一,、鋼結(jié)構(gòu)適用范圍及選型

1.鋼結(jié)構(gòu)適用的范圍

鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層,、大跨度、體型復(fù)雜,、荷載或吊車起重量大,、有較大振動(dòng)、高溫車間,、密封性要求高,、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說(shuō)：超高層建筑,、體育館,、歌劇院、大橋,、電視塔,、工業(yè)廠房和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的,。

2.鋼結(jié)構(gòu)的選型

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)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)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速,、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,、概念清晰,、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)可靠與否的選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 主要依據(jù)。
鋼結(jié)構(gòu)通常有框架,、平面 （木行）架,、網(wǎng)架 （殼）、索膜,、輕鋼,、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。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)考慮它們不同的特點(diǎn)。在輕鋼工業(yè)廠房中,，當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載,，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū),，屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落（切線 50 度內(nèi)需考慮雪載），如采用三心圓網(wǎng)殼,?？傃┹d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)構(gòu)體系,。我國(guó)半數(shù)以上的此類高層為前者,。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。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,。比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受 1/4 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(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,。

3.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面選取

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 1/20~1/50 之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按 l/b 限值確定時(shí),，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(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,。
柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估。通常 50<λ<150,，簡(jiǎn)單選擇值在 100 附近,。根據(jù)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,。
初學(xué)者需注意,，對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，規(guī)范中對(duì)截面的構(gòu)造要求有很大的不同,。如鋼結(jié)構(gòu)所特有的組成構(gòu)件的板件的局部穩(wěn)定問(wèn)題,。在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。
除此之外,，構(gòu)件截面形式的選擇沒(méi)有固定的要求,，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟(jì)美觀的截面,。

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

1.設(shè)計(jì)計(jì)算的手段

目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析,，條件允許時(shí)考慮 P- Δ,，p- δ。
新近的一些有限元軟件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(jié)構(gòu)提供了條件,。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件：典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊(cè)之類的工具書(shū)直接獲得內(nèi)力和變形。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)通過(guò)手算進(jìn)行分析,。復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析,。

2.計(jì)算結(jié)果的判定

要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對(duì)其輸出結(jié)果的做"工程判定".比如,，評(píng)估各向周期,、總剪力、變形特征等,。根據(jù)"工程判定"選擇修改模型重新分析,，還是修正計(jì)算結(jié)果。
不同的軟件會(huì)有不同的適用條件,。初學(xué)者應(yīng)充分明了,。此外，工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算和精確的力學(xué)計(jì)算本身常有一定距離,，為了獲得實(shí)用的設(shè)計(jì)方法,，有時(shí)會(huì)用誤差較大的假定，但對(duì)這種誤差,，會(huì)通過(guò)"適用條件,、概念及構(gòu)造"的方式來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,，"適用條件,、概念及構(gòu)造"是比定量計(jì)算更重要的內(nèi)容,。
工程師們不應(yīng)該過(guò)分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件。美國(guó)一位學(xué)者曾警告說(shuō)：“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題,。”
注重概念設(shè)計(jì)和工程判定是避免這種工程災(zāi)難的方法,。

3.判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層建筑、大跨度,、體型復(fù)雜,、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng),、高溫車間,、密封性要求高,、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu),。直觀的說(shuō)：超高層公共建筑、大跨度的公共建筑,、橋梁,、電視塔、倉(cāng)棚,、工業(yè)廠房和臨時(shí)建筑等,。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。

4.結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)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)部措施,。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、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、概念清晰,、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)可靠與否的主要依據(jù),。
鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面 （木行）架,、網(wǎng)架 （殼）,、索膜,、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式,。
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,。
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(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。

5. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一,。在結(jié)構(gòu)分析前,，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致,，這必須避免。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,。
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)者可偏安全選用前者。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)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：
5.1 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)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。
5.2 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,，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。
自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接,。國(guó)外在低層墻板式住宅中，也常用于主結(jié)構(gòu)的連接,。
5.3 連接板：可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度加 4mm.然后驗(yàn)算凈截面抗剪等,。
5.4 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,。
5.5 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。
5.6 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平,。比如鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成,。

6.構(gòu)件設(shè)計(jì)

構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。比較常用的是Q235 （類似 A3）和 Q345 （類似 16Mn）,。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理,。經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面,。當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí),，可選擇 Q345；穩(wěn)定控制時(shí),，宜使用 Q235.
構(gòu)件設(shè)計(jì)中,，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來(lái)驗(yàn)算截面,。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。
當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件,，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能,。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過(guò)的構(gòu)件,，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí),。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò),，如 sap2000 等,。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量,。但是,，初學(xué)鋼至少應(yīng)注意兩點(diǎn)：
6.1 軟件在做構(gòu)件 （主要是柱）的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定,。目前所有的程序都不能完全解決這個(gè)問(wèn)題,。所以，尤其對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件,，結(jié)構(gòu)師應(yīng)該逐個(gè)檢查,。
6.2 當(dāng)上面預(yù)估的截面不滿足時(shí)，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待,。
（1）強(qiáng)度不滿足,，通常加大組成截面的板件厚度，其中,，抗彎不滿足加大翼緣厚度,，抗剪不滿足加大腹板厚度。
（2）變形超限,，通常不應(yīng)加大板件厚度,，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則,，會(huì)很不經(jīng)濟(jì),。
使用軟件的前述自動(dòng)加大截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)分,，實(shí)際上,，常常并不合適。

7.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)圖為設(shè)計(jì)單位提供,，主要是原理圖和桿件示意圖。施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)制造公司,，根據(jù)設(shè)計(jì)圖來(lái)進(jìn)行具體的深化設(shè)計(jì)內(nèi)容?，F(xiàn)在的深化設(shè)計(jì)程序和先進(jìn),，可以同時(shí)完成所有桿件的加工、制作等內(nèi)容,。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,。
7.1 設(shè)計(jì)圖：是提供制造廠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 （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,。
7.2 施工詳圖：又稱加工圖或放樣圖等,。深度須能滿足車間直接制造加工。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)秀設(shè)計(jì)并參考相關(guān)的工具書(shū),，并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制,。

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