鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路作者：佚名時(shí)間： 2008-7-30瀏覽量：判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說: 大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉(cāng)棚、工廠、住宅和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置此處僅簡(jiǎn)單介紹。詳請(qǐng)參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛 , 做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師指導(dǎo)下進(jìn)行。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是" 概念設(shè)計(jì)",它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。

2、對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題, 可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想, 從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確 , 并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí), 它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。林同炎教授在結(jié)構(gòu)概念和體系一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法, 以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系間的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。20鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面架、網(wǎng)架、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。其理論與技

3、術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決, 或沒有簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法, 比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。結(jié)構(gòu)選型時(shí), 應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)。在輕鋼工業(yè)廠房中, 當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載, 就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架。基本雪壓大的地區(qū), 屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落, 如亞東水泥廠石灰石倉(cāng)棚采用三心圓網(wǎng)殼。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時(shí), 在框架中布置支撐會(huì)比簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中, 可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu), 在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中, 不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。

4、宜選擇周邊巨型SRc 柱 , 核心為支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。我國(guó)半數(shù)以上的此類高層為前者。對(duì)抗震不利。19結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征, 荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要?jiǎng)偠染鶆?。力學(xué)模型清晰。盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍, 使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力的作用線。否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。比如有支撐框架結(jié)構(gòu), 柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受1/4 的總水平力。框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置, 有時(shí)可以調(diào)整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁但是這會(huì)使主梁截面加大, 減少了樓層凈高, 頂層邊柱也有時(shí)會(huì)吃不

5、消, 此時(shí)把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。預(yù)估截面結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后, 需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H 型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況 , 其截面高度通常在跨度的1/201/50 之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b 限值確定時(shí), 可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算, 這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后, 其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估。通常50初學(xué)者需注意, 對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu), 規(guī)范中對(duì)截面的構(gòu)造要求有很大的不同。如鋼結(jié)構(gòu)所特有的組成構(gòu)件的板件的局部穩(wěn)定問題。在普鋼

6、規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。除此之外, 構(gòu)件截面形式的選擇沒有固定的要求, 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況, 合理的選擇安全經(jīng)濟(jì)美觀的截面。結(jié)構(gòu)分析, 條件目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中, 結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析允許時(shí)考慮 P- A ,p- 8 o鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路作者：佚名時(shí)間： 2008-7-30瀏覽量：新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件:典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊(cè)之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)通過手算進(jìn)行分析。復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。工程判定要正確使用結(jié)構(gòu)軟件, 還應(yīng)對(duì)其

7、輸出結(jié)果的做" 工程判定".比如 , 評(píng)估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)" 工程判定" 選擇修改模型重新分析, 還是修正計(jì)算結(jié)果。不同的軟件會(huì)有不同的適用條件。初學(xué)者應(yīng)充分明了。此外 ,工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算和精確的力學(xué)計(jì)算本身常有一定距離, 為了獲得實(shí)用的設(shè)計(jì)方法, 有時(shí)會(huì)用誤差較大的假定, 但對(duì)這種誤差 , 會(huì)通過 " 適用條件、概念及構(gòu)造" 的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中," 適用條件、概念及構(gòu)造"是比定量計(jì)算更重要的內(nèi)容。工程師們不應(yīng)該過分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件。美國(guó)一位學(xué)者曾警告說 : “誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)

8、構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題?！弊⒅馗拍钤O(shè)計(jì)和工程判定是避免這種工程災(zāi)難的方法。構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。比較常用的是Q235和Q345通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮, 也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí), 可選擇 Q345; 穩(wěn)定控制時(shí), 宜使用 Q235.構(gòu)件設(shè)計(jì)中, 現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗(yàn)算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件, 都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步, 一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件, 從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算, 直至通過,如 sap2000 等。這是常說的

9、截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。但是, 初學(xué)鋼至少應(yīng)注意兩點(diǎn):. 軟件在做構(gòu)件的截面驗(yàn)算時(shí), 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個(gè)問題。所以, 尤其對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件, 結(jié)構(gòu)師應(yīng)該逐個(gè)檢查。2. 當(dāng)上面第條中預(yù)估的截面不滿足時(shí), 加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待。強(qiáng)度不滿足, 通常加大組成截面的板件厚度, 其中 , 抗彎不滿足加大翼緣厚度, 抗剪不滿足加大腹板厚度。變形超限, 通常不應(yīng)加大板件厚度, 而應(yīng)考慮加大截面的高度 , 否則 , 會(huì)很不經(jīng)濟(jì)。使用軟件的前述自動(dòng)加大截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能, 很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)分,

10、實(shí)際上 , 常常并不合適。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前 , 就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是, 最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致, 這必須避免。按傳力特性不同, 節(jié)點(diǎn)分剛接 ,鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡(jiǎn)單定量分析的前兩者。常用的參考書2有豐富的推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式。連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大。比如, 有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒有問題, 但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng), 不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定。會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常用的方法, 初學(xué)者可偏安全選用前者。設(shè)計(jì)手冊(cè)2 中

11、通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計(jì)者查用, 比較方便。也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來自動(dòng)完成。具體設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容. 焊接 : 對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等, 規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定, 應(yīng)嚴(yán)格遵守。焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。E43 對(duì)應(yīng)Q235,E50對(duì)應(yīng)與Q345連接時(shí)，應(yīng)該選擇低強(qiáng)度的 E43,而不 是 E50.焊接設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接 構(gòu)件重心接近。其他詳細(xì)內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的 規(guī)定。2. 栓接 :&鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路作者：佚名時(shí)間： 2008-7-30瀏覽量：nbsp;鉚接形式, 在建筑工程中, 現(xiàn)已很少采用。普通螺栓抗剪性能差, 可在

12、次要結(jié)構(gòu)部位使用。高強(qiáng)螺栓, 使用日益廣泛。常用和兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型。兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格m12.常用m16m30超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中 應(yīng)慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國(guó)外在低層墻板式住宅中, 也常用于主結(jié)構(gòu)的連接。3. 連接板：可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度加4mm然后驗(yàn)算凈截面抗剪等。4. 梁腹板 : 應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強(qiáng)螺 栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。5. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)無法安裝是初學(xué)者長(zhǎng)犯的錯(cuò)誤。此外, 還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位

13、與臨時(shí)固定6. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管連接節(jié)點(diǎn) 的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成。圖紙編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段, 設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供, 施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾, 有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。. 設(shè)計(jì)圖 : 是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余。在設(shè)計(jì)圖中, 對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚, 以利于施工詳圖的順利編制

14、, 并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。主要材料應(yīng)列表表示。2. 施工詳圖: 又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá), 并應(yīng)附有詳盡的材料表。設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制, 目前比較混亂, 各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀設(shè)計(jì)并參考相關(guān)的工具書3,并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重 量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說: 大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉(cāng)棚、工廠、住宅

15、和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置此處僅簡(jiǎn)單介紹。詳請(qǐng)參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛 , 做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師指導(dǎo)下進(jìn)行。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是" 概念設(shè)計(jì)",它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題, 可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想, 從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確 , 并可避免結(jié)構(gòu)分析階

16、段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí), 它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。林同炎教授在結(jié)構(gòu)概念和體系一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法, 以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系間的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。20鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面架、網(wǎng)架、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決, 或沒有簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法, 比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。結(jié)構(gòu)選型時(shí), 應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)。在輕鋼工業(yè)廠房中, 當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載, 就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū), 屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落, 如亞東水泥廠石灰石倉(cāng)棚采用三心圓網(wǎng)殼?？傃┹d釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時(shí), 在框架中布置支撐會(huì)比簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與思路作者：佚名時(shí)間： 2008-7-30瀏覽量：, 可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu), 在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中, 不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRc 柱 , 核心為支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。我國(guó)半數(shù)以上的此類高層為前者。對(duì)抗震不利。 19結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征, 荷