钢结构设计思路和步骤浅析

　摘要：本篇文章将结合本人的钢结构设计经验

, 在提炼钢结构设计简单步骤的同时,穿插

钢结构的常用设计思路。

 

　　关键字：钢结构

; 设计思路; 设计步骤 

　　中图分类号：

TU391 文献标识码： A 文章编号： 

　　一、

 判断结构是否适合采用钢结构 

　　钢结构由于其自身特点

: 自重轻、承载力高, 抗震性能好以及现场湿作业少, 通常用于高

层

( 超高层) 、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、

要求能活动或经常装拆的结构。直观地说

, 常用于摩天大厦、纺织工业厂房、体育馆、大桥、电

视塔和临时活动建筑等。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

 

　　由于结构选型涉及内容广泛并且对整个设计起控制作用

, 做结构选型及布置应该在经验

丰富的工程师指导下进行。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为重要。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措施。运用概念设计可以在早期迅速、有

效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确

, 从而避免结构

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

及结构总体系和各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、塔桅等结构型式。结构选型时, 应考虑各建筑物各自不同的特

点。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。结构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、尽可能限制较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。比如对于有支撑框架结构

, 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,考虑到这点, 我们可以把次梁支撑在较短的主梁上, 以牺牲次

梁来保住主梁和柱。

 

　　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验算

, 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

可按规范中有关局部稳定的构造规定进行预估。柱的截面按长细比进行预估。通常取

50 

四、

 结构分析 

　　目前钢结构实际设计中

, 结构分析通常为线性弹性分析, 条件允许时考虑 P- $, p-D。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。这为更精确地分析结构提供
了条件。但并不是所有的结构都需要使用软件，对于典型结构

, 可查力学手册之类的工具书

直接获得内力和变形。对于简单结构

, 可通过手算进行分析。而对于复杂结构, 才需要建模运

行程序并做详细的结构分析。