鋼結構設計簡單步驟和設計思路

1、鋼結構設計簡單步驟和設計思路(一)判斷結構是否適合用鋼結構鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時建筑等。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結構選型及布置是對結構的定性，由于其涉及廣泛，應該在經驗豐富的工程師指導下進行。此處僅簡單介紹.詳請參考相關專業(yè)書籍.在鋼結構設計的整個

2、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(guī)范未規(guī)定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、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構造措施。在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇，所得結構方案往往易于手算、力學行為清晰、定性正確，并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

3、據。林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結構方案的方法，以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。鋼結構通常有框架、平面桁架、網架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構形式。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，比如網殼的穩(wěn)定等。結構選型時，應考慮不同結構形式的特點。在工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或大范圍移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應

4、有利于積雪滑落（切線50度外不需考慮雪載），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網殼，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，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構設計中，常采用鋼混凝土組合結構，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應單純?yōu)榱私洕ミx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

5、構體系。我國半數以上的此類高層為前者，對抗震不利。結構的布置要根據體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮.一般的說要剛度均勻.力學模型清晰.盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，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.其形心要盡量靠近側向力(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.比如有支撐框架結構，柱子至少應能單獨承受14的總水平力.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

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梁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后，需對構件截面作初步估算。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。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按lb限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜

7、計算，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)定的構造規(guī)定預估。須避免。按傳力特性不同，節(jié)點分剛接，鉸接和半剛接.初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者.常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式.連接的不同對結構影響甚大.比如，有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題，但會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定.會導致實際工程變形大于計算數據等的不利結果.連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法，初學

8、者可偏安全選用前者.設計手冊[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用，比較方便.也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成.具體設計主要包括以下內容:1.焊接:對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制規(guī)定，應嚴格遵守.焊條的選用應和被連接金屬材質適應.E43對應Q235，E50對應Q345.Q235與Q345連接時，應該選擇低強度的E43，而不是E50.焊接設計中不得任意加大焊縫.焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近.其他詳細內容可查

9、規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定.2.栓接:鉚接形式，在建筑工程中，現已很少采用.普通螺栓抗剪性能差，可在次要結構部位使用.高強螺栓，使用日益廣泛.常用8.8s和10.9s兩個強度等級.根據受力特點分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同.高強螺栓最小規(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構的連接.難以解決的是自攻過程中防腐層的破壞問題。3.連接板

10、:需驗算栓孔削弱處的凈截面抗剪等.連接板厚度可簡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，常不需驗算抗剪。4.梁腹板:應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪.承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓.5.節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。6.節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平.比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口可能需

11、要數控機床等設備才能完成.(八)圖紙編制鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖由設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。1.設計圖:是提供制造廠編制施工詳圖的依據.深度及內容應完整但不冗余.在設計圖中，對于設計依據、荷載資料（包括地震作用）、技術數據、材料選用及材質要求、設計要求

12、（包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸等）、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現設計的意圖。主要材料應列表表示。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.不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳盡的材料表.設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優(yōu)秀