同濟大學在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域具有顯著的研究與應(yīng)用成果。該大學不僅在理論方面進行了深入探討，還注重實踐應(yīng)用，通過大量的工程案例積累了豐富的經(jīng)驗。同濟大學的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計研究涵蓋了從材料選擇、結(jié)構(gòu)分析到施工技術(shù)的各個方面，形成了一套完整的理論體系和操作流程。，，在材料選擇上，同濟大學采用了一系列高性能的鋼材，如高強度低合金鋼、耐候鋼等，這些材料的使用大大提高了鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。在結(jié)構(gòu)分析方面，同濟大學運用現(xiàn)代計算機技術(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)進行精確的計算和模擬，確保設(shè)計的安全性和可靠性。他們還關(guān)注環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念，推廣使用可回收或再生材料，減少環(huán)境污染。，，在施工技術(shù)上，同濟大學不斷探索和應(yīng)用新技術(shù)，如BIM（建筑信息模型）技術(shù)、3D打印技術(shù)等，以提高施工效率和質(zhì)量。他們還重視工人培訓和技能提升，確保施工團隊能夠熟練地應(yīng)用新技術(shù)，保證工程質(zhì)量。，，同濟大學在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域取得了一系列突破性的成果，為我國乃至全球的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展做出了重要貢獻。

一、同濟大學3D3S鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件

• 軟件概況
  • 3D3S鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件是同濟大學獨立開發(fā)的一套建筑CAD軟件，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域具有獨創(chuàng)性，填補了國內(nèi)該類結(jié)構(gòu)工具軟件的一個空白，主要面向工業(yè)、民用建筑設(shè)計院、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計制作企業(yè)等多類單位。
• 軟件功能系統(tǒng)
  • 3D3S鋼與空間結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)
    • 可進行任意跨布置的輕型門式剛架系統(tǒng)的設(shè)計與繪圖，能考慮吊車、夾層、活載不利布置等情況。直接生成Word文檔計算書和AutoCAD設(shè)計和施工圖（不含加工詳圖），套用相關(guān)規(guī)程規(guī)范，如CECS102 - 2002《門式剛架技術(shù)規(guī)程》等。
  • 3D3S實體建造及繪圖系統(tǒng)
    • 可讀取3D3S設(shè)計系統(tǒng)的三維設(shè)計模型、讀取SAP2000的三維計算模型或直接定義柱網(wǎng)輸入三維模型。在門式剛架模型基礎(chǔ)上可增加夾層橫梁，提供多種節(jié)點形式供用戶選用，自動完成主剛架節(jié)點計算或驗算，進行節(jié)點和桿件類型分類和編號，還能自動完成檁條節(jié)點等的設(shè)置，可編輯節(jié)點并重新驗算，直接生成節(jié)點設(shè)計計算書和多種圖紙。
  • 3D3S鋼與空間結(jié)構(gòu)非線性計算與分析系統(tǒng)
    • 適用于任意由梁、桿、索組成的桿系結(jié)構(gòu)，可進行結(jié)構(gòu)非線性荷載 - 位移關(guān)系及極限承載力的計算，預張力結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)找形分析與工作狀態(tài)計算（包括多種索體系），桿結(jié)構(gòu)屈曲特性的計算以及結(jié)構(gòu)動力特性和動力時程的計算。
  • 3D3S輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪圖系統(tǒng)
    • 涵蓋獨立基礎(chǔ)設(shè)計和驗算、條形基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)梁（多種類型梁的驗算）、鋼結(jié)構(gòu)柱（多種類型柱的驗算）、支撐桿件驗算、壓型鋼板組合樓蓋設(shè)計和驗算、組合梁設(shè)計和驗算、鋼吊車梁（中小工作制吊車梁）的設(shè)計和驗算等，且均能直接生成計算書及AutoCAD設(shè)計和施工圖，套用相應(yīng)規(guī)范規(guī)程。

二、同濟大學鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理相關(guān)知識

• 鋼材性能相關(guān)考點
  • 鋼材五項機械性能指標是屈服強度、抗拉強度、延伸率、冷彎性能、沖擊韌性。鋼材中氧、硫、磷等元素含量過多會對鋼材性能產(chǎn)生不良影響，如氧含量過多會使鋼材出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象，含硫量過多高溫下會發(fā)生熱脆，含磷量過多低溫下會發(fā)生冷脆。冷作硬化和時效硬化會使鋼材強度提高，但塑性、韌性降低。鋼材在250oC度附近有強度提高塑性、韌性降低現(xiàn)象，稱之為藍脆現(xiàn)象，鋼材的沖擊韌性值越大，表示抵抗脆性斷裂的能力越強等。
  • 在鋼材選用方面，承受動力荷載作用的鋼構(gòu)造，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材。焊接構(gòu)造選用焊條的原則是，計算焊縫金屬強度宜與母材強度相適應(yīng)，一般采用等強度原則。例如手工焊焊接Q235鋼，一般采用E43型焊條；焊接Q345鋼材時應(yīng)采用E50焊條。
• 構(gòu)件設(shè)計相關(guān)考點
  • 軸心受壓構(gòu)件
    • 缺陷有剩余應(yīng)力、初始偏心、初始曲率，屈曲形式有彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭曲屈曲。對于綴條式格構(gòu)柱，單肢不失穩(wěn)的條件是單肢穩(wěn)定承載力不小于整體穩(wěn)定承載力。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的等穩(wěn)定性的條件繞虛軸與繞實軸的長細比一樣。雙軸對稱的工字型截面軸壓構(gòu)件失穩(wěn)時的屈曲形式是彎曲屈曲，單軸對稱截面的軸心受壓構(gòu)件，當構(gòu)件繞對稱軸失穩(wěn)時發(fā)生彎扭屈曲等。
  • 受彎構(gòu)件
    • 梁的最小高度是由強度控制的。組合梁的局穩(wěn)公式是按限制受壓翼緣板的寬厚比和腹板的高厚比原則確定。鋼梁在集中荷載作用下，若局部承壓強度不滿足應(yīng)采取的措施是設(shè)置支承加勁肋。按正常使用極限狀態(tài)計算時，受彎構(gòu)件要限制撓度。
  • 壓彎構(gòu)件
    • 實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩平面內(nèi)屈曲形式為彎曲失穩(wěn)，在彎矩平面外屈曲形式為彎扭失穩(wěn)。承受靜力荷載或間接承受動力荷載的工形截面壓彎構(gòu)件，其強度計算公式中，塑性開展系數(shù)γ取相應(yīng)值，且其翼緣板的局部穩(wěn)定保證條件是根據(jù)單向均勻受壓板的臨界力導出的。

三、同濟大學鋼結(jié)構(gòu)課程中的門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計

• 結(jié)構(gòu)概述
  • 門式剛架結(jié)構(gòu)是一種常見的鋼結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、施工方便等特點。其發(fā)展歷程可追溯到20世紀初，未來將朝著高效、節(jié)能、環(huán)保等方向發(fā)展，同時新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用也將推動其創(chuàng)新和發(fā)展。
• 分析方法
  • 靜力分析方法
    • 有限元法將門式剛架結(jié)構(gòu)離散化為有限個小的單元，通過求解每個單元的平衡方程來得到結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)，也可基于力學原理和數(shù)學公式，推導出門式剛架結(jié)構(gòu)的靜力分析公式進行計算。
  • 動力分析方法
    • 通過模擬地震等動力作用下的門式剛架結(jié)構(gòu)響應(yīng)，分析結(jié)構(gòu)的動力特性和抗震性能，具體包括模態(tài)分析法和時程分析法。
  • 穩(wěn)定性分析方法
    • 線性穩(wěn)定性分析基于線性化理論，對門式剛架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行分析，確定結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)臨界荷載；非線性穩(wěn)定性分析考慮門式剛架結(jié)構(gòu)的非線性效應(yīng)，采用非線性有限元等方法對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行分析。
• 優(yōu)化設(shè)計
  • 目標是確保結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟合理、施工方便，同時滿足建筑和環(huán)境要求。方法包括采用數(shù)學建模、數(shù)值計算和計算機仿真等技術(shù)手段，進行多目標、多約束優(yōu)化設(shè)計，如截面優(yōu)化、節(jié)點連接方式優(yōu)化、形狀優(yōu)化、支撐體系優(yōu)化等，并有相關(guān)的案例分析。
• 制作與施工
  • 制作工藝包括鋼材選擇、切割、彎曲，然后將各個鋼材部件組裝在一起并進行焊接，之后進行防腐處理。施工方面包括安裝鋼結(jié)構(gòu)到基礎(chǔ)上，且要確保施工現(xiàn)場安全、整潔，準備好施工設(shè)備和材料，最后按照相關(guān)標準和設(shè)計要求對鋼結(jié)構(gòu)進行驗收。

同濟大學鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件操作指南

3D3S軟件在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用案例

門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計的最新研究進展

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的非線性分析方法