关于建筑工程中钢结构设计的思考

　摘要：

 随着我国经济的发展,很多工业建筑要求大跨度、施工周期短,钢结构能很好的满足

工程项目这方面的要求

,虽然钢结构在使用期间还要多次进行防腐和防火的维护并且钢结构

造价比混凝土要高

,但是钢结构在大跨度和施工周期方面较混凝土结构有很大的优势,因此正

在越来越多地进入到了工业建筑中去。

 

　　关键词：钢结构

;设计步骤;工业建筑 

　　一、结构选型、结构布置与结构分析

 

　　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

,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。工业建筑钢结构通常有框架、排架、框排架、轻钢、门式钢架、桁架等结构型式。
结构布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质综合考虑。一般要刚度均匀

,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。 

　　为了更精确分析结构条件

,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。正确使用结构分析软件

,还应对其输出结果做

“工程判定”。比如,评估各向总剪力、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其计算结果。不同的软件会有不

同的适用条件

,工程设计中的计算和精确的力学计算本身就有一定距离,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”与定量计算相比是更重要的内容。 

　　二、预估截面

 

　　结构布置结束后

,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑的断面形状与尺寸的估

算。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

50<λ<150,简单选择值在 100 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、H 型钢截面等。对应不同的结构,

规范中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。

 

　　三、构件设计与节点设计

 

　　构件设计首先是材料的选择。比较常用的设计是

Q235(类似 A3)和 Q345(类似 16Mn)。通

常主结构使用单一钢种以便于工程管理。从经济上考虑

,也可以选择不同强度钢材的组合截

面。当强度起控制作用时

,可选择 Q345;稳定控制时,宜使用 Q235。构件设计中,现行规范使用

的是弹塑性的方法来验算截面。这与结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件

,都

提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步

,一些软件可以将验算时不通过的构件,从

给定的截面库里选择加大一级

,并自动重新分析验算,直至通过

―――这就是常说的截面优化

设计功能之一

,它大大减少了结构师的工作量。节点设计是钢结构设计的重要内容之一。在结

构分析前

,就应该对节点的形式有充分的思考与确定。设计中经常出现最终设计的节点形式

与结构分析模型中使用的形式不完全一致

,这种情况在施工中必须避免。节点按传力特性可