钢结构设计时的结构体系选择

发布于：2023-03-23 17:21:23 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

1.结构体系的选择不只是单一的结构合理性问题，同时受到建筑及工艺要求、经济性、结构材料和施工条件的制约，是一个综合的技术经济问题，应全面考虑确定；成熟结构体系是在长期工程实践基础上形成的，有利于保证设计质量。钢结构材料性能的优越性给结构设计提供了更多的自由度，应该鼓励选用新型结构体系，但由于新型结构体系缺少实践检验，因此必须进行更为深入的分析，必要时需结合试验研究加以验证。

钢结构体系的选用在满足建筑及工艺需求前提下，应综合考虑结构合理性、环境条件、节约投资和资源、材料供应、制作安装便利性等因素；常用的钢结构体系主要有单层钢结构、多层钢结构以及大跨钢结构；

（1）单层钢结构

单层钢结构可采用框架、支撑结构。厂房主要由横向、纵向抗侧力体系组成，其中横向抗侧力体系可采用框架结构，纵向抗侧力体系宜采用中心支撑体系，也可采用框架结构。

每个结构单元均应形成稳定的空间结构体系。

柱间支撑的间距应根据建筑的纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。

屋面板、檩条和屋盖承重结构之间应有可靠连接，一般应设置完整的屋面支撑系统。

（2）多层钢结构

按抗侧力结构的特点，多高层钢结构常用的结构体系可包括框架、支撑结构（中心支撑）、框架-支撑（中心支撑和偏心支撑）、框架-剪力墙板、筒体结构（筒体、筒中筒、束筒以及框架-筒体）、巨型结构（巨型框架和巨型框架-支撑），为增加结构刚度，高层钢结构可设置伸臂桁架或环带桁架，伸臂桁架设置处宜同时设置环带桁架。伸臂桁架应贯穿整个楼层，伸臂桁架与环带桁架构件的尺度应与相连构件的尺度相协调。

多层钢结构的结构布置应符合一下原则：

1）建筑平面宜简单、规则，结构平面布置宜对称，水平荷载的合力作用线宜接近抗侧力结构的刚度中心；高层钢结构两个主轴方向动力特性宜相近；

2）结构竖向体型宜规则、均匀，竖向布置宜使侧向刚度和受剪承载力沿竖向均匀变化；

3）高层建筑不应采用单跨框架结构，多层建筑不宜采用单跨框架结构；

4）高层钢结构宜选用风压和横风向振动效应较小的建筑体型，并应考虑相邻高层建筑对风荷载的影响；

5）支撑布置平面上宜均匀、分散，沿竖向宜连续布置，设置地下室时，支撑应延伸至基础或在地下室相应位置设置剪力墙；支撑无法连续时应适当增加错开支撑并加强错开支撑之间的上下楼层水平刚度。

（3）大跨度钢结构

大跨度钢结构体系以受力形式分为以整体受弯为主的结构（平面桁架、立体桁架、空腹桁架、网架、组合网架钢结构以及与钢索组合形式的各种预应力钢结构），以整体受压为主的结构（实腹钢拱、平面或里面桁架形式的拱形结构、网壳、组合网壳钢结构以及与钢索组合形式的各种预应力钢结构）、以整体受拉为主的结构（悬索结构、索桁架结构、索穹顶等）

大跨度钢结构的设计原则应符合下列规定：

1）大跨度钢结构的设计应结合工程的平面形状、体型、跨度、支承情况、荷载大小、建筑功能综合分析确定，结构布置和支承形式应保证结构具有合理的传力途径和整体稳定性；平面结构应设置平面外的支撑体系；

2）预应力大跨度钢结构应进行结构张拉形态分析，确定索或拉杆的预应力分布，不得因个别索的松弛导致结构失效；

3）对以受压为主的拱形结构、单层网壳以及跨厚比较大的双层网壳应进行非线性稳定分析；

4）地震区的大跨度钢结构，应按抗震规范考虑水平及竖向地震作用效应；对于大跨度钢结构楼盖，应按使用功能满足相应的舒适度要求；

5）应对施工过程复杂的大跨度钢结构或复杂的预应力大跨度钢结构进行施工过程分析；

6）杆件截面的最小尺寸应根据结构的重要性、跨度、网格大小按计算确定，普通型钢不宜小于L50×3，钢管不宜小于48×3，对大、中跨度的结构，钢管不宜小于60×3.5。

2. 钢结构的布置应符合下列规定：

（1）应具备竖向和水平荷载传递途径；

（2）应具有刚度和承载力、结构整体稳定性和构件稳定性；

（3）应具有冗余度，避免因部分结构或构件破坏导致整个结构体系丧失承载能力；

（4）隔墙、外围护等宜采用轻质材料。由于钢结构本身具有自重较小的优势，采用轻质隔墙和围护等可以使这一轻质的优势充分发挥；同时由于钢结构刚度较小，一般轻质隔墙和围护能适应较大的变形，而且轻质隔墙对结构刚度的影响也相对较小。

3. 施工过程对主体结构的受力和变形有较大影响时，应进行施工阶段验算。结构刚度是随着结构的建造过程逐步形成的，荷载也是分步作用在刚度逐步形成的结构上，其内力分布与将全部荷载一次性施加在最终成形结构上进行受力分析的结果有一定的差异，对于超高层钢结构，这一差异会比较显著，因此应采用能够反映结构实际内力分布的分析方法；对于大跨度和复杂空间钢结构，特别是非线性效应明显的索结构和预应力钢结构，不同的结构安装方式会导致结构刚度形成路径的不同，进而影响结构最终成形时的内力和变形。结构分析中，应充分考虑这些因素，必要时进行施工模拟分析。

知识点：钢结构设计时的结构体系选择

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