鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟及過(guò)程探究

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟及過(guò)程探究【摘要】隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu) 建筑已逐漸成為一種較為普遍的建筑結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)、民 用建筑中都得到了較廣泛的運(yùn)用，設(shè)計(jì)與施工的好壞直接決 定著建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，本文主要從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟與過(guò)程 方面，探尋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技巧與關(guān)鍵所在。【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；步驟隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)民對(duì)居住生活環(huán)境的要求越來(lái) 越高，對(duì)于與人們居住生活相關(guān)的建筑業(yè)就要與時(shí)俱進(jìn)，不 斷更新?lián)Q代、推陳出新，從各個(gè)方面滿足人們的居住需求。 近年來(lái)，在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅速，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，越 來(lái)越多的受到人們的青睞，主要有質(zhì)輕高強(qiáng)、抗震性能優(yōu)越、 施工周期短、綜合效益高、與計(jì)算

2、力學(xué)假定基本相似、塑性 和韌性好、氣密性和水密性好、工業(yè)化程度高、屬于綠色環(huán) 保建筑等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)主要是不耐銹蝕和耐熱不耐火及工程 造價(jià)高等方面。目前，鋼結(jié)構(gòu)建筑已逐漸成為一種較為普遍 的建筑結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)、民用建筑中都得到了較廣泛的運(yùn) 用。1、鋼結(jié)構(gòu)選型與布置結(jié)構(gòu)選型是設(shè)計(jì)的首選環(huán)節(jié)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，對(duì) 于后續(xù)的設(shè)計(jì)及整個(gè)結(jié)構(gòu)的成功與否至關(guān)重要，常用的鋼結(jié) 構(gòu)類型有：輕鋼、網(wǎng)架、框架、桁架、索膜及塔桅等。到底 選擇哪一種結(jié)構(gòu)類型，需要根據(jù)實(shí)際情況和上述結(jié)構(gòu)類型的 特點(diǎn)綜合考慮。如果是懸掛或移動(dòng)荷載較大的輕鋼廠房，最 好選用網(wǎng)架形式；如果工程是在我國(guó)東北地區(qū)，還要考慮到 冬季積雪荷載，宜

3、選用網(wǎng)殼形式；如果是在南方夏季多雨地 區(qū)建房，要考慮到雨水荷載，優(yōu)先選用網(wǎng)殼形式；如果是在 高層建筑中使用鋼結(jié)構(gòu)，考慮到地震烈度，可采用周邊支柱, 核心筒體形式；如果是體育場(chǎng)或展覽館等跨度較大的建筑， 宜選擇索膜形式。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的布置，要根據(jù)建筑的荷載分布、使用性質(zhì)、 體型特征等綜合權(quán)衡，要以最直接的途徑把荷載傳遞到基礎(chǔ) 為原則來(lái)布置。概念設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講非同小 可，需要重視鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。做好概念設(shè)計(jì)，既對(duì)整體設(shè) 計(jì)進(jìn)行了控制和規(guī)劃，又能節(jié)省計(jì)算量，可以說(shuō)是不可或缺 的設(shè)計(jì)流程。比如說(shuō)門式剛架，根據(jù)剛架跨度和檐口高度1/h 之比，科學(xué)的進(jìn)行柱腳形式剛接或較接的選取和假設(shè)，對(duì)風(fēng) 荷載

4、進(jìn)行選取，需要參考建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范還是門剛規(guī)程； 依據(jù)有無(wú)吊車荷載和地震烈度情況，科學(xué)進(jìn)行柱頂側(cè)移的控 制，需要參考鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范還是門剛規(guī)程；同時(shí)，對(duì)于構(gòu) 件的驗(yàn)算規(guī)范，要與荷載選取情況相一致，綜合比較后選擇 出最為經(jīng)濟(jì)合理的構(gòu)件截面。2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟分析2. 1估算截面在結(jié)構(gòu)選型和布置完成后，就要進(jìn)行截面的估算工作， 通常首先要假設(shè)梁柱及支撐的截面和尺寸，再來(lái)估算構(gòu)件的 截面，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范確定構(gòu)件截面類型，例如h型鋼、圓管 及方管等，鋼材材質(zhì)不同，計(jì)算要求各異，需要弄清是普通 鋼還是輕鋼。根據(jù)筆者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在符合規(guī)范的基礎(chǔ)上，權(quán) 衡經(jīng)濟(jì)和安全因素，盡可能的選用既經(jīng)濟(jì)又美觀的截面形 式。2

5、. 2結(jié)構(gòu)分析伴隨著計(jì)算機(jī)及科技的發(fā)展，我們也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線 性部分的分析，這樣以來(lái)，使得分析會(huì)更加的準(zhǔn)確。通常在 設(shè)計(jì)實(shí)際中，較易的機(jī)構(gòu)可以用手算，稍微復(fù)雜一些的結(jié)構(gòu), 需要用分析軟件進(jìn)行分析，再就是對(duì)于一些較為典型的結(jié) 構(gòu)，也就是說(shuō)我們常用的結(jié)構(gòu)，我們可以查詢相關(guān)書(shū)籍及文 獻(xiàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值直接分析即可。2. 3工程判斷使用軟件時(shí)常常會(huì)有一些計(jì)算假定條件來(lái)模擬實(shí)際工 程結(jié)構(gòu)形式，這些條件無(wú)疑與實(shí)際工程存有誤差，有時(shí)候誤 差還不小，這樣以來(lái)，分析結(jié)果會(huì)有不精確性和理論化，為 了盡可能使分析結(jié)果與現(xiàn)實(shí)相符，對(duì)于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在 做出分析結(jié)果的同時(shí)，還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行“工程判斷”，據(jù)評(píng) 判結(jié)果，

6、需要修正的及時(shí)進(jìn)行修正或修改，以期分析數(shù)據(jù)精 確化、現(xiàn)實(shí)化和可行化。對(duì)于本環(huán)節(jié)，熟悉常用分析軟件的 使用條件和范圍很重要，對(duì)于較好的處理分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，合理選型和數(shù)據(jù)判斷都至關(guān)重要。2.4構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)的第一步是鋼材的選用。鋼結(jié)構(gòu)建筑中的所用 鋼材，應(yīng)當(dāng)符合屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎、冷拉、 和硫、磷含量的基本保證；此外，對(duì)于焊接類結(jié)構(gòu)，還應(yīng)具 有合格的含碳量。對(duì)于地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)房屋，鋼材除了上述 要求外，還有具有良好的沖擊韌性，符合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相 關(guān)規(guī)定，規(guī)范里面對(duì)鋼材的各項(xiàng)物理和力學(xué)指標(biāo)都進(jìn)行了詳 細(xì)的規(guī)定。一般來(lái)講，鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要受力構(gòu)件，要優(yōu)先 選用q235b及以

7、上等級(jí)的碳素鋼，或者是q345b及以上等級(jí) 的低合金高強(qiáng)鋼，原因是q235a鋼材不能保證焊接要求的含 碳量規(guī)定。在使用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員不要太依賴于設(shè) 計(jì)軟件而忽略了概念設(shè)計(jì)，有時(shí)候軟件也有誤差，設(shè)計(jì)人員 在重視概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要重視軟件設(shè)計(jì)結(jié)果的復(fù)核工 作，及時(shí)糾正偏差。例如sfcad網(wǎng)架計(jì)算軟件中節(jié)點(diǎn)系數(shù) 值的選取會(huì)直接影響計(jì)算結(jié)果及工程量，必須反復(fù)驗(yàn)算及復(fù) 核至滿足要求為止；再如pkpm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中sts模塊計(jì) 算門式剛架的參數(shù)設(shè)置中默認(rèn)構(gòu)件凈截面系數(shù)是0. 85,設(shè)計(jì) 人員也可以自行修改，3d3s空間結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中此項(xiàng)默認(rèn) 為1,此時(shí)就要了解如何復(fù)核、對(duì)比不同計(jì)算軟件的

8、計(jì)算結(jié) 果，熟悉針對(duì)不同的強(qiáng)度計(jì)算類別選擇使用毛截面模量或凈 截面模量進(jìn)行計(jì)算。2. 5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，需要加強(qiáng)這方面 的工作。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接主要有3種，分別是剛接、錢接和 半剛接。剛接要考慮彎矩和轉(zhuǎn)動(dòng)情況，避免只符合彎矩或只 符合轉(zhuǎn)動(dòng)而忽視另一種情況的出現(xiàn)，否則會(huì)產(chǎn)生較大的變 形，出現(xiàn)劣質(zhì)工程。節(jié)點(diǎn)常用的設(shè)計(jì)方法是等強(qiáng)設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn) 連接形式主要是焊接、螺栓連接以及鉀釘連接等，現(xiàn)在主要 是前兩種，鉀釘連接已經(jīng)不太常用，具體連接需要查閱相關(guān) 設(shè)計(jì)規(guī)范。另外，設(shè)計(jì)人員一定要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行節(jié) 點(diǎn)設(shè)計(jì)，還要考慮施工安裝等要求，合理科學(xué)的對(duì)承載力折 減系數(shù)進(jìn)行取值，力爭(zhēng)在節(jié)

9、點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)精益求精。2. 6構(gòu)件防腐鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一就是不耐腐蝕，因此，防腐問(wèn)題對(duì)鋼 結(jié)構(gòu)而言，顯得異常關(guān)鍵。目前，鋼結(jié)構(gòu)防腐主要是以鍍鋅 或涂抹防腐油漆為主，對(duì)于無(wú)防火要求的建筑，防腐說(shuō)明要 注明除銹方法及防腐等級(jí)等；對(duì)于有防火要求的建筑，要注 明構(gòu)件不同的耐火極限要求，并說(shuō)明如所用防火涂料不起防 銹作用，還應(yīng)涂刷防銹底漆，有的建筑對(duì)外觀效果要求較高, 還要在防火涂料外表面涂刷面漆，此時(shí)選用油漆時(shí)就應(yīng)考慮 到它勿與防火涂料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，以期結(jié)合牢靠。防腐 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，顯得甚是關(guān)鍵，對(duì)于以后工程的耐久性有 著直接聯(lián)系，因此，設(shè)計(jì)人員需要高度重視該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。3、結(jié)束語(yǔ)本文從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型入手，分析研究了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 主要步驟，主要包括估算截面、結(jié)構(gòu)分析、工程判斷、構(gòu)件 設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、構(gòu)件防腐等，由于篇幅有限，還不甚全面， 希望通過(guò)本文的研究能為提高我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平提供理 論參考，也希望為研究本課題的同仁起到拋磚引玉的作用。參考文獻(xiàn)：1 申海嘯、張玉生、蔡鵬.談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程j.陜西建筑.2008(09).2 賴少峰.分析現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題j.建材與裝飾(中旬刊).2008(06).3 萬(wàn)迎春.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)分析j. 黑龍江科技信息.2