【摘 要】本文探討了八個方面的內容:即結構是否適用鋼結構,結構選型與結構布置,預估截面,結構分析,工程判定,構件設計,節點設計,圖紙編制。
【關鍵詞】鋼結構 設計 節點
一、結構是否適用鋼結構
鋼結構通常用於高層、大跨度、體型複雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
二、結構選型與結構布置
此處僅簡單介紹,詳請 參考 相關專業書籍。
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是「概念設計」,它在結構選型與布置階段尤其重要,對一些難以作出精確理性分析或規範未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案易於手算、概念清晰、定性正確,並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷 計算 機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
鋼結構通常有框架、平面(木行)架、網架(殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法。
結構選型時,應考慮它們不同的特點。在輕鋼 工業 廠房中,有較大懸掛荷載或移動荷載時,可考慮放棄門式剛架而採用網架。基本雪壓大的地區,屋面曲線應有利於積雪滑落(切線50度內需考慮雪載)。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建築允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的 經濟 性。而屋面覆蓋跨度較大的建築中,可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系等。
結構的布置要根據體系特徵、荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般說要剛度均勻,力學模型清晰,儘可能限制大荷載或移動荷載的影響範圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎,柱間抗側支撐的分布應均勻,其形心要儘量靠近側向力(風震)的作用線。否則應考慮結構的扭轉,結構的抗側應有多道防線。
框架結構的樓層平面次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁,但是這會使主梁截面加大,減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消,此時把次梁支撐在較短的主樑上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。
三、預估截面
結構布置結束後,需對構件截面作初步估算。主要是樑柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。
鋼樑可選擇槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時,可迴避鋼樑的整體穩定的複雜計算,這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度後,其板件厚度可按規範中局部穩定的構造規定預估。
柱截面按長細比預估,通常50<λ<150,簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或H型鋼截面等。
應注意的是,對應不同結構,規範中對截面的構造要求有很大的不同。在普鋼規範和輕鋼規範中的限值有很大的區別。
除此之外,構件截面形式的選擇沒有固定的要求,結構工程師可根據構件的受力情況,選擇適用的截面。
四、結構分析
目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮P-Δ,p-δ。
新近的一些有限元軟體可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結構提供了條件。並不是所有的結構都需要使用軟體:
典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形。
簡單結構通過手算進行分析。
複雜結構才需要建模運行程序並做詳細的結構分析。
【關鍵詞】鋼結構 設計 節點
一、結構是否適用鋼結構
鋼結構通常用於高層、大跨度、體型複雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
二、結構選型與結構布置
此處僅簡單介紹,詳請 參考 相關專業書籍。
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是「概念設計」,它在結構選型與布置階段尤其重要,對一些難以作出精確理性分析或規範未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案易於手算、概念清晰、定性正確,並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷 計算 機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
鋼結構通常有框架、平面(木行)架、網架(殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法。
結構選型時,應考慮它們不同的特點。在輕鋼 工業 廠房中,有較大懸掛荷載或移動荷載時,可考慮放棄門式剛架而採用網架。基本雪壓大的地區,屋面曲線應有利於積雪滑落(切線50度內需考慮雪載)。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建築允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的 經濟 性。而屋面覆蓋跨度較大的建築中,可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系等。
結構的布置要根據體系特徵、荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般說要剛度均勻,力學模型清晰,儘可能限制大荷載或移動荷載的影響範圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎,柱間抗側支撐的分布應均勻,其形心要儘量靠近側向力(風震)的作用線。否則應考慮結構的扭轉,結構的抗側應有多道防線。
框架結構的樓層平面次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁,但是這會使主梁截面加大,減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消,此時把次梁支撐在較短的主樑上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。
三、預估截面
結構布置結束後,需對構件截面作初步估算。主要是樑柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。
鋼樑可選擇槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時,可迴避鋼樑的整體穩定的複雜計算,這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度後,其板件厚度可按規範中局部穩定的構造規定預估。
柱截面按長細比預估,通常50<λ<150,簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或H型鋼截面等。
應注意的是,對應不同結構,規範中對截面的構造要求有很大的不同。在普鋼規範和輕鋼規範中的限值有很大的區別。
除此之外,構件截面形式的選擇沒有固定的要求,結構工程師可根據構件的受力情況,選擇適用的截面。
四、結構分析
目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮P-Δ,p-δ。
新近的一些有限元軟體可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結構提供了條件。並不是所有的結構都需要使用軟體:
典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形。
簡單結構通過手算進行分析。
複雜結構才需要建模運行程序並做詳細的結構分析。
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