鋼結構設計步驟及設計思路

1、鋼結構設計步驟和設計思路（一判斷結構是否適合用鋼結構鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振 動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。（二結構選型與結構布置此處僅簡單介紹詳請參考相關專業(yè)書籍由于結構選型涉及廣泛，做結構選 型及布置應該在 經驗豐富的工程師指導下進行。在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是概念設計,它在結構選型與 布置階段尤其重要.對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據從 整體結構體系與分體系之 間的力學關系、破壞機

2、理、震害、試驗現象和工程經驗 所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設 計可以在早期迅速、 有效地進行構思、 比較與選擇。所得結構方案往往易于手 算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的 繁瑣運算。同時，它也是 判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。林同炎教授在結構概念和體系一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結構方案的 方法,以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。20鋼結構通常有框架、平面（木行架、網架（殼、索膜、輕鋼、塔桅等結構型 式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實用的設計方法 比如網殼的穩(wěn)定等。結

3、構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或 移動荷載,就可考慮放棄門式剛架而采用網架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線50度內需考慮雪載，如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網殼。 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，在框架中布置支撐會 比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的 經濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇 構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構設計中,常采用鋼混凝土組合結構,在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應單純?yōu)榱私洕ミx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構體系。我國半數以 上的

4、此類高層為前者。對抗震不利。19結構的布置要根據體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮一般的說要剛 度均勻力學模 型清晰盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接 的線路傳遞到基礎柱間抗側支撐的分布應均勻其形心要盡量靠近側向力（風震 的作用線否則應考慮結構的扭轉結構的抗側應有多道防線比如有支撐框架結 構，柱子至少應能單獨承受1/4的總水平力.框架結構的樓層平面次梁的布置，有時 可以調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，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時會吃 不消，此時把次梁 支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子（三預估截面結構布

5、置結束后，需對構件截面作初步估算。 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。翼緣寬度根據梁間側向支撐的 間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁 的整體穩(wěn)定的復雜計算，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)定的構造規(guī)定預估。柱截面按長細比預估通常50入150簡單選擇值在100附近。根據軸心受 壓、雙向受彎 或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等.初學者需注意，對應不同的結構，規(guī)范中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼結構所特有 的組成構件的板件

6、的局部穩(wěn)定問題。在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。除此之外,構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該 根據構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。（四結構分析目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P- ,p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構 提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件：典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形簡單結構通過手算進行分析復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析（五工程判定要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做工程判定。比如，評估各向周 期、總剪力、變形特征等。

7、根據工程判定選擇修改模型重新分析，還是修正計 算結果不同的軟件會有不同的適用條件初學者應充分明了 此外，工程設計中的計 算和精確的力學計算本身常有一定距離，為了獲得實用的設計方法，有時會用誤差 較大的假定，但對這種誤 差,會通過適用條件、概念及構造的方式來保證結構 的安全.鋼結構設計中,適用條件、概念及構造是比定量計算更重要的內容.工程師們不應該過分信任與依賴結構軟件 美國一位學者曾警告說：誤用計算 機造成結構破 壞而引起災難只是一個時間的問題?！弊⒅馗拍钤O計和工程判定是避免這種工程災難的方法.（六構件設計構件的設計首先是材料的選擇比較常用的是Q235（類似A3和Q345類似 16Mn.通常主

8、結 構使用單一鋼種以便于工程管理.經濟考慮，也可以選擇不同強度 鋼材的組合截面當強度 起控制作用時,可選擇Q345;穩(wěn)定控制時，宜使用Q235.構件設計中，現行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面這和結構內力計算的彈可以將驗算 時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級.并自動重新分 析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設計功能之一。它減少了結 構師的很多工作量。但是，初學鋼至少應注意兩點：1. 軟件在做構件（主要是柱的截面驗算時，計算長度系數的取性方法并不匹配當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件定有時會不 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問題。所 以，尤其對于節(jié)點連接情況復 雜或變截面的構件，結構師應該逐個檢查.2. 當上面第（三條中預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區(qū)別對 待。（1強度不滿足，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。（2變形超限，通常不應加大板件厚度，而應考慮加大截面的高度，否則，會很不經 濟。使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū) 分,實際上,常常并不合適。（七節(jié)點設計連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要