鋼結構設計簡單步驟與設計思路

1、鋼構造設計簡單步驟與設計思路一判斷構造是否合適用鋼構造鋼構造通常用于高層、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(jīng)常裝拆的構造。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。這是和鋼構造自身的特點相一致的。二構造選型與構造布置此處僅簡單介紹。詳請參考相關專業(yè)書籍。由于構造選型涉及廣泛，做構造選型及布置應該在經(jīng)歷豐富的工程師指導下進展。在鋼構造設計的整個過程中都應該被強調的是概念設計，它在構造選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出準確理性分析或標準未規(guī)定的問題，可根據(jù)從整體構造體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害

2、、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)歷所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制構造的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進展構思、比擬與選擇。所得構造方案往往易于手算、概念明晰、定性正確，并可防止構造分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要根據(jù)。林同炎教授在?構造概念和體系?一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃構造方案的方法，以及構造總體系和個分體系間的互相力學關系和簡化近似設計方法。鋼構造通常有框架、平面木行架、網(wǎng)架殼、索膜、輕鋼、塔桅等構造型式。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，比方網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。構造選型時，應考慮它們不同的特點

3、。在輕鋼工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或挪動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架。根本雪壓大的地區(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落切線50度內(nèi)需考慮雪載，如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(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，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(jīng)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構造體系。高層鋼構造設計中，常采用鋼混凝土組合構造，在地震烈度高或很不規(guī)那么的高層中，不應單純?yōu)榱私?jīng)濟去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SR柱，核心為支撐框架的構造體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。構造的布置要根據(jù)體系

4、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。力學模型明晰。盡可能限制大荷載或挪動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基矗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。否那么應考慮構造的改變。構造的抗側應有多道防線。比方有支撐框架構造，柱子至少應能單獨承受1/4的總程度力。框架構造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。三預估截面構造布置完畢后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的

5、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，這種方法很受歡送。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按標準中部分穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。柱截面按長細比預估。通常50150，簡單項選擇擇值在100附近。根據(jù)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，對應不同的構造，標準中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼構造所特有的組成構件的板件的部分穩(wěn)定問題。在普鋼標準和輕鋼標準中的限值有很大的區(qū)別。除此之外，構件

6、截面形式的選擇沒有固定的要求，構造工程師應該根據(jù)構件的受力情況，合理的選擇平安經(jīng)濟美觀的截面。四構造分析目前鋼構造實際設計中，構造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。這為更準確的分析構造提供了條件。并不是所有的構造都需要使用軟件：典型構造可查力學手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。簡單構造通過手算進展分析。復雜構造才需要建模運行程序并做詳細的構造分析。五工程斷定要正確使用構造軟件，還應對其輸出結果的做工程斷定.比方，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)工程斷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

7、用條件。初學者應充清楚了。此外，工程設計中的計算和準確的力學計算本身常有一定間隔 ，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構造的平安。鋼構造設計中，適用條件、概念及構造是比定量計算更重要的內(nèi)容。工程師們不應該過分信任與依賴構造軟件。美國一位學者曾警告說：“誤用計算機造成構造破壞而引起災難只是一個時間的問題。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.注重概念設計和工程斷定是防止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。比擬常用的是Q235類似A3和Q345類似16n。通常主構造使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的

8、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(xiàn)行標準使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和構造內(nèi)力計算的彈性方法并不匹配。當前的構造軟件，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。它減少了構造師的很多工作量。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(shù)的取定有時會不符合標準的規(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，構造師應

9、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，否那么，會很不經(jīng)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，常常并不適宜。七節(jié)點設計連接節(jié)點的設計是鋼構造設計中重要的內(nèi)容之一。在構造分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分考慮與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與構造分析模型中使用的形式不完全一致，這必須防止。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

10、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。連接的不同對構造影響甚大。比方，有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題，但會產(chǎn)生較大轉動，不符合構造分析中的假定。會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法，初學者可偏平安選用前者。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，比擬方便。也可以使用構造軟件的后處理部分來自動完成。詳細設計主要包括以下內(nèi)容：1.焊接：對焊接焊縫的尺寸及形式等，標準有強迫規(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

11、度的E43，而不是E50.焊接設計中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近。其他詳細內(nèi)容可查標準關于焊縫構造方面的規(guī)定。2.栓接：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，可在次要構造部位使用。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(jù)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12.常用1630.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。自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，也常用于主構造的連接。3.連接板：可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4.然后驗算凈截面抗剪等。4.梁腹板：應驗算栓孔處腹板的凈

12、截面抗剪。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁部分承壓。5.節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、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展現(xiàn)場定位與臨時固定。6.節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝程度。比方鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成。八圖紙編制鋼構造設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼構造制造公司根據(jù)設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼構造工程增多和設計院鋼構造工程師缺乏的矛盾，有設計才能的鋼構造公司參與設計圖編制的情況也很普遍。1.設計圖：是提供制造廠編制施工詳圖的根據(jù)。深度及內(nèi)容應完好但不冗余。在設計圖中，對于設計根據(jù)、荷載資