柱截面按长细比预估。通常长细比要求:
50<λ<150, 一般粗选值在 80 左右。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。
(五) 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
. 简单结构通过手算进行分析. 复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
(六) 工程判定
要正确使用结构软件,还应对其输出结果的做
"工程判定"。比如,评估各向周期、总剪
力、变形特征等。根据
"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。不同的软件会
有不同的适用条件
.初学者应充分明了。此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有
一定距离
, 为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定, 但对这种误差, 会通过"适用
条件、概念及构造
"的方式来保证结构的安全. 钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定
量计算更重要的内容。工程师们过分信任与依赖结构软件有可能带来结构灾难,注重概念设
计、工程判定和构造措施有助于避免这种灾难。
(六) 构件设计
构件设计首先是材料的选择。比较常用的是
Q235 和 Q345,高层钢结构不允许用高强度
钢,不经济。
当强度起控制作用时,可选择 Q345; 稳定控制时,宜使用 Q235.通常主结构使用
单一钢种以便于工程管理
. 经济考虑,也可以选择不同强度钢材的焊接组合截面(翼缘
Q345,腹板 Q235). 另外,焊接结构宜选择 Q235B 或 Q345B。 当前的结构软件,都提供截面
验算的后处理功能。部分软件可以将不通过的构件,从给定的截面库里选择加大一级自动重
新验算,直至通过,如
sap2000 等。这是常说的截面优化设计功能之一,它减少了很多工作
量。
但是,我们至少应注意两点:
1.软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规
定
.目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的
构件
,我们应该逐个检查。
2.当上面第(三)条中预估的截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待。 (1) 强
度不满足
,通常加大组成截面的板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大
腹板厚度。
(2) 变形超限,通常不应加大板件厚度而应考虑加大截面的高度,否则会很不经
济。
使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能,很难考虑上述强度与刚度的区分,实
际上,除常用于网架设计外,其他结构形式常常并不合适。
(七) 节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前
,就应该对节点的形式
有充分思考与确定
.有时出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不
完全一致,如果你不能确信这种不一致带来的偏差差在工程许可范围内(
5%),就必须避
免。
按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。 初学者宜选择可以简单定量分析的前两
者
.常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。
连接的不同对结构影响甚大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题
,但会产生较
大转动
, 不符合结构分析中的假定。 会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。连接
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