鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單步驟與設(shè)計(jì)思路

1、鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)簡單步驟與設(shè)計(jì)思路一判斷構(gòu)造是否合適用鋼構(gòu)造鋼構(gòu)造通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的構(gòu)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(shí)建筑等。這是和鋼構(gòu)造自身的特點(diǎn)相一致的。二構(gòu)造選型與構(gòu)造布置此處僅簡單介紹。詳請參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于構(gòu)造選型涉及廣泛，做構(gòu)造選型及布置應(yīng)該在經(jīng)歷豐富的工程師指導(dǎo)下進(jìn)展。在鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是概念設(shè)計(jì)，它在構(gòu)造選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出準(zhǔn)確理性分析或標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的問題，可根據(jù)從整體構(gòu)造體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害

2、、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)歷所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制構(gòu)造的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)展構(gòu)思、比擬與選擇。所得構(gòu)造方案往往易于手算、概念明晰、定性正確，并可防止構(gòu)造分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)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(gòu)造概念和體系?一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃構(gòu)造方案的方法，以及構(gòu)造總體系和個(gè)分體系間的互相力學(xué)關(guān)系和簡化近似設(shè)計(jì)方法。鋼構(gòu)造通常有框架、平面木行架、網(wǎng)架殼、索膜、輕鋼、塔桅等構(gòu)造型式。其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，比方網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。構(gòu)造選型時(shí)，應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)

3、。在輕鋼工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或挪動(dòng)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(yīng)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(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比簡單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜構(gòu)造體系。高層鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)中，常采用鋼混凝土組合構(gòu)造，在地震烈度高或很不規(guī)那么的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)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(gòu)造體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。構(gòu)造的布置要根據(jù)體系

4、特征，荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要?jiǎng)偠染鶆?。力學(xué)模型明晰。盡可能限制大荷載或挪動(dòng)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(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力風(fēng)震的作用線。否那么應(yīng)考慮構(gòu)造的改變。構(gòu)造的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。比方有支撐框架構(gòu)造，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受1/4的總程度力。框架構(gòu)造的樓層平面次梁的布置，有時(shí)可以調(diào)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(huì)使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時(shí)會(huì)吃不消，此時(shí)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(yù)估截面構(gòu)造布置完畢后，需對構(gòu)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(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)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(biāo)準(zhǔn)中部分穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。柱截面按長細(xì)比預(yù)估。通常50150，簡單項(xiàng)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(xué)者需注意，對應(yīng)不同的構(gòu)造，標(biāo)準(zhǔn)中對截面的構(gòu)造要求有很大的不同。如鋼構(gòu)造所特有的組成構(gòu)件的板件的部分穩(wěn)定問題。在普鋼標(biāo)準(zhǔn)和輕鋼標(biāo)準(zhǔn)中的限值有很大的區(qū)別。除此之外，構(gòu)件

6、截面形式的選擇沒有固定的要求，構(gòu)造工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇平安經(jīng)濟(jì)美觀的截面。四構(gòu)造分析目前鋼構(gòu)造實(shí)際設(shè)計(jì)中，構(gòu)造分析通常為線彈性分析，條件允許時(shí)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(zhǔn)確的分析構(gòu)造提供了條件。并不是所有的構(gòu)造都需要使用軟件：典型構(gòu)造可查力學(xué)手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。簡單構(gòu)造通過手算進(jìn)展分析。復(fù)雜構(gòu)造才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的構(gòu)造分析。五工程斷定要正確使用構(gòu)造軟件，還應(yīng)對其輸出結(jié)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(jì)算結(jié)果。不同的軟件會(huì)有不同的適

7、用條件。初學(xué)者應(yīng)充清楚了。此外，工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算和準(zhǔn)確的力學(xué)計(jì)算本身常有一定間隔 ，為了獲得實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，有時(shí)會(huì)用誤差較大的假定，但對這種誤差，會(huì)通過適用條件、概念及構(gòu)造的方式來保證構(gòu)造的平安。鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)中，適用條件、概念及構(gòu)造是比定量計(jì)算更重要的內(nèi)容。工程師們不應(yīng)該過分信任與依賴構(gòu)造軟件。美國一位學(xué)者曾警告說：“誤用計(jì)算機(jī)造成構(gòu)造破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.注重概念設(shè)計(jì)和工程斷定是防止這種工程災(zāi)難的方法。六構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件的設(shè)計(jì)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(gòu)造使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的

8、組合截面。當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí)，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時(shí)，宜使用Q235.構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)使用的是彈塑性的方法來驗(yàn)算截面。這和構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的構(gòu)造軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了構(gòu)造師的很多工作量。但是，初學(xué)鋼至少應(yīng)注意兩點(diǎn)：1.軟件在做構(gòu)件主要是柱的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個(gè)問題。所以，尤其對于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，構(gòu)造師應(yīng)

9、該逐個(gè)檢查。2.當(dāng)上面第三條中預(yù)估的截面不滿足時(shí)，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。1強(qiáng)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(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否那么，會(huì)很不經(jīng)濟(jì)。使用軟件的前述自動(dòng)加大截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)分，實(shí)際上，常常并不適宜。七節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在構(gòu)造分析前，就應(yīng)該對節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與構(gòu)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(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。初學(xué)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(diǎn)做法及計(jì)算公式。連接的不同對構(gòu)造影響甚大。比方，有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒有問題，但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合構(gòu)造分析中的假定。會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常用的方法，初學(xué)者可偏平安選用前者。設(shè)計(jì)手冊2中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計(jì)者查用，比擬方便。也可以使用構(gòu)造軟件的后處理部分來自動(dòng)完成。詳細(xì)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)有強(qiáng)迫規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守。焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。E43對應(yīng)Q235，E50對應(yīng)Q345.Q235與Q345連接時(shí)，應(yīng)該選擇低強(qiáng)

11、度的E43，而不是E50.焊接設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近。其他詳細(xì)內(nèi)容可查標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于焊縫構(gòu)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(gòu)造部位使用。高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型。兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)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(shè)計(jì)中應(yīng)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(gòu)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(yàn)算凈截面抗剪等。4.梁腹板：應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈

12、截面抗剪。承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁部分承壓。5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場無法安裝是初學(xué)者長犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)展現(xiàn)場定位與臨時(shí)固定。6.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝程度。比方鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成。八圖紙編制鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼構(gòu)造制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼構(gòu)造工程增多和設(shè)計(jì)院鋼構(gòu)造工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)才能的鋼構(gòu)造公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。1.設(shè)計(jì)圖：是提供制造廠編制施工詳圖的根據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完好但不冗余。在設(shè)計(jì)圖中，對于設(shè)計(jì)根據(jù)、荷載資