钢结构设计简单步骤设计思路.doc

    钢构造设计简单步骤设计思路             未知时间：2007-11-24 13:36:00                     一判断构造是否适合用钢构造 钢构造通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的构造。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅与临时建筑等。这是与钢构造自身的特点相一致的。二构造选型与构造布置此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于构造选型涉及广泛，做构造选型及布置应该在经历丰富的工程师指导下进展。在钢构造设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计"，它在构造选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出准确理性分析或标准未规定的问题，可依据从整体构造体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象与工程经历所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制构造的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进展构思、比拟与选择。所得构造方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可防止构造分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。林同炎教授在?构造概念与体系?一书中介绍了用整体概念来规划构造方案的方法，以及构造总体系与个分体系间的相互力学关系与简化近似设计方法。20钢构造通常有框架、平面木行架、网架壳、索膜、轻钢、塔桅等构造型式。其理论与技术大都成熟。亦有局部难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比方网壳的稳定等。构造选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。根本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落切线50度内需考虑雪载，如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜构造体系。高层钢构造设计中，常采用钢混凝土组合构造，在地震烈度高或很不规那么的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的构造体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。19构造的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到根底。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力风震的作用线。否那么应考虑构造的扭转。构造的抗侧应有多道防线。比方有支撑框架构造，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。框架构造的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁与柱子。三预估截面构造布置完毕后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱与支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/201/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢送。确定了截面高度与翼缘宽度后，其板件厚度可按标准中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估。通常50<<150，简单项选择择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。初学者需注意，对应不同的构造，标准中对截面的构造要求有很大的不同。如钢构造所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢标准与轻钢标准中的限值有很大的区别。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，构造工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择平安经济美观的截面。四构造分析目前钢构造实际设计中，构造分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-，p-。新近的一些有限元软件可以局部考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更准确的分析构造提供了条件。并不是所有的构造都需要使用软件：典型构造可查力学手册之类的工具书直接获得内力与变形。简单构造通过手算进展分析。复杂构造才需要建模运行程序并做详细的构造分析。五工程判定要正确使用构造软件，还应对其输出结果的做"工程判定".比方，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充清楚了。此外，工程设计中的计算与准确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差，会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证构造的平安。钢构造设计中，"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容。工程师们不应该过分信任与依赖构造软件。美国一位学者曾警告说：“误用计算机造成构造破坏而引起灾难只是一个时 间的问题。注重概念设计与工程判定是防止这种工程灾难的方法。六构件设计构件的设计首先是材料的选择。比拟常用的是Q235类似A3与Q345类似16Mn。通常主构造使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235.构件设计中，现行标准使用的是弹塑性的方法来验算截面。这与构造内力计算的弹性方法并不匹配。当前的构造软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了构造师的很多工作量。但是，初学钢至少应注意两点：1.软件在做构件主要是柱的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合标准的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以，尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，构造师应该逐个检查。2.当上面第三条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。1强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。2变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否那么，会很不经济。使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，常常并不适宜。七节点设计连接节点的设计是钢构造设计中重要的内容之一。在构造分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与构造分析模型中使用的形式不完全一致，这必须防止。按传力特性不同，节点分刚接，铰接与半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书2有丰富的推荐的节点做法及计算公式。连接的不同对构造影响甚大。比方，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合构造分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。连接节点有等强设计与实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏平安选用前者。设计手册2中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比拟方便。也可以使用构造软件的后处理局部来自 第 5 页