钢结构设计基本原理精选(九篇)

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第1篇：钢结构设计基本原理范文

基金项目：黑龙江八一农垦大学教学研究课题（ndjy11306）

作者简介：刘文洋（1981-），男，黑龙江八一农垦大学工程学院讲师，硕士，主要从事多高层钢结构和大跨空间结构研究，（e-mail）wyliu81@126.com。

摘要：结合应用型本科院校教学的实际情况，对钢结构课程体系进行了合理设置，并在理论教学和实践教学过程中以加强学生实践能力培养为目标进行了探索和实践。文章介绍了黑龙江八一农垦大学钢结构课程体系教学安排和具体做法，总结了教学过程中的经验以及应注意的问题，并对存在部分的问题进行了讨论，给出了具体建议。

关键词：钢结构课程教学；课程体系；实践能力；人才培养

中图分类号：g642；tu391文献标志码：a文章编号：10052909（2013）05004904随着中国钢产量的飞速增长，钢结构的应用也获得快速发展，广泛应用于大跨度结构、高层高耸结构、轻型结构和特种结构等领域。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要已明确要求：当前，中国已一改过去钢材不足的局面，转而成为钢材供过于求，摆在日程上的课题早己不是少用钢材，而是积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。

鉴于钢结构的快速发展和广泛应用，工程界已提出“加强钢结构人才培养，造就一批钢结构高级工程技术专门人才”，“建立与钢结构发展相适应的教育体系，在校的结构专业学生应接受不少于80课时的钢结构课教育”的建议。可见，随着钢结构行业的快速发展，市场对钢结构专业人才的培养已经提出了更高要求，对钢结构专业人才的需求也将会越来越大，可以预见钢结构课程的地位将会越来越重要。

一、课程体系的设置

《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》[1]中把钢结构课程分为原理和设计两个部分，包括课程设计和毕业设计等。其中钢结构基本原理为专业基础课，课程目的是较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构的分析原理；钢结构设计是专业必修课，课程目的是在掌握钢结构设计的基本原理基础上，学习常用钢结构的特点、基本设计方法、计算简图和内力分析，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，课程内容主要包括单层厂房钢结构、大跨钢结构和多高层钢结构。过去由于种种原因，学校钢结构课程建设存在一些问题，具体表现在以下几个方面。

（1）课程设置不合理。在专业课程的设置上重混凝土轻钢结构。混凝土结构课程90时数，而同样在土木工程专业课程中占有重要地位的钢结构课程学时数仅为50～60，钢结构设计只开设了一门大跨空间结构的选修课。学生仅仅学习了钢结构的连接方法以及常见的构件设计，对整体结构设计的概念和理解不够。过去，钢结构课程安排在第7学期（大四上学期），这主要基于先修课程基础知识学习的考虑，然而此时学生面临找工作、考研等诸多问题影响，很难把主要精力投入到专业课学习上来。

（2）实践教学不足。钢结构教学中的实践性教学环节仅有钢结构课程设计一项内容，学生在学习的过程中没有机会见到实际的钢结构建筑物，对于钢结构加工、制作更是不知所云。虽然教学实习中安排了认识实习和施工生产实习，但基本还是以混凝土结构和砌体结构为主，很少接触到实际的钢结构工程。此外，从毕业设计的选题看，几乎全部是混凝土结构，基本没有钢结构方面的毕业设计题目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

刘文洋，等应用型本科院校钢结构课程教学探索与实践

事实上，过去很多学校在课程设置和教学实施上都或多或少地存在类似问题，但经不断探索已基本解决，并且在教学实践中积累了丰富的经验，形成了相对合理又各具特色的课程体系。学校自2006年以来通过几次修订教学计划，构建了钢结构系列课程体系（见表1），并在多年的教学实践中，不断改进和丰富教学内容，保证钢结构课程的教学质量。应该指出，由于课程设计安排在钢结构原理课学期末，目前设计内容主要局限于钢屋架结构，若能把课程设计安排在钢结构设计课程之后，则可以有更多的结构形式供课程设计选用。表1钢结构系列课程教学安排课程开课学期学时内容钢结构560钢结构基本原理钢结构设计630厂房钢结构、多高层钢结构大跨空间结构730网架、网壳、悬索等空间结构钢结构课程设计61.5周钢屋

架设计毕业设计813周各类钢结构设计二、理论教学的实施

专业课的教学目的在于通过具体工程对象的分析，使学生了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程，学会应用专业基础课程学到的基本理论，较深入地掌握专业技能，建立初步的工程经验，以适应当前国内用人单位对土木工程专业本科人才基本能力的一般要求[1]。

理论教学是培养学生专业技能和实践能力的基础，因此要重视理论教学环节。在教学中除了基本教学内容的讲授以外，还应特别强调以下几个方面在钢结构课程学习中的作用。

（一）重视力学基础与钢结构教学的结合

钢结构是一门理论性和综合性都很强的专业基础课，需要以材料力学、结构力学、荷载与结构设计原理等课程知识作为基础，因此在课程学习初首先回顾先修课程基础知识非常必要，以此引导学生复习相关内容，为学习钢结构课程打下良好理论基础。

（二）理论教学与工程实例相结合

理论教学稍显枯燥，在课程教学中应适当穿插工程实例以调整学生学习状态，调动课堂积极性。在绪论中结合钢结构的应用和发展介绍学生感兴趣的钢结构工程，引导学生讨论结构特点及选型、设计中存在的问题，或者在连接和构件分析与设计中介绍与某个问题相关的背景实例。例如：在讲授轴心拉杆设计时介绍索穹顶结构的组成和特点，以使学生对受拉构件能充分利用材料强度进而节省材料有直观认识；在讲授轴心压杆的稳定时介绍加拿大魁北克大桥和美国哈特福德体育馆由于构件失稳而导致结构发生倒塌破坏的例子，使学生了解相关问题的历史背景，也使学生充分认识到稳定对于钢结构的重要性。 在课程教学中结合演示性或学生动手参与的试验和实际工程中的影像资料进行讲解，使学生通过直观感受加深对钢结构基本概念和理论的理解。目前，一些有条件的高校建立了钢结构多功能教学实验平台[2]，通过实验平台训练学生对钢结构构件和连接的实验技能，培养学生的创新意识与创新能力，教学成效显著。不具备条件的高校可以利用影像资料弥补这些不足。例如：由于学校实验条件有限，笔者所在的教研团队在钢结构加工厂拍摄了大量钢结构生产、制作过程的视频和图片资料，在课堂上结合相应的教学内容进行展示，也取得了较好的效果。

（三）理论教学与结构设计规范相结合

结构设计必然要结合结构设计规范，学生毕业后要从事钢结构设计工作，需要使用很多规范，在课程教学中把教学内容和相关规范要求结合起来，既能加深学生对抽象规范条文的理解，又能培养学生独立使用各种规范、查阅相关文献资料的能力。此外，在教学中还注重将注册结构工程师执业资格制度和注册结构工程师考试相关内容作一定介绍，引导和培养学生在这方面的兴趣，调动学生努力学习专业知识的积极性。

（四）计算机软件与结构分析设计相结合

目前钢结构的分析与设计基本采用专门的软件来完成，如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。为使学生尽快掌握这方面的能力，适应以后的工作需要，在教学中引入部分计算机软件的演示和讲授。例如：演示使用ansys有限元分析软件进行钢结构基本构件和空间结构的计算分析，讲授sts设计软件进行钢桁架结构和钢框架结构的设计，介绍mst设计软件进行空间网格结构的设计。同时在后续的课程设计和毕业设计中鼓励学生使用相关软件进行结构计算和施工图绘制，进一步培养学生使用结构设计软件进行设计的能力。

三、实践教学的实施

实践教学环节是土木工程教学中非常重要的环节，在现代工程教育中占有十分重要的地位，是培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神的关键环节，其作用和功能是理论教学所不能替代的。工程师最终的任务是将理论知识在实践中加以运用，并通过实践来验证理论结果是否正确，所以工程人员必须具备实践能力。同时，土木工程师还应具有一定的实践经验，很多工程问题的处理由于客观情况过于复杂，难以如实地进行理论分析，在很大程度上仍然依靠实践经验来解决[3]。

目前，钢结构课程的实践能力培养主要依靠课程设计、毕业设计等来实现。有条件的院校也可通过专业实习和观察演示性实验等环节组织学生开展讨论来认识、理解钢结构的组成、特点、应用及结构和构件的受力特性等。

（一）课程设计

学校钢结构课程设计内容仍为传统的钢屋架结构。虽然这种结构形式较为简

单，但其内容涵盖了轴心受力构件（桁架杆件）、受弯构件（檩条）及压弯、拉弯构件（当上弦或下弦有节间荷载时），主要为焊缝连接。因此通过完成设计，可以实现由基本构件、连接到简单结构选型、计算分析、设计和施工图绘制的训练。

在具体实施上，鼓励学生通过学习ansys、sts等软件完成结构计算分析和施工图绘制。通常，学生在进行结构计算分析时多采用ansys有限元软件或结构力学求解器并辅以手算校核的方式，而在施工图绘制阶段基本都采用sts软件来实现。通过这些训练，学生已基本能够熟练使用软件完成一般结构的设计工作。

（二）毕业设计

过去，由于钢结构应用不太广泛，很多高校的毕业设计题目都采用混凝土结构的形式，这也是过去在教学上重视混凝土结构而轻视钢结构的原因之一。但由于钢结构发展迅速、前景广阔，很多学生希望毕业后从事钢结构设计与施工方面的工作，或者选择了攻读钢结构方向的研究生，因此希望能有机会进一步深入地学习钢结构设计方面的知识。

近年来，在毕业设计中增加了一些钢结构方面的题目，如多高层钢框架结构、轻型门式钢架结构和网架结构等，尝试指导学生进一步学习和应用钢结构知识，实践效果良好。此外，除了基本的手算内容以外，还鼓励学生采用sts、mst等软件完成结构计算分析和施工图绘制工作。

通过认识实习—理论课教学—课程设计—毕业设计这样一系列教学环节的深入，使学生对知识的理解和掌握从简单到复杂、从理论到实践、从基本原理、基本构件到简单结构进而到复杂结构，培养学生工程设计的能力和思维。

四、结语

学校钢结构课程教学工作虽然在课程体系的设置、学生实践能力的培养上做了一定的思考、探索与实践，但同时与国内一些高水平大学在人才培养模式、教学条件、教学质量和教学效果等方面还存在差距，还需要在今后的教学实践中不断探索和努力，不断提高教学质量和人才培养质量，以适应钢结构行业对人才的需求。

参考文献：

[1] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[m].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王伟，赵宪忠，郭小农，等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[j].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[3] 林峰，顾祥林，何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[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：钢结构设计基本原理范文

关键词：荷载 结构设计 课程教学 教学方法 设计规范

作为土木工程专业学生进行工程结构设计时必须掌握的一门专业基础课程，基于荷载与结构设计方法课程旨在要求学生通过对本课程的学习，掌握在工程结构设计时考虑荷载、荷载产生的背景、荷载计算方法以及结构设计所采用的设计原理，以便于为后续深入学习《混凝土结构设计原理》、《混凝土结构与砌体结构》、《钢结构》等课程和相关课程设计、毕业设计奠定基础。

一、课程的基本要求及主要内容

鉴于荷载与结构设计方法课程是土木类专业的工程结构设计方面的基础教学课程，以专业基础核心课的地位，要求学生完成掌握工程结构可能承受的各种主要荷载、工程结构设计中可采用的设计背景的教学目的和任务[1]。学生通过学习本课程来掌握工程结构设计时考虑的荷载因素、产生背景、荷载计算方法；并掌握工程结构可靠度设计原理和方法，包括荷载和抗力的统计分析、结构可靠度基本原理、结构概论可靠度设计方法等。

1、 掌握各种重要作用的定义、工程计算背景、原理和方法。

2、 通过学习掌握影响结构抗力的各种不定性因素及其统计参数的确定方法；各种荷载的概率分析模型和设计时所采用的代表值种类和确定方法，以及多种荷载同时出现时的荷载效应组合；结构可靠度的基本原理和基本分析方法，以及概率可靠度设计时的基本表达式，使学生掌握我国现行工程结构的基于可靠度理论的极限状态设计方法。

3、 以《荷载结构设计规范》GB50009-2012和教材为基础，详细透彻讲解理论内容，其中，各种重要作用的定义、工程计算背景、原理和方法，荷载统计分析中各种荷载代表值的意义和用途，结构抗力统计分析中各种不定性的含义与原因，以及结构可靠度的基本原理和基本分析方法为教学重点。

4、 拓宽知识面，以《荷载结构设计规范》GB50009-2012为基础，与实际工程相结合。

二、课程存在的主要问题

荷载与结构设计方法课程是一门承上启下的重要课程，在先修课程《概率论与数理统计》、《材料力学》《工程材料》等课程以及后续课程《混凝土结构》、《钢结构》之中起着非常重要的衔接作用，但目前依旧存在许多亟待解决的问题[2]。

（一）重视程度不足：学时较少，容易混淆

本课程分为两大部分，即工程结构荷载和可靠度设计方法。但由于只有16理论课时，并且，由于工程结构荷载形式多样，学生容易产生混乱；可靠度设计方法部分概念抽象，学生较难理解和掌握，另外，理论性工程概念的教学方式较为传统，也极容易导致学生感到枯燥乏味，学习兴趣丧失，自主学习的能力削弱。

（二）课程难度较大：理论抽象，计算复杂

本课程是一门理论与计算为主导的结构可靠理论，又设立在学生尚未接触钢结构、钢筋混凝土结构原理等结构课之前，并且需要有较为扎实的数学基础，课程难度较大。要求学生仅仅只掌握一次二阶矩方法也倍感吃力，再加上公式推导复杂、计算步骤较多，会引起学生对该课程产生畏惧，慢慢丧失学好该课程的自信心。

（三）忽视行业规范：基本素养欠缺

前文已经提到，目前，荷载与结构设计方法课程应对《荷载与结构设计规范》GB50009-2012作全面正确的解读，由于工程面临问题的变化以及技术、经济条件的发展，《荷载与结构设计规范》也要随之被修订和调整。所以学好这门课程的关键在于，紧密结合现行《荷载与结构设计规范》GB50009-2012内容，了解修订原则和重点，对修订、增加的内容加强注意，学生才能在以后的工作中具有土木工程专业技术人员的基本素养，若教学时不能做到与现行设计规范相联系，学生自身缺乏自主学习的能力，不能定时去查阅了解相关行业规范，致使教学内容相对工程实际滞后。

三、构建有效的教学体系

通过对上述问题的分析，本文将提出以下几点解决措施。

1、重视理论阐述，激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师，大学生本身已经具备对自身负责的自主学习责任感，因此在实际教学中过度的去迎合学生反而不是一件值得推崇的事情，针对于大学生这一特殊群体，首先要将大学生看作一个能对自己负责的成年体，在教学前期与辅导员进行合作，为学生进行一次职业规划测试，让学生在职业规划测试中明白自身未来发展和职业发展，制定起近期和长远目标，以此来激励自身主动学习。当然，在实际教学过程中，教师也要适时采取多样化的教学方式，尽可能地借助多媒体资源帮助学生认识了解相关理论知识，讲解深入浅出、重难点突出，帮助学生抓住要领学习；同时，定时邀请一些已经工作的学长学姐来传授学习经验，这也能很好地激起学生的学习兴趣，激励着学生不断地向目标努力奋斗。

2、优化学业评价方法

对于基础理论性较强的课程，传统的学业考核方式大多为卷面成绩一种方式，但现在普遍推行的对学生进行全面综合考评方式，因此也应将学业考核进行结构优化，将其分为课堂表现、卷面成绩两类，如在平时可以建立起小组教学模式，在课堂上让小组成员来讲授课程内容，每个小组按照自己的想法来进行创意教学，其他小组对其教学效果进行评价和打分，最后各小组的得分按照一定比例归入综合评分中；此外，对于课堂上表现突出的学生，也应当适当给予加分待遇。

3、做到课程教学和学习与现行设计规范相联系

由于全球气候变化，极端天气与灾害如风灾频发；全球恐怖活动升级以及现代化设施及交通工具普及和猛增，住房和城乡建设部在2012年5月28日第1405号公告中批准了《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，规定该规范从2012.10.1开始实施。在《荷载与结构设计规范》GB50009-2012 中：为了应对自然灾害频发和全球气候变化，补充了关于雪、风和温度的基本气象数据；针对活荷载增加了设计使用年限调整系数，适当提高了结构的安全度；增加了温度作用和偶然荷载，完善了标准体系，满足了特殊结构或特殊使用环境下的设计所需；从风剖面、体形系数以及风振响应计算等方面全方位统筹考虑了风荷载的修订，并且补充了高层、大跨等结构的抗风研究新成果。教学时应结合《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和教材，理论与实践相联系。

结束语：

基于荷载与结构设计方法课程现阶段虽然存在着些许问题，但其作为理论奠定的重要衔接点，就需要在实际教学中对其给予足够的重视，教师要明白其与其它学科相结合的重要特性，注意其所具有的数学、力学方面的知识，教学时要将这些知识体系相互融合贯通，努力为学生营造出一个良好的知识构建环境；此外，对现行的行业规范标准要进行及时补充，让学生明白行业规范标准对于培养自身素养的重要性，要将理论知识与实际相结合，充分发挥自身主动学习的能力，在实践中积累更多宝贵的经验。

参考文献：

第3篇：钢结构设计基本原理范文

关键词：高层钢结构质量

1 引言

中国作为一个发展中国家，高层钢结构建筑在我国起步较晚，成熟及可借鉴的经验不是很多。但从改革开放以来，许多现代化建筑如雨后春笋般耸立。而钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强等优势和特点被人们广泛应用于高层尤其是超高层建筑中。其中建筑钢材又分为普通碳素钢、优质碳素结构钢、普通低合金钢三类。大量使用的仍以普通碳素钢为主。与混凝土高层相比：自重轻，截面小，可降低基础造价，室内有效面积大，与玻璃幕墙结合，建成现代感很强的建筑外形；工业化程度高，可降低人工费用，增加建筑的投资回报率；抗震性能较好，利于向高层、超高层发展；绿色环保、可持续发展，8-17层的高层钢结构造价可达到与混凝土持平，综合造价可望超过混凝土。

高层钢结构主要应用于现代的高层建筑，钢结构的结构体系主要有框架体系、框架支撑(剪力墙板)体系、筒体体系和巨型框架体系。对于高层钢结构，结构设计也是建筑成败、优劣的关键因素，方案阶段有结构工程师的参与是必要的。

2 高层钢结构设计的特点

2.1 钢结构的基本原理

钢结构是钢材（钢板和型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓等方式连接组成的工程结构形式。轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：①由冷弯薄壁型钢组成的结构；②由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；③由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；④由圆管、方管、矩形管组成的结构；⑤由薄钢板焊成的构件组成的结构；⑥由以上各种构件组成的结构

设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，并符合防火、防腐蚀要求。宜优先采用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对钢结构设计的要求[1]。

钢结构设计的特点可以概括为以下几点：

（1）为了不影响结构或构件的正常使用和观感，设计时应对结构或构件的变形规定好相应的限值；

（2）计算结构或构件变形时可以不考虑螺栓孔引起的截面削弱；

（3）在设计的过程时，承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长度、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证为前提；

（4）在对框架结构进行设计的过程中，梁与柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱间交角不变的假定，同时连接应具有充分的强度承受交汇构件端部传递的所有最不利的内力。梁与柱铰接时，应使连接具有充分的转动能力，且能有效地传递横向剪力与轴心力。梁与柱的半刚性连接只具有有限的转动刚度，在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化，在内力分析事，必须预先确定连接的弯矩-转角特性曲线，以便考虑连接变形的影响。

2.2 钢结构设计的特点

2.2.1 钢材结构的特点

钢材的结构具有以下的特点：

（1）强度高，重量轻；

（2）塑性、韧性好；

（3）材质均匀，工作可靠性高；

（4）适于于机械化加工，工业化生产程度高；

（5）减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏；

（6）环保、可回收再利用，建筑造型美观；

（7）密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器；

（8）耐热性能好，耐火性能差；

（9）耐腐蚀性差。

表1 钢材与混凝土的对比

钢和混凝土容重比：3.4，强度比：210～136。所以刚才较混凝土的重量轻，这样能够便于运输和安装，可跨越更大的跨度。

2.2.2 高层住宅钢材结构设计的特点

（1）对高层住宅钢材结构的设计时要进行柱网的布置，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。

（2）对高层住宅钢材结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。

（3）在对高层住宅钢材结构的设计时要对其结构破坏可能产生的后果采取不同的安全等级设计。一般的高层住宅采用的钢材结构安全设计等级为2级，其他的特殊建筑钢结构住宅的安全等级要根据其实际情况来确定。

（4）在对组合楼盖设计时，要对荷载内力计算、压型钢板组合楼板受力验算、斜截面验算、支座负筋计算、挠度验算及自振频率验算等内容。这样以便方便组合框架内力组合值的计算。

3 结束语

随着我国经济突飞猛进地发展，我国的经济实力和技术水平都得到了迅速地提高。钢结构以其独特的优越忧，在建筑业被越来越广泛的重视和应用，在“大力发展钢结构”政策的指导下，我国钢结构发展的历史机遇已经到来。在高层钢结构住宅建筑与结构设计中，合理的进行建筑平面设计，合理的选择柱网布置，合理的选择计算模型及计算方法是整个设计成功的关键。随着钢结构住宅的发展，充分发挥钢结构一系列的优点一直是本领域研究的热点。

第4篇：钢结构设计基本原理范文

以“必需、够用、适度”为指导思想，[4]对传统教学内容结构进行了优化和取舍，将教学内容融合为结构设计方法、结构材料、基本构件、结构设计、结构抗震设计基础、结构施工图等新教学模块。以结构基本原理、结构基本构件的计算、钢筋混凝土楼盖、钢筋混凝土框架结构、砌体结构、钢结构和结构施工图为教学重点。对工程管理专业的学生，抓住各类“建筑结构”基本原理和设计应用核心，对重点理论部分进行详细讲解，注重结构概念，强化结构布置的基本要求和建筑构造教学。在传授学生知识技能的过程中，围绕课程模块内容核心，以一些典型的受力状态作为重点，并加以透彻的讲解。构造教学应该着眼于理解，讲清为什么，特别是其中的力学道理。现有“建筑结构”的教学内容，未能很好地体现“建筑结构”工程应用能力培养，而且忽视学生结构施工图识图能力的培养。[5]识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一。围绕结构施工图识图能力的培养，在教学过程中应增加结构施工图的识读等教学内容。注重讲授混凝土结构、砌体结构、钢结构三种结构施工图的图示与识读方法。其中，以钢筋混凝土结构施工图平面整体表达法和系列图集为重点教学内容。

二、课程教学方法探索

1.团队式教学模式

高校教师实际教学工作中各有侧重，有的以混凝土教学为主，有的以钢结构教学为主，有的以从事“建筑结构”抗震教学为主。根据课程内容特点，结合教师具备的实际工程经验和主讲课程优势，整合优秀教学资源，采用团队教学模式，即“建筑结构”课程按混凝土结构、钢结构、砌体结构和结构抗震等四大课程中主讲教师组成的课程小组，共同承担和完成授课任务，改变传统由单一教师主讲的授课模式。课程由资深教授负责人牵头，组织和编制教学资料，集体备课、案、统一讲稿、统一课件。针对“建筑结构”课程内容特点划分如下教学部分：结构设计原理和方法教学模块；混凝土构件和结构计算模块；钢结构模块；砌体结构模块；“建筑结构”抗震和地基基础模块；工程项目案例教学模块。课程各部分内容主讲教师根据自己经验和专长，优化课程内容和讲课方式，弥补了采用单个教师授课时对部分教学内容的生疏或具体实际工程经验的不足，相对更容易使学生掌握课程主要内容和强化相应的结构概念和工程应用能力，获得较好的教学效果。

2.面向项目教学模式

教师根据教学模块内容要求引入具体工程案例，以工程案例为基本教学背景，将学习者引入工程实践的情境中。教学工程案例应具有很强的实践性，要蕴含工程实践的理论、原理和方法，要具有新颖性、时效性、背景清晰等特征。[6]课程教学采取案例引入、任务驱动、实际项目训练等教学模式。教学实施过程充分体现能力训练、支撑知识学习、工程应用能力整合。具体教学实施内容如下：能力训练项目内容，尽可能根据工程实际设计和选取；单项能力训练与理论知识学习融为一体，实现了一体化教学；工程应用能力培养以真实的工作任务为载体，实行了项目引导、任务驱动式的教学；整个教学从课内到课外，围绕工程应用型人才培养目标，形成了真实场境为载体、课内外能力训练并举、项目引导、任务驱动式的实践教学模式，突出了应用型工程人才教学培养的特点。具体例如通过7层的底层框架商住楼（框架结构-砌体结构）来进行实际工程项目教学，案例中的平面柱网布置图、平面楼板配筋图、梁平面配筋图、楼梯结构图等就使“混凝土结构”课程中的受弯构件正截面、斜截面承载力计算和受压构件承载力计算及梁板结构等成为主要能力训练项目内容。通过案例教学内容实际化、具体化，范例很直观地展示了建筑工程中梁、板、柱及楼梯等构件的平面布置和钢筋的设置要求，使学生更容易理解课本中的基础理论知识。分析项目中框架和砌体结构在使用过程中材料、施工及建筑构造处理措施对保证工程质量的重要性。尤其是结合框架和砌体结构由于材料、施工及构造处理不当而引起工程质量事故案例分析，培养学生工程项目分析和解决一般结构问题的能力。同时，通过作业、录像、参观、生产实习等实践环节，增强感性认识和加强理论与实际的联系，逐步培养实际应用和综合分析的能力。[7]教学中采取“项目导向”教学方法，以实际工程对象为目标，实施课程教学，普遍受到学生的欢迎。在课程教学实践中进行了该教学方法的应用，取得了很好的教学效果。通过在项目教学模式实践教学过程中，提供给学生灵活运用课程现有知识去分析、解决工程实际具体问题的实践平台，逐步培养学生实际应用和综合分析的能力，构建工程管理专业学生的结构知识体系。

三、结束语

第5篇：钢结构设计基本原理范文

【关键词】建筑结构设计；基本原则 ；方案优化

前言

建筑设计是建筑施工的前提，建筑设计的好坏关系到整个工程质量的高低，已经成为影响建筑质量的关键因素。建筑结构的科学性和合理性可以确保人们的生命财产安全，提高建筑的安全性。只有严格遵守建筑设计结构，才可以确保建筑符合我国工程质量标准，高效完成建筑设计工作，提高工作效率。本文就我国的建筑结构设计基本原则进行研究，对建筑结构方案优化进行探讨，提高建筑设计效果，现研究结果如下。

1 建筑结构设计基本原则

建筑结构是指在建筑物包括构筑物中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。建筑结构设计贯穿于建筑建设过程中的主体和细节结构的设计，包括建筑主体结构和材料，建筑空间结构的具体细化等设计方案，通过建筑结构的设计可以确保建筑物建筑顺利完成，已经成为建筑工程的核心工作。

1.1 取大舍小原则

取大舍小原则主要指在建筑设计的过程中要分清主次，先确保整体建筑主体的设计合理，后进行细节设计细化，确保细节设计符合主体设计，不与主体设计发生冲突。在进行建筑结构设计的过程中，要保持强柱弱梁、强剪弱弯，对主体进行层次划分，降低建筑设计的外部冲破力，保持建筑结构设计的稳定，在最大的程度上保持建筑主体的稳定性。

建筑结构设计是由各种设计构建而成，建筑构件在主体设计中承担着较大的作用。但是建筑主体设计和建筑结构设计在一定的程度上很容易出现冲突，导致建筑设计出现卡壳。在这种情况下，建筑结构取大舍小原则制定了设计基本，要以建筑重要为第一考虑要素，实现结构条件对主体设计的服从和符合。

1.2 刚柔有度原则

刚柔有度原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，要将过于钢化的建筑结构进行柔化，提高建筑物的整体稳定性。建筑结构设计刚柔有度要求设计人员对建筑结构的稳定性进行全方位考虑，对建筑设计中过多的钢化线条设计进行改善和调整，降低建筑物发生形变的可能性。

在进行建筑设计的过程中，过于钢化的建筑物由于线条结构较为死板，建筑物的整体支撑能力会大打折扣，导致在外部压力过大时产生形变。这种形变在很大的程度上造成建筑物安全问题，导致建筑物出现大面积坍塌，形成建筑物破坏。刚柔有度原则确保建筑结构设计中的框架设计合理性，确保刚性结构和柔性结构完美结合。

1.3 多重设防原则

多重设防原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要对所有的设计结构进行把握，将建筑结构的整体作为主要设计核心，设计多重防线，保证建筑结构的安全性。多重设防要求设计人员要熟知建筑结构设计的各个环节，在设计中进行多重设卡，将建筑结构各部分的功能充分放大，提高设计效果。

建筑物在使用的过程中很容易遇到危险状况，多重设防要求设计人员从建筑结构的安全性出发，对其危险状况进行预防和处理，降低人们的生命安全和财产安全损失。

1.4 打通关节原则

打通关节原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要将建筑细节结构和主体结合在一起，将建筑细节结构融会贯通，实现建筑结构的统一。通过减少建筑结构中的关节，将建筑结构关节打通，实现对建筑整体的全方位把握，增强建筑设计的主体效果。

建筑结构是构成建筑设计的关键，是建筑建设中必不可少的一部分。因此，在进行建筑核心的设计过程中，设计人员要确保建筑结构浑然一体，增强建筑设计的效果。将结构关节打通，降低系统外力的干扰，实现对系统外力的传递和消减，实现关节传力的畅通，提高建筑结构的稳定性。

2 建筑结构设计的方案优化

建筑结构设计的方案优化主要是在建筑设计基本原则的基础上对建筑设计理念和要求进行完善，通过不同的建筑结构设计角度提高设计的合理性，对建筑结构实际设计过程中的突出问题进行解决，提高设计效果。

2.1 结构安全优化

结构安全优化主要表现在对抗震防护的效果上，通过抗震防护安全结构的实施，确保建筑物的安全性。在地震等级较高的地区要实行多层砖混或和框架剪力墙结构，采用抗震材料进行结构建筑。通过进行两个阶段设计提高设计效果，实现结构安全优化的三个水准的防护要求。对一般的多层砌体住宅结构要先采取横墙承重实现共同承重，进行均匀对称分布，沿平面进行对齐。

2.2 结构构造优化

结构构造优化中要注意的问题主要为注意构件撮大配筋率和最小配筋率的限值。在设计过程中，要严格按照相关的结构构造要求保证钢筋、钢锭等在设计中的衔接长度和固定位置，确保建筑材料和建筑结构构造相符合，实现对建筑结构构造的方案优化。

除此之外，为防止屋面温度导致建筑墙体出现开裂现象，在进行结构构造优化的过程中，设计人员要进行有效的通风设计，进行融热操作。设置抗震安全构造柱，对建筑结构构造的整体进行贯穿。

2.3 结构计算优化

结构计算优化要注意以下几方面问题。第一，建筑结构底部剪力法主要适用于建筑结构刚度较为均匀的多层设计结构，可以实现对结构的整体加强。但是，这种剪力法在较为薄弱的底层框架结构中应用效果不佳，一般会产生一定程度的塑性形变，导致建筑结构稳定性降低。第二，底框框架结构要采取双保险的方式进行设计，降低其承种量。按照相关要求进行双保险结构设计，对抗震墙的弹性刚度进行折减，提高其倾覆力矩产生的附加力。

在进行结构计算优化的过程中，设计人员要采用双向板查表结合连续板计算，提高对建筑结构的设计计算效果。将设计数据进行双向运算，减少设计漏算或少算荷载，确保设计和建筑用料相符合。在完成上述算法优化过程后，要对电算的结果进行评价，根据工程设计的经验对计算结果进行评价，判断计算结果是否达到工程设计图纸要求。

2.4 设计选取优化

在进行设计优化的过程中，相关人员要根据地基沉降引起构件开裂程度进行合理深度优化，将设计桩箱和桩筏相结合，保证箱体的刚度，实现对设计方案的优化。对设计方案进行比较，进行有效选取，确保方案符合设计结构中安全可靠性、操作技术要求、经济效益等的相关要求，实现设计选取的优化。软土层覆盖层厚度较 大地区的多层建筑要经过地基处理控制建筑物沉降，对其上部结构和地基的技术指标进行规范和处理，考虑处理方案成熟程度及相关经验，进行多种方案的比较。最终，选取最合适的设计方案，确定选取的方案满足设计强度和形变的标准，对不符合的方面继续进行优化。

3 总结

建筑结构设计的基础和方案优化主要是通过对建筑结构基本原理的应用，对建筑设计结构方案进行完善和改革，实现对设计结构优化、设计环节优化、设计算法优化、设计选取优化等。将建筑结构设计基础原理进行灵活应用，在此基础上进行优化，对我国建筑结构设计具有非常积极的促进作用，可以提高建筑结构设计的实际应用效果，实现建筑物的安全稳定。

参考文献：

第6篇：钢结构设计基本原理范文

关键词：土木工程 钢结构设计 留学生 教学建议

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（c）-0124-02

近年来，我国交通基础设施发展迅速，结构形式多样化，复杂、新型结构层出不穷。以桥梁为例，我国现有桥梁77万余座，总量世界第一，并以每年两万余座的规模递增。同时，随着“一带一路”国家级战略的实施，我国对外交流与合作频繁，海外项目日益增多，迫切需要大规模具有国际视野的土木工程高级专业人才。钢结构设计作为土木工程专业一门重要的专业基础课程，课程内容较多，涉及构件连接（栓接和焊接）、轴心受压、受拉、稳定性等，而课时相对较少且分散，理论教学与工程实践结合不够紧密，导致学生在学习过程中有时抓不住重点。笔者针对该课程体系，结合自己的教学经验，并考虑留学生的学习特点，从教学方法、评价考核办法等方面对留学生钢结构设计教学改革进行了初步探讨。

1 钢结构设计教学存在的问题和建议

1.1 组织编写合适的教材

教材是学生和教师交流的重要课程资源。师生在围绕教材的互动过程中，实现语言、知识、思维的提高。因此，选择合适的教材是做好教学的重要因素。目前钢结构设计可选择的教材有限，国内有少许英文版的教材，编者主要采用中国规范，但近些年规范已经有了新的版本，而书中内容一直未及时更新，这已不适应目前留学生教学的要求。笔者选用的是美国原版教材，但价格昂贵且难以买到，如果翻印会涉及版权问题。笔者采取的方法是每次对将要讲的内容整理一份讲义，上课时发给学生。因此，建议教育部门组织相关专家编写适于留学生及国内联合培养学生的钢结构设计专用教材。

1.2 教学方式多样化，教学科研相结合

钢结构设计为土木工程专业课，它与语言课学习不同，主要传授专业知识和技能。直接从国外引进专业外教尚不切实际，目前该校留学生的专业课教师多为本土教师，教师的专业知识精深，但由于语言问题，早期部分教师直接拿课本读，或用中文口述、英文板书，导致师生理解存在时间差，一定程度上削弱了学生的学习兴趣。近年来长沙理工大学土木与建筑学院非常重视教师的国际化，并将其作为职称晋升的重要条件之一，鼓励教师“走出去”，通过在国外进行一年以上访学的办法，培养了一批本土教师，解决了语言问题，又学习了国外的先进教学经验。同时，在今后的课堂中，可尝试采用研讨式教学方式，增加课上讨论时间，进一步增强与留学生的交流。培养、激活学生的潜能，最好的办法是激励，让学生品尝成功的快乐。在课堂上笔者将自己的科研成果与学生分享，例如，结合笔者主持的有关疲劳方面的科研项目，将钢筋的静力拉伸和疲劳试验设计、连接部位设计等介绍给学生，开阔他们的视野，并提出试验过程中遇到的问题供学生思考，广泛听取他们的意见，课后与他们一起在实验室中尝试，增强了他们的学习兴趣和主动性。

1.3 改革课程考核方式

本土专业老师在中文教学上已经形成了自己的教学风格，存在一定思维定势，该教学风格不一定适合于留学生。最终的考试（或大作业）所占的比重非常大，忽略了平时的作业成绩，且未布置探索性的作业或思考题，这与国外的教学方式差别较大。有必要尝试新的考核方式，既能使留学生掌握知识，又全面考核了学生。钢结构设计课程中的设计题目很多，建议在拉伸构件、构件连接和受压构件章节完后分别设置一个小作业，题目尽量不同，2～3个学生一组，遇到作业雷同的学生，可让他当面讲解，根据讲解情况确定处理办法。考核方法方面，小作业的成绩可适当提高比例，以鼓励大家平时多上课多思考，可占50%，最后考试成绩或大作业占30%，考勤即学习态度占20%，考核情况由任课教师在第一堂课交代给学生，引起们对该门课的重视。

1.4 增强实践教学，优化课时数量

钢结构设计的课时设置为32学时，与学校其他本科生设置数相同，且没有教学实践和课程设计环节。考虑本土教师英语水平虽有了一定提高，但毕竟不是母语，本土教师的英语表达能力难免遇到用英语难以解释的问题，需花费额外时间。另外，留学生来自不同的国家，如该校土木工程专业学生主要来自巴基斯坦、斯里兰卡、苏丹等国家，他们的学习基础和素质存在一定差异，同样是一节课，但学习的主体不同，一节课时间内所讲的课程篇幅也不同。留学生对实践课非常感兴趣，如测量学。因此，在钢结构设计中适当增加实验课教学，在一定程度上会提高他们的学习兴趣。笔者通过近年的教学经验来看，可将钢结构设计初步增加到40个学时，其中包含2～4课时的实验课，并在课程结束后设置一周的课程设计。留学生有他们自己的优点，他们的动手能力较强，很多学生在外都有兼职，一些学生在课堂上展示他们给中国企业设计的结构模型。教师对学生在思维活动中表现出来的创新性见解和设想，应予以充分肯定，及时表扬鼓励，以增强自信心，促其创新素质尽快形成和提高。

1.5 开发留学生教务系统

目前留学生没有单独的教务系统，教务处给教师安排课程都是一张纸质课表，学生也是把课表拍照保存在手机中，学习工作效率有待提高。没有教务系统，意味着不能网上选课、网上评教、网上报送成绩。由于该校教师年度考核和职称晋升中存在学生和同行评价，留学生的课程中不存在该项，与普通本科班相比，教师在课下备课、课前准备投入时间较长，这在一定程度上也减小了教师对留学生上课的积极性。

2 结语

钢结构设计作为一门重要基础课，必须针对该课程的特点，结合该校现有留学生的学习状况，科学规划教学内容和课时，适当增加实践教学，进一步加强本土教师的培养，改革教学方式，优化教学方法，与时俱进，努力将最新的行业动态、科研成果融入到教学中，最大程度激发留学生的学习热情，以达到良好的教学效果。

参考文献

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[2] 王磊，刘小燕，张建仁.土木工程专业实验教学改革探索与实践[J].中国电力教育，2009（17）：121-122.

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

第7篇：钢结构设计基本原理范文

【关键词】弯曲屈曲，位移法，单层单跨刚架

【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

在刚架平面内，刚架的失稳形式必须针对刚架的组成和荷载作用的条件进行分析。因组成条件不同，刚架在失稳时其柱顶分为无侧移和有侧移两种不同的失稳形式。现代工程史上因结构失稳而造成的事故屡见不鲜：据分析，前苏联在1951～1977年期间所发生的59起重大钢结构事故中，占总数29%的17起事故都是属于结构的整体或局部失稳。

1钢结构稳定具有多样性

钢结构的失稳，在形式上具有多样化的特点。例如轴心受压构件常见的失稳形式是弯曲失稳，但不是唯一的失稳形式，还有扭转失稳和弯扭失稳。压弯构件存在弯矩作用平面内的弯曲失稳和弯矩作用平面外的弯扭失稳；刚架表现出无侧移的对称失稳和有侧移的反对称失稳；拱结构也表现出对称形式的失稳和反对称形式的失稳；薄板有受压失稳和剪切失稳；失稳既有局部失稳又有整体失稳等，这些都是稳定问题多样性的表现。

2钢结构稳定具有整体性

对于结构来说，它是由各个构件组成的一个整体，当一个构件发生失稳变形后，必然牵动和它刚性连接的其他构件。构件的稳定性不能就某一个构件孤立地去分析，应当考虑其他构件对它的约束作用，这种约束作用是要从结构的整体分析中去确定，这就是结构稳定的整体性。结构稳定的整体性在刚架稳定分析中表现得十分明显，在分析刚架的稳定时既要考虑同层柱之间的相互影响，又要考虑层与层间柱的相互影响，还要考虑梁柱之间的相互约束作用，表现出整体性分析的特点。稳定问题的整体性不仅表现在构件之间的相互约束，也表现在围护结构对承重结构的约束作用，只是这种约束作用目前在设计中被忽略了。稳定问题的整体性要求稳定分析应该从整体结构着眼。

3位移法求解刚架的弹性屈曲荷载

3.1单层单跨刚架

对于图1（a）所示下端铰接的单层单跨刚架，在屈曲时柱顶产生侧移而形成反对称屈曲变形，因此柱下端不会产生水力。

分析时因侧移而导致两柱的压力有微小变化可忽略不计。求解屈曲荷载时可将刚架分为如图1（b）所示隔离体，柱的侧移角。

3.2 双层多跨刚架

多层多跨也有无侧移和有侧移两种屈曲形式，和单层单跨刚架一样，只有支撑系统或其他支撑结构具有足够强的抗侧移刚度时，才允许按无侧移的条件计算屈曲荷载。欧洲钢结构协会建议，对于有支撑的多层多跨刚架的抗侧移刚度，所设置支撑系统的有效性与前面4.1节对有支撑系统的单跨刚架的要求是相同的。如果无法达到此要求，则只能按照无支撑刚架计算屈曲荷载。为了便于分析，对刚架作如下基本假定：

（1）组成刚架的诸柱和梁都是等截面的直杆。

（2）材料是弹性体。

（3）失稳时同一层柱同时屈曲。

（4）没有水平外力作用，集中荷载均沿柱的轴线作用

（5）按比例加载，不减载，各柱的轴心压力之间均存在一定的比值？琢i，因此求解出某柱的屈曲荷载P？琢后，其他柱的屈曲荷载即为？琢i，P？琢。

（6）不计刚架屈曲时诸柱轴心压力的变化。

（7）不计刚架屈曲时横梁中的轴心力。

对于多层多跨刚架，有两种方法求解其弹性屈曲荷载，一种是精确法，一种是实用的近似法。

用精确法计算无侧移刚架时，可用位移法求解，以诸节点的转角？兹i为未知量。如刚架有n个节点，就可建立n个节点的力矩平衡方程 ，它们形成均无常数项的n个线性方程组，诸未知量？兹i的系数形成的n行n列的行列式为零即为刚架的屈曲方程，由此可解得屈曲荷载。当同时有n个解时，应取其中的最小值。

4总结

（1）刚架的失稳形式主要有无侧移的刚架屈曲和有侧移的刚架屈曲，都是研究在刚架平面内发生弯曲屈曲的稳定问题。

（2）位移法求刚架的弹性屈曲荷载时，其计算原理和结构力学中求解超静定结构的内力是一致的，具体运算时有所不同的是求解刚架的屈曲荷载时，对于有轴心压力的构件，其转角位移方程需考虑轴心压力对构件抗弯刚度的影响，而建立了平衡方程以后得到的是求解屈曲荷载的屈曲方程。

（3）对于多层多跨刚架，有两种方法求解其弹性屈曲荷载，一种是精确法，一种是实用的近似法。用精确法计算无侧移刚架时，可用位移法求解。

参考文献：

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[4]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南（第二版）[M].北京：中国建工业出版社， 2004

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[7] ZJQ00-SG-005-2003钢结构工程施工工艺标准[S]

[8]汤夕春.残余应力对H型钢梁柱构件极限承载力影响研[D].武汉理工大学， 2006

[9]姜德进，陈绍蕃.关于《钢结构设计规范》中计算公式的讨[J].工业建筑， 2007， 37（11）

第8篇：钢结构设计基本原理范文

建筑信息模型BIM技术不仅在实际工程领域有着极强的应用价值，而且在高校人才培养上同样具有广泛的应用空间。文章以沈阳建筑大学为例，论述了BIM技术在土木工程制图、房屋建筑学、钢结构、工程管理、毕业设计等课程教学中的应用，结合沈阳建筑大学近几年将BIM技术融入建筑类高校专业课程改革中遇到的困难，给出解决困难的方案，并介绍了取得的阶段性成果。研究表明：BIM技术不仅可以完全融入建筑类高校专业课程教学，而且将BIM技术融入建筑类高校专业课程教学已势在必行，且效果明显。

关键词：BIM技术；建筑类课程；课程建设；人才培养；教学改革

中图分类号：G6420；TV文献标志码：A文章编号：

10052909（2017）01016104

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）被誉为建筑业变革的革命性力量，是一种应用于工程设计、建造管理的数据化工具[1-3]。该技术利用参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的整个周期过程中进行数据共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对[4-5]。除此之外，BIM还可以为开发商、设计院、施工单位在内的各方建筑主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用。可以说BIM技术的发展和应用，已得到建筑业界的广泛认可。

建筑类高校如何将BIM技术引入相关专业课程的教学？笔者认为，BIM技术的发展可以说对建筑类高校专业课程教学改革是一个绝佳的机会。以目前的教学方式培养人才，在对专业知识的掌握程度上，很难满足现在建筑工程的要求，其中的原因是多方面的。将BIM技术引入到专业课程教学中，可以充分利用BIM技术可视化、协调性、模拟性、优化性的特点，将原本“枯燥乏味”的专业课变得生动起来，从而培养学生对专业课的学习兴趣。同时，将教学内容生动形象地展现在学生面前，也便于学生理解记忆[6-8]。

将BIM技术引入专业课程教学中，对教学本身是一件非常有益的事，但如何将BIM技术融入目前的专业课程教学过程中，还需要进行探索。本文以沈阳建筑大学（以下简称沈建大）为例，详细介绍BIM技术在建筑类高校专业课程教学中的应用，阐述在改革实践中的经验、教训及心得体会。

一、BIM技术在土木工程制图课程中的应用

土木工程制图是一门具有很强践性的课程。就其学习内容而言，并不需要学生死记硬背大量的公式和深奥的理论。要教好这门课程，教师应开拓学生的思路，培养学生较好的空间想象力，从而提高学生的实践应用能力。

在未引入BIM技术之前，沈建大和许多高校一样，都是采用与AutoCAD学习与应用相结合的方式来讲授这门课程。在学习和使用AutoCAD的过程中，主要培养学生的空间思维能力和对国家制图标准的掌握能力。但使用AutoCAD建模耗时长、精确度也不高，学生在学习期间主要是运用AutoCAD软件来绘制建筑和结构的二维图纸。这种方式在培养学生空间思维上所起到的作用十分有限。通过对沈建大学生学习成果的调查发现，通过这种教学方法的训练之后，学生阅读平面图的能力还不强，遇到稍微复杂一点的平面图，学生也很难在头脑中建立很清晰的三维立体图形。

为此，沈建大积极开展对BIM技术的研究和开发，首先对讲授相关课程的教师进行有针对性的培养，然后以研讨会的形式制定土木工程制图课程教学改革方案，最后逐步将BIM建模技术引入土木工程制图课程教学中。从授课质量角度来看，在建模过程中，Revit三维建模软件比AutoCAD软件操作起来更加方便，并且在精确建模的基础上，Revit建好的模型与模型的二维平面图完全对应，这使得看似“枯燥”的二维图纸变得生动起来。爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”培养学生的学习兴趣，是引导他们学好这门课程的基础。因此，将BIM建模技术引入土木工程制图课程教学中，对培养学生空间思维有着良好的促进作用，也使学生对识图建模的学习效率更高，从而达到辅助教学的效果。

二、BIM技术在房屋建筑学课程中的应用

房屋建筑学是研究建筑设计和建筑构造基本原理和方法的学科，其中包括房屋各个组成部分的组合以及构造方法等。房屋建筑学课程是土木工程专业的一门专业基础课，其内容抽象复杂，并且知识点零散繁多。该课程在沈建大的开课时间是大学二年级，这个时期学生的专业知识储备相对较少，因此，学生很难消化吸收课堂教学的全部内容。

沈建大过去把房屋建筑学课程的主要内容分为课堂教学和课程设计两方面。其中课堂教学的授课方式主要是教师按照课本编排的顺序讲授知识点。就讲课内容顺序而言，这种方式合情合理，符合建筑的建造顺序。同时在讲课过程中采用多媒体辅助教学，有助于学生理解，并记忆当堂课所讲的内容。但是，这种教学模式也有较大的缺点，授课教师一般用二维图形来讲授房屋建筑学相关的知识，通过二维图片以及课本上所讲的内容要求学生在头脑中建立三维模型。这对专业知识储备较少，工程实践经验不多的大二学生来说是很困难的。此外，沈建大同大多数高校一样，房屋建筑学课程设计时间较短，一般为一个星期。这对刚接触设计的学生来说，很难在这么短的时间里高质量地完成课程设计。

近年来沈建大将BIM技术引入房屋建筑学课程教学中，从实际运行情况看，上述问题得到了很好的解决。课堂上授课教师通过使用Revit建模软件将所讲内容以一个三维立体的模型呈现出来，有助于学生对课堂知识的理解和记忆。有了课堂上对房屋建筑学相关知识的储备，以及之前应用Revit的操作使用，学生就能较顺利地而且高质量地完成课程设计，从而达到该课程的教学目的。应该说，沈建大将BIM技术引入房屋建筑学课程教学中，在提高教学质量方面，取得了不错的效果。

三、BIM技术在钢结构课程中的应用

沈建大有关钢结构的课程主要有钢结构设计原理和钢结构设计两门课程。钢结构设计原理课程的设置，旨在使学生全面掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，理解钢结构分析的原理。而钢结构设计课程则是钢结构设计原理课程的后续，是建立在学生对钢结构相关知识有所了解的基础上，让学生掌握钢结构设计的方法和手段的一门课程。

可以说钢结构课程是难度较大的土木工程专业课程。该课程教学内容不但涉及材料力学、结构力学等力学的基本知识，还与设计相关的规范联系紧密，并且还要受到教学进度安排等因素的影响。以沈建大为例，钢结构设计原理课程的总学时为46，比混凝土相关课程少了十几个学时。而之前的教学方法主要是板书与多媒体相结合的方式。这种教学方式的弊端上文也有提到，这里就不做详细分析。沈建大也安排学生去当地的钢结构施工现场实地参观，并有专业人士讲解。通过这种方法可以使学生将所学的知识同实践结合起来，对学生学好这门课程起到了较好的作用。但由于施工现场通常距离学校都较远，去现场参观耗时较长。且现场参观对学生自身安全也有一定的危险性，所以现场参观的次数不会太多，一般一学期只有一次到两次，每次人数也有限制。要想通过这种方式让学生学好这门课程，达到预期效果很难。

而BIM技术的强大之处就在于它不是在某一方面表现得较为突出，而是在多方面。例如，在钢结构课程教学过程中，应用Revit软件，建立标准钢框架以及型钢部分构件的模型十分便捷。同时，Revit软件构建的模型，还可以无损导入同属Autodesk公司的Navisworks、Manage等软件，实现4D施工模拟。这样就相当于学生在课堂上就能进行模拟施工现场的实地参观，而且还能达到学生亲自去施工现场实践的效果。在建模的过程中，学生可以看到钢结构的构件如何按照规范建立起来，并了解构件的各部分名称，以及在整个模型中所起到的作用。2015年以来，沈建大就已经将BIM技术应用到该课程的教学过程中。目前该课程的教学课时没有改变，但采用这种教学方式之后，的确起到了事半功倍的效果，使学生学习内容繁多复杂的钢结构课程时能得心应手。

四、BIM技术在工程管理课程中的应用

工程项目管理课程是沈建大工程管理专业的核心基础课程。该课程旨在培养学生掌握工程项目管理的理论和方法，能绘制工程流水施工以及网络计划，合理选择施工方案，编制施工进度计划表，阅读施工现场平面图等，培养学生发现、分析、研究、解决建设工程项目管理实际问题的基本能力，把学生培养成为具有从事建设工程目管理能力的优秀毕业生。因此，工程项目管理课程在本科教学中是一门具有较强实践应用性的课程。沈建大对该课程教学非常重视。

从专业知识学习的角度来看，工程项目管理是一门偏向管理类的学科，培养学生的实践能力和应用能力显得尤为重要。传统教学方式是按照课本编排的顺序，主要以板书的形式讲授知识点，过分偏重学生对理论细节的掌握。加上该课程教材文字较多，多为叙述讲解。经过调查发现，学生对该课程学习兴趣不大，积极性不高。为此，学校将工程项目管理课程教学与当代计算机技术相结合，创新改革教学方法，即应用计算机技术辅助教学，这样一方面可以让学生了解掌握工程管理相关的软件，如Revit，P3等。另一方面，这些软件可以构建三维可视化动态仿真工程，可以模拟各种工程案例，将原本“枯燥无味”的课堂教学变得生动起来，从而激发学生的学习热情，加深学生对工程管理课程的理解。学校把BIM技术引入工程项目管理课程教学中，应用BIM技术实现了施工可视化仿真教学，使学生能身临其境般地感受现场施工的氛围。同时，将施工进度安排，以及各部分的工程造价在构建的BIM模型中体现出来。采用这种教学方法，学生能更加深刻地理解工程项目管理的运作理念，引导学生将所学的知识与工程实践结合起来，起到了非常好的教学效果。

五、BIM技术在土木工程专业毕业设计环节中的应用

毕业设计是土木工程专业学生最后也是耗时最长的一门课程。其主要目的在于培养学生应用所学知识去解决实际工程问题的能力。设计内容主要包括工程制图、理论分析、结构设计等。通过毕业设计，使学生对土建设计和施工内容、施工全过程有一个比较全面的认识，在此过程中也熟悉相关规范准则，为今后独立工作打下基础。因此，毕业设计的意义在于提高学生解决实际问题的能力，在于培养学生踏实细致、严肃认真的工作态度。

由于毕业设计开始于大四下学期，这段时间有的学生在找工作或准备研究生复试，因此要学生完全静下心来做毕业设计很难。这就需要对毕业设计的教学方式作一些调整，甚至作一个比较大的改变。沈建大将BIM技术应用到土木工程制图、房屋建筑学以及一些专业课程的教学过程中，大四学生对BIM技术也有比较深刻的认识和理解，并且也具备熟练完成建模的能力。因此，沈建大将大四学生的毕业实习与毕业设计结合起来，以实习的具体工程为实际施工案例，然后应用BIM技术将施工流程完整地呈现出来，作为毕业设计成果的一部分。除此之外，要求学生在毕业设计环节全部采用BIM技术进行毕业设计，并且在答辩环节增加与BIM技术相关问题的比重。

将毕业设计同计算机技术结合起来的方式，为教学提供了新的视角，这样有助于学生在有限的时间里，更加系统地掌握土木工程学科知识。同时，也有助于培养学生的合作精神。

六、结语

BIM技术在传统专业课程教学中的应用，即将课堂教学与计算机技术相结合，的确可以产生事半功倍的效果。通过建立可视化三维模型，引导学生将所学的专业知识应用起来

，起到模拟实践的效果。教师应用BIM技术将书本上抽象的专业知识内容具体化，便于学生理解。因此，将BIM技术应用到相关专业课程教学过程中，对提高课程教学效果起到了积极的作用。参考文献：

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[6]范. 基于BIM技术的施工阶段4D资源动态管理[D].北京：清华大学，2010.

[7]刘凤泰. 关于实践教学改革的问题[J]，实验技术与管理，2000，17（4）：6-10.

[8]克里斯托弗・帕韦尔科，阿兰・D・切西.当今大学本科课程中的BIM课程[J].建筑创作，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：钢结构设计基本原理范文

关键词:钢结构 稳定性 设计

一、钢结构稳定性设计的原则

1、结构整体布置必须必须兼顾整个体系以及组成部分的稳定性要求

我国目前钢结构设计大多都是以平面体系设计为主,设计中的结构体系是结构各组成部分构件构成的。因此在大跨度结构稳定性设计中,结构局部稳定性是保证整体稳定性的关键前提。在设计中需要注意结构各组成部分构件的整体布置,设计有针对性的支撑构件,来保证平面结构构件的结构布置与平面稳定计算之间的一致性。

2、结构计算简图和实用计算方法所依据的简图保持一致

目前设计单层和多层框架结构时,一般以框架柱的稳定计算为准,而不作框架稳定分折。在采用这种方法时,必须通过框架整体稳定分析计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。但是在实际设计工程中,这种操作方法简便。GBJl7-88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定中包括:“框架中所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载”。根据这条假定,当设计单层或多层框架结构时,框架各柱的杆件稳定和稳定参数计算的常用方法是依据一定的简化假设或者典型情况得出的,保持结构参数计算方法与前提假设和具体计算对象一致,设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。

3、设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合

设计者处理构造细部时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。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。

二、钢结构稳定性设计的特点

钢结构稳定性设计的重点在于找出结构内部抵抗力与外荷载间的不稳定平衡状态。主要从下面几个特点进行设计:

1、计算临界荷载:临界荷载是理想构件平衡路径分支点所对应的载荷。钢结构稳定问题中有一类分支点失稳问题,即完善平板中面受压时的屈曲以及完善直杆轴心受压时的屈曲。这一问题是由建筑钢材做成的偏心受压构件在弹缩性变形时丧失稳定的能力造成的。因此在钢结构稳定性设计中要求得钢结构的临界荷载,避免分支点失稳。根据临界荷载的定义,通常按以下两个基本原理求得临界荷载:①建立构件在微曲状态下屈曲位移与荷载间的微分方程,求其在满足边界条件下的临界载荷解。②在构件微曲状态下建立以屈曲位移和载荷的总势能式:E=U+V(U为变形体应变能;V为外力势能,它等于外力功的负值),然后根据能量法原原理,由总势能一次微分为零,即E0=0的条件可求得临界荷载。

2、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,临界压力是由著名欧拉公式给出的:

,式中E为钢材料特性,I为截面特性,L 为杆的长度。它表明轴心受压的杆件,压力使杆件的弯曲度下降,而当压力达到临界值NE时,杆的弯曲度就会消失。

3、对稳定性进行整体分析:必须从整体着眼进行稳定分析,因为杆件的稳定性来自结构的整体稳定性。

4、二阶弹性分析: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。可按照以下步骤完成:

(1)根据《规范》得,应在每层柱顶附加考虑由下式计算的假想水平力Hni:

其中,Qi为第i楼层的总重力荷载设计值; ns为框架总层数,当0.2+1/ns>1时,取此根号值为1.0;αy为钢材强度影响系数,Q235钢为1.0,Q345钢为1.1,Q390钢为1.2。

(2)①对有侧移的纯框架结构,当采用二阶弹性分析时,各杆杆端的弯矩MⅡ可按下式近似计算:其中MⅠb为假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆端弯矩;MⅠs为各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆端弯矩;

为考虑二阶效应第i层的侧移弯矩增大系数。

②对于有侧移的纯框架,当采用二阶弹性分析方法计算内力,且在每层柱顶附加假想水平力Hni时, P―Δ效应已在内力分析中计入,柱计算长度系数取1.0,因此柱稳定计算的计算长度就可取其几何长度。

(3) 在解决了以上问题的基础上,根据压弯构件稳定性验算公式进行稳定性设计验算:

三、钢结构稳定性设计中的难点

1、目前梁-柱单元理论已成为网壳结构稳定性的研究中的主要研究工具,但是梁-柱单元并不能确保真实反映网壳结构的受力状态,因此如何反映轴力和弯矩的耦合效应是目前网壳结构稳定性设计中的主要问题。

2、目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围,而在实际工程中,由于如材料(弹性模量,屈服应力,泊松比等)、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等不确定性会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、跳跃型失稳、干扰型屈曲等问题的研究。

3、在统计与稳定性有关的几何量和物理量时,一般只是根据有限样本来选择概率密度分布函数,带有很大程度上的统计信息局限性,造成对稳定性设计的数据依据不够准确。因此在统计时,要结合实践经验和相关规范确定统计信息的准确性。

四、总结

在实际设计中,设计人员应把握钢结构稳定性设计的原则,明确知道结构构件的稳定性能,完善设计方案,达到稳定性要求。同时针对结构构件的失稳的问题进行研究,不断完善钢结构稳定设计理论。

参考文献: