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钢结构工程8个简单设计思路:钢结构企业
编辑:加固企业  来源:本站  发表时间:2014/2/26 9:19:44  点击:1520


    1. 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、要求能活动或经常装拆的结构。钢结构企业直观的说: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致的。
   
    2. 结构选型与结构安插:结构选型及安插是对结构的定性,由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师引导下进行。在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与安插阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性阐发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、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的安插及细部构造措施。 在早期迅速、有效地进行构思、比较与抉择,所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确,并可避免结构阐发阶洞油分廖不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力阐发输出数据可靠与否的主要依据。
     
    钢结构通常有框架、平面桁架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 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围移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。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用三心圆网壳,总雪载和坡屋面相比释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中安插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,可抉择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应纯挚为了经济去抉择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜抉择周边巨型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。 
     
    结构的安插要按照体系特征,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基础. 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. 否则应考虑结构的扭转. 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受1/4的总水平力.
     框架结构的楼层平面次梁的安插,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安插次梁,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和柱子.
   
    3.预估截面:结构安插结束后,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。 钢梁可抉择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。按照荷载与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间抉择。翼缘宽度按照梁间侧向支撑的间距按l/b限值确按时,可回避钢梁的整体稳定的复杂计算,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定的构造规定预估。 柱截面按长细比预估. 通常50<λ<150, 简单抉择值在80附近。按照轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可抉择钢管或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定问题,在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。  除此之外,构件截面形式的抉择没有固定的要求,结构工程师应该按照构件的受力情况,合理的抉择安全经济美观的截面。
   
   4.结构阐发:目前钢结构实际设计中,结构阐发通常为线弹性阐发,条件允许时考虑P-Δ,p-δ. 新近的一些有限元App可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的阐发结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用App: 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. 简单结构通过手算进行阐发. 复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构阐发.
   
   5.工程判定:要正确使用结构App,还应对其输出结果的做"工程判定"。比如,评估各向周期、总剪力、变形特征等。按照"工程判定"抉择修改模型从头阐发,还是修正计算结果. 同的App会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精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"的方式来保证结构的安全. 钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容. 工程师们过分信任与依赖结构App有可能带来结构灾难,注重概念设计、工程判定和构造措施有助于避免这种灾难.
   
   6.构件设计:构件设计首先是材料的抉择. 比较常用的是Q235和Q345. 当强度起控制作用时,可抉择Q345; 稳定控制时,宜使用Q235.通常主结构使用单一钢种以便于工程打点. 经济考虑,也可以抉择不同强度钢材的焊接组合截面(翼缘Q345,腹板Q235). 另外,焊接结构宜抉择Q235B或Q345B。当前的结构App,都提供截面验算的后处理功能。部分App可以将不通过的构件,从给定的截面库里抉择加大一级自动从头验算,直至通过,如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一,它减少了很多工作量。

   7.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.在结构阐发前,就应该对节点的形式有充分思考与确定.有时出现的一种情况是,最终设计的节点与结构阐发模型中使用的形式不完全一致,如果你不能确信这种不一致带来的偏差差在工程许可范围内(5%),就必须避免。 按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接. 初学者宜抉择可以简单定量阐发的前两者.常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式. 连接的不同对结构影响甚大.比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构阐发中的假定. 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和实际受力设计两种常用的方法,
    
   8.图纸编制:钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图由设计单元提供,施工详图通常由钢结构制造企业按照设计图编制,有时也会由设计单元代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾,有设计能力的钢结构企业参与设计图编制的情况也很普遍。设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制,目前比较混乱,各个设计单元之间及其与钢结构企业之间不尽相同。

 

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