鋼結構設計方案步驟和設計方案思路

1、鋼結構設計步驟和設計思路摘要：鋼結構設計簡單步驟和設計思路 關鍵詞：鋼結構 結構 設計 步驟 （一）判斷結構是否適合用鋼結構鋼結構通常用于高層、人跨度、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。 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途（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。 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途在鋼結構設計的整個過程屮都應該被強調的是&q

2、uot;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、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)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(shù)據可靠與否的主要依據。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途林同炎教授在結構概念和體系一書屮介紹門IJ幣體概念 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

3、和簡化近似設計方法。20 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途鋼結構通常右框架、干血（木行）架、網架（殼）、索膜、輕 鋼、塔桅等結構型式。貝：理論與技術犬祁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。結構選型吋，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。基本雪壓大的地區(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

4、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(shù)以上的此類高層為前者。 對抗震不利 19 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途結構的布置耍根據體系特征,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

5、單獨承受1/4的總水平力. 版權文檔，請勿用 做商業(yè)用途機架結構的樓圧平聞次梁的布置，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. 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途（三）預估截面結構布置結束厲，需對構件截面作初步估算。主耍足梁柱和 支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁口j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

6、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。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途按長細比頂估.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. 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途初學者需注意，對應不同的結構，規(guī)范屮対截店的構造要求 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。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途除此Z外，構件截面形式的選擇沒有固定的孌求，結構T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。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途

7、（四）結構分析口前鋼結構實際i殳訃川，結構分析通常為線彈性分析,條件 允許時考慮P- ,p- 8 .新近的一些有限元軟件町以部分考慮幾何菲線性及鋼材的 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 : 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途肌型結構可杳力穿于冊之類的T具書直接獲得內力和變形.簡單結構通過算進行分析.復雜結構才需耍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，還應対其輸出結果的做"工程判定 "。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果 . 版權文檔，請

8、勿用做商業(yè)用 途不同的軟件會仃不同的適用條件.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 .版權文檔，請勿用做商業(yè)用途Il程師們不應該過分信任耳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?！?版權文檔，請勿用做商業(yè)用途注重概念設計和T程判定是避免這種工和災難的方法.（六）構件設計 構件的設訃肯先

9、是材料的選擇.比較常用的是Q235（類似A3）和Q345（類似16Mn）.通常主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版權文檔，請 勿用做商業(yè)用途構件設汁中，現(xiàn)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性方法并不匹配.為衍的結構軟件，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

10、注意兩點：版權文檔，請勿用做商業(yè)用途1. 軟件在做構件（主要是柱）的截面驗算時，計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(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 . 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途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。 版權文檔，請勿用做商 業(yè)用途(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。使用軟件的前述白動加人截商的優(yōu)化設汁功能，很難

11、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屮重婆的內容之一 在結構分 析前,就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定.常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設計的節(jié)點與結構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)點分剛接,鉸接和半剛接. 初學者宜選擇可以簡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)點做法及計算公式. 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途連按的不同對結構影響甚大.比如，有的剛接節(jié)點雖然承受 彎矩沒有問題，但會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定. 會導致實際工程變形大于計算數(shù)據等的不利結果. 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途連接節(jié)點

12、冇等強設計和實際受力設訃兩種常用的方法，初 學者可偏安全選用前者.設計手冊2中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用，比較方便.也可以使用結構軟件的后處 理部分來自動完成 . 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途具體設計主耍包括以卜內容：1. 焊接:對焊接焊縫的尺寸及形式等,規(guī)范有強制規(guī)定,應嚴格遵守.焊條的選用應和被連接金屬材質適應.E43對應Q235,E50對應Q345. Q235與 Q345連接時，應該選擇低強度的 E43, 而不是 E50.版權文檔，請勿用做商業(yè)用途焊接設計小不得任意加大焊縫焊縫的重心應盡量與被連 接構件重心接近.其他詳細內容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定.版權文檔，請勿用做商

13、業(yè)用途2. 栓接:釧接形式,在建筑工程中，現(xiàn)已很少米用普通蛭栓抗剪性能耒，可在次要結構部位使用.高強螺栓，使用日益廣泛.常用8.8s和10.9s兩個強度等級. 根據受力特點分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同.高強螺栓 最小規(guī)格M12.常用M16M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定,設 計中應慎重使用。 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途H攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接.國外在低層 墻板式住宅中，也常用于主結構的連接.3. 連接板:可簡單取其厚度為梁腹板厚度加 4mm.然后驗 算凈截面抗剪等.4梁腹板:應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪.承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓.5. 節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓

14、、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途6. 節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平.比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成. 版權文檔，請勿用做商業(yè)用途（八）圖紙編制鋼結構設計出圖分設計圖和施丁詳圖兩階段，設計圖為設計 單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院 鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖 編制的情況也很普遍。版權文檔，請勿用做商業(yè)用途1.設計圖:是提供制造廠編制施工詳圖的依據深度及內容應完整但不冗余.在設計圖中，對于設計依據、荷載資料（包括地震作用）、技術數(shù)據、材料選用及材質要求、設計要求（包 括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸?shù)龋?、結構布 置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的