框架結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中截面優(yōu)選的幾點(diǎn)建議

框架結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中截面優(yōu)選的幾點(diǎn)建議摘要：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)梁柱截面的選擇很重要，截面選擇得當(dāng)，不但可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全，還可以充分利用鋼材的抗拉抗彎性能；優(yōu)選截面后截，減少了結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)建筑空間的占用率，也降低工程項(xiàng)目的鋼材用量。0引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域使用的越來(lái)越廣泛，包括大型的公共建筑、橋梁、工業(yè)廠房甚至高層建筑等。和其它材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1）鋼結(jié)構(gòu)重量輕鋼結(jié)構(gòu)的容重雖然較大，單與其它建筑材料相比，它的強(qiáng)度卻高很多，而當(dāng)承受的荷載和條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)要比其它結(jié)構(gòu)輕，便于運(yùn)輸和安裝，并可跨越更大的跨度。2）鋼材的塑性和韌性好塑性好，使鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)因?yàn)榕既怀d或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)。鋼材的這些性能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠提供了充分的保證。3）鋼材更接近于勻質(zhì)和各向同性體鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，非常接近勻質(zhì)和各向同性體，在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。這些性能和力學(xué)計(jì)算中的假定比較符合，所以鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際的受力情況。4）鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，易于采用工業(yè)化生產(chǎn)，施工安裝周期短鋼結(jié)構(gòu)由各種型材組成，制作簡(jiǎn)便。大量的鋼結(jié)構(gòu)都在專(zhuān)業(yè)化金屬結(jié)構(gòu)制造廠中制造；精確度高。制成的構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，采用螺栓連接，且結(jié)構(gòu)輕，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固或改造。5）鋼結(jié)構(gòu)的密封性鋼結(jié)構(gòu)的氣密性和水密性較好。如何利用好剛結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)，充分發(fā)揮其材料性能，是非常值得研究的課題。鋼結(jié)構(gòu)的型式眾多，本次探討的主要是框架結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)截面的選用。鋼柱截面的優(yōu)選框架結(jié)構(gòu)中一般選用實(shí)腹式截面，小型的框架結(jié)構(gòu)一般用H型鋼，大型的結(jié)構(gòu)用箱型柱或圓管柱。柱子的高度一般取柱高的1/12~1/20,然后根據(jù)跨度、柱距、及結(jié)構(gòu)的受力性能選用合適的截面。柱截面的選用一般先確定截面高度，柱截面的寬度一般和高度相等，最后可根據(jù)柱子的受力性能做細(xì)微調(diào)整。高度和寬度然后根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比選定截面?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003.第9.3.1規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比不宜大于130.先依據(jù)長(zhǎng)細(xì)比100選取相應(yīng)截面。截面選定后建模計(jì)算查看應(yīng)力比和穩(wěn)定性以及實(shí)際的長(zhǎng)細(xì)比。最后柱截面選用時(shí)應(yīng)注意控制截面的寬厚比，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第8.3.2對(duì)柱截面的寬厚比有明確規(guī)定。另當(dāng)框架兩個(gè)受力方向均布滿(mǎn)支撐時(shí)，柱子可按無(wú)側(cè)移計(jì)算，那么柱子的計(jì)算長(zhǎng)度就減小了，柱子的截面也可以選的較小。因此當(dāng)支撐不影響建構(gòu)筑物使用的情況下，可以盡量度布置，限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。鋼梁截面的優(yōu)選1）框架結(jié)構(gòu)中梁一般選用工字型鋼，大型結(jié)構(gòu)也有考慮用箱梁和桁架結(jié)構(gòu)，不在本次討論范圍內(nèi)，本文著重探討工字型鋼截面的選用。首先計(jì)算梁所受的最大彎矩（可不考慮重）然后根據(jù)凈截面抵抗矩W=M/rf,查出相應(yīng)的截面，選用截面時(shí)先按跨度選取梁的高度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取1/15~1/25,然后根據(jù)荷載及跨度取值，一般跨度荷載較大時(shí)取大值。梁高選定后，腹板的厚度可根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003.表9.1.4規(guī)定取小值。梁的寬度一般取的比兩高略小，一般可取梁高的1/2~2/3,翼緣寬度小截面的經(jīng)濟(jì)性能就越高。這樣梁的寬度確定后根據(jù)寬厚比來(lái)選定翼緣厚度，取小值。初選截面后比對(duì)截面抵抗矩，確定最終計(jì)算截面。截面選定后導(dǎo)入模型，計(jì)算結(jié)果查看，梁的強(qiáng)度應(yīng)力，穩(wěn)定性和撓度。強(qiáng)度應(yīng)力不夠時(shí)，先調(diào)截面高度和腹板厚度，還不夠調(diào)整翼緣寬度和厚度；穩(wěn)定性不足，調(diào)整截面跨度和翼緣后度更有效，撓度不夠時(shí)調(diào)整截面的高度。當(dāng)梁的穩(wěn)定性不夠時(shí)還可以通過(guò)增加側(cè)向支撐來(lái)保證結(jié)構(gòu)梁的穩(wěn)定性。2）受彎構(gòu)件中的腹板主要用于抗剪，也主要發(fā)生剪切破壞。將腹板盡可能做的高而薄，并通過(guò)設(shè)置橫向加勁肋進(jìn)行約束，使屈曲后形成拉力場(chǎng)框架，以大大的提高腹板的抗剪強(qiáng)度；而翼緣板為了對(duì)腹板形成足夠的邊緣支撐，以發(fā)揮腹板屈曲后的強(qiáng)度必須具有一定的厚度，同時(shí)腹板的高度又很大，這樣可以使翼緣獲得相當(dāng)大的抗彎剛度，充分發(fā)揮翼緣的抗彎，腹板的抗剪的功能，使用材料性能得到充分應(yīng)用。雙軸對(duì)稱(chēng)焊接工字型鋼利用腹板屈曲后強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)可收到經(jīng)濟(jì)合理的效果。支撐的選用。1）支撐框架在兩個(gè)方向的布置均宜基本對(duì)稱(chēng)，支撐框架之間樓蓋的長(zhǎng)寬比不宜大于3.2）三、四級(jí)且高度不大于50m的鋼結(jié)構(gòu)宜采用中心支撐，也可采用偏心支撐、屈曲約束支撐等消能支撐。3）柱間支撐一般是受壓或受拉，而支撐的截面一般是按長(zhǎng)細(xì)比來(lái)確定的，如果是同截面的構(gòu)件圓管的回轉(zhuǎn)半徑是最大的；因此受力不復(fù)雜的支撐一般選用圓管，當(dāng)支撐應(yīng)力較大時(shí)才選用用H型鋼。4）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第8.4.1對(duì)支撐的長(zhǎng)細(xì)比作了明確規(guī)定，表8.4.1對(duì)支撐的寬厚比（徑后比）作出明確規(guī)定。支撐選定后與最后選定的梁柱一起導(dǎo)入模型計(jì)算，根據(jù)軸壓比，和長(zhǎng)細(xì)比作細(xì)微調(diào)整。計(jì)算模型調(diào)整。當(dāng)柱子計(jì)算不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以適當(dāng)增加支撐和加大梁的截面來(lái)提高框架整體剛度；但是在一般框架中，鋼結(jié)構(gòu)柱的長(zhǎng)細(xì)比起控制作用?？蚣艿膶痈弑容^高時(shí)，可通過(guò)設(shè)置層間梁和增加支撐來(lái)減小柱子的長(zhǎng)細(xì)比。梁的截面根據(jù)跨度，和截面的受力情況來(lái)調(diào)整梁高。當(dāng)建構(gòu)筑物有樓板時(shí)，可多增設(shè)次梁減小梁的計(jì)算長(zhǎng)度，保證梁的側(cè)向穩(wěn)定性。最后以強(qiáng)柱弱梁的原則整體調(diào)整模型，梁柱應(yīng)力的控制，柱長(zhǎng)細(xì)比的，梁的撓度，結(jié)構(gòu)位移等都應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范設(shè)計(jì)的要求。結(jié)論1）柱子截面選用時(shí)一般長(zhǎng)細(xì)比起控制作用，盡量減少柱子的計(jì)算長(zhǎng)度，從而選用比較經(jīng)濟(jì)的柱截面。2）梁盡量選用薄腹板的梁，高厚比和寬厚比都要用足，對(duì)于跨度不大的梁可選用型鋼截面減少了焊接工序。3）鋼結(jié)構(gòu)截面的選型涉及剛度傳遞的問(wèn)題，因此梁柱截面的調(diào)整都會(huì)使結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生變化，一般先確定柱截面，然后來(lái)確定梁截面，最后做細(xì)微調(diào)整。參考文獻(xiàn)：GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范北京：中建筑工業(yè)出版社，2