鋼筋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、 鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，越來越多的鋼結(jié)構(gòu)用于民用和工業(yè)建筑。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，其強(qiáng)度重量比指標(biāo)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的5倍以上，可顯著降低基礎(chǔ)造價(jià)并顯著減輕結(jié)構(gòu)重量25%以上。由于鋼材重量輕、強(qiáng)度高，其梁柱截面尺寸較小，可節(jié)省使用面積；鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，構(gòu)件在工廠加工，現(xiàn)場安裝。總則施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)快1.5倍左右。為整個(gè)項(xiàng)目的安全生產(chǎn)爭取了很多寶貴的時(shí)間。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的尺寸可以比混凝土結(jié)構(gòu)的大，使用方便。由于鋼結(jié)構(gòu)的上述優(yōu)點(diǎn)，鋼框架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于主廠房和準(zhǔn)廠房。一、鋼架結(jié)構(gòu)布置一、布局原則：平面和豎向不平整度的要求與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同

2、?？拐鹪O(shè)計(jì)必須遵循“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件、強(qiáng)柱、弱梁、強(qiáng)焊縫、弱鋼”的原則。對于框架，節(jié)點(diǎn)的承載力應(yīng)高于構(gòu)件的承載力是保證構(gòu)件完整性的必要條件，但節(jié)點(diǎn)不能太強(qiáng)，梁柱節(jié)點(diǎn)域的板地震時(shí)應(yīng)內(nèi)容產(chǎn)生一定量的剪切屈服。 “強(qiáng)柱弱梁”的原理與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同，有利于提高框架的抗倒塌能力；因?yàn)闃?gòu)件焊縫的延展性總則低于被連接構(gòu)件的鋼材的延展性，所以要求焊縫的承載能力要高于被連接鋼板的承載能力，所以構(gòu)件的屈服截面可以避開焊縫而位于鋼板內(nèi)，從而提高構(gòu)件和整個(gè)結(jié)構(gòu)的延展性，以及螺栓連接的延展性。性能優(yōu)于焊接接頭，重要構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓連接。2、柱梁布置；鋼架柱常用的截面形式有箱形、H形、十字形。箱形截面具有較強(qiáng)

3、的彎曲載荷，截面性能不分強(qiáng)軸和弱軸。截面尺寸可根據(jù)剛度和強(qiáng)度兩方面的要求確定，經(jīng)濟(jì)合理。缺點(diǎn)是需要組裝焊接，焊接工藝要求高。處理能力大；軋制寬法蘭H型鋼的優(yōu)點(diǎn)是加工和桿連接容易，但有強(qiáng)軸和弱軸之分。層高高時(shí)，弱軸長細(xì)比不易滿足；十字形截面鋼柱兩側(cè)剛度較大，能很好地承受柱側(cè)鋼梁的彎矩。截面鋼柱兩側(cè)剛度一致，長細(xì)比容易滿足，梁柱接頭也便于制造。鑒于主廠房內(nèi)大型設(shè)備較多，樓面荷載很重，有時(shí)層高大跨度高，使鋼柱兩側(cè)彎矩大，軸向力鋼柱本身的體積也很大。截面鋼柱更合適。工字型截面梁的經(jīng)濟(jì)跨度為6-12m，工字梁總則用于框架梁和次梁。次梁是鋼結(jié)構(gòu)中數(shù)量最多的構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)用鋼中占很大比例。布置次梁時(shí)，應(yīng)有利于

4、荷載的均勻分布和清晰的傳力路徑。鋼次梁總則應(yīng)采用鉸鏈與主梁連接。連續(xù)組合梁雖然可以降低梁的跨中彎矩和撓度，但與主梁的抗彎接頭應(yīng)用螺栓或設(shè)置在鋼梁的上下翼緣上。鋼蓋板法連接時(shí)會增加焊接工作量，在實(shí)際工程中很少使用。次梁間距總則為1.5-2.5m，在振動設(shè)備集中、載荷較大的地方，應(yīng)適當(dāng)減小間距。3、樓層布局鋼結(jié)構(gòu)樓板應(yīng)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或壓型鋼板非組合樓板。鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板也可以像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣使用。在沒有抗震設(shè)防要求的情況下，可以使用預(yù)制樓板（限于車間內(nèi)很多預(yù)埋件，不適用）。復(fù)合地板壓型鋼板在使用階段可作為混凝土地板的抗拉筋。壓型鋼板鍍鋅量不多，板厚不宜小于0.75mm，板底需涂防火

5、涂料。非組合樓板在使用時(shí)，壓型鋼板不代替混凝土板的受拉鋼筋，按普通鋼筋混凝土板計(jì)算。在施工階段，應(yīng)考慮壓型鋼板的承載能力，以承受未硬化的濕混凝土板的重量和施工活荷載。壓型鋼板應(yīng)采用具有防銹功能的鍍鋅板。板底無需涂防火漆。板材的厚度不應(yīng)小于0.5mm。壓型鋼板僅用作模板。復(fù)合樓板、非組合樓板和鋼筋混凝土樓板應(yīng)在鋼梁頂部設(shè)置柱形螺柱。螺柱應(yīng)穿透鋼板并焊接到鋼梁翼緣上。頂間距總則4d，螺柱高度高于壓型鋼板頂面30mm以上，頂面混凝土保護(hù)層厚度15mm。澆注混凝土用波紋鋼板的平均寬度不得小于50mm。槽內(nèi)設(shè)置螺柱等時(shí)，壓型鋼板的總高度不得大于80mm。2.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)多層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的受力情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)要求

6、也相當(dāng)嚴(yán)格，因此節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)非常重要。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本原則：1）節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力要簡單明了；2)、保證節(jié)點(diǎn)有足夠的強(qiáng)度，否則會損壞組件；3）節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)具有良好的延展性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用合理的細(xì)部結(jié)構(gòu)，不宜采用約束程度大、易產(chǎn)生層狀撕裂的連接形式；4）構(gòu)件的拼接總則采用等強(qiáng)度的原則；5）盡可能簡化節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，方便加工和安裝。1.梁柱接頭梁柱節(jié)點(diǎn)通常采用剛性連接，通常采用螺栓焊接混合連接；梁的上下翼緣與柱翼緣采用坡口全熔焊連接，腹板通過摩擦式高強(qiáng)度螺栓與柱的上下翼緣連接。原則上，梁端的彎矩由梁翼緣承擔(dān)，梁端的剪力由梁腹板承擔(dān)，柱的水平加強(qiáng)筋設(shè)置在梁的相應(yīng)位置。對于抗震工事結(jié)構(gòu)，水平加強(qiáng)筋應(yīng)與梁翼緣等厚，水平加強(qiáng)筋

7、與立柱采用坡口全熔透焊縫焊接。對于水平加勁肋，加勁肋之間的距離不應(yīng)小于150mm，也可安裝坡度小于1:3的加勁肋或部分增加截面高度較小的梁腹板高度，腰部法蘭的坡度不應(yīng)大于1：3。2.立柱拼接、橫梁拼接當(dāng)柱梁長度大于14-15m左右時(shí)，不方便運(yùn)輸和組裝，需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼接。柱節(jié)應(yīng)位于框架節(jié)塑性區(qū)外，總則高于框架梁1.3m，柱節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合極限承載力Ma1.2Mpc（Ma：極限抗彎承載力）的原則;mpc：全塑抗彎承載力），工字型截面立柱現(xiàn)場接頭，翼緣焊接全焊透坡口，腹板用高強(qiáng)度螺栓連接，也可采用焊接，上柱腹板開有K型槽，需要穿入。梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)位于框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)外，即距梁端跨距的1/10，且應(yīng)大于1

8、.6m。梁的拼接主要用于柱外懸臂梁段與梁柱全焊接接頭中梁段的連接。均采用高強(qiáng)度螺栓連接；法蘭和腹板均采用全熔透焊接。3、框架梁側(cè)角撐根據(jù)框架梁的抗震設(shè)計(jì)，在梁中可能出現(xiàn)塑性鉸的地方（總則為柱軸梁跨距的1/81/10），應(yīng)設(shè)置梁的上下翼緣。帶側(cè)支架。主梁側(cè)角撐三、銹、火鋼構(gòu)件制作完成后，應(yīng)進(jìn)行噴砂除銹，除銹等級為Sa2.5；鋼結(jié)構(gòu)表面用兩道底漆保護(hù)，漆膜總厚度60m，面漆顏色由業(yè)主確定；構(gòu)件的接觸面不得涂漆；需要現(xiàn)場焊接的部件的焊接范圍應(yīng)現(xiàn)場涂裝；預(yù)埋柱腳在混凝土中的部分不得涂漆；鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中應(yīng)定期進(jìn)行油漆和保養(yǎng)。需要做防火涂層的鋼材表面可以進(jìn)行除銹處理，只做底漆即可。主體鋼結(jié)構(gòu)出廠時(shí)涂有醇酸防銹底漆，干膜厚度不小于60m。結(jié)構(gòu)安裝后，涂上與底漆相容的防銹面漆。鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)有防火涂料保護(hù)。根據(jù)建筑物的耐火等級和構(gòu)件的耐火時(shí)限，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)耐火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范CECS24，選擇涂料的種類和施工方法.幾種常用的防火涂料，按其厚度有：厚型防火涂料（厚