钢结构设计步骤与思路.doc

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1、 钢结构设计步骤及思路钢结构设计步骤及思路佚名时间：2008-7-30浏览量： 判断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、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆结构。直观说: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。这是与钢结构自身特点相一致。结构选型及结构布置此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富工程师指导下进行。在钢结构设计整个过程中都应该被强调是概念设计,它在结构选型及布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定问题,可依据从整体结构体系及分体

2、系之间力学关系、破坏机理、震害、试验现象与工程经验所获得设计思想,从全局角度来确定控制结构布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较及选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠及否主要依据。林同炎教授在结构概念与体系一书中介绍了用整体概念来规划结构方案方法,以及结构总体系与个分体系间相互力学关系与简化近似设计方法。20钢结构通常有框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论及技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用设计方法,比如网壳稳定等。结构选型时,应考虑它们不同

3、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。基本雪压大地区,屋面曲线应有利于积雪滑落,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。降雨量大地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单节点刚接框架有更好经济性。而屋面覆盖跨度较大建筑中,可选择构件受拉为主悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震核心筒加外框形式。宜选择周边巨型SRc柱,核心为支撑框架结构体系。我国半数以上此类高层为前者。对抗震不利。19结构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

4、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影响范围,使其以最直接线路传递到基础。柱间抗侧支撑分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力作用线。否则应考虑结构扭转。结构抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4总水平力。框架结构楼层平面次梁布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同要求。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主梁上可以牺牲次梁保住主梁与柱子。预估截面结构布置结束后,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱与支撑等断面形状及尺寸假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载及支

5、座情况,其截面高度通常在跨度1/201/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑间距按l/b限值确定时,可回避钢梁整体稳定复杂计算,这种方法很受欢迎。确定了截面高度与翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳定构造规定预估。柱截面按长细比预估。通常50 初学者需注意,对应不同结构,规范中对截面构造要求有很大不同。如钢结构所特有组成构件板件局部稳定问题。在普钢规范与轻钢规范中限值有很大区别。除此之外,构件截面形式选择没有固定要求,结构工程师应该根据构件受力情况,合理选择安全经济美观截面。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,条件允许时考虑P-,p-。 钢结构设计步骤及思路佚名时间：2

6、008-7-30浏览量：新近一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材弹塑性能。这为更精确分析结构提供了条件。并不是所有结构都需要使用软件:典型结构可查力学手册之类工具书直接获得内力与变形。简单结构通过手算进行分析。复杂结构才需要建模运行程序并做详细结构分析。工程判定要正确使用结构软件,还应对其输出结果做工程判定.比如,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。不同软件会有不同适用条件。初学者应充分明了。此外,工程设计中计算与精确力学计算本身常有一定距离,为了获得实用设计方法,有时会用误差较大假定,但对这种误差,会通过适用条件、概念及构造方式来保证结

7、构安全。钢结构设计中,适用条件、概念及构造是比定量计算更重要内容。工程师们不应该过分信任及依赖结构软件。美国一位学者曾警告说:“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间问题。”注重概念设计与工程判定是避免这种工程灾难方法。构件设计构件设计首先是材料选择。比较常用是Q235与Q345。通常主结构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,现行规范使用是弹塑性方法来验算截面。这与结构内力计算弹性方法并不匹配。当前结构软件,都提供截面验算后处理功能。由于程序技术进步,一些软件可以将验算时不通过构

8、件,从给定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。这是常说截面优化设计功能之一。它减少了结构师很多工作量。但是,初学钢至少应注意两点:.软件在做构件截面验算时,计算长度系数取定有时会不符合规范规定。目前所有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构件,结构师应该逐个检查。2.当上面第条中预估截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待。强度不满足,通常加大组成截面板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度。变形超限,通常不应加大板件厚度,而应考虑加大截面高度,否则,会很不经济。使用软件前述自动加大截面优化设计功能,很

9、难考虑上述强度及刚度区分,实际上,常常并不合适。节点设计连接节点设计是钢结构设计中重要内容之一。在结构分析前,就应该对节点形式有充分思考及确定。常常出现一种情况是,最终设计节点及结构分析模型中使用形式不完全一致,这必须避免。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前两者。常用参考书2有丰富推荐节点做法及计算公式。连接不同对结构影响甚大。比如,有刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中假定。会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。连接节点有等强设计与实际受力设计两种常用方法,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表格等供设

10、计者查用,比较方便。也可以使用结构软件后处理部分来自动完成。具体设计主要包括以下内容:.焊接:对焊接焊缝尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。焊条选用应与被连接金属材质适应。E43对应Q235,E50对应及Q345连接时,应该选择低强度E43,而不是E50.焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝重心应尽量及被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面规定。2.栓接: 钢结构设计步骤及思路佚名时间：2008-7-30浏览量：nbsp;铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用。普通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用。高强螺栓,使用日益广泛。常用与两个强度等级。根据受力特点分承压型与摩擦型。

11、两者计算方法不同。高强螺栓最小规格m12.常用m16m30.超大规格螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。自攻螺丝用于板材及薄壁型钢间次要连接。国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构连接。3.连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等。4.梁腹板:应验算栓孔处腹板净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯错误。此外,还应尽可能使工人能方便进行现场定位及临时固定。6.节点设计还应考虑制造厂工艺水平。比如钢管连接节点相贯线切口需要数控机床等设备才能完成。图纸编制钢结构设计出

12、图分设计图与施工详图两阶段,设计图为设计单位提供,施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制,有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多与设计院钢结构工程师缺乏矛盾,有设计能力钢结构公司参及设计图编制情况也很普遍。.设计图:是提供制造厂编制施工详图依据。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、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求、结构布置、构件截面选用以及结构主要节点构造等均应表示清楚,以利于施工详图顺利编制,并能正确表达设计意图。主要材料应列表表示。2.施工详图:又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同另构件单元须单独绘制表达,并应附有详

13、尽材料表。设计图及施工详图内容表达方法及出图深度控制,目前比较混乱,各个设计单位之间及其及钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人优秀设计并参考相关工具书3,并依据规范规定编制。钢结构设计简单步骤与设计思路判断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、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆结构。直观说: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。这是与钢结构自身特点相一致。结构选型及结构布置此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富工程师指导下进行。在钢结构设计整个过程中

14、都应该被强调是概念设计,它在结构选型及布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定问题,可依据从整体结构体系及分体系之间力学关系、破坏机理、震害、试验现象与工程经验所获得设计思想,从全局角度来确定控制结构布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较及选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠及否主要依据。林同炎教授在结构概念与体系一书中介绍了用整体概念来规划结构方案方法,以及结构总体系与个分体系间相互力学关系与简化近似设计方法。20钢结构通常有框架、平面架、网架、索膜、轻钢、

15、塔桅等结构型式。其理论及技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用设计方法,比如网壳稳定等。结构选型时,应考虑它们不同特点。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。基本雪压大地区,屋面曲线应有利于积雪滑落,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。降雨量大地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单节点刚接框架有更好经济性。而屋面覆盖跨度较大建筑中 钢结构设计步骤及思路佚名时间：2008-7-30浏览量：,可选择构件受拉为主悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则高层中,不应单纯为了经

16、济去选择不利抗震核心筒加外框形式。宜选择周边巨型SRc柱,核心为支撑框架结构体系。我国半数以上此类高层为前者。对抗震不利。19结构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影响范围,使其以最直接线路传递到基础。柱间抗侧支撑分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力作用线。否则应考虑结构扭转。结构抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4总水平力。框架结构楼层平面次梁布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同要求。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主梁上可以牺牲次梁保住主梁与柱子。 第 10 页