钢结构设计简单步骤和设计思路(经典总结).pdfVIP

钢结构设计简单步骤和设计思路 (一) 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大 振动、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、 电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身 的特点相一致的。 (二) 结构选型与结构布置 结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工 程师指导下进行。此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍. 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是概念设计,它在结构选型 与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依 据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程 经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。 在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学 行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是 判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方 案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。 钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形 式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计 方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂 荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区， 屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50 度外不需考虑雪载 ），如亚东水泥厂石灰 石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。降雨量大的地区相似 考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济 性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。 高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层 中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型 SRC 柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者，对抗震 不利。 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑.一般的说要 刚度均匀.力学模型清晰.尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直 接的线路传递到基础. 柱间抗侧支撑的分布应均匀.其形心要尽量靠近侧向力 (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. 比如有 支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4 的总水平力. 框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不 同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少 了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺 牲次梁保住主梁和柱子. (三) 预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面 形状与尺寸的假定。 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H 型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截 面高度通常在跨度的1/20~1/50 之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按 l/b 限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。 确 定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。 柱截面按长细比预估. 通常50lt;λ lt;150, 简单选择值在80 附近。 根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H 型钢截面等. 对应不同的结构，规范对截面的构造要求有很大的不同，如钢结构所特有 的组成构件的板件的局部稳定问题，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区 别。 除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构 件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。 (四) 结构分析 目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑 P-Δ ,p-δ . 新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这 为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件: 典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形. 简单结构通过手算