鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路(一)判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車(chē)起重量大、有較大振動(dòng)、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀(guān)的說(shuō)：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉(cāng)棚、工廠(chǎng)、住宅、山地建筑和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。(二)結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)選型及布置是對(duì)結(jié)構(gòu)的定性，由于其涉及廣泛，應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師指導(dǎo)下進(jìn)行。此處僅簡(jiǎn)單介紹.詳請(qǐng)參考相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍.在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)

2、過(guò)程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)“，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要.對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問(wèn)題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來(lái)確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部構(gòu)造措施。在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、力學(xué)行為清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依

3、據(jù)。林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書(shū)中介紹了用整體概念來(lái)規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系間的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面桁架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)形式。其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒(méi)有解決，或沒(méi)有簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)考慮不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)。在工業(yè)廠(chǎng)房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或大范圍移動(dòng)荷載，就可考慮放棄門(mén)式剛架而采用網(wǎng)架。基本雪壓大的地區(qū)，屋面曲線(xiàn)應(yīng)

4、有利于積雪滑落（切線(xiàn)50度外不需考慮雪載），如亞?wèn)|水泥廠(chǎng)石灰石倉(cāng)棚采用三心圓網(wǎng)殼，總雪載和坡屋面相比釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRC柱，核心為支撐框架的結(jié)

5、構(gòu)體系。我國(guó)半數(shù)以上的此類(lèi)高層為前者，對(duì)抗震不利。結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮.一般的說(shuō)要?jiǎng)偠染鶆?力學(xué)模型清晰.盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍，使其以最直接的線(xiàn)路傳遞到基礎(chǔ).柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻.其形心要盡量靠近側(cè)向力(風(fēng)、震)的作用線(xiàn).否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn).結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線(xiàn).比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受14的總水平力.框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置，有時(shí)可以調(diào)整其荷載傳遞方向以滿(mǎn)足

6、不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會(huì)使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時(shí)會(huì)吃不消，此時(shí)把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子.(三)預(yù)估截面結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的120~150之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按lb限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜

7、計(jì)算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。須避免。按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接.初學(xué)者宜選擇可以簡(jiǎn)單定量分析的前兩者.常用的參考書(shū)[2]有豐富的推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式.連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大.比如，有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒(méi)有問(wèn)題，但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定.會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果.連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常用的方法，初學(xué)

8、者可偏安全選用前者.設(shè)計(jì)手冊(cè)[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計(jì)者查用，比較方便.也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來(lái)自動(dòng)完成.具體設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:1.焊接:對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守.焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng).E43對(duì)應(yīng)Q235，E50對(duì)應(yīng)Q345.Q235與Q345連接時(shí)，應(yīng)該選擇低強(qiáng)度的E43，而不是E50.焊接設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫.焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近.其他詳細(xì)內(nèi)容可查

9、規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定.2.栓接:鉚接形式，在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用.普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用.高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛.常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí).根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計(jì)算方法不同.高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12.常用M16~M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，應(yīng)慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接.在低層墻板式住宅中也常用于主結(jié)構(gòu)的連接.難以解決的是自攻過(guò)程中防腐層的破壞問(wèn)題。3.連接板

10、:需驗(yàn)算栓孔削弱處的凈截面抗剪等.連接板厚度可簡(jiǎn)單取為梁腹板厚度加4mm，則除短梁或有較大集中荷載的梁外，常不需驗(yàn)算抗剪。4.梁腹板:應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈截面抗剪.承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓.5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法安裝是初學(xué)者長(zhǎng)犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。6.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠(chǎng)的工藝水平.比如鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線(xiàn)的切口可能需

11、要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成.(八)圖紙編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖由設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。1.設(shè)計(jì)圖:是提供制造廠(chǎng)編制施工詳圖的依據(jù).深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余.在設(shè)計(jì)圖中，對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求

12、（包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的等級(jí)、涂裝及運(yùn)輸?shù)龋?、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。主要材料應(yīng)列表表示。2.施工詳圖:又稱(chēng)加工圖或放樣圖等.深度須能滿(mǎn)足車(chē)間直接制造加工.不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá)，并應(yīng)附有詳盡的材料表.設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀