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            鋼結構構件

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            河南鋼結構工程設計入門及簡易方法第二彈

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            河南鋼結構工程設計入門及簡易方法第二彈

            發布日期:2022-01-08 作者: 點擊:

            一、河南鋼結構適用范圍及選型


            1鋼結構適用的范圍


            鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說:高層建筑、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、鋼結構工業廠房和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。


            2鋼結構的選型


            在鋼結構工程設計的整個過程中,都應該被強調的是"概念設計",它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出準確理性分析或規范未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確,并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。


            鋼結構通常有框架、平面 (木行)架、網架 (殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法,比如網殼的穩定等。


            結構選型時,應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業廠房中,當有較大懸掛荷載或移動荷載,就可考慮放棄門式剛架而采用網架?;狙捍蟮牡貐^,屋面曲線應有利于積雪滑落(切線 50 度內需考慮雪載),如采用三心圓網殼??傃┹d釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建筑允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的經濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中,可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構工程設計中,常采用鋼混凝土組合結構,在地震烈度高或很不規則的高層中,不應單純為了經濟去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型 SRC 柱,核心為支撐框架的結構體系。我國半數以上的此類高層為前者。對抗震不利。


            結構的布置要根據體系特征,荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻。力學模型清晰。盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍,使其以直接的線路傳遞到基礎。柱間抗側支撐的分布應均勻。其形心要盡量靠近側向力 (風震)的作用線。否則應考慮結構的扭轉。結構的抗側應有多道防線。比如有支撐框架結構,柱子至少應能單獨承受 1/4 的總水平力。


            框架結構的樓層平面次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁,但是這會使主梁截面加大,減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消,此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。


            3鋼結構構件的截面選取


            結構布置結束后,需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。


            鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接 H 型鋼截面等。根據荷載與支座情況,其截面高度通常在跨度的 1/20~1/50 之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按 l/b 限值確定時,可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算,這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后,其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。


            柱截面按長細比預估。通常 50<λ<150,簡單選擇值在 100 附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或 H 型鋼截面等。


            初學者需注意,對應不同的結構,規范中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼結構的組成構件的板件的局部穩定問題。在鋼結構規范和輕鋼規范中的限值有很大的區別。


            除此之外,構件截面形式的選擇沒有固定的要求,結構工程師應該根據構件的受力情況,合理的選擇經濟美觀的截面。


            二、鋼結構工程設計簡單步驟和設計思路


            1設計計算的手段


            目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮 P- Δ,p- δ。


            新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更準確的分析結構提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件:典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形。簡單結構通過手算進行分析。復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。


            2計算結果的判定


            要正確使用結構軟件,還應對其輸出結果的做"工程判定".比如,評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果。


            不同的軟件會有不同的適用條件。初學者應充分明了。此外,工程設計中的計算和準確的力學計算本身常有一定距離,為了獲得實用的設計方法,有時會用誤差較大的假定,但對這種誤差,會通過"適用條件、"適用條件、概念及構造"是比定量計算更重要的內容。


            工程師們不應該過分信任與依賴結構軟件。美國一位學者曾警告說:“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時間的問題?!?/p>


            注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法。


            3判斷結構是否適合用鋼結構


            鋼結構通常用于高層建筑、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說:高層公共建筑、大跨度的公共建筑、橋梁、電視塔、倉棚、工業廠房和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。


            4結構選型與結構布置


            在鋼結構工程設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計",它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出準確理性分析或規范未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確,并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。


            鋼結構通常有框架、平面 (木行)架、網架 (殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。


            其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法,比如網殼的穩定等。


            框架結構的樓層平面次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁,但是這會使主梁截面加大,減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消,此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。


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