还是需要做成刚节点。但，通常如果设置了支撑以后，结构可按无侧移计算，(国内采用pkpm稍微麻烦一点，因为pkpm不能单侧选择无侧移或者有侧移，只能整体)相对来说很多指标均很好控制。另外，钢结构楼面一般选用花纹钢板或者格栅板，从刚度上来说，格栅板有优势，但格栅板上面走动肯定会掉灰下来。 其实钢结构设计，说到底长细比是一个很重要的概念，拉杆，压杆，都不一样。通过长细比的概率，再计算应力及稳定，重点其实是稳定。然后就ok了 总结：钢结构最重要的是支持体系，即保证稳定，所以，我们通常做成超静定体系，这样发生问题以后不至于倒塌。特别说明，钢结构虽然也可以悬挑，但通常我们都要增加支撑，特别是高层，主要是保证其为超静定体系。

钢结构设计经验篇三

(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、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、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。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

结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.

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构造措施。 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、力学行为清晰、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。

钢结构通常有框架、平面桁架、网架(壳)、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,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。

结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，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度外不需考虑雪载 )，如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。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。 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。

柱截面按长细比预估. 通常50λ150, 简单选择值在80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.

对应不同的结构，规范对截面的构造要求有很大的不同，如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。

除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。

(四) 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.

(五) 工程判定

要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做"工程判定"。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果.

不同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离, 为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定, 但对这种误差, 会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全. 钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容.

工程师们过分信任与依赖结构软件有可能带来结构灾难，注重概念设计、工程判定和构造措施有助于避免这种灾难.

(六) 构件设计

构件设计首先是材料的选择. 比较常用的是Q235和Q345. 当强度起控制作用时,可选择Q345; 稳定控制时,宜使用Q235.通常主结构使用单一钢种以便于工程管理. 经济考虑,也可以选择不同强度钢材的焊接组合截面(翼缘Q345，腹板Q235). 另外，焊接结构宜选择Q235B或Q345B。

当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。部分软件可以将不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级自动重新验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一，它减少了很多工作量。 但是，我们至少应注意两点：

1.软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定.目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,我们应该逐个检查.

2.当上面第(三)条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。

(1) 强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度，其中,抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。

(2) 变形超限，通常不应加大板件厚度而应考虑加大截面的高度，否则会很不经济。 使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，除常用于网架设计外，其他结构形式常常并不合适。

(七) 节点设计

连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一.在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定.有时出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，如果你不能确信这种不一致带来的偏差差在工程许可范围内(5%)，就必须避免。 按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接. 初学者宜选择可以简单定量分析的前两者.常用的参考书有丰富的推荐的节点做法及计算公式.

连接的不同对结构影响甚大.比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构分析中的假定. 会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果.

连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏安全选用前者.设计手册[2]中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便. 也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成.

具体设计主要包括以下内容:

1.焊接: 对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守. 焊条的选用应和被连接金属材质适应.E43对应Q235,E50对应Q345. Q235与Q345连接时,应该选择低强度的E43,而不是E50.

焊接设计中不得任意加大焊缝. 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定.

2.栓接:

铆接形式,在建筑工程中，现已很少采用.

普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用.

高强螺栓,使用日益广泛.常用8.8s和10.9s两个强度等级.根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同. 高强螺栓最小规格M12. 常用M16~M30. 超大规格的螺栓性能不稳定,应慎重使用。

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接. 在低层墙板式住宅中也常用于主结构的连接. 难以解决的是自攻过程中防腐层的破坏问题。

3.连接板: 需验算栓孔削弱处的净截面抗剪等. 连接板厚度可简单取为梁腹板厚度加4mm，则除短梁或有较大集中荷载的梁外，常不需验算抗剪。

4.梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪.承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压.

5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平. 比如钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成.

(八) 图纸编制

钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图由设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。

1.设计图: 是提供制造厂编制施工详图的依据. 深度及内容应完整但不冗余. 在设计图中,对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。

2.施工详图:又称加工图或放样图等.深度须能满足车间直接制造加工.不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表.

设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位

之间及其与钢结构公司之间不尽相同。 初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。

概念设计的一个方面：

当你在设计中，能够把结构看作构件，把构件看作结构，你就已经走近概念设计了。

把结构当作构件，比如，一栋大厦的结构就是一根悬臂梁， 一座桁架大铁桥就是一根连续梁。

把构件看作结构，比如，一个H型钢构件是由3块板组成的结构，一个钢管相贯的节点就是一个空间结构。

对构件特性的把握：

比如，钢管适合做二力(压)杆，不适合做抗弯构件。它做两端铰接柱或支撑很出色，但是很少用作梁。 当一个受弯构件被选成钢管截面，且程序计算不通过时，你不应通过加大截面来满足，而是应该改用有强弱轴的截面。

如此等等，是基本的概念。

概念设计能力，不单生成于丰富的经历与经验，更是来源于对基本的力学、材料等概念掌握。同时要求结构师有开阔的视野。

钢结构怎么学

《建筑钢结构设计》是土木工程专业一门主干必修课。

在掌握钢结构设计的基本原理基础上钢结构设计手册读后感，学习民用和工业建筑中常用钢结构房屋的特点钢结构设计手册读后感，基本设计方法钢结构设计手册读后感，计算简图与内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。

课程：《材料力学》，《结构力学》，《钢结构基本原理》，《混凝土结构设计原理》等。 参考教材：

1）《钢结构》（第二版）魏明钟等编，武汉工业大学出版社

2）《建筑钢结构设计》王肈民等编，同济大学出版社

参考资料：

1）《钢结构设计手册》（第三版）（上、下册）汪一骏等编 ，中 国建筑工业出版社

2）《轻钢结构设计手册》汪一骏等编,中国建筑工业出版社

参考规范:

1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

2）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）

3）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2001

4）《网架结构设计与施工》（JBJ7-91）

钢构人必读——钢结构住宅设计的几点总结，一般人还不知道

从设计角度分析钢结构住宅体系的特点，介绍异型钢柱住宅项目的设计思路。针对框架结构采用不同阻尼比、基础方案等问题进行数据对比分析；总结设计中常见问题注意事项；对设计标准提出不同意见。

一、钢结构住宅体系选择

从已建成的钢结构住宅来看，主要有：

1）薄壁型钢组合墙板形式；

2）纯框架形式；

3）框架支撑形式；

4）型钢混凝土组合形式；

5）钢框架－混凝土抗震墙形式等等。

这些结构形式各有特点，其中薄壁型钢组合墙板形式特别适宜定型产品，其体系是从墙板结构演变而来，即将薄壁型钢柱构件按大约600mm 的间距布置形成竖向承重结构、型钢间设支撑系统以抵抗水平力，楼板根据竖向型钢的位置布置成密肋支撑结构，因上部结构为类墙板结构，其基础根据受力情况设成条形基础，对地基要求不高。

薄壁型钢组合墙板住宅受密布结构的影响，对开间、门窗洞口、挑出构件尺寸均有一定限制。

后面几种形式可以满足多高层住宅设计要求，但从使用的角度都存在一个共同问题，即梁柱突出对住宅内部观感的影响。

住宅相对于其它建筑有其特殊性，办公、厂房可以采用较为固定柱网，层高也较高，其梁柱所占空间给人的感观是适宜的，柱网规则有利于梁的布置。

相反住宅是一个变化多端的产品，根据建筑的要求，很少布置出规则的柱网，房内开间相对较小、变化较多，不利于钢框架布置。

由于钢材的特点，它在住宅中只能形成框架体系或桁架体系，可以说框架体系如果适用于普通住宅，钢框架必然有其大显身手的地方，普通框架结构不能解决住宅应用问题的话，常规钢框架体系在普通住宅中应用也有相似的弱点。

受短肢剪力墙结构的启发，笔者在钢结构住宅设计中将钢柱设计成异型柱形式，以配合建筑变化的要求，图1 是两种异型钢柱截面，根据建筑墙体厚度减去面层厚度来设定翼缘宽度，框架梁与异型钢柱各个方向的翼缘刚接，图2 为相应的节点连接详图。

异型钢柱示意图

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异型钢柱梁柱节点详图

某住宅项目三层样板间设计成异型钢柱纯框架结构，建筑采用砌块隔墙，建成后外部及室内观感均令人满意，与该住宅成品（混凝土剪力墙结构）实际效果一致，下图是样板间实景。

在工业厂房设计中经常采用异型钢柱，采用排架受力体系时，异型钢柱经常设计成双轴对称或主受力方向单轴对称，厂房纵向采用支撑系统抵抗纵向水平力，系杆、支撑构件多连接于异型柱弱轴形心轴上，这样在结构概念设计及采用杆系软件计算容易处理。

住宅中应用异型钢柱与厂房设计还是有很大区别的，下图是厂房梁柱连接方式与住宅梁柱连接方式的简单比较

可以看出在住宅中，梁柱的截面形心轴不在同一位置上，不符合常规设计理念，在采用杆系软件计算时无法解决偏轴问题。

尽管如此，与短肢剪力墙结构相比，笔者认为异型柱是在原来较大的矩形框架柱截面或整片混凝土墙修改为的截面面积较小的异型截面，相应地也减少了截面特性，而异型钢柱是在一个工字钢截面上增加一个T型截面，相应地是增加了弱轴方向的截面特性，特别是将钢梁与钢柱弱轴的刚性连接节点转化为与柱翼缘连接，优于常见设计中工字钢柱在弱轴方向设外伸连接板的刚性连接，加强了工字钢柱弱轴稳定，对结构安全是很有利的。

一般认为工字钢柱弱轴刚性连接不可靠，所以在很多构造手册上建议在弱轴采用铰接框架加支撑体系或者采用钢管柱设计方案，抗震规范“柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面。当仅在一个方向刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。”

规范中虽然没有明确说不可采用工字钢柱弱轴与钢梁刚接，但根据抗震规范节点抗震承载力验算要求，弱轴连接一般是无法满足相关条款要求的。

异型工字钢柱相比箱形柱的节点加工容易、施工方便节约钢材，相比框架支撑体系减少了支撑部分的设置，从应用角度可灵活用于住宅墙体中，满足建筑师对住宅内无外露结构构件的要求。

笔者认为异型钢柱在结构分析中存在以下问题：

1)异型钢柱全截面受力情况分析，这里主要指在弱轴上增加 T 型构件，是否就相应的增加了这部分的截面特性，包括 T 型构件偏轴远近的影响，笔者认为钢柱类型不同，截面特性增加比例也会不同；

2)异型钢柱局部稳定性计算，这点可以参考规范中柱板件宽厚比进行控制；

3)梁柱节点与钢柱形心轴偏离时整体受力分析，采用普通杆系计算软件是不能解决这个问题的。理想的计算模型应该采用有限元整体建模方式进行内力分析， 可以解决上述问题，但建模工作量太大了。

笔者在设计中根据以下几个原则来确定柱截面：

1）按方钢管柱方案进行结构分析，根据计算应力比结果接近 0.9 的情况，选定框架梁截面尺寸，根据方钢管截面特性初选 X,Y 方向上工字钢截面,计算时不考虑腹板作用，初步确定异型柱截面；

2）按工字钢柱方案进行结构分析，异型柱 T 型构件布置方向，设柔性支撑代替异型柱中 T 型构件在工字钢弱轴上的刚度影响，按有侧移钢框架计算，调整异型钢柱中工字钢截面尺寸；完成后调整工字钢及柔性支撑布置方向，验算 T 型构件与工字钢腹板组成的工字钢截面尺寸；

3）根据上一步建立的模型，选取工字钢强轴所在的单榀框架进行抗震验算，只参考工字柱强轴应力计算结果，检验异型柱单向受力是否满足；

4）根据上述计算结果，手工核算梁柱节点处抗震承载能力，基础设计时考虑偏轴引起的附加弯矩；

5）以普通工字钢柱和方钢管柱按无支撑框架体系分别进行正常设计，其中钢梁按设计所选截面计算，根据合适的计算结果，统计钢柱用钢量以控制异型柱用钢量的上下限。

上述方法没有可依据的计算公式及条文，对偏轴引起的附加弯矩对整体的影响没有更多处理，这也是笔者只在二三层住宅设计中应用，没在更高的工程里使用异型钢柱的原因。笔者提出异型钢框架方案，希望得到大家的批评指正。

二、设计细节的问题

1、 整体计算时选取合适的结构阻尼比根据抗震规范要求，除专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，当阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线应进行修正，钢结构相关阻尼比选取值见表 1。

表 1 不同结构阻尼比应用值

从表 1 中数据可以看出，不同的钢结构体系有不同的地震影响系数，如果在结构分析时错误选择阻尼比对设计结果会产生较大影响,其中钢管混凝土和钢-砼混合结构由于是两种材料共同作用，在选取阻尼比时，应根据两种材料应用比例综合考虑阻尼比，结构整体刚度越柔，阻尼比选值越低。

2、刚接柱脚设计

常见柱脚分埋入式、外包式、外露式。在住宅设计中多采用外露式，相比其它两种方式，其现场安装、定位方便。

在设计时应注意，柱脚的刚度是靠底板的弹性变形或塑性变形来实现的，这就意味着整个结构变形包括钢结构本身变形及底板受拉变形后引起的整体变形，如在分析内力时视外露式为刚性柱脚，设计中要考虑层间位移角限值要有一定的富裕，同时应考虑底层钢柱弯矩反弯点下移引起的柱顶弯矩增大。

根据节点设计要求，为保证罕遇地震时不发生柱脚节点先于钢柱破坏，柱脚节点连接处的极限抗弯承载能力应大于 1.2 倍钢柱的全塑性受弯承载力（Wpnx·f）才可以，常见设计方法是根据柱脚反力来确定柱脚螺栓直径、连接焊缝,这样只能保证柱脚节点在多遇地震作用下具有一定强度而不破坏，而柱脚弯矩设计值所需截面抵抗模量一般小于钢柱本身截面抵抗模量（Wx），以H628X260X10X14 工字钢为例，1.2·Wpnx/Wx=1.36 倍，外露式很难保证这项设计要求。

而采用其它两种柱脚方式在转递钢柱内力时很容易满足前项要求，设计中传力明确、计算容易、构造简单、节省钢材。插入式柱脚构造相比埋入式更简单，大部分书籍认为可靠性不如埋入式，建议用于单层钢结构厂房，不适合高层建筑钢结构。

笔者认为在多层建筑钢结构可以采用，因为在许多工业项目中，单层厂房层高多在 10～30m，厂房内设多台吊车及大量检修平台，单柱荷载及地震作用往往大于普通住宅的情况，多层住宅柱脚在概念设计和计算设计都满足规范要求的情况下，采用插入式是没有问题的。新钢结构规范也增加了插入式柱脚的设计和构造规定。

3、楼板设计

楼板有预制楼板、现浇楼板、组合楼板等。采用预制楼板时应考虑预制板由于温度变化、荷载分布等原因，造成楼板接缝处开裂形成的单侧翼缘附加弯矩影响，即钢梁平面内整体抗弯应力与翼缘平面外抗弯应力双向组合后要满足折算应力限值，有些项目将楼板搁置在下翼缘上尤其要注意这个问题。

压型钢板组合楼盖在钢结构住宅中应用很多，整体分析时要考虑组合板的各向异性对框架梁的影响，包括根据楼板设置情况确定连续板或简支板、传力路径是单向还是双向、组合钢梁是按强边还是弱边组合造成的刚度差异；楼板设计时要避免集中单向布置楼板，使结构体系形成横向或纵向承重，做到合理布置组合楼板，尽量形成双向承重结构。

4、梁柱刚性连接设计

梁柱间刚性连接计算可按常用设计法或全截面受弯设计法进行，当钢梁翼缘的抗弯承载力大于整个截面承载力的 70％时，可采用常用设计法进行设计，小于 70％时，应采用全截面抗弯设计法，在住宅设计中，钢梁多属于前者，常用设计法计算原则为翼缘和腹板分别承担弯矩和剪力，普遍认为计算容易，结果偏于安全。

事实上根据多高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点的抗震设计和多高层房屋钢结构梁柱刚性节点的设计，不做任何处理的将钢梁与钢柱进行栓焊等强连接是很难达到强节点弱杆件的设计要求，对加强式节点设计有设计及构造详细说明。

具体做法主要有三种方式：梁端翼缘加焊楔形盖板、梁端底部加腋、犬骨式连接。通过笔者在实际应用后认为，三者都存在增加施工难度的问题。第四种方式：梁端翼缘加宽方式，但在标准图集中不作为主推形式介绍，当建筑对梁宽没有要求的情况下，这种连接方式最为实用、便捷。

三、设计标准的问题

1．“轻型”钢结构概念问题

近年来因“轻型门式刚架房屋”的出现，在许多设计人包括结构设计人员的头脑中形成一种轻（质量）钢材概念，一遇到附属建筑设施或看似不重要的结构时就提出用“轻钢”来解决，却不注重该部分对主体结构的效应分析，事实上结构概念设计时应清楚，“轻型”实际上是指结构承受相对较轻的荷载，住宅设计中不会因为采用钢结构而减少荷载使用标准，结构体系无论采用钢还是混凝土，构件效应分析是没有原则上区别的。

2．多高层钢结构设计区别

根据规范有关条文，包括钢结构抗震调整系数，框架柱长细比，框架构件宽厚比等控制条款，均以 12 层作为区分点，因此可以理解为高层钢结构是指 12 层以上的建筑物。高规中高层是指 10 层及 10 层以上或房屋高度超过 28m 的建筑，这其中包括混合结构，再参考国外部分国家高层起始高度多设在 25～30 米或 8 至 11 层。

由此看来我国的多层钢结构适用范围要高于普通结构，也高于国外标准。多高层钢结构不仅构造不同，相关抗震调系数也不同，限值差别太大，在前面表 1 已说明，笔者认为此区分过于宽泛，举例说明一下：层高平均 4m，12 层建筑物高度 48米，是高规中 28 米限值的 1.7 倍，这就产生下面的问题，在混合结构中，混凝土结构应按高规构造设计，钢结构可以按多层构造设计，执行了两种标准。

3、《钢结构设计规范》

对住宅结构设计指导作用不大新版规范延续了工业建筑钢结构设计指导思想，例如在变形允许值按厂房构件进行分类，对民用建筑构件不做细分；温度区段设置要求以排架结构方式进行划分而不考虑纵横向承重体系、钢混组合结构的特点来区分，特别是强制性条文第 8.1.4 条“结构应根据其形式、组成和荷载的不同情况，设置可靠的支撑系统。

在建筑物的每一个温度区段或分区建设的区端中，应分别设置独立的空间稳定的支撑系统。”从文字上理解，钢结构不应该采用无支撑的纯框架结构，这显然与实际应用不符，设置支撑与否应以结构设计需要来确定，根据条文说明也可以知道这是一个原则规定，但作为强制性条文，必须严格执行值得商榷，民用建筑在使用要求上不同于工业建筑，包括一些结构体系也存在差异，应区别对待。

相比其他规范不断完善抗震部分内容，新版只在总则中提到应符合相关抗震规范的规定，似乎抗震设计在钢结构中并不重要，实际上在北岭和阪神地震后，国外开始纷纷重视钢结构抗震设计的研究，国内也有很多文章介绍，应该有很多成果可以总结成文的。我国抗震规范规定应根据抗震设防烈度采取不同的抗震措施，而钢结构抗震要求却没有任何区别也是不妥的。

四、设计钢结构住宅应尊重住宅使用的根本要求

钢结构住宅是今后发展的一个重要方向，但钢结构仅仅是建筑中承重体系、服务部分，它不是建筑使用中的主要成分，钢结构住宅设计首先要遵循住宅建筑设计的一般原则，然后才是发挥钢结构的优势，单纯突出钢结构而不考虑生活的舒适性、不能满足人文要求的钢结构住宅项目是没有市场的。

对于钢结构住宅不能因为要推广钢材在建筑中的应用而简单、强行在住宅结构中使用，这样作对推广钢结构住宅没有实际意义。相对而言公建、体育场馆、工业厂房等是钢结构在建筑中最能发挥其特长的领域，近年来，我们已经深刻感觉到这种应用变化。

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