钢结构设计的简单步骤介绍

发布于：2011-08-10 14:56:10 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

(一) 判定结构是否适适用钢结构

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、要求能流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致的。

(二) 结构选型与结构布置

结构选型及布置是对结构的定性，因为其涉及广泛,应该在经验丰硕的工程师指导下进行。此处仅简朴先容. 详请参考相关专业书籍.

在钢结构设计的整个过程中都应该被夸大的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未划定的题目，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惟，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清楚、定性准确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判定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《结构概念和体系》一书中先容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。

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。亦有部门挫折没有解决,或没有简朴实用的设计方法，好比网壳的不乱等。

结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在产业厂房中，当有较大吊挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑抛却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，总雪载和坡屋面比拟开释近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑答应时，在框架中布置支撑会比简朴的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面笼盖跨度较大的建筑中，可选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.一般的说要刚度平均.力学模型清楚.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平均.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. 好比有支撑框架结构,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布置,有时可以调整其荷载传递方向以知足不同的要求。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和柱子.

(三) 预估截面

结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面外形与尺寸的假定。

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1/20~1/50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，可回避钢梁的整体不乱的复杂计算，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不乱的构造划定预估。

柱截面按长细比预估. 通常50 <λ<150, 简朴选择值在80四周。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.

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不乱题目，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。

除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，公道的选择安全经济美观的截面。

(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,前提答应时考虑P-Δ,p-δ.

新近的一些有限元软件可以部门考虑几何非线性及钢材的弹塑机能.这为更精确的分析结构提供了前提。并不是所有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.

简朴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具体的结构分析.

(五) 工程判断

要准确使用结构软件，还应对其输出结果的做"工程判断"。好比，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判断"选择修改模型重新分析,仍是修正计算结果.

不同的软件会有不同的合用前提.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间隔, 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"合用前提、概念及构造"的方式来保证结构的安全. 钢结构设计中,"合用前提、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靠结构软件有可能带来结构灾害，注重概念设计、工程判断和构造措施有助于避免这种灾害.

(六) 构件设计

构件设计首先是材料的选择. 比较常用的是Q235和Q345. 当强度起控制作用时,可选择Q345; 不乱控制时,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,也可以选择不同强度钢材的焊接组合截面（翼缘Q345，腹板Q235）. 另外，焊接结构宜选择Q235B或Q345B。

当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。部门软件可以将不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级自动重新验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一，它减少了良多工作量。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,计算长度系数的取定有时会不符合规范的划定.目前所有的程序都不能完全解决这个题目。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,我们应该逐个检查.

2.当上面第(三)条中预估的截面不知足时，加大截面应该分两种情况区别对待。

(1) 强度不知足,通常加大组成截面的板件厚度，其中,抗弯不知足加大翼缘厚度，抗剪不知足加大腹板厚度。

(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，否则会很不经济。

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，除常用于网架设计外，其他结构形式经常并分歧适。

(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,就应该对节点的形式有充分思索与确定.有时泛起的一种情况是,终极设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，假如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%），就必需避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接. 初学者宜选择可以简朴定量分析的前两者.常用的参考书[2]有丰硕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.好比,有的刚接节点固然承受弯矩没有题目,但会产生较大滚动, 不符合结构分析中的假定. 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,比较利便. 也可以使用结构软件的后处理部门来自动完成.

详细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,规范有强制划定,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,应该选择低强度的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近.其他具体内容可查规范关于焊缝构造方面的划定.

2.栓接:

铆接形式,在建筑工程中，现已很少采用.

普通螺栓抗剪机能差, 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.根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同. 高强螺栓最小规格M12. 常用M16~M30. 超大规格的螺栓机能不不乱,应慎重使用。

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题目。

3.连接板: 需验算栓孔削弱处的净截面抗剪等. 连接板厚度可简朴取为梁腹板厚度加4mm，则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还需验算孔壁局部承压. 广州翻译推荐

钢结构设计结构设计钢结构结构

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只看楼主我来说两句

weiyf1951 沙发

感谢楼主提供的宝贵资料！:victory:

2015-09-02 09:44:02
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fxg2007 板凳

非常感谢楼主分享:lol:lol:lol:lol:lol:victory::victory::victory::victory:

2014-03-03 17:48:03
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