鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)， 鋼結(jié)構(gòu)越來(lái)越多的被應(yīng)用在民用及工 業(yè)建筑中。與鋼筋砼結(jié)構(gòu)相比 ,鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn) ,其強(qiáng)度重 量比指數(shù)是鋼筋砼結(jié)構(gòu)的 5 倍以上,可顯著降低基礎(chǔ)的造價(jià) ,能顯著減 輕結(jié)構(gòu)自重 25%以上。 由于鋼材輕質(zhì)高強(qiáng) ,其梁柱截面尺寸相對(duì)較小 , 可節(jié)約使用面積 ;鋼結(jié)構(gòu)工廠(chǎng)化程度高 ,構(gòu)件均在工廠(chǎng)加工制作 ,現(xiàn)場(chǎng) 安裝 ,一般比鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工速度約快 1.5 倍,可為整個(gè)項(xiàng)目的安全投 產(chǎn)爭(zhēng)取了很多寶貴時(shí)間。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸可以比砼結(jié)構(gòu)大 ,便于 使用。 正因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)具有以上的優(yōu)點(diǎn) ,目前鋼框架結(jié)構(gòu)才被廣泛的應(yīng) 用在主廠(chǎng)房、準(zhǔn)車(chē)間中。一、鋼框架結(jié)構(gòu)布置

2、1、布置原則 : 對(duì)于平面、豎向不規(guī)則的要求與鋼筋砼結(jié)構(gòu)相同,抗震設(shè)計(jì)要符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)焊縫弱鋼材”的原則 ,對(duì)于框架 ,使 節(jié)點(diǎn)的承載力高于構(gòu)件的承載力 ,防止節(jié)點(diǎn)的破壞先干構(gòu)件的破壞 ,是 確保構(gòu)件整體性的必要條件 ,但節(jié)點(diǎn)又不可過(guò)強(qiáng) ,應(yīng)允許地震時(shí)梁、柱 節(jié)點(diǎn)域的板件能產(chǎn)生一定量的剪切屈服變形 ,以提高整個(gè)框架的延性 , “強(qiáng)柱弱梁”的道理與鋼筋砼結(jié)構(gòu)一樣 ,有利于提高框架的防倒塌能 力 ;由于構(gòu)件焊縫的延性 ,一般低于被連接構(gòu)件的鋼材延性 ,因此要求 焊縫的承載力應(yīng)高于被連接鋼材板件的承載力 ,可以使構(gòu)件的屈服截 面避開(kāi)焊縫而位于鋼板件之中 ,從而提高構(gòu)件以至整個(gè)結(jié)構(gòu)的

3、延性 ,螺 栓連接的延性等抗震性能優(yōu)于焊縫連接 ,重要的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)宜采用高強(qiáng)度螺栓連接。2、柱、梁布置；鋼框架柱截面形式常用的有箱形截面、 H 型截面、十字工形截 面等。箱形截面的受彎載力較強(qiáng) ,截面性能沒(méi)有強(qiáng)、弱軸之分 ,截面尺 寸可以按照兩個(gè)方面的剛度強(qiáng)度要求而定 ,經(jīng)濟(jì)、合理 ,缺點(diǎn)是需要拼 裝焊接,焊接工藝要求高 ,加工量大；軋制寬翼緣 H 型鋼優(yōu)點(diǎn)是加工、 桿件連接容易 ,但有強(qiáng)、弱軸之分，當(dāng)層高較高時(shí)，弱軸的長(zhǎng)細(xì)比就 不容易滿(mǎn)足； 十字形截面鋼柱的兩側(cè)剛度都較大， 能很好的承受柱側(cè) 鋼梁傳來(lái)的彎矩。 十字形截面鋼柱的兩側(cè)剛度一致， 長(zhǎng)細(xì)比容易滿(mǎn)足， 梁柱節(jié)點(diǎn)也制作方便。鑒于主廠(chǎng)房?jī)?nèi)

4、大型設(shè)備多，樓層荷載很重，加 上有時(shí)候大層高，大跨度，使得鋼柱兩側(cè)的彎矩均很大，鋼柱本身的 軸力也很大，這時(shí)候采用十字形截面鋼柱是比較合適的。I字形截面梁的經(jīng)濟(jì)跨度為612m,一般框架 梁、次梁均選用I字形梁。次梁 是鋼結(jié)構(gòu)中數(shù)量最多的構(gòu)件 ,占結(jié)構(gòu)用鋼量的比例較大。布置次梁時(shí) 應(yīng)有利于荷載均勻分布和明確傳力途徑。 鋼次梁一般宜與主梁鉸接相 連,連續(xù)的組合梁雖可減小梁的跨中彎矩和撓度 ,但與主梁受彎節(jié)點(diǎn)要 求采用栓焊法或在鋼梁上、下翼緣設(shè)置鋼蓋板法相連時(shí),將增加較多的焊接工作量 ,實(shí)際工程中很少采用。次梁的間距一般為 1.52.5m， 在震動(dòng)設(shè)備比較集中，荷載比較大的地方間距還要適量減小。3、

5、樓板布置 鋼結(jié)構(gòu)的樓板宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋砼組合樓板或非組合樓 板。也可同鋼筋砼結(jié)構(gòu)一樣采用鋼筋砼現(xiàn)澆樓板。 在無(wú)抗震設(shè)防要求時(shí),可采用予制樓板（限于廠(chǎng)房?jī)?nèi)埋件較多，不適用） 。 組合樓板在 使用階段壓型鋼板可作為砼樓板的受拉鋼筋。壓型鋼板鍍鋅量不多 , 板厚不應(yīng)小于0.75mm,在板底需刷防火涂料，目前防火涂料價(jià)格還是 較高而且量又大 ,因此采用組合樓板造價(jià)一般較高。 非組合樓板在使 用階段 ,壓型鋼板不代替砼板的受拉鋼筋 ,按普通鋼筋砼樓板計(jì)算。其 承載力在施工階段 ,要考慮由壓型鋼板承擔(dān)未結(jié)硬的濕砼板的重量和 施工活荷載。壓型鋼板宜采用具有防銹功能的鍍鋅板,板底不需刷防火涂料，板厚不應(yīng)

6、小于0.5mm,壓型鋼板僅做為模板使用。組合樓板、 非組合樓板及鋼筋砼樓板均需在鋼梁頂設(shè)置圓柱頭栓釘 ,栓釘需穿透 鋼板焊于鋼梁翼緣上，栓釘直徑d根據(jù)板跨度大小，13<d<19mm,柱頂 間距一般4d,栓釘高度高出壓型鋼板頂面 30mm以上,頂面砼保護(hù)層 厚度15mm。澆注混凝土的壓型鋼板波槽平均寬度不應(yīng)小于 50mm, 當(dāng)在槽內(nèi)設(shè)置栓釘?shù)葧r(shí)，壓型鋼板的總高度不應(yīng)大于80mm。二、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)多高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的受力狀況比較復(fù)雜， 構(gòu)造要求相當(dāng)嚴(yán)格， 故 節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本原則：1）、節(jié)點(diǎn)受力應(yīng)該力求簡(jiǎn)捷、明確；2）、保證節(jié)點(diǎn)足夠的強(qiáng)度，后于構(gòu)件破壞；3）、節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)具有

7、良好的延性，故設(shè)計(jì)中應(yīng)采用合理的細(xì)部構(gòu) 造，不宜采用約束度大的和易產(chǎn)生層狀撕裂的連接形式；4）、構(gòu)件拼接一般按等強(qiáng)度原則；5）、盡量簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以便于加工、安裝。1、梁柱節(jié)點(diǎn)梁柱節(jié)點(diǎn)通常采用剛性連接 ,并通常采用栓焊混合連接 ;梁的上、 下翼緣用坡口全熔透焊縫與柱翼緣連接 ,腹板用摩擦型高強(qiáng)度螺栓與 柱翼緣上的剪力板連接 ,原則上梁端彎矩由梁翼緣負(fù)擔(dān) ,梁端剪力由梁 腹板承擔(dān) ,在梁的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置柱的水平加勁肋。對(duì)抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu),水平加勁肋應(yīng)與梁翼緣等厚 ,水平加勁肋與柱采用坡口全熔透焊縫焊 接,當(dāng)柱兩側(cè)梁高度不等時(shí) ,每個(gè)梁翼緣對(duì)應(yīng)位置均應(yīng)設(shè)置柱的水平加 勁肋，加勁肋之間的距離不小于150

8、mm,也可設(shè)置坡度小于1:3的加勁 肋或?qū)⒔孛娓叨容^小的梁腹板高度局部加大 ,腋部翼緣的坡度不得大 于 1:3。2、柱拼接、梁拼接當(dāng)柱、梁長(zhǎng)度大于 14-15m 左右時(shí) ,不便于運(yùn)輸和裝配 ,需要在工地 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接。 柱接頭應(yīng)位于框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)以外 ,一般宜在框架梁 上方1.3m附近，柱接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足極限承載力 Ma > 1.2Mpc的原則 （Ma:極限受彎承載力；Mpc:全塑性受彎承載力）,1字形截面柱的工地接 頭,翼緣采用全熔透坡口焊接 , 腹板用高強(qiáng)度螺栓連接 ,也可采用焊接 , 在上柱腹板開(kāi) K 形坡口 ,要求焊透。 梁接頭應(yīng)位于框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)以 外，即從梁端算起的1/10跨

9、長(zhǎng)并應(yīng)大于1.6m,拼接接頭由；翼緣承擔(dān)彎 矩,腹板承擔(dān)剪力。梁的拼接主要用于梁與柱全焊接節(jié)點(diǎn)的柱外懸臂 梁段與中間梁段的連接 ,連接形式有 :翼緣為全溶透焊接 ,腹板為高強(qiáng) 度螺栓連接 ；翼緣、腹板都用高強(qiáng)度螺栓連接 ；翼緣、腹板都用全溶透 焊接。3、框架梁的側(cè)向隅撐按抗震設(shè)計(jì)的框架梁，在梁可能出現(xiàn)塑性鉸處（通常距柱軸線(xiàn)1/81/10梁跨處）,梁上下翼緣均應(yīng) 設(shè)置側(cè)向隅撐。主梁的側(cè)向隅撐三、防銹、防火鋼構(gòu)件制作完畢后進(jìn)行噴砂除銹處理，除銹等級(jí)Sa2.5鋼結(jié)構(gòu)表 面防護(hù)底漆兩道，漆膜總厚度60卩m,面漆顏色由業(yè)主自定；高強(qiáng)螺栓 連接范圍內(nèi)的鋼構(gòu)件接觸面不得涂刷油漆 ；需要現(xiàn)場(chǎng)焊接構(gòu)件的焊接 范圍內(nèi)由現(xiàn)場(chǎng)涂刷油漆；埋入式柱腳在混凝土中部分不得涂刷油漆；鋼 結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中應(yīng)定期進(jìn)行油漆、 維護(hù)。需做防火涂層的鋼材表面 可除銹后只做底漆涂層。主鋼結(jié)構(gòu)出廠(chǎng)時(shí)涂覆醇酸防銹底漆，干膜厚度不小于60卩m,在結(jié)構(gòu)安裝后涂覆與底漆相容的防銹面漆。鋼結(jié)構(gòu)宜采用防火涂料防火，按建筑物耐火等級(jí)及構(gòu)件耐火時(shí)限，根據(jù)鋼結(jié) 構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范CECS24選用涂料的類(lèi)別及構(gòu)造做法。幾 種常用的防火涂料，根據(jù)其厚度有：厚型