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钢结构设计的思路与设计的简单步骤讲解

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钢结构设计的思路与设计的简单步骤讲解

发布日期:2021-12-29 作者: 点击:

  钢结构通常用于高层建筑。跨度大,体型复杂,荷载或起重机重量大,振动大。高温车间。密封要求高。可移动或经常拆卸的结构。直观地说:建筑、体育馆、歌剧院、桥梁、电视塔、仓库棚、工厂、住宅和临时建筑。这与钢结构本身的特点是一致的。


  估计截面。


  结构布置完成后,需要对构件的截面进行初步估算。主要是梁柱和支撑的截面形状和尺寸的假设。


  钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载和支撑情况,截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间。当翼缘宽度根据梁间侧向支撑间距的l/b限值确定时,可以避免钢梁整体稳定性的复杂计算。这种方法很受欢迎。确定截面高度和翼缘宽度后,可根据规范中局部稳定结构的规定估算板材厚度。


  初学者需要注意的是,对应不同的结构,规范对截面的结构要求有很大的不同。例如,钢结构独特构件板的局部稳定性。普通钢材规范和轻钢规范的限值差别很大。


  此外,对构件截面形式的选择没有固定的要求,结构工程师应根据构件的应力合理选择安全、经济、美观的截面。


  工程判断。


  为了正确使用结构软件,还应对其输出结果进行工程判断。例如,评估各个周期、总剪力、变形特性等。根据工程判断选择修改模型进行重新分析或修改计算结果。


  不同的软件有不同的应用条件。初学者应该完全清楚。此外,工程设计中的计算和准确的力学计算本身往往有一定的距离。为了获得实用的设计方法,有时会使用误差较大的假设,但这种误差将通过“适用条件、概念和结构”来确保结构的安全。在钢结构设计中,“适用条件、概念和结构”比定量计算更重要。


  工程师不应该过于信任和依赖结构软件。一位美国学者警告说:误用计算机造成结构破坏和灾难只是时间问题。


  注重概念设计和工程判断是避免这种工程灾难的方法。


  选择与布置。


  这里简单介绍一下。详情请参考相关专业书籍。由于结构选择范围广泛,应在经验丰富的工程师的指导下进行结构选择和布局。


  在钢结构设计的整个过程中,应强调概念设计,这在结构选择和布局阶段尤为重要。对于一些难以进行准确、理性分析或规范的问题,可以根据整体结构体系与子体系之间的力学关系来确定控制结构的布局和详细措施。概念设计的使用可以在早期阶段快速有效地进行构思、比较和选择。获得的结构方案容易计算。概念清晰,定性正确,可以避免结构分析阶段不必要的繁琐操作。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据是否可靠的主要依据。


  钢结构通常有框架、平面(木线)框架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构类型。


  其理论和技术大多成熟。还有一些问题没有解决,或者没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定性。


  在选择结构时,应考虑该考虑它们的不同特点。在轻钢工业厂房中,当有较大的悬挂荷载或移动荷载时,可以考虑放弃门式刚性框架并使用网格框架。在基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于雪滑落(切线50度内应考虑雪载)。在降雨量大的地区,建筑物允许时,框架内的支撑布置将比简单节点刚性连接的框架更经济。在屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择悬索或索膜结构体系,主要是构件拉伸。在高层钢结构设计中,钢混凝土组合结构经常使用。在地震烈度高或非常不规则的高层建筑中,不应简单地选择不利于经济抗震的核心筒和外框的形式。应选择周围的巨型src柱,核心是支撑框架的结构体系。中国一半以上的这些高层建筑是前者。不利于地震。


  结构布局应根据系统特点、荷载分布和性质综合考虑。一般来说,刚度应该是均匀的。机械模型清晰。尽可能限制大载荷或移动载荷的影响范围,使其以直接的线路传递到基础上。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形状和心脏应尽可能靠近侧向力(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。例如,如果有支撑框架结构,柱应至少能承受1/4的总水平力。


  框架结构地板平面二梁的布置有时可以调整其荷载传递方向,以满足不同的要求。通常,为了减少横截面沿短向布置二次梁,但这会增加主梁的横截面,降低地板的净高度,有时顶边柱难以忍受。此时,在较短的主梁上支撑二次梁可以牺牲二次梁来保持主梁和柱。


  构件设计。


  在构件设计中,现行规范采用弹塑性法验算截面。这与结构内力计算的弹性方法不匹配。


  目前的结构软件都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以从给定的截面库中增加验算时未通过的构件。并自动重新分析验算,直至通过。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的大量工作量。但是,至少要注意两点:


  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不符合规范。目前,所有程序都不能完全解决这个问题。因此,结构师应逐一检查节点连接复杂或截面变化的构件。


  2.当估计截面不满意时,增加截面应分为两种情况:


  (1)强度不满足,通常会增加构成截面的板材厚度,其中弯曲不满足增加翼缘厚度,剪切不满足增加腹板厚度。


  (2)变形超限,一般不要增加板的厚度,要考虑增加截面的高度,否则会很不经济。


  使用上述软件自动增加截面的优化设计功能,很难考虑上述强度和刚度的区别。事实上,这通常是不合适的。


  节点设计。


  连接节点的设计是钢结构设计的重要组成部分之一。在结构分析之前,应充分考虑和确定节点的形式。一种常见的情况是,设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,必须避免。根据不同的传力特性,节点分为刚性连接、铰接和半刚性连接。


  不同的连接对结构有很大的影响。例如,虽然一些刚性节点承受弯矩没有问题,但它们会产生较大的旋转,这不符合结构分析中的假设。它会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。


  连接节点有两种常用的方法:等强设计和实际应力设计,初学者可以安全选择前者。通常有焊缝和螺栓连接表供设计师检查,更方便。结构软件的后处理部分也可以自动完成。


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