钢结构毕业设计的实践与探讨.pdf

钢结构工程研究 钢结构2008 增刊 597 钢结构毕业设计的实践与探讨 陈兰 (华南理工大学土木与交通学院土木系，广东 广州 510640) 提 要：针对我系土木工程专业钢结构毕业设计开展的情况，主要从毕业设计选题、内容、指导方法、提 交成果、存在问题等方面进行论述，并提出若干建议。 关键词：钢结构；毕业设计；门式刚架厂房结构 毕业设计是土木工程专业最后一个重要教学环节，是学生学习、研究与实践成果的全 面总结，是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检查，是学生毕业及学位资格认 定的重要依据。毕业设计的目的是使学生在这个过程中通过对知识的综合应用，掌握分析 问题、解决问题的方法，提高分析、解决问题的能力。 要达到提高学生综合素质的效果，毕业设计指导教师首先应根据土木工程专业的培养 目标和规格，根据素质教育的内涵和要求，对毕业设计的题目、内容、深度进行全方位综 合考虑。 1毕业设计选题 毕业设计既不同于理论教学，也不同于设计部门的工程设计。毕业设计的题目是否恰 当，直接影响毕业设计效果，是毕业设计能否顺利完成的基本保证。以往我系的毕业设计 题目较单一，以混凝土结构为主，大多数为高层框架结构，以 812 层的住宅居多，涉及 钢结构的题目没有，与钢结构的发展形式极不协调。随着经济的高速发展，建筑市场对钢 结构设计的需求越来越大。为此，从 2004 年起，我系新增了钢结构毕业设计题目。但钢结 构的范围很广，是做高层钢结构还是做厂房拟或钢平台，几位讲授钢结构课程的教师进行 了详细策划，初步拟定以门式刚架单层厂房钢结构为设计题目，其选题原则如下： 1）题目实用性强，与工程紧密结合，是当前工程界常用的结构形式，这样可以增加课 题的吸引力，提高学生毕业设计的兴趣和热情。 2）题目应使学生对土木工程专业的骨干课程得到综合应用和全面训练，尤其应与钢结 构课程紧密结合，综合性强，能够涵盖钢结构理论 、 钢结构设计这两门课程的内容， 既可运用所学基本知识进行毕业设计的计算分析，提高学生分析问题、解决实际工程的能 力，对学生毕业后从事钢结构设计、施工和管理创造条件。 3）题目内容合适，难度适中，具可操作性。因为毕业设计安排的时间只有 15 周，扣 除打印、答辩、评阅时间，实际学生做毕业设计的时间只有 13 周，要完成结构布置、荷载 计算、内力分析、构件设计、节点设计、施工图绘制和计算书输入，如果内容太多，难度 钢结构工程研究 钢结构2008 增刊 598 大，学生无法按时高质量完成，就不能达到毕业设计预期的目的和效果。 根据上述选题原则和学生的实际情况，尝试以带中型吊车梁的门式刚架厂房钢结构作 为毕业设计题目。门式刚架结构近年来发展很快，是在广东珠三角地区运用很广的厂房结 构形式。它的突出的特点是“轻” 、 “快” 、 “省” 。主要承重骨架采用楔形变截面的焊接工字 形截面或等截面热轧 h 型钢，用冷弯薄壁型钢作檩条、墙梁，以压型金属板作屋面、墙面， 以玻璃棉、岩棉作为保温隔热材料，支撑采用张紧的圆钢。由于围护结构轻，支承他们的 门式刚架也很轻， 整个结构的用钢量一般控制在 1530 /,在相同跨度和相同荷载情况 下，其自重约为混凝土结构的 1/201/30，施工周期短，资金回报快，投资效益高，广泛 用于厂房、仓库、大型超市、展览厅等。仅广东东莞地区就有二百多家生产加工企业，每 年大约有几百万平方米的轻钢建筑竣工。但这些企业技术力量薄弱，很多设计院从事钢结 构设计的人员缺乏，市场对钢结构人才需求很大。 2毕业设计的内容及要求 1）毕业设计的要求 此次毕业设计的要求是：通过毕业设计掌握单层厂房的结构选型，结构布置、内力计 算及组合、构件设计、节点设计等方法，熟悉钢结构正式施工图绘制。学习使用工程软件， 利用计算机进行结构计算，熟悉电脑绘图，掌握使用各种设计规范及标准图。 2）毕业设计的内容 要完成一个门式刚架厂房的设计，主要包括以下内容： （1）结构布置 ? 结构平面布置，温度缝设置 ? 水平支撑布置、柱间支撑布置，系杆布置 ? 檩条、拉条、墙梁、撑杆布置 （2）结构计算 ? 竖向荷载计算 ? 风荷载计算 ? 构件内力计算及内力组合 （3）结构设计 ? 围护结构设计 墙板及压型钢屋面板设计 檩条设计 墙梁设计 ? 支撑体系设计 抗风柱 柱间支撑、水平支撑、系杆 ? 主体结构设计 钢结构工程研究 钢结构2008 增刊 599 刚架柱、斜梁 吊车梁 牛腿 节 点 （4）基础设计 （5）用工程软件（3d3s 或 pkpm）计算并复核 上述设计内容几乎涵盖钢结构三大基本构件和连接等课程的全部内容。比如，刚架柱 和斜梁是压弯构件，当斜梁轴力较小时，可按纯弯构件设计。支撑中的交叉斜杆按拉杆设 计，横杆按压杆设计。梁柱节点设计运用了高强度螺栓的知识，柱脚设计用到了角焊缝的 概念，吊车梁涉及了梁的加劲肋的知识，檩条是双向弯曲梁。同时，毕业设计涉及的规范 很全面，有钢结构设计规范 、 建筑结构荷载规范 、 冷弯薄壁型钢设计规范 门式刚 架轻型房屋钢结构技术规程等。从荷载取值开始到各构件截面形式尺寸的确定以及施工 图的绘制，每一步都严格按照规范和施工图的要求进行。通过十几周的的训练，学生不但 把以前学过的钢结构基本理论知识重新进行了归纳消化，还近一步加深了对各知识点的理 解，并将之有机地联系起来。比如，学习钢结构理论时，有的学生对柱子平面外的计 算长度难以理解，这次毕业设计，通过沿柱列布置柱间支撑，很显然，柱间支撑点的距离 就是平面外计算长度。基础理论的学习与毕业设计是相辅相成的，毕业设计完善了知识的 系统性，使理论和工程实践自然衔接。 3毕业设计的指导方法 毕业设计的指导方法有两种，一种是指导教师带着走，一种是指导教师跟着走。前者 是学生按照指导教师规定的题目，包括结构布置、计算方法等，跟着老师一步步进行。老 师每周固定召集全体学生上一次课，详细布置本周任务，讲解具体计算设计方法。学生思 路清晰，效率高，少走弯路，比较顺利完成毕业设计任务，设计规格一致，评定成绩具有 可比性。但这种指导方法的弊端是不利于学生创新意识的培养，不利于学生个性专长的发 挥和独立工作能力的锻炼。后者是学生根据教师下达的毕业设计任务书指导书的要求和进 度，独立查阅相关规范、教材及有关资料，自主完成各阶段的设计工作，老师每周安排固 定的答疑辅导时间 23 次。这种方法对基础扎实，自学能力强、学习积极性高的学生比较 合适，有利于培养学生获取知识解决工程问题的能力。但对基础弱，学习主动性差的学生 则不利，这些同学往往自信心差，总是希望别人先做，自己借鉴参考，进度慢，毕业设计 工作滞后。因此指导教师应将这两种方法有机结合，针对不同程度的学生，采用不同的方 法，因材施教。 毕业设计的指导，主要是指导设计方法，应启发学生思维，指导学生查阅文献资料， 调查研究，培养学生整体的、综合的决策能力。不应局限于所做的题目，过分强调计算的 精度和细节，应使学生开阔视野，掌握通常的设计方法，并向学生介绍理论与实践的差异 和毕业设计与实际工程的差别，并以正式施工图的标准严格要求学生，使学生毕业后能尽 钢结构工程研究 钢结构2008 增刊 600 快上手，适应工程设计工作。 毕业设计也是对学生进行思想政治教育和职业道德教育的好时机。指导教师可以结合 毕业设计对学生进行法纪和职业道德教育。建筑工程的质量直接关系到人民生命财产的安 全，责任重大，结构工程师应本着对人民负责，对社会负责的态度，仔细认真，精心设计 每一项工程。比如有的学生往往在设计的初期，荷载计算马虎，或漏项或荷载估算偏小， 要他返工重算，他心有不甘，认为在后面的截面设计时，将截面增大即可解决问题。这既 是一个态度问题，也是一个技术问题。结构工程师的工作基础就是在充分考虑、正确计算 各种可能出现的荷载情况下的一个总体设计，荷载计算不准确，后面的内力计算、内力组 合及截面复核的准确度、可信度就要大打折扣， “技术先进，安全适用，经济合理”的设计 原则无从谈起。 4毕业设计提交的成果 毕业设计完成后要求学生提交以下三部分成果：设计计算书、全套施工图纸、电算结 果。其中计算书按学校要求，包括中英文摘要、结构布置说明、计算过程、设计总结和体 会、参考文献等；施工图纸分计算机绘制和手工绘制，比例是 3：1。绘制施工图主要包括 以下内容： 结构设计总说明；结构平面布置图；主刚架施工图；支撑布置图；檩条布置图；墙梁 布置图；各节点详图；吊车梁详图；基础图；材料表 另外提交的电算结果应打印出总体信息和各主要参数的取值，并提交与手算结果相比 较的资料，同时分析与手算结果的差别和原因。 毕业设计中的计算强调手算，以手算为主，机算为辅，这似乎与目前的实际工程都在 使用方便快捷的工程设计软件不协调，主张一部分手工绘制施工图与当前很多都是 cad 出 图或程序自动生成施工图不协调。作为毕业设计，这样的要求是合理的也是十分必要的。 手算使学生的数学、力学、结构理论、专业理论等基础知识得到综合应用。虽然手算步骤、 过程较繁，花费较多时间，但对学生以后的概念设计、对电算结果的人工干预和判断都大 有益处。手工绘图是一个工程师应具备的最基本的技能，现在很多学生不知如何正确的握 绘图笔，不知如何刮图修改，不知梁柱构件应用多大的线宽，不知轴线、尺寸标注应用多 大的线宽，不会正确地书写工程仿宋体等等，这些统统可在手工绘图中得到锻炼，并为毕 业生即将走向工作岗位打下坚实的基础。 5毕业设计存在的问题 1）对毕业设计不重视 近年土木工程专业的学生就业范围很广，如有一些去房地产公司，从事项目开发策划 的，有一些去施工单位从事工程管理的，这些学生认为自己今后不从事有关设计工作，今 后的工作与毕业设计关系不大，因此不够重视。 钢结构工程研究 钢结构2008 增刊 601 2）对毕业设计投入精力不足或是所花时间不够 由于大学连年扩招，学生就业压力增大，对毕业设计的影响很大。首先表现在毕业设 计的时间不能保证。大四下学期，社会上各种招聘会纷至沓来，未落实单位的学生常常置 毕业设计不顾，奔波于各类招聘会，教师也不忍阻拦。一些已经初步落实单位尚未签约的 学生，当用人单位要求学生去单位实习上班时，学生因担心失去岗位不愿拒绝，老师也只 能默许。一些参加研究生考试并获得复试资格的同学，为了争取复试高分，复试前的几周 是不会做毕业设计的。如此一来，整个小组毕业设计气氛不浓，疲沓松垮。前期设计不能 按进度及时完成，后期为赶进度，质量下滑。 3）钢结构毕业设计的难度要比混凝土的难度大 钢结构毕业设计的难度要比混凝土的难度大，首先表现在钢结构需要计算的构件种类 繁多，而混凝土结构如高层框架结构的构件单一。前者需要计算设计的主要有：压型钢板， 檩条、墙梁、各类支撑、斜梁、刚架柱、吊车梁及主要节点，每类构件需要验算的项目有 强度、整体稳定、局部稳定和刚度，各类项目计算的公式不同，无法用 excel 来提高计算 效率。而后者高层框架结构承重构件只有三种：板、框架梁和框架柱，虽然是高层，构件 数目多，但公式统一，可用 excel 表格计算，效率高。另外由于混凝土课程的学时多，课 程设计时间长，学生的混凝土基础比钢结构基础要扎实。有关混凝土课程开了两门课： 混 凝土结构理论 （72 学时） ， 混凝土结构设计 （32 学时） 。而钢结构开设的课程有： 钢结 构理论 （40 学时） ， 钢结构设计 （24 学时） 。混凝土课的学时是钢结构的 1.6 倍。有关 混凝土的课程设计有：混凝土楼盖设计（2 周） ，混凝土厂房设计（2 周） 。而钢结构课程设 计只有钢屋架设计 （1 周） ，学时少，课程设计训练短，因此学生对混凝土基本概念理 解和掌握比钢结构要好，这无疑又增加了钢结构设计的难度，指导教师和学生需付出更多 的努力。 6结束语 针对以往我系土木工