2022年钢结构设计简单步骤和设计思路.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 钢结构设计简洁步骤和设计思路 一 判定结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或常常装拆的结构；直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等；这是和钢结构自身的特点相一样的； 二 结构选型与结构布置 结构选型及布置是对结构的定性,由于其涉及广泛 ,应当在体会丰富的工程师指导下进行；此处仅简洁介绍 . 详请参考相关专业书籍 . 在钢结构设计的整个过程中都应当被强调的是 概念设计 , 它在结构选型与布置阶段特别重要 . 对一些难以作出精确理性分

2、析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程体会所获得的设计思想,从全局的角度来确定掌握结构的布置及细部构造措施；在早期快速、有效地进行构思、比较与挑选,所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确,并可防止结构分析阶段不必要的繁琐运算；同时,它也是判定运算机内力分析输出数据牢靠与否的主要依据；林同炎教授在结构概念和体系一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法；架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式；决, 或没有简洁有用的设计方法,比如网壳的稳固等；钢结构通常有框架、平面桁架、网

3、 其理论与技术大都成熟；亦有部分难题没有解 结构选型时,应考虑不同结构形式的特点；在工业厂房中,当有较大悬挂荷载或大范畴移动荷载,就可考虑舍弃门式刚架而采纳网架；基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50 度外不需考虑雪载）,如亚东水泥厂石灰石仓棚采纳三心圆网壳,总雪载和坡屋面相比释放近一半；降雨量大的地区相像考虑；建筑答应时,在框架中布置支撑会比简洁的节点刚接的框架有更好的经济性；而屋面掩盖跨度较大的建筑中,可挑选构件受拉为主的悬索或索膜结构体系；高层钢结构设计中,常采纳钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规章的高层中,不应单纯为了经济去挑选不利抗震的核心筒加外框的形式；宜挑选周边

4、巨型 SRC 柱,核心为支撑框架的结构体系；我国半数以上的此类高层为前者,对抗震不利；结构的布置要依据体系特点 ,荷载分布情形及性质等综合考虑.一般的说要刚度匀称 .力学模型清晰 .尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范畴 ,使其以最直接的线路传递到基础 . 柱间抗侧支撑的分布应匀称 .其形心要尽量靠近侧向力 风、震 的作用线 . 否就应考虑结构的扭转 . 结构的抗侧应有多道防线 . 比如有支撑框架结构 , 柱子至少应能单独承担1/4 的总水平力 . 框架结构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意不同的要求；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,削减了楼层净高

5、,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和柱子 . 三 预估截面 结构布置终止后,需对构件截面作初步估算；主要是梁柱和支撑等的断面外形与尺寸的假定；钢梁可挑选槽钢、轧制或焊接 H 型钢截面等；依据荷载与支座情形,其截面高度通常在跨度的 1/201/50 之间挑选；翼缘宽度依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固的复杂运算,这种方法很受欢迎；确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳固的构造规定预估；柱截面按长细比预估 . 通常 50 150, 简洁挑选值在 80 邻近；依据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同 ,可挑选钢管或

6、 H 型钢截面等. 对应不同的结构,规范对截面的构造要求有很大的不同,如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳固问题,在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区分；除此之外,构件截面形式的挑选没有固定的要求,结构工程师应当依据构件的受力情形,合理的挑选安全经济美名师归纳总结 观的截面； 四 结构分析目前钢结构实际设计中, 结构分析通常为线弹性分析,条件答应第 1 页,共 5 页时考虑P- ,p- . 新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构供应了条件；并不是全部的结构都需要使用软件: 典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形. 简洁结构通过手算进行分

7、析. 复杂结构才需要建模运行程序并做具体的结构分析. 五 工程判定要正确使用结构软件,仍应对其输出结果的做 工程判定 ；比如,评估各向周期、总剪力、变形特点等；依据工程判定 挑选修改- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 模型重新分析,仍是修正运算结果. 不同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明白.此外 ,工程设计中的运算和精确的力学运算本身常有肯定距离 , 为了获得有用的设计方法 ,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 的方式来保证结构的安全 . 钢结构设计中 , 适用条件、概念及构造 是比定量运算更重要的内容 .

8、 工程师们过分信任与依靠结构软件有可能带来结构灾难,留意概念设计、工程判定和构造措施有助于防止这种灾难. 六 构件设计 构件设计第一是材料的挑选 . 比较常用的是 Q235 和 Q345. 当强度起掌握作用时 ,可挑选 Q345 ； 稳固掌握时 , 宜使用 Q235. 通常主结构使用单一钢种以便于工程治理 . 经济考虑 ,也可以挑选不同强度钢材的焊接组合截面（翼缘 Q345 ,腹板 Q235 ）. 另外,焊接结构宜挑选 Q235B 或 Q345B ；当前的结构软件 ,都供应截面验算的后处理功能；部分软件可以将不通过的构件,从给定的截面库里挑选加大一级自动重新验算,直至通过,如 sap2000等

9、；这是常说的截面优化设计功能之一,它削减了许多工作量；但是,我们至少应留意两点： 1. 软件在做构件 主要是柱 的截面验算时 ,运算长度系数的取定有时会不符合规范的规定. 目前全部的程序都不能完全解决这个问题；所以 , 特别对于节点连接情形复杂或变截面的构件,我们应当逐个检查 . 2. 当上面第 三条中预估的截面不满意时,加大截面应当分两种情形区分对待； 1 强度不满意 ,通常加大组成截面的板件厚度,其中 , 抗弯不满意加大翼缘厚度,抗剪不满意加大腹板厚度； 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,否就会很不经济；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

10、度的区分,实际上,除常用于网架设计外,其他结构形式常常并不合适； 七 节点设计 连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一 . 在结构分析前 , 就应当对节点的形式有充分摸索与确定 . 有时显现的一种情形是 ,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一样,假如你不能确信这种不一样带来的偏差差在工程许可范畴内（5% ）,就必需防止；按传力特性不同 ,节点分刚接 ,铰接和半刚接 . 初学者宜挑选可以简洁定量分析的前两者 .常用的参考书 2 有丰富的举荐的节点做法及运算公式 . 连接的不同对结构影响甚大 . 比如 ,有的刚接节点虽然承担弯矩没有问题 ,但会产生较大转动 , 不符合结构分析中的假

11、定 . 会导致实际工程变形大于运算数据等的不利结果 . 连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法 , 初学者可偏安全选用前者 . 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 ,比较便利 . 也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成 . 具体设计主要包括以下内容 : 1. 焊接 : 对焊接焊缝的尺寸及形式等 , 规范有强制规定 , 应严格遵守 . 焊条的选用应和被连接金属材质适应 .E43对应 Q235,E50 对应 Q345. Q235 与 Q345 连接时 , 应当挑选低强度的 E43, 而不是 E50. 焊接设计中不得任意加大焊缝 . 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接

12、近 . 其他具体内容可查规范关于焊缝构造方面的规定 . 2. 栓接 : 铆接形式 ,在建筑工程中,现已很少采纳 . 一般螺栓抗剪性能差 , 可在次要结构部位使用 . 高强螺栓 ,使用日益广泛 .常用 8.8s 和 10.9s 两个强度等级 .依据受力特点分承压型和摩擦型 .两者运算方法不同 . 高强螺栓最小规格 M12. 常用M16M30. 超大规格的螺栓性能不稳固 ,应谨慎使用；自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接 . 在低层墙板式住宅中也常用于主结构的连接 . 难以解决的是自攻过程中防腐层的破坏问题； 3. 连接板 : 需验算栓孔减弱处的净截面抗剪等 . 连接板厚度可简洁取为梁腹板厚度加

13、4mm ,就除短梁或有较大集中荷载的梁外,常不需验算抗剪； 4. 梁腹板 : 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪 .承压型高强螺栓连接仍需验算孔壁局部承压 . 5. 节点设计必需考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装次序等；构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误；此外,仍应尽可能使工人能便利的进行现场定位与暂时固定； 6. 节点设计仍应考虑制造厂的工艺水平 . 比如钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成 . 八 图纸编制 钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图由设计单位供应,施工详图通常由钢结构制造公司依据设计图编制,有时也会由设计单位代为编制；由于近年钢结构工程增多

14、和设计院钢结构工程师缺乏的冲突,有设计才能的钢结构公司参加设计图编制的情形也很普名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 遍； 1. 设计图 : 是供应制造厂编制施工详图的依据. 深度及内容应完整但不冗余. 在设计图中, 对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清晰,以利于施工详图的顺当编制,并能正确表达设计的意图；主要材料应列表表示； 2. 施工详图 : 又称加工图或放样图等 .

15、深度须能满意车间直接制造加工. 不完全相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的材料表 . 设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的掌握,目前比较纷乱,各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同；初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书 3 ,并依据规范规定编制；什么是概念设计？（一）兼答 Iron Soul 兄, 概念设计的一个方面：当你在设计中,能够把 结构看作构件,把构件看作结构,你就已经走近概念设计了；把结构当作构件,比如,一栋大厦的结构就是一根悬臂梁,一座桁架大铁桥就是一根连续梁；把构件看作结构,比如,一个 H型钢构件是由 3 块板组成的结构,一个钢管相贯的节点就是一个空

16、间结构；对构件特性的把握： 比如,钢管适合做二力（压）杆,不适合做抗弯构件；它做两端铰接柱或支撑很杰出,但是很少用作梁；当一个受弯构件被选成钢管截面,且程序运算不通过时,你不应通过加大截面来满意,而是应当改用有强弱轴的截面；如此等等,是基本的概念；概念设计才能,不单生成于丰富的经受与体会,更是来源于对基本的力学、材料等概念把握；同时要求结构师有开阔的视野；概念设计绝不是抗震设计 .现在国内许多人张口抗震闭口抗震 ,其实是由于抗震这东西没人能真正讨论明白 ,多说说抗震才能显得自己水平高 . 日本搞抗震这么多年 ,板神地震 , 该倒的不是一样倒 .抗震设计很重要 ,但建筑结构绝不仅仅是抗震而已 .

17、 所谓概念设计 ,个人懂得应当是在开头做设计前对于整个结构的粗估 ,打算采纳哪种结构体系；哪里需要更 刚些 ,哪里需要更 柔些；哪些部位会特别重要 ,设计时候必需认真考虑；哪些地方由于具体情形不同 ,可适当放宽 ,甚至超出规范规定也不会对结构安全产生影响 .在一切打算好后 ,着手开头进行具体的设计步骤 . 记得在上学的时候 ,老师曾经讲过一个概念设计的例子 : 美国联邦储备银行大楼 时间太久了 ,可能并不精确 采用的是悬挂式结构 , 楼两端是电梯井组成的巨型柱 ,支撑起一个倒置的拱形结构 ,全部的房间悬挂在拱上 如下图 , 此时图中 A 杆受压 .后来需要加层 , 结构师在上面放置了正放的拱

18、,新加的房间悬挂在新拱上 ,此时 A 杆压力被平稳掉 . 没有考证过此事例是否属实 ,但应当算的上是概念设计中的经典事例了 . 一般说来 ,谈到概念设计 ,大家都会想到整个建筑 ,其实概念设计对小的构件也适用 . 拿 H 型钢梁设置加劲肋来说 ,许多人只知道腹板高厚比过大了会失稳 ,要依据规范规定设计加劲肋 ,多少间距放一个 , 但具体缘由并不清晰 .道理其实也很简洁 ,我在下面画了个 H 型钢梁 ,加劲肋间打了几道虚线 ,大家一眼就能看出 ,加劲部分类似于桁架的压杆 ,虚线就是拉杆 ,压杆简洁失稳 ,所以设置加劲肋进行加强处理 . 看了两个例子 ,大家应当发觉所谓概念设计其实并没那么高深 ,

19、关键在于概念二字 . 所谓概念 ,其实也就是些基本的力学理论 ,理论大家都知道 ,只要能做到活学活用 , 不管多复杂的结构 ,通过合理的简化 ,必定能发觉问题之关键所在 , 关键问题解决了 ,必定能做出好的设计来 . 个人拙见 ,欢迎批判指正 .版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text, 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - pictures, and design. Copyrig

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