時間：2023-03-22 17:34:22
導語：在鋼結構設計論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
采用芬蘭Tekla公司開發的鋼結構詳圖設計軟件TeklaStructures13.1進行三維建模，在三維環境下的細部設計，如螺栓配比、焊縫等級、施工間隙等設計能確保建造和安裝階段的無差錯協作。所有圖紙和報表都可以通過三維模型自動生成，比起傳統的CAD制圖，Tekla實現了高效率、零差錯的目標。在人員配備方面，充分考慮到項目難度及工期要求，安排總負責1人，建模3人，出圖4人，審圖2人。總負責和審圖人員都是具備10年專業工作經驗的高級工程師，建模人員也具備5年以上Tekla建模的工作經歷。高素質的團隊是保證設計質量的前提條件。
2深化設計內容及方法
2.1空間坐標及平面定位
由于本工程“扭轉上升并內斂”的結構特點，塔樓框架鋼柱每一層坐標都在變化，結構控制點坐標的定位是關鍵，根據設計院提供的結構坐標在CAD中放樣再局部修正并導入Tekla軟件中。在雨篷和裙房深化中，建筑外形呈空間扭曲造型，結構定位相當困難，只能根據建筑三維模型及幕墻預留空間找結構坐標，再進行結構布置及優化，并提交設計院審核。
2.2節點設計及優化
1)柱腳節點設計考慮到現場安裝方便，增加橫向固定鋼板將14件直徑為30mm的錨栓固定，同時也起到加強錨栓和混凝土結合力的作用，使整體受力更加可靠。2)梁柱節點設計梁柱連接采用強節點弱構件設計，環向牛腿板使整體強度更加可靠，與鋼柱和鋼梁全熔透焊接能有效傳遞彎矩、防止局部變形。梁與牛腿腹板高強螺栓連接按照抗剪等強配置，若螺栓過多無法排布可適當折減保證抗剪承載力≥600kN(設計值)。3)鋼梁與混凝土剪力墻連接實際施工過程中混凝土澆筑及鋼結構安裝累積誤差可能在10～20mm或更大。在鋼梁與剪力墻連接時深化設計要充分考慮，一方面將鋼梁端與剪力墻間隙設計到20mm，另一方面連接板在加工時再留20mm余量，現場安裝時可根據實際情況切割，此方法可避免擴孔，保證高強螺栓有效傳力。4)屈曲支撐節點設計屈曲支撐節點設計時節點承載力應大于屈曲支撐的極限承載力，以保證強節點的要求。屈曲約束支撐與框架結構鉸接，因此節點構造應減小轉動剛度，盡量減少二次彎矩。根據建筑外觀的要求，節點采用銷軸連接方式。5)橢圓Y形柱節點設計橢圓Y形柱作為轉換構件，必須提供更直接、更有效的傳力方式。深化時對原設計的節點做了一些優化:將變截面管的上端尺寸增大，這樣分叉的兩圓管柱間就有足夠的間隙，并取消原設計的現場焊縫，將現場焊縫移至上一層樓面以上。優化后的節點可以避免焊縫集中、方便混凝土澆筑、傳力簡潔、加工制作簡單。
2.3參數化節點建模
對于高層鋼結構來說，一般標準層結構布置和荷載相對變化不會太大，再加上結構對稱性等原因，在同一層不同位置或不同層同一位置構件截面及連接形式會相似甚至相同，可直接利用Tekla自帶節點庫，這會給建模工作帶來很多方便。寧波中銀大廈從下到上旋轉內收，和以往高層有很大不同，特別是在梁柱連接上沒有一個完全相同的節點。塔樓中間為混凝土核心筒，由一圈鋼管混凝土柱和環向梁組成，徑向梁一端連接鋼柱，另一端與核心筒連接。節點主要有徑向梁、環梁與鋼柱的剛接節點、徑向梁與核心筒埋件的鉸接節點、主次梁鉸接節點、主梁開孔節點。雖然節點類型不多，但是截面種類繁多，若每個節點一一放樣則工作量較大。對于鋼柱現場拼接節點、主梁開孔節點、鋼梁吊耳碼板等標準節點可以做成自定義節點。對于主次梁鉸接、鋼管柱與鋼梁剛接等節點形式類似，只是具體節點板厚、螺栓數量不同，因此節點可以做成帶參數的自定義節點。例如鋼管柱與鋼梁剛接節點，可以按照節點計算結果把每種截面對應的節點板厚度與螺栓大小、間距、數量、等級等信息做成文件或表格，再利用自定義節點中的函數把節點需要的信息從文件讀取進去，從而生成正確的節點。也可以把節點計算的過程寫成文件，通過自定義節點提供的原始數據直接算出結果返回給節點。這樣大大節約了節點建模時間，且能保證準確率。
2.4圖紙設計
深化設計圖紙包括設計說明、布置圖、構件圖、零件圖及各類清單。鋼柱及鋼梁構件圖表達的內容較多，包括每個零件裝配定位信息、焊縫形式及等級、零件尺寸、零件材料表等，每一項內容都需要技術人員精心、細心地編制，都需要有豐富的技術經驗作為基礎，技術人員設計出來的圖紙必須滿足工廠制作和現場安裝的需要，確保圖紙的準確性、完整性、適用性、可行性。
2.5材料排版
利用Tekla自身優勢進行材料排版，為材料采購和工廠數控下料提供了有力的技術支持，有效控制了材料損耗。
2.6數字化信息技術
在進行三維建模同時將現場焊縫、工廠焊縫建入模型中，每一條焊縫有一個獨立的編號，可直接生成焊接地圖及焊縫報表，Tekla提供先進的數字化制造平臺為高效率工廠制作提供了技術支持，同時為焊接質量控制和檢測提供了簡單直觀的數據資料。
3結語
【關鍵詞】鋼結構；設計；穩定
1 引言
鋼結構由于其高強度和良好的抗震性在建筑中得到了越來越廣泛的應用，鋼結構不僅能夠節省空間，而且還能降低工程成本，但是穩定性是鋼結構的一個突出問題。鋼結構中的穩定問題是鋼結構設計中以待解決的主要問題，一旦出現了鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，是目前亟待解決的首要問題。
2 鋼結構設計的原則
根據穩定問題在實際設計中的特點提出了以下三項原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結構穩定設計中構件不會喪失穩定。
（1）結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求
目前結構大多數是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩，需要從結構整體布置來解決，亦即設計必要的支撐構件。這就是說，平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布置相一致。
（2）結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致
目前設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩定分折而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時，計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。然而，實際框架多種多樣，而設計中為了簡化計算工作，需要設定一些典型條件。在實際工程中，框架計算簡圖和實用方法所依據的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這種情況若按規范的系數計算，都會導致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設和具體計算對象應該相一致。
（3）設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合，使二者有一致性。
結構計算和構造設計相符合，一直是結構設計中大家都注意的問題。對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這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。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。
3 鋼結構穩定設計的主要特點
（1）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和折減系數法。
（2）穩定性整體分析：桿件能否保持穩定牽涉到結構的整體穩定。穩定分析必須從整體著眼。
（3）穩定計算的其它特點：在彈性穩定計算中，除了需要考慮結構的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視。首先要做的就是二階分析，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；其次，普遍用于應力問題的迭加原理，在彈性穩定計算中不能應用。這是因為迭加原理的應用應以滿足材料變形服從虎克定律，應力和應變成正比，結構的變形很小等兩個條件為前提。
而彈性穩定計算一般均不能滿足結構變形很小的條件，非彈性穩定計算則兩個前提都不符合。
了解了在鋼結構設計中應該明確的一些基本概念，有助于我們在設計中更好地處理穩定方面的問題，隨著新型鋼結構體系的不斷發展，我們對穩定問題的研究要求也必須不斷地提高，之所以在設計中出現結構失穩問題，另一個重要原因就是我們對新型結構穩定知之甚少，這也是目前鋼結構穩定研究中存在的問題。
4 鋼結構主要構件設計
（1）柱
鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的 要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因 此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好，而且結 構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結構中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發展 的 主要方向，但由于缺乏相應的規范、規程，目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜，不利于工廠制作和現場施工，應加大力度開發研究。
（2）樓蓋
在多層輕鋼房屋中，樓蓋結構的選擇至關重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是 保證與抗側力結構的空間協調作用；另外從抗震角度來看，還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結構有：壓型鋼板-現澆混凝土組合樓板，現澆鋼筋混凝土板以及鋼-混凝土疊合板， 而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使設置抗剪鍵，也偏保守地假設鋼結構承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結構自重，反而會造成強 梁弱柱的不利情況。有一6層算例，考慮樓蓋組合作用對梁剛度以及結構整體剛度的影響。 算例表明，考慮組合作用后主梁的剛度大大增加，使得梁的撓度和地震作用下柱頂的側移大為減少，此考慮組合作用應予關注。為使樓層高度減到最小，提供更大的空間，組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢。
（3）支撐體系
支撐分軸交支撐和近年發展起來的偏交支撐兩種，前者耐震能力較差，后者在強震作用下具有良好的吸能 耗能性能，而且為門窗洞的布置提供了有利條件，目前國內用的還很少，建議在高烈度區首選偏交支撐。常用的EBF偏交支撐形式此所示。剪切型耗能梁段，加勁肋按以下公式設計：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―加勁肋間距，d―梁高，tw―腹板厚度，γp―塑性轉角；彎曲型耗能梁段還需在 梁段端點外1.5bf處加設加勁肋。
（4）節點抗震計
框架梁柱節點一般采用兩種連接方法，根據“常用設計法”，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進行設計。震害表明，這種設計不能有效滿足"強節點弱桿件"的抗震要求，在高烈度區隱患很大。改進框架節點設計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗算公式確定：式中：為基于極限強度最小值的節點連接最大受彎承載力，全部由局部加大后的翼緣連接承擔；為梁件的全塑性受彎承載力；為基于極限強度最小值的節點連接最大受剪承載力，僅由腹板的連接承擔；為梁的凈跨；為梁在重力荷載代表值作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。
5 結語
鋼結構穩定問題區別于強度問題。本文提出了剛結構主要構件的設計，隨著新型結構的出現，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構件的失穩，只有深入了解，與時俱進，才會使得鋼結構穩定理論設計不斷地完善。
關鍵詞波形鋼腹板預應力混凝土組合結構結構設計
1引言
隨著體外預應力技術的日趨成熟和新型建筑材料的發展，許多國家的工程師都在對大跨徑橋梁的主梁輕型化問題進行研究。在上世紀八十年代，法國首先設計并建造了以波形鋼腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型組合結構橋梁－Cognac橋，其后又相繼建造了Maupre高架橋、Asterix橋和Dole等數座波形鋼腹板的組合結構橋梁，該形式箱梁的典型結構如圖1所示。自上世紀九十年代起，日本也對該類形式的橋梁進行了研究，在參考法國同類橋梁的基礎上，先后修建了新開橋、本谷橋、松木七號橋等一系列橋梁，其中有連續梁橋，也有連續剛構橋，拓寬了其使用范圍，發展了設計和施工技術。
波形鋼板即折疊的鋼板，具有較高的剪切屈曲強度，用它作為混凝土箱梁的腹板，不但充分滿足了腹板的力學性能要求，而且大幅度減輕了主梁自重，縮減了包括基礎在內的下部結構所承受的上部恒載，還省去了施工時在腹板中布置鋼筋、設置模板等繁雜的工作。此外，波形鋼板縱向伸縮自由的特點使得其幾乎不抵抗軸向力，能更有效地對混凝土橋面板施加預應力，提高了預應力效率。這種組合結構能減少工程量、縮短工期、降低成本，在施工性能和經濟性能方面都具有很大的吸引力。
2設計方法
當橋梁上部采用波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁的結構形式時，和普通的鋼筋混凝土箱梁橋一樣，其設計需要針對施工和使用階段的不同要求。施工階段的計算要結合具體的施工形式，比如，連續梁橋可以采用懸臂施工、頂推法施工或其它的方法，主要的計算荷載有自重、預應力、混凝土不同齡期的收縮徐變、施工荷載等。使用階段則要考慮汽車荷載、風荷載、溫度荷載等。箱梁內通常同時設置體內和體外預應力，由混凝土頂板和底板內的體內預應力抵抗施工荷載和恒載，箱內的體外預應力用來抵抗活載。這樣考慮的原因之一，是為了滿足更換體外預應力鋼束時結構的受力要求。
2．1縱向抗彎計算
波形鋼腹板在軸向力的作用下，軸向變形很大，表現出來的等效彈性模量很小。波形鋼板在縱向的等效彈性模量和板厚、波紋形狀有關，可由下式計算
Ex＝αE(t／h)2（1）
式中，Ex為等效軸向彈性模量；E為鋼材的彈性模量；t為鋼板厚度；α為波紋的形狀系數。根據此式，日本新開橋Ex＝E／617。已進行的模型實驗和有限元計算的結果，進一步證實波形鋼腹板在受彎時縱向正應力、正應變很小，可以忽略，即在進行截面抗彎設計時，只考慮混凝土頂板和底板的作用，并近似的認為混凝土頂板和底板內的縱向正應變符合線性分布規律，仍然按照平截面假定計算應力、布置預應力鋼束。
2．2抗扭計算
箱梁在偏心荷載作用下，截面將發生扭轉變形。在混凝土腹板箱梁中，扭轉的影響并不大，但在波形鋼腹板箱梁中，由于腹板的彎曲剛度和混凝土頂板、底板相比小得多，這對截面扭轉變形的影響顯著增大，會在混凝土板內產生較大的扭轉翹曲應力。到目前為止，關于波形鋼腹板箱梁扭轉剛度的計算還沒有明確的結論。通過對建成的該類橋梁的技術總結和研究，日本工程師上平等人提出了一種計算其抗扭剛度的方法(2)式中，Jt為抗扭剛度；Am為箱梁的橫截面面積；b1為箱體的寬度；h1為波形鋼腹板的高度；ns為鋼材和混凝土剪切模量的比值；t為構件的厚度；α為修正系數(3)實際設計當中，鑒于截面扭轉剛度和橫隔板布置有密切關系，在不過于增加主梁自重的前提下，適當增加橫隔板數量并調整間距可以有效的保證箱梁抗扭剛度。
2．3波形鋼腹板的應力計算
波形鋼腹板主要承受剪應力。在設計中可以偏保守地假定結構所有的剪應力都由波形鋼腹板承受，忽略混凝土頂板和底板對剪應力的抵抗作用，從而計算出波形鋼腹板所需的最小厚度。
波形鋼腹板不僅承受上述剪應力，同時也承受橫向彎曲所引起的彎曲應力，因此必須對波形鋼腹板的合成應力進行驗算，公式為(4)式中，σb為拉應力；σa為抗拉強度；τb為剪應力；τa抗剪強度；γ為安全系數，建議取值為1．2。
2．4波形鋼腹板的屈曲穩定性計算
波形鋼腹板的屈曲破壞主要有三種模式(如圖2所示)。
（1）局部屈曲模式
波形鋼腹板的某一個波段部分出現屈曲破壞的現象。局部屈曲強度的計算可按下式
(5)
式中，τcr?熏L為局部屈曲強度；E為鋼材的彈性模量；ν為鋼材的泊松比；b為腹板的高度；a為波段長；K為屈曲系數，有
(6)
（2）整體屈曲模式
波形鋼腹板整體出現屈曲破壞的現象。整體屈曲強度的計算可按照下式
(7)
式中，τcr?熏G為整體屈曲強度；β為波形鋼腹板兩端的固定度系數；E為鋼材的彈性模量；Iy為y軸的慣性矩；Ix為x軸的慣性矩，t為鋼板的厚度；b為腹板的高度。
（3）合成屈曲模式
波形鋼腹板同時出現局部屈曲破壞和整體屈曲破壞的現象，是處于局部屈曲和整體屈曲中間的屈曲模式。合成屈曲強度由下式計算
(8)式中，τcr為合成屈曲強度；τcr?熏L為局部屈曲強度；τcr?熏G為整體屈曲強度。
2．5波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接
模型實驗表明，在加載后期，除了底板橫向開裂外，波形鋼腹板與底板交界處沿縱向開裂，隨著裂縫的發展，結構剛度迅速降低，最終導致破壞，破壞特征為腹板和底板的連接部碎裂（如圖3所示）。波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接直接關系到結構的承載力，是設計此類橋梁中非常關鍵的環節。
對于連接部的設計，通常的做法是在波形鋼腹板的上下端焊接鋼制翼緣板，翼緣板上焊接剪力釘，使之與混凝土板結合在一起（圖4－a）。還可以采用在鋼腹板上鉆孔，穿過鋼筋，再在鋼板的上下端部焊接縱向約束鋼筋后埋入混凝土板的做法（圖4－b）。在此基礎上，還可衍生出其它的連接方法。
3工程實例
自1993年起，日本從法國引進了波形鋼腹板組合結構的技術，目前，日本大力鼓勵設計人員在主要高速公路中采用這種結構形式。
正在建設中的中野高架橋是日本關西地區阪神高速公路段的一部分，為采用波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁的四跨連續梁橋。全橋的立面布置見圖5。主梁為單箱單室的變高度箱梁，同時設置了體外和體內預應力體系。支點梁高4．0～4．6m，跨中梁高2．0～2．2m，梁高按照二次拋物線變化。波形鋼腹板采用抗拉強度490MPa、抗剪強度205MPa的耐腐蝕鋼板，波長1．2m，波高200mm，鋼板厚度9～19mm。為了提高主梁的橫向抗變形能力，除在支點和體外預應力的轉向處設置橫隔板，還在縱向的不同位置加設了橫隔板。主梁截面和波形鋼腹板的一般構造見圖6。
該橋的上部結構采用懸臂澆筑法施工，墩頂的0號節段長12m，在墩架上現澆。其余節段分別長3．6m和4．8m，均在掛籃上懸臂澆筑混凝土及拼裝鋼腹板。
4結語
鋼－混凝土組合結構橋梁的設計和建造在國內起步比較晚，尤其是本文介紹的波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁橋在國內尚無實橋。與此同時，法國、德國，尤其是日本相繼建設了數座此種類型的橋梁，設計和施工技術日益成熟。波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁，特別適合于中、大跨徑的連續梁橋。隨著國內對這種結構的研究分析工作的開展，波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁橋將會在我國的橋梁建設中得到應用。
參考文獻
〔1〕劉嵐，崔鐵萬編譯．本谷橋的設計與施工．國外橋梁，1999（3）：18－25
〔2〕劉磊，錢冬生．波形鋼腹板的受力行為．鐵道學報，2000（增）：53－56
〔3〕近藤昌泰?熏等．波形鋼腹板PC箱梁新開橋設計與施工．橋梁與基礎（日），1994（9）：13－20
【關鍵詞】建筑企業；鋼結構設計；地基結構設計；問題
1 前言
經濟和技術的快速發展帶動我國各行各業的發展，尤其是我國建筑企業的發展，取得了良好成果。建筑物不僅數量多，而且建筑的結構也多種多樣，對于建筑結構設計來講，是一個既系統又全面的工作，需要建筑企業的設計人員嚴格、認真按照要求去設計。但是，在實際建筑施工過程中，建筑結構設計還存在很多容易出現的問題，尤其是鋼結構設計和地基設計兩個方面，設計的好壞，直接影響到最后過程的質量，所以，這些問題需要引起建筑企業的高度認識。
2 建筑結構設計的基本原則
設計結構不僅要經濟適用，而且還要安全和美觀，有利于施工，這些都是建筑結構設計的最基本的原則。這幾方面最佳結合在一起才算是一個完美的建筑結構設計。通常情況下，要先進行建筑設計，其次是建筑結構設計，由此看來，建筑設計制約著建筑結構設計，而建筑結構設計又直接影響著建筑設計。建筑結構設計要滿足不同的建筑設計需求，同時也不能破壞建筑設計的要求和原則；把結構設計的能力范圍看作是建筑設計的最高限度，即建筑設計不能超出結構設計的能力范圍之外，要嚴格按照建筑結構設計的原則進行設計，結構設計直接決定著建筑設計能否很好的實現。
3 鋼結構設計過程中需要注意的問題
3.1 樓面結構設計
由于現在原材料的生產廠家數量越來越多，導致了建筑材料的性質和質量有著本質的不同，鋼結構房屋和混凝土結構房屋存在著很大的區別，例如：二者的溫度伸縮縫區段的長度不同。根據有關資料表面，建筑鋼結構房屋溫度伸縮縫區段長大約是120米，然而，混凝土結構房屋的溫度伸縮縫區的長度最長的也只有55米。鋼結構房屋使用混凝土做樓板時，為了最大限度的減少混凝土樓板開裂的現象出現，應該嚴格按照混凝土結構的設計要求留有一定溫度伸縮縫的距離。當采用其他減小混凝土收縮的有效措施時，才能適當的使溫度伸縮區段的長度變大。
有時，樓板也可以使用壓縮型鋼板組合，但是，一定要確保滿足設計結構要求的前提，在鋼梁上焊接栓釘，此外，它們之間還要采用一定的安全措施進一步協調混凝土和壓型鋼板之間共同作用。其安全措施包含：在鋼板上焊接橫向鋼筋、依靠鋼板上的縱向波槽或者壓痕、在鋼板上開一些小洞等。但是，就目前的發展技術來說，廠商生產的產品規格大不相同，我國縱向波槽、帶壓痕或者是開小洞的壓型鋼板不為多見。所以，在沒有使用以上的這兩種鋼板時，為了更好的保證混凝土和壓型鋼板連接效果較好，可以采用在壓型鋼板上直接焊接橫向鋼筋的措施來加以保護。不管使用何種保護措施，在壓型鋼板的端部都要焊接上栓釘。
3.2 正確選擇鋼材等級
鋼材用在鋼結構房屋的建設中，鋼材選擇要具有抗拉強度、屈服度、伸長率、磷碳等的合格保證。對于容易發生地震的地區所使用的鋼結構除上述的合格保證之外，根據國家的相關法律規定，還要求具備抗沖擊韌性的合格保證。國家頒布的《建筑抗震設計規范》規定了鋼材的抗拉強度實際測量值和屈服強度的實際測量值、伸長率的最大值以及可焊性等各種指標值，還規定了要將其寫在設計文件上，這樣保證了鋼結構具有足夠的的安全性能和塑性變形能力。
通常情況下，在鋼結構的受力構件選擇上要有充足的考慮，鋼材的質量等級為A不能保證沖擊韌性和延性性能，然而Q235A級鋼材在焊接時又不能保證焊接所需的碳量要求，因此，最好不使用鋼材質量等級為A的鋼材，而是要使用Q235B或者以上含碳量較多的鋼結構。
3.3 網架結構的計算
在實際的施工過程中，建筑設計師一般將網架和下部結構的使用分開計算。計算流程是先假設網架支座的剛度無窮大，并且認為所有的支座剛度都一樣，算出支座反力，再加算到鋼結構的下部結構上。事實上，下部鋼結構形式有時為梁，有時為柱，還可能會出現其它的形式。但是，下部鋼結構的剛度是有限的，可能會存在很大的差異。在假設條件下算出來的網架支座結構剛度和上下部結構剛度的結果與實際的建筑模型計算結果大不相同，導致這種結果出現的根本原因是網架結構內力和反力分配和鋼結構的剛度分布有一定的聯系，把網架和下部結構分開計算會使結果計算不準確、不合理。由于鋼結構網架是高次超靜定空間結構，鋼材是彈塑性材料，有些桿件會使超載達到上限，導致塑性內力分布不均勻，但是不會使桿件產生斷裂的現象，所以，出現工程事故只是少數。由此看來，網架結構和下部分開計算是錯誤的。
4 地面結構設計過程中應該注意的問題
4.1 基礎類型的設計
房屋的基礎設計要考慮多方面的影響因素，例如：水文和工程地質條件、荷載大小、建筑大小、功能要求、施工條件以及材料的選擇等多方面，綜合考慮這些影像因素條件后再選擇比較經濟合理的房屋基礎形式。
當基礎寬度較小時，砌體結構要首先要選擇剛性條形基礎好的，例如：四合土條形基礎、毛石混凝土條形基礎；當基礎寬度較大時，超過2.5米，則需要采用柔性基礎，例如：鋼筋混凝土擴展基礎。
對于地基差、沒有地下室、荷載又大，為了增強鋼結構的整體性能，可以選用十字交叉梁條形基礎。但是，當以上所提到的房屋基礎滿足地基基礎強度的要求，同時也不能用人工地基的方法，這時可以采用筏板基礎。
4.2 樁基進入地基持力層最小深度確定
使用較硬巖層作為樁端持力層。樁端在進入粘性土的持力層的深度，粉土不能小于2倍樁徑；如果是砂土或者是強風化軟質巖不能小于1.5倍樁徑；碎石不能超過1倍樁徑，而且要大于0.5倍的樁徑。
樁全斷面進入巖層的深度不能少于0.5米，樁端進入沒風化的硬質巖，嵌巖深度可以減少，但是不能小于0.2米。
施工場地存在液化土層時，樁身要穿過液化土層進入液化土層一下更穩定的土層，并且進入的深度要合理，對于碎石土、堅硬粘性土的深度不應小于0.5米，非巖石土層不小于1.5米。
由于季節性溫度的影響，施工場地出現季節性凍土或者膨脹土層時，樁身進入土層要通過抗拔穩定性驗算加以計算得出，深度不小于4倍樁徑。
建筑結構多種多樣，所以，樁的種類也很多，例如：預制樁、人工挖孔樁、鋼樁等。在實際的建筑施工結構設計還要根據建筑物的使用功能和要求、地質條件、結構類型荷載承受能力、周圍影響因素等多個方面來綜合考慮。
4.3 后澆帶的設計
后澆帶的設計主要是為了解決施工過程中混凝土的自收縮現象。受溫度的影響，使得結構應力集中不會產生任何效果，而且也不能代替伸縮縫。后澆帶的鋼筋要連續，通常不能斷開。有特殊要求時，不能留后澆帶。但是，在結構設計圖上要用圖示表示基礎后澆帶的斷面圖。
【關鍵詞】鋼筋混凝土；地下室；結構設計；問題及對策
前 言
近年來，隨著現代化城市建設進程的不斷推進，城市中的鋼筋混凝土物數量越來越多，其建筑高度也越來越高，鋼筋混凝土中所對應的地下室及地下車庫也隨之增加，其對地下空間的使用需求也有所提高。對此，需要對鋼筋混凝土地下室的結構進行合理的設計，只有這樣才能將地下空間的作用充分發揮出來。
1 鋼筋混凝土地下室結構設計中存在的問題
鋼筋混凝土地下室結構工程廣泛的涉及到各個專業，專業知識結構也相對比較復雜。在地下室結構設計中，不僅要考慮人防的需要、防火功能、使用功能，也要考慮采光、通風、攤水以及管道等其他專業之間的彼此配合聯系。但是從最近的大部分鋼筋混凝土地下室結構設計來看，還存在許多不合理的地方，這對地下空間作用的充分發揮產生了一定的制約。在當前的鋼筋混凝土地下室結構設計中存在的問題主要表現在：
（1）外墻的結構設計。
（2）鋼筋混凝土地下室結構的荷載設計。
（3）底板設計。
（4）地下室抗滲、抗浮設計。
（5）保護層及墊層厚度設計。
2 鋼筋混凝土地下室結構設計中存在的問題分析及對策
2.1 外墻在鋼筋混凝土地下室結構設計的過程中，如果要計算外墻結構，首先需要對彎矩幅度進行調整并以鋼筋混凝土地下室底部結構作為外墻的嵌固端，同時還要考慮外墻的荷載分項系數。如果地下高度較大，需要進行多層建設時，還應按照多跨連續計算，保證地下室外墻底部的彎矩與其相鄰底板的彎矩值相同。另外，當以底板作為外墻嵌固端時，對底板的抗彎能力要求較高，且需要大于外墻的抗彎能力。在地面結構物樓板支撐的部位，如樓梯口等位置，需要根據實際需要計算結構模型以及實際配筋量，保證地面結構的穩定性。如果地下室有與外墻相鄰的車道并且車道底板處于外墻中部時，需要考慮車道底板集中應力對外墻結構穩定性的影響并采取相應的措施來進行處理。上述情況中，由于外墻的支撐條件不同，因此，需要結合實際計算和設計外墻的結構及相關參數。另外，當各部位頂板的標高處于不同水平時，還應該采取措施對外墻上方支座水平方向應力的傳遞進行處理，以保證外墻頂部各個部位的受力均衡。在計算地下室外墻結構的配筋量時，除垂直于外墻方向且以鋼筋混凝土內隔墻進行連接的外墻板塊以及扶壁柱截面面積較大的外墻板塊外，之間的外墻板塊的配筋量需要以雙向板配筋量的計算標準進行計算，其余的外墻結構配筋量均按照豎向單向板配筋量計算標準進行計算。當外墻扶壁柱的豎向荷載比較小時，需要適當的加強其內外側主筋，并且水平筋的調整需要以外墻扶壁柱的截面面積作為依據。另外，外墻水平筋必須滿足最小配筋率要求，以保證特殊情況下外墻結構的穩定性。
2.2 荷載計算鋼筋混凝土地下室結構的荷載壓力較大，在進行其荷載需求設計時，需要從人防工程、建筑自重、土體壓力及水體壓力等多方面綜合考慮地下室荷載總量及分布情況。地下室設計相關規范中對地下室各個部位的荷載值給出了具體要求，在進行地下室結構設計的過程中，可以結合建筑的實際使用需要對地下室的荷載能力進行設計。
（1）地下室頂板能達到承受核爆動荷載標準值的要求；
（2）在地下室外墻的荷載設計時，頂板向下傳遞荷載的標準值以及建筑物和外墻各自的自重標準值的組合情況是必須要考慮的；
（3）在地下室的內承重墻設計時，應該考慮頂板向下內承重墻自重標準值、建筑物自重標準值及傳遞的荷載的組合情況，在選擇頂板傳遞荷載時，要將核爆動荷載標準值與正常活動荷載標準值進行對比，選擇較大的荷載值；
（4）地下室的底板需要考慮到建筑物地上空間及地下空間的整體荷載。在進行地下室荷載組合設計的過程中，難點在于計算地下室在承受核爆動荷載的情況下需要承受的靜荷載標準值。
2.3 底 板底板的設計除了需要考慮荷載問題外，還要考慮抗滲、防水方面的要求。這也對地下室底板的厚度及配筋量提出了一定的要求，其厚度應在 50cm 左右，配筋率保持在 0.25%左右。除此之外，梁的設置應該以地下室底板的實際標高變化情況為依據，底板厚度應該小于梁的寬度，并且還應該考慮底板支座彎矩傳遞，同時將適量的抗扭鋼筋加入到梁中。如果地下室底板為樁箱、樁筏基礎，則還應該考慮沖切、剪切、彎拉等方面的應力。
2.4 抗浮、抗滲及控制措施一般情況下，如果施工地區的地下水位比較高，在設計地下室結構的過程中，應該認真計算地下室以及地面樓層層數比較少時的抗浮能力。當基礎是樁基礎時，還需要仔細計算樁的抗拔能力。按照鋼筋混凝土地下室結構設計的相關規范，在進行地下室結構抗浮能力的計算時，其荷載分項系數的取值應為0.9。在進行強度計算時，其荷載分項系數的取值應為 1.0，并以地下水位的高度及變化的頻率和幅度為基礎進行計算，在實際工程計算中應該以計算結果的極限值進行取值。另外，如果對施工過程及洪水期不夠重視，就有可能會因為地下室結構的抗浮能力達不到要求而受到破壞。在實際工程中，一些較大的地下室上方可能會同時存在多棟獨立的建筑，這時，就有部分區域上方屬于空曠，在這種情況下，地下室頂板各部位受到的荷載差異較大，其抗浮能力也會產生較大差異，因此，需要對各部位的荷載情況及抗浮能力進行單獨計算。在地下室結構設計的過程中，抗滲能力的計算也是十分重要的。目前的地下室結構基本上屬于鋼筋混凝土結構，而由于鋼筋混凝土本身的特性，其結構中往往會存在較多的孔隙和裂縫，其自身的抗滲能力較差，因此，為了達到設計中的抗滲要求，通常可以采取以下措施對鋼筋混凝土結構進行處理：
（1）補償收縮混凝土。在混凝土的配置過程中，通過加入各種膨脹劑，能夠使混凝土硬化過程中的收縮比例降低，降低混凝土收縮裂縫產生的幾率。
（2）膨脹帶。膨脹劑對混凝土體積的變化影響較小，因此，在很多情況下難以滿足混凝土體積膨脹要求，這時可以通過增加膨脹帶的方式實現混凝土無縫施工。
（3）后澆帶。后澆帶的設置能夠使混凝土早期短時間釋放約束力，相對于混凝土的自然收縮能夠有效降低混凝土的收縮裂縫發生幾率。
（4）提高混凝土的抗拉能力。在設計混凝土結構的過程中，應該添加一定量的高強度鋼筋，從而提高混凝土結構使用中的抗變形能力。
（5）除了上述措施外，在混凝土結構施工后期階段及投入使用后還應加強對混凝土的養護工作。
2.5 保護層和墊層厚度根據《地下工程防水技術規范》中的相關要求，在進行地下工程施工的過程中，其底板墊層結構的混凝土強度應在 C15 以上，厚度在 100mm以上，如果施工區域土體為軟弱土層，應適量增加底板墊層厚度，最低應保持在150mm 以上。如果需要滿足防水要求，其厚度應在 250mm 以上，以此滿足底板的基本防水要求，這樣才能達到最基本的防水要求。
《鋼結構設計原理》網絡資源平臺構建
1網絡平臺構建原則《鋼結構設計原理》課程是江蘇科技大學建設精品課程，具有統一的網絡平臺。本課程在學校統一的網絡平臺下，以學生為中心，以激發興趣導向，遵循科學性、系統性、可擴充性、兼容性、綜合實用性、及時反饋性原則，構建適合于網絡環境下自主學習的資源平臺，配合課堂教學，激發和增強學生學習興趣，增強學生自信心，引導知識關聯和培養學生良好的自主學習習慣。
2網絡平臺構成《鋼結構設計原理》課程網絡資源平臺包括基本知識模塊、拓展性學習模塊和互動學習模塊，構成如圖1所示。
2.1基本知識模塊本模塊包括課堂教學課件與教案、教學大綱、習題、討論題、課堂教學錄像等，目的是配合課堂教學，幫助學生課后及時消化、鞏固課堂上所學知識。課件包含課堂教學每一章節，可在線閱讀；教案內容為每一章的教學目的、重點及難點、主要教學方法和教學手段及學時分配等；習題、思考題內容涵蓋了教學大綱中絕大多數知識點；課程設計包含了鋼平臺、桁架及框架、吊車梁課程設計任務書、指導書、參考范例及參考圖紙；課堂教學錄像包括任課教師典型課堂教學錄像、實驗錄像及典型工程錄像等。
2.2拓展性學習模塊本模塊包括網絡資源、在線圖書、研究性學習、拓展性學習資料的內容，目的是拓展學生知識深度及廣度，增加對鋼結構的感性認識、培養實踐能力。網絡資源涵蓋了國內大多數鋼結構相關專業網站，主要有鋼結構專業論壇網站、專業協會網站及國內高校鋼結構精品課程網等，這些網站各具特色，可提供各類鋼結構資料，如規范、圖集、工程實例、圖紙、課件等下載服務；在線圖書是公開出版的經典教材電子版；拓展性學習資料有常用規范、設計手冊、圖集及動畫等，其中動畫資源涉及構件的組成、結構組裝過程、典型鋼結構介紹及構件、節點破壞過程等；研究性學習重點列舉國內典型鋼結構在各種工況下的破壞實例，要求會判斷分析破壞原因及在設計及施工過程中如何避免這些破壞現象發生。
2.3互動學習模塊本模塊包括在線測試、互動交流、作業、論文在線提交等內容。在線測試是從網絡平臺題庫中隨機抽取若干套試題，要求學生在在線狀態下在規定時間內解答并提交，目的是檢查學生對所學知識的掌握情況；互動交流為師生提供溝通渠道；論文及作業可在線提交。
網絡資源平臺環境下自主學習流程
《鋼結構設計原理》網絡資源采用隨機進入式自主學習設計方法，學習流程如圖2所示。
1基本知識學習本模塊采用開放式模式，任何人都可進入網站隨機訪問。學生利用本模塊復習課堂知識，預習后續內容。通過在線瀏覽課件回顧課堂教學內容，深入理解課本知識理論；通過思考題及一定量的習題練習強化掌握所學知識；通過參閱課程設計資料，掌握典型構件課程設計的全過程。
2拓展性學習本模塊采用開放式模式，學生通過網絡資源鏈接訪問相關專業網站，了解當前鋼結構行業動態，下載所需各種專業資料，同時可通過論壇與全國各地同行進行交流討論，解決學習過程中乃至今后工作中遇到的各種專業技術問題；通過在線瀏覽圖書參閱多種版本教材；通過研究性學習資料重點分析鋼結構工程典型事故，分析其破壞機理，利用所掌握的理論知識如何避免其發生；通過拓展性學習資料在線觀看動畫，直觀認識構件構成，典型結構安裝過程，感性認識各種構件破壞過程。
3互動學習本模塊配合任課學期課程教學，只有指定班級學生才可進入學習。學生登陸進入班級，通過在線考試提交，而后由教師評閱，評閱完成后學生可查閱到參考答案，了解知識掌握情況，尋找薄弱點；通過互動交流，教師可信息，學生可發表各種話題，討論學習情況，也可提問，教師或其他學生參與回答、討論等互動活動。
為督促學生自覺利用網絡資源自主學習，每位學生自登陸進入網站便開始計時，教師可以及時掌握每個學生的在線學習時間，同時通過學生積極發言、交流討論情況，及通過在線測試方式對每一位學生自主學習情況給出合理評價，同時讓學生提出的問題及學習效果能夠得到及時的反饋。
網絡資源的應用
《鋼結構設計原理》網絡資源平臺在建設之初便配合課堂教學投入使用，在任課教師及連續兩屆10個教學班級300多土木工程專業學生的使用過程中提出了許多寶貴的意見，匯集這些意見及建議，經過不斷的修改、補充，網絡資源平臺已日趨完善。通過對學生在網絡資源使用情況進行問卷調查表明：在“網絡資源的主體結構是否清晰、導航是否靈活、交互界面是否友好”、“網絡資源是否完整涵蓋了教學目標所涉及的全部內容，且內容豐富、結構合理、實用性強”、“網絡資源是否體現學科前沿知識”、“網絡資源中提供的音視頻、圖片、動畫等媒體對學習是否有幫助”“、網絡資源對理解課程內容是否有很大幫助”、“練習、模擬試題對學習和考試是否有幫助”“、網絡資源是否有利于鋼結構專業知識的拓展”、“網上提供的多種教學資源是否已經滿足了你個性化的學習需要”“、多種導學方式是否有利于你自主學習能力的培養”、“在學習上遇到困難時，是否能及時得到教師和同學的有效幫助”等調查內容的滿意率均在90%以上。
與中國的GB 50017―2003《鋼結構設計規范》相比，BS EN199311： 2005等歐洲鋼結構設計規范對構件的驗算過程要復雜得多.針對國內設計單位近年來所承擔的涉外項目激增的現狀，研發基于歐洲鋼結構規范的設計軟件EuroSD.該軟件應用Object ARX技術對AutoCAD進行二次開發，相對于目前國內常用的國外設計軟件，其前處理建模更靈活.EuroSD提供多種內力分析方式，實現歐洲鋼結構規范中的第1～4等級截面的驗算，并能按照有效截面進行抗剪強度驗算，最后提供詳細的構件驗算計算書.
關鍵詞：
鋼結構設計； 歐洲規范； 系統設計； 截面等級； 有效截面； Object ARX
中圖分類號： TU391
文獻標志碼： B
0 引 言
20世紀70年代，歐盟國家為消除貿易過程中的技術壁壘并且協調各成員國的技術規范，歐洲共同體委員會開始編制一套建筑設計技術規范，即歐洲規范Euro Code，并于20世紀90年代頒布歐洲標準試行規范.21世紀初，歐洲共同體委員會正式推出歐盟國家級標準――歐洲規范EN.執行歐洲標準的國家包括英國、德國、法國、意大利、西班牙、瑞士、奧地利、比利時、丹麥、芬蘭、希臘、冰島、愛爾蘭、盧森堡、荷蘭、挪威、葡萄牙和瑞典等歐洲各國.[12]
我國與世界各國的商業交往日益密切，涉外工程建設合作項目呈增長趨勢，國內很多工程建設企業開始在世界舞臺上展現我國的設計能力和施工技術.當我國設計人員承擔歐洲地區的建設工程項目時，不得不應用國外軟件，以符合歐洲規范的設計規定.國內設計人員常用的國外設計軟件包括美國CSI公司的SAP 2000和Etabs，美國REI公司的STAAD.Pro，韓國的Midas等.[3]這幾種軟件均不是歐洲規范應用國開發的，所以各軟件對于歐洲標準的理解呈現仁者見仁的現象.另外，這些軟件的研發核心團隊均在國外，一旦軟件在使用過程中出現漏洞，問題的反饋渠道少、軟件更新速度慢.因此，開發基于國外規范的鋼結構設計軟件是非常必要和急需的.[4]
1 軟件系統介紹
隨著鋼Y構產業規模的擴大和建筑造型復雜性的提高，設計軟件已經成為結構工程師進行設計必不可少的工具.國內許多工程師選擇采用3D3S軟件，該軟件直接對CAD進行二次開發，適用于空間鋼結構[57]，但是該軟件至V12.1版本為止仍沒有實現基于歐洲鋼結構規范的設計.針對目前市場上基于歐洲規范的設計軟件稀缺的現狀，研發基于歐洲規范的鋼結構設計軟件EuroSD.
EuroSD對AutoCAD平臺進行二次開發，是一款三維結構設計軟件，其主要功能包括：各種特種鋼結構體系三維建模、內力分析、設計驗算以及驗算結果顯示與查詢.根據軟件功能需求，將軟件分為4個系統：前處理系統、內力分析系統、設計驗算系統和后處理系統，4個系統的數據流向見圖1.
EuroSD的前處理系統和后處理系統應用Object ARX技術，生成若干ARX工程項目.前處理系統提供用戶包括網架、桁架、框架在內的多種常用結構快鍵建模功能.EuroSD模型直接在AutoCAD三維平臺上生成，用戶也可根據結構的需要，在AutoCAD界面任意添加、修改或刪除局部模型.后處理系統主要用于展示結構的內力分析和設計驗算結果，結構展示方式包括結構表格、查詢對話框以及AutoCAD圖形展示等.
內力分析系統和設計驗算系統采用VC++語言進行編程，生成若干動態數據庫項目dll.內力分析系統包括結構靜力分析算法、動力分析算法、非線性算法等.設計驗算系統將所有支持的規范標準按標準之間的相關性抽象為具有多層繼承派生關系的規范類群.內力分析系統和設計驗算系統中的算法均經過封裝，2個系統提供數據交互dll，外部可以通過接口獲取分析及設計的結果，但不能干涉其內部算法.
內力分析系統和設計驗算系統的框架設計方式可提高系統的數據安全性，并增加產品開發的靈活性，其只需對接口dll中的數據交互接口進行重載，即可將這2個核心系統應用到其他平臺上.
2 設計驗算系統的設計
2.1 項目設計
EuroSD軟件的研發重點在于設計驗算系統的設計和編寫.設計驗算系統包括3個主要項目：（1）將用戶數據輸入項目ARX中，有若干與鋼結構規范相關的設計參數設置對話框會引導用戶輸入規范相關的數據；（2）驗算核心項目dll，主要完成結構設計驗算；（3）數據交互項目dll，對驗算結果進行存儲，并提供后處理獲取數據的接口.
2.2 驗算核心項目介紹
驗算核心項目中包含3個主要類和4個類體系，其關系見圖2.
為增加系統的后期可擴展性，對構件類體系、規范類體系、截面類體系和材料類體系根據規范分類設計相同的繼承關系，見圖3.
通過繼承關系，構件驗算核心編碼可靈活添加不同國家、不同結構類型、不同材料類型的規范代碼.通過分析規范條文之間的異同，對基類進行抽象；通過重載子類驗算函數，實現各規范的設計驗算功能.每個類體系的作用如下.
（1）模型類：組合節點類CNode，構件類CUnit，材料類CMat和規范類CCode的鏈表，存儲整個結構的信息.
（2）載荷類：存儲載荷信息、載荷組合信息和載荷效應信息（反力、內力、位移、撓度等）.
（3）材料類：記錄鋼材牌號、設計強度和彈性模量等材料信息.
（4）節點類：記錄節點坐標、支座情況等信息.
（5）構件類體系：存儲2部分信息.一部分是構件的輸入信息，包括幾何信息和設計信息，比如節點編號、端部約束釋放、構件材料對象指針、構件設計采用的規范列表的序號以及相應規范的各種設計參數等；另一部分是當前驗算組合的驗算結果.
（6）截面類體系：存儲截面的幾何信息以及設計驗算需要用到的截面設計參數，比如截面面積、截面慣性矩等.
（7）規范類體系：規范類中的數據均為臨時存儲.主調程序會將當前組合和需要驗算的構件傳入規范類中，并對規范類對象進行初始化操作.規范類主要實現根據規范條文對構件進行設計驗算的功能，最后將驗算結果返回到構件類中.
3 歐洲鋼結構規范的實現
與中國GB 50017―2003《鋼結構設計規范》相比，歐洲規范在對構件進行設計驗算時有諸多不同之處.
GB 50017―2003的驗算項目包括：（1）對所有構件按凈截面驗算強度；（2）對所有構件按毛截面驗算抗剪強度；（3）對軸壓、壓彎、拉彎構件按毛截面驗算穩定；（4）對截面中的受壓板件控制寬厚比.
歐洲規范的驗算項目包括：（1）對軸拉構件驗算凈截面抗拉強度和毛截面極限抗拉強度；（2）對于軸壓、壓彎、拉彎構件的強度和穩定驗算，根據受壓板件的寬厚比，將截面分為4級，并對應不同的驗算公式（第1和2級截面采用截面的塑性特性驗算強度和穩定，第3級截面采用截面的彈性特性驗算強度和穩定，第4級截面采用截面的有效截面特性驗算強度和穩定）；（3）對于受剪、壓彎、拉彎構件進行抗剪強度驗算，根據腹板的寬厚比分別采用毛截面特性驗算或有效截面驗算.[810]
綜上所屬，GB 50017―2003的驗算公式統一，而歐洲規范的驗算公式根據不同的截面等級采用不同的驗算公式.
根據歐洲規范的設計要求，EuroSD的構件設計分為5個主要部分：（1）截面等級判斷；（2）有效截面特性計算；（3）截面強度驗算；（4）截面抗剪強度驗算；（5）構件穩定驗算.其中，截面等級的判斷和有效截面特性的計算是最復雜的部分，而構件強度、穩定的驗算只需按照BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007的相關公式逐一實現即可，在此不作贅述.歐洲規范的構件驗算涉及到3本規范，具體見表1.
3.1 截面等級判斷
截面等級判斷是歐洲規范的核心，其作用主要有3個：（1）BS EN 19931：2005的第5.6節指出只有結中擁有第1級截面的構件可以在進行塑性整體分析時考慮塑性鉸的出現；（2）截面等級判斷完成才能選用適當的公式對構件進行驗算；（3）因為第4級截面直接采用有效截面進行構件驗算，故BS EN 1993不再控制截面中板件的寬厚比.
為確定截面等級，程序首先將計算截面的塑性應力分布和彈性應力分布情況[8]；接著將截面拆分為若干板件，并根據BS EN 199311：2005表5.2依次判斷板件的等級；最后根據BS EN 199311：2005第5.5.2條確定截面分類，判斷原則為截面等級取所有受壓板件的最高等級.BS EN 199311：2005第5.5.2條第（9）～（11）款還給出判定等級的例外情況，這些例外情況在軟件中全部實現.
3.2 有效截面特性計算
有效截面特性計算的內容包括：（1）截面的有效面積；（2）截面的有效慣性矩；（3）截面新的形心以及相對原形心的偏心；（4）由軸力引起的板件局部失效所產生的附加彎矩.每個截面特性對應的內力不同，見表2.需要說明的是：在計算有效截面時只需要計算第4等級截面中的第4等級板件的有效寬度.
4 軟件應用
EuroSD的快捷建模方式非常多，全部實現可視化和參數化建模方式，以網架為例，建模對話框見圖4.
建模完成后，對結構進行截面、鋼材等級、荷載、支座等設計信息進行設置，即可進行結構內力分析.內力分析結果的查看方式也包括對話框方式和圖形展示方式，見圖5.
根據歐洲規范的設計需要，EuroSD提供大量可修改的規范參數，見圖6.
驗算完成后，EuroSD提供結果查詢對話框和構件驗算計算書2種構件驗算查詢方式，分別見圖7和8.
通過結果查詢對話框，用戶可以對構件各項驗算項的結果一目了然，并可查得哪些組合起到設計控制作用.若計算過程中對內力進行設計調整，此處顯示的設計內力為經過調整后的值.完整的構
件驗算計算書中詳細列出結構的計算條件，主要驗算項給出具體的計算公式和主要的計算參數，讓用戶清晰了解軟件的計算過程.
5 結 論
介紹基于歐洲規范研發的鋼結構設計軟件EuroSD，其在建模方面采用Object ARX技術在AutoCAD界面進行二次開發，實現結構直接在三維狀態下的可視化建模，可適用于復雜結構的設計.軟件提供豐富的快捷建模方式，實現常用結構形式的參數化建模.
與國內市場常用的其他結構設計軟件相比，EuroSD嚴格按照歐洲鋼結構規范BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007
進行構件驗算，并且提供詳細的設計計算書，可提高設計效率.
EuroSD的驗算核心工程采用dll項目，其接口
的設計與軟件平臺的耦合度低，可方便遷移到其他平臺.EuroSD設計的類體系根據規范分類設計類的繼承關系，不僅適用于歐洲規范，也可以拓展補充其他國家的鋼結構設計規范，甚至是混凝土結構設計規范.所以，EuroSD的驗算核心代碼擁有高度的可擴展性和應用靈活性.
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[8] Eurocode 3： Design of Steel structures： Part 11： General rules and rules for buildings： EN199311： 2005[S].
關鍵詞：建筑鋼結構；設計現狀；問題研究
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A
一、建筑鋼結構的意義
通過將鋼板、熱軋型鋼材進行加工，便構成建筑鋼結構的基本骨架。相較于傳統的磚混結構，具有更高的強度與韌性，并且鋼結構內部組織較為均勻，制造加工難度較低。得益于建筑鋼結構的眾多優勢，使其在橋梁建設、民用建筑、工業廠房建設中得到了極為廣泛的應用。建筑鋼結構一定程度上促進了建筑節能領域的發展，鋼結構在使用過程中，具有良好的環保性，實現了我國可持續性發展戰略目標的達成。
二、建筑鋼結構設計問題癥結
1、主要問題特征
（1）我國設計院工作繁重，人力資源無法滿足社會市場的需求，由于鋼結構設計對人才技術的要求是很高的，因此在相應人力成本方面費用較高，并且鋼結構設計項目是一個既費時又費力而且還沒有像別的項目的高回報支持；所以大部分設計院是不愿意承接鋼結構設計任務的，其余的一些設計公司或者缺乏鋼結構的設計經驗，或者在先進理念上有所欠缺。
（2）項目出來之后，經過專家審查組審查后發現，所謂的設計方案、計算模型、抗震理念均存在大量問題。層層轉包的另一表現為借用“資質”或者叫“買圖標”，在一些既無資質又無實力的單位拿到工程后，只能去購買他人的設計，但又不懂設計的原理要求，只能摸著過河，導致施工項目時常出現問題。我國眼前的設計市場沒有形成有效的市場秩序，國家層面缺乏對設計質量方面的法制管理，同時也缺乏嚴格的檢查和監督。
所以，這些年來頻繁出現了“樓歪歪”、“樓倒倒”、“樓爬坡”。我們業內同行是不是應該深思其中的內在原因呢，如何去避免類似的事情再度發生。
三、“設計規范”不能滿足當前設計的需要
我們國家于2000年頒布了行業標準《高層建筑結構用鋼板》（YB4104-2000），這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優質厚鋼板有著良好的綜合性能，對于低厚板效應、良好的延性和沖擊韌性、焊接性能和抗撕裂性能，能滿足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要。新的國標《建筑結構用鋼板》（GB/T19879-2005）新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個強度級別的鋼板，已在重大工程中得到應用。當前的“鋼結構設計規范”都一直未對上述鋼材新標準變化做出積極的反應，也為提出任何修改補充條文；致使設計與鋼材新產品間的矛盾日益突出，許多設計人員不敢采用新品種鋼材，為此建議立即著手修訂有關規范以滿足設計急需。
1、設計市場混亂
具有設計資質的設計院將自己獲取的項目（因為人員不夠、時間趕不及等等因素）轉包一部分出去，而接受的設計公司有些是根本沒有設計資質的臨時組建的業務人員，這樣設計的項目方案，不能說完全是沒用的，但至少沒有經過完全的市場檢驗的產品，其次品率以及危險系數還是很高的，從而導致了很多的工程項目質量下降、工期延遲。
還有不少設計單位，本身的鋼結構的設計水平就比較低，并且承擔工程的設計者大多為剛畢業不久的博士，不僅缺乏實踐經驗，更是缺乏鋼結構的設計知識，只知道照搬規范章程、緊套程序，然而對關鍵技術不進行研究，更談不上有哪方面的創新了。自己都對自己所設計的成果沒有全局的把握，只是設計到哪里算是哪里，拼接式的圖紙設計，很多細節就會忽略，更有甚者是有些布置圖只是一個簡單的單線條圖，對于關鍵的“節點設計”不分什么主次，不分特性，隨意選擇“全焊接節點”或“全鑄鋼節點”，都未曾考慮過這種節點是否安全、構造是否合理、是否能制作出來心中一概無底，將應該設計的“節點構造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業，設計院只是在初步設計時候參與，到后期便交由加工廠處理了，然而加工廠有些設備室是沒有的，比如缺乏計算軟件，他就得將施工圖任務轉包出去，由于這些分包單位缺乏專業配套知識，對設計總體要求不明確，往往所做出的圖紙不符合原設計要求，存在嚴重的質量隱患。
2、鋼結構加工廠與設計院脫節
加工廠是在市場當中運行的，它就會優先考慮自身的成本問題，盲目的優化鋼結構，嚴重破壞了原有的設計，結果造成工程質量事故頻發。例如前年的某工程，優化后造成桿件太小，致使施工過程中支撐不住上面的架構，導致數百個桿件失穩，出現了悲慘的施工事故。這樣不僅給國家和人民財產造成重大損失，也給施工人員帶來嚴重的人身安全威脅。然而，現如今的現狀是，國家雖然明文規定了“施工圖設計”由設計院完成，施工圖設計必須滿足設計深度的要求，但是又有多少設計院是按照這個規定章程辦事的呢，上有政策下有對策，反正是不會讓國家層面查到，就算是成功了，完全背離了設計師設計的初衷。
四、建筑鋼結構設計理念思維要結合實際
1、因時制宜、因地制宜
不是外國的設計方案就一定好，不能照搬到我們的設計和施工方案中。我們一定要因地制宜、因時制宜，選取最合適的設計方案，深入實地考察，得出具體的實地數據，才能實事求是的設計出科學的方案。
有些外國設計專家根本就沒來過中國，他們只是在實驗室模擬一下，甚至有些是在網上查找的陳舊資料，就沒有考慮到我們設計地質的實情，比如我們的奧運會主會場“鳥巢”，它采用了先進的鋼結構屋蓋和砼看全脫開方案，將幾萬噸的巨大鋼桁架所產生的地震荷載由鋼結構柱完全傳至柱底，但是數千噸的巨大柱底水平力由看臺基礎脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結果導致了用鋼量達到五萬噸，相當同類體育場用鋼量的四倍，在抗地震設計理念當中，這是極不合理極其失敗的方案，可是我們還是選擇了老外的方案，國內專家提出的將數萬噸的鋼結構產生的地震力傳給砼看臺的方案，本可以減少大量的鋼材。在保持原建筑風貌不變的情況下，可使笨重龐大的鋼結構減少鋼材用量兩萬多噸。
2、結合實際，實地考察
很多設計人員忙于研究理論成果，著述論文，將自己埋在實驗室，根本不會出去實地考察，設計出來的方案也是在實驗室模擬的，自己滿意了，缺忽視了大眾的需求，沒有實地考察，更不談民意的調查，可是大型的項目建設不一定就是設計方案合理，能否施工都是一個未知的。普遍的是使得施工人員心中沒底，更有的是會給施工帶來極大困難，要是造價高昂會拖垮原先的預算就吃緊的投資公司企業。
3、合理設計
設計人員要么再設計當中過于保守，使得很多建筑建了沒幾年又得拆了重建，要么就過分先進，不考慮科技所能達到的現實，根本在后期無法施工，要么施工出來了，極可能是一座岌岌可危的建筑。所以，在我們看來，重要性系數取值任意加大，桿件“應力比”取值太低；焊縫等級不分區別一律取一級全熔透焊縫；鋼材等級不分使用條件和部位也一律取c級或d級；鋼材強度級別不管是否必要隨意采用高強度420Mpa、490Mpa鋼材。更有設計人員之間不考慮現實費用要求，以為花的是國家的錢，又不是設計院的錢，工程投資加大反而會增加設計費，設計院得到好處反而不承擔任何因工程浪費而造成的法律責任，這種錯誤的設計思想不僅在毒害整個設計市場，更是會讓整個設計院在市場上的份額越來越小，最終退出競爭序列。
【關鍵詞】鳥巢體育館；結構設計；奧運會
0.前言
2008年奧運會的舉辦，讓全世界的人民看到了中國的文明和風采，都為中國的發展和經濟面貌所震撼，當中就包括鳥巢體育館。國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為北京奧運會的主體育場。國家體育場的設計理念有利于發展奧林匹克精神、弘揚中華傳統文化。好多讀者對國家鳥巢體育館充滿了好奇，本研究就為讀者揭開鳥巢體育館的神秘面紗。
1.鳥巢體育館的簡單介紹
國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為2008年北京奧運會的主體育場。工程總占地面積21公頃，場內觀眾坐席約為91000個。舉行了奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后成為北京市民參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業場所，并成為地標性的體育建筑和奧運遺產。體育場的形態如同孕育生命的“巢”和搖籃，寄托著人類對未來的希望。設計者們把結構暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀。整個體育場結構的組件相互支撐，形成網格狀的構架，外觀看上去就仿若樹枝織成的鳥巢，其灰色礦質般的鋼網以透明的膜材料覆蓋，其中包含著一個土紅色的碗狀體育場看臺。在這里，中國傳統文化中鏤空的手法、陶瓷的紋路、紅色的燦爛與熱烈，與現代最先進的鋼結構設計完美地相融在一起，它如同巨大的容器。國家體育場坐落于奧林匹克公園建筑群的中央位置，地勢略微隆起。高低起伏的波動的基座緩和了容器的體量，而且給了它戲劇化的弧形外觀。匯聚成網格狀―就如同一個由樹枝編織成的鳥巢。在滿足奧運會體育場所有的功能和技術要求的同時，設計上并沒有被那些類同的過于強調建筑技術化的大跨度結構和數碼屏幕所主宰。體育場的空間效果新穎激進，但又簡潔古樸，從而為2008年奧運會創造了獨一無二而又史無前例的地標性建筑。2014年4月中國當代十大建筑評審委員會從中國1000多座地標建筑中，綜合年代、規模、藝術性和影響力四項指標，初評出二十個建筑。北京鳥巢――國家體育場為初評入圍建筑之一。
2.鳥巢體育館的結構設計
2.1鳥巢體育館結構設計概況
支承體育場看臺的放射狀混凝土框架結構與環繞它們并形成主屋蓋的空間鋼結構完全分離。空間鋼結構由一系列門式桁架圍繞著體育場內部碗狀座席區旋轉而成，結構組件相互支撐，形成網格狀構架，組成體育場整體的“鳥巢”造型。所有的鋼結構構件自然在外，不加幕墻或其他外墻的粉飾，形成建筑物獨有的外觀特點。工程標高為45.50m，屋面呈雙曲面馬鞍型，東西跨度結構相對標高為66.87米，南北跨度結構相對標高為40.01米。屋蓋主結構為箱型截面，上弦桿和下弦桿構件邊長1.5米，上下弦桿之間為邊長0.75米的箱型豎腹桿與斜腹桿交錯編織，屋蓋矢高為12.00米。屋蓋豎向由24根鋼格構柱支撐，每根鋼格構柱由3根箱型截面邊長1.5米的鋼柱組成，使荷載通過它傳遞至基礎。可開啟屋蓋由兩個部分組成開啟和關閉系統，矢高為7.50米，結構形式基本同主屋蓋，沿著屋蓋頂部的軌道運動來實現開啟或關閉。鋼結構上弦構架底部之間用透明的ETFE氣墊膜來填充，既保證屋蓋的防水要求，又保證體育場透射充足的陽光；下弦下部用半透光的、可開啟的ETFE氣墊膜，保證體育場內達到漫光散射的溫和光照效果和改善紫外線的照射強度。工程設計有諸多亮點：鋼結構外側無裝飾結構，構件交叉編織即組成建筑外造型。屋面設置大跨度可開啟屋蓋。屋蓋采用ETFE充氣膜結構。主體構件均為大截面箱型結構，桿件相交節點復雜，一個節點在三維空間匯交多根桿件。為營造“鳥巢”效果，屋面次結構節點更是復雜多變，規律性很少。單體構件體形大，無法直接運輸、安裝，需采取分段加工。為保證施工質量，必須確定合理的加工工藝。材料為低合金結構鋼Q345，板厚分為40mm、60mm、80mm。大箱型斷面，對焊接產生的應力、變形收縮值和層狀撕裂都很難控制。總焊接焊條、焊絲數百噸，焊接量非常大。中心環體兩端為弧形，與斜桁架相接會出現銳角相接。
2.2鳥巢體育館的結構說明
鳥巢體育館主要分為基座，屋頂，包廂三部分結構。基座與體育場的幾何體合二為一，如同樹根與樹。行人走在平緩的格網狀石板步道上，步道延續了體育場的結構肌理。步道之間的空間為體育場來賓提供了服務設施：下沉的花園，石材鋪裝的廣場，竹林、礦質般的山地景觀，以及通向基座內部的開口。從城市的地面上緩緩隆起，幾乎在不易察覺中形成了體育場的基座。屋頂各個結構元素之間相互支撐，匯聚成網格狀，就象編織一樣，將建筑物的立面，樓梯，碗狀看臺和屋頂融合為一個整體。如同鳥會在它們樹枝編織的鳥巢間加一些軟充填物，為了使屋頂防水，體育場結構間的空隙將被透光的膜填充。由于所有的設施-餐廳，客房，商店和衛生間都是獨自控制的單元，建筑外立面的整體封閉因而是非常不必要的。舒適豪華的裝修布置，優質周到的配套服務，清晰良好的觀看視野是國家體育場包廂品質的保障。它不僅提供了一個親臨其境的最佳觀賽場所，更為社會企業和各界名流搭建一個交際、公關、答謝客戶的社交平臺，為企業提供一次難得的展示自身實力和尊貴地位的機會。國家體育場包廂位于體育場的四層，賽后通過改造，賽后包廂的數量為140個。“鳥巢”外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。主體結構設計使用年限100年，耐火等級為一級，抗震設防烈度8度，地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構，鋼結構總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結構為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。鋼結構與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎則坐在一個相連的基礎底板上。
3.結束語
鳥巢的成功設計受到了世界友人的矚目，不單單被設計的結構所震撼，也被中國設計人才的智慧所感嘆。鳥巢設計中充分體現了人文關懷，把中華傳統文化的民族精神融入到了鳥巢設計理念之中。國家體育場將創造其自己的文化和人文氛圍，通過吸引最好的中國國內和國際體育活動和表演藝術機構、優秀的服務和先進的管理技術，使國家體育場將成為全世界其他國家看中國的一個新窗口。通過本研究對鳥巢結構設計的介紹相信讀者會更加向往北京的鳥巢，也對設計師的智慧和辛苦感到震撼，這是一個中國人感到的自豪和驕傲。 [科]
【參考文獻】
[1]范重.國家體育場大跨度結構設計中的新技術[A].第15屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C].2006.