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钢结构设计入门及简易方法-宏昌

    发布时间:2019/04/09   点击数:载入中...

给大家推荐一个用于钢结构设计的资料该资料特别适合刚从事钢结构设计的人员。

一、钢结构适用范围及选型

1.钢结构适用的规模

钢结构一般用于高层、大跨度、体型杂乱、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或常常装拆的结构。直观的说:超高层建筑、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、工业厂房和暂时建筑等。这是和钢结构本身的特色相一致的。

2.钢结构的选型

在钢结构设计的整个过程中,都应该被强调的是"概念规划",它在结构选型与安置阶段特别重要。对一些难以作出精确理性剖析或标准未规定的问题,可根据从整体结构系统与分系统之间的力学联系、破坏机理、震害、试验现象和工程经历所取得的规划思维,从大局的视点来确认操控结构的安置及细部措施。运用概念规划能够在早期敏捷、有效地进行构思、比较与挑选。所得结构计划往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可防止结构剖析阶段不必要的繁琐运算。一起,它也是判断计算机内力剖析输出数据可靠与否的主要根据。

钢结构一般有结构、平面 (木行)架、网架 (壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技能大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简略有用的规划办法,比方网壳的安稳等。

结构选型时,应考虑它们不同的特色。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑抛弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的区域,屋面曲线应有利于积雪滑落(切线 50 度内需考虑雪载),如采用三心圆网壳。总雪载开释近一半。降雨量大的区域相似考虑。建筑允许时,在结构中安置支撑会比简略的节点刚接的结构有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可挑选构件受拉为主的悬索或索膜结构系统。高层钢结构规划中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规矩的高层中,不应单纯为了经济去挑选不利抗震的中心筒加外框的方式。宜挑选周边巨型 SRC 柱,中心为支撑结构的结构系统。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。



结构的安置要依据系统特征,荷载散布状况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响规模,使其以很直接的线路传递到根底。柱间抗侧支撑的散布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力 (风震)的效果线。不然应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防地。比方有支撑框架结构,柱子至少应能单独接受 1/4 的总水平力。

框架结构的楼层平面次梁的安置,有时能够调整其荷载传递方向以满意不同的要求。一般为了减小截面沿短向安置次梁,可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,此时把次梁支撑在较短的主梁上能够献身次梁保住主梁和柱子。

3.钢结构构件的截面选取

结构安置完毕后,需对构件截面作初步预算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺度的假定。

钢梁可挑选槽钢、轧制或焊接 H 型钢截面等。依据荷载与支座状况,其截面高度一般在跨度的 1/20~1/50 之间挑选。翼缘宽度依据梁间侧向支撑的距离按 l/b 限值确守时,可回避钢梁的整体安稳的杂乱核算,这种办法很受欢迎。确认了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按标准中部分安稳的结构规则预估。

柱截面按长细比预估。一般 50>λ>150,简略挑选值在 100 附近。依据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可挑选钢管或 H 型钢截面等。

初学者需注意,对应不同的结构,标准中对截面的结构要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的部分安稳问题。在钢结构标准和轻钢标准中的限值有很大的差异。

除此之外,构件截面形式的挑选没有固定的要求,结构工程师应该依据构件的受力状况,合理的挑选安全经济漂亮的截面。

二、钢结构设计简单步骤和设计思路

1.规划核算的手段

目前钢结构实际规划中,结构剖析一般为线弹性剖析,条件答应时考虑 P- Δ,p- δ。

新近的一些有限元软件能够部分考虑几许非线性及钢材的弹塑功能。这为更精确的剖析结构供给了条件。并不是全部的结构都需要运用软件:典型结构可查力学手册之类的工具书直接取得内力和变形。简略结构通过手算进行剖析。杂乱结构才需要建模运转程序并做详细的结构剖析。

2.核算结果的断定

要正确运用结构软件,还应对其输出结果的做"工程断定".比如,评价各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程断定"挑选批改模型从头剖析,仍是批改核算结果。

不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充分明晰。此外,工程规划中的核算和精确的力学核算自身常有一定间隔,为了取得有用的规划办法,有时会用误差较大的假定,但对这种误差,会通过"适用条件、概念及结构"的办法来确保结构的安全。钢结构规划中,"适用条件、概念及结构"是比定量核算更重要的内容。

工程师们不应该过分信赖与依靠结构软件。美国一位学者曾正告说:“误用核算机形成结构破坏而引起灾祸仅仅一个时间的问题。”

重视概念规划和工程断定是避免这种工程灾祸的办法。



3.判别结构是否适合用钢结构

钢结构一般用于高层建筑、大跨度、体型杂乱、荷载或吊车起重量大、有较大振荡、高温车间、密封性要求高、要求能活动或常常装拆的结构。直观的说:超高层公共建筑、大跨度的公共建筑、桥梁、电视塔、仓棚、工业厂房和暂时建筑等。这是和钢结构本身的特色相共同的。

4.结构选型与结构安置

在钢结构规划的整个过程中都应该被强调的是"概念规划",它在结构选型与安置阶段特别重要。对一些难以作出精确理性剖析或标准未规则的问题,可根据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、损坏机理、震害、实验现象和工程经验所取得的规划思想,从大局的视点来确认操控结构的安置及细部办法。运用概念规划能够在早期敏捷、有效地进行构思、比较与挑选。所得结构计划往往易于手算、概念明晰、定性正确,并可防止结构剖析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判别核算机内力剖析输出数据牢靠与否的首要根据。

钢结构一般有结构、平面 (木行)架、网架 (壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

其理论与技能大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简略有用的规划办法,比方网壳的安稳等。

结构结构的楼层平面次梁的安置,有时能够调整其荷载传递方向以满意不同的要求。一般为了减小截面沿短向安置次梁,可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,此刻把次梁支撑在较短的主梁上能够献身次梁保住主梁和柱子。

5. 节点规划

衔接节点的规划是钢结构规划中重要的内容之一。在结构剖析前,就应该对节点的方式有充分考虑与确认。常常呈现的一种状况是,zui.终规划的节点与结构剖析模型中运用的方式不彻底共同,这必须防止。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜挑选能够简略定量剖析的前两者。

衔接的不同对结构影响甚大。比方,有的刚接节点尽管接受弯矩没有问题,但会产生较大滚动,不符合结构剖析中的假定。会导致实践工程变形大于核算数据等的不利成果。

衔接节点有等强规划和实践受力规划两种常用的办法,初学者可偏安全选用前者。钢结构规划手册中一般有焊缝及螺栓衔接的表格等供规划者查用,比较便利。也能够运用结构软件的后处理部分来主动完结。

详细规划首要包含以下内容:

5.1 焊接:对焊接焊缝的尺寸及方式等,标准有强制规则,应严格遵守。焊条的选用应和被衔接金属原料适应。E43 对应 Q235,E50 对应 Q345. Q235 与 Q345 衔接时,应该挑选低强度的 E43,而不是 E50.

焊接规划中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被衔接构件重心接近。其他详细内容可查标准关于焊缝结构方面的规则。

5.2 栓接:

铆接方式,在建筑工程中,现已很少采用。

一般螺栓抗剪功用差,可在非必须结构部位运用。

高强螺栓,运用日益全面。常用 8.8s 和 10.9s 两个强度等级。根据受力特色分承压型和冲突型。两者核算办法不同。高强螺栓zui.小标准 M12.常用 M16~M30.超大标准的螺栓功用不安稳,规划中应慎重运用。

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的非必须衔接。国外在低层墙板式住所中,也常用于主结构的衔接。

5.3 衔接板:可简略取其厚度为梁腹板厚度加 4mm.然后验算净截面抗剪等。

5.4 梁腹板:应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓衔接还需验算孔壁局部承压。

5.5 节点规划必须考虑装置螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法装置是初学者长犯的错误。此外,还应尽可能使工人能便利的进行现场定位与暂时固定。

5.6 节点规划还应考虑制造厂的工艺水平。比方钢管衔接节点的相贯线的切断需要数控机床等设备才能完结。

6.构件规划

构件的规划首先是资料的挑选。比较常用的是Q235 (相似 A3)和 Q345 (相似 16Mn)。一般主结构运用单一钢种以便于工程管理。经济考虑,也能够挑选不同强度钢材的组合截面。当强度起操控作用时,可挑选 Q345;安稳操控时,宜运用 Q235.

构件规划中,现行标准运用的是弹塑性的办法来验算截面。这和结构内力核算的弹性办法并不匹配。

当时的结构软件,都供给截面验算的后处理功用。因为程序技能的进步,一些软件能够将验算时不通过的构件,从给定的截面库里挑选加大一级。并主动从头剖析验算,直至通过,如 sap2000 等。这是常说的截面优化规划功用之

一。它减少了结构师的许多工作量。可是,初学钢至少应留意两点:

6.1 软件在做构件 (首要是柱)的截面验算时,核算长度系数的取定有时会不符合标准的规则。现在一切的程序都不能彻底解决这个问题。所以,特别关于节点衔接状况杂乱或变截面的构件,结构师应该逐个检查。

6.2 当上面预估的截面不满意时,加大截面应该分两种状况区别对待。

(1)强度不满意,一般加大组成截面的板件厚度,其间,抗弯不满意加大翼缘厚度,抗剪不满意加大腹板厚度。

(2)变形超限,一般不应加大板件厚度,而应考虑加大截面的高度,否则,会很不经济。

运用软件的前述主动加大截面的优化规划功用,很难考虑上述强度与刚度的区别,实践上,常常并不适宜。

7.图纸编制

钢结构规划出图分规划图和施工详图两阶段,规划图为规划单位供给,首要是原理图和杆件示意图。施工详图一般由钢结构专业制造公司,根据规划图来进行详细的深化规划内容。现在的深化规划程序和先进,能够同时完结一切杆件的加工、制造等内容。有时也会由规划单位代为编制。因为近年钢结构项目增多和规划院钢结构工程师缺少的矛盾,有规划能力的钢结构公司参与规划图编制的状况也很普遍。

7.1 规划图:是供给制造厂编制施工详图的根据。深度及内容应完好但不冗余。在规划图中,关于规划根据、荷载资料 (包含地震作用)、技能数据、资料选用及原料要求、规划要求 (包含制造和装置、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构安置、构件截面选用以及结构的首要节点结构等均应表明清楚,以利于施工详图的顺利编制,并能正确表现规划的意图。首要资料应列表表明。

7.2 施工详图:又称加工图或放样图等。深度须能满意车间直接制造加工。不彻底相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的资料表。

规划图及施工详图的内容表达办法及出图深度的操控,现在比较紊乱,各个规划单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参阅别人的好规划并参阅相关的工具书,并根据标准规则编制。


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