钢结构设计的八大要点

时间:2019-07-11 来源: 专栏
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钢结构设计要点

(1)确定结构是否适合钢结构

钢结构通常用于具有高层,大跨度,复杂形状,起重机或起重机上的重载荷,大振动,高温车间,高密封要求以及主动或频繁装配和拆卸的要求的结构中。直观地说:建筑物,体育馆,歌剧院,桥梁,电视塔,仓库,工厂,房屋和临时建筑物。这与钢结构本身的特性一致。

这是一个简短的介绍。有关详细信息,请参阅相关专业书籍。由于结构选择范围广,结构选择和布局应在经验丰富的工程师的指导下进行。

在整个钢结构设计中应该强调的是“概念设计”,这在结构选择和放置阶段尤为重要。对于一些难以进行精确理性分析或未指定规范的问题,可以使用从整体结构系统和子系统之间的机械关系,失效机理,地震破坏,实验现象和工程经验得出的设计思想。全球视角。确定控制结构的布局和详细措施。概念设计可用于在早期阶段快速有效地概念化,比较和选择。由此产生的结构方案通常易于计算,概念清晰,定义正确,并避免在结构分析阶段进行不必要的繁琐操作。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据是否可靠的主要依据。 (无论结构软件有多强大,结构坚固的概念和力学分析,以及可靠的手工计算技巧,它都是一个很好的品质。)

钢结构通常具有诸如框架,扁平(木质)框架,网框(壳),电缆膜,轻钢和塔的结构。

它的大部分理论和技术都很成熟。一些问题尚未解决,或者没有简单实用的设计方法,例如网壳的稳定性。

在选择结构时,应考虑它们的不同特性。在轻钢工业厂房中,当悬架载荷大或移动载荷较大时,可以考虑放弃门架并使用栅格。在屋顶上雪压较大的区域,屋顶曲线应有利于降雪(雪荷载应在切线的50度范围内)。例如,亚东水泥厂的石灰石筒仓采用三心圆网壳。总雪载量释放近一半。同样考虑降雨量大的地区。当建筑允许时,最好将支撑布置在框架中,而不是刚刚连接的简单节点。在具有大屋顶覆盖跨度的建筑物中,可以选择主要拉动构件的悬挂或索膜结构系统。在高层钢结构的设计中,经常使用钢 - 混凝土复合结构。在地震烈度或不规则性较高的高层建筑中,不应仅为经济选择不利的抗震性能的芯管和外框形式。应选择周围的巨型src柱,核心是支撑架的结构系统。中国这些高级别国家中有一半以上是前者。这对地震不利。 (尽可能将力单元布置在结构的周边是充分利用材料特性的关键,就像空心竹子一样,因此内外都很薄弱很重要。)

防线。例如,如果存在支撑框架结构,则该柱应该能够承受总水平力的至少1/4。

框架结构的平面平面子梁的布局有时可以调整其载荷传递方向以满足不同的要求。通常,为了减小横截面,次梁布置在短的方向上,但这会增加主梁的横截面并降低地板的净高度。有时顶端柱无法食用。此时,次级光束可以支撑在较短的主光束上。牺牲次梁以保持主梁和支柱。

(III)估计的横截面

结构布置完成后,需要对部件横截面进行初步估算。主要是假设梁的截面和支撑的形状和尺寸。

钢梁可选自槽钢,轧制或焊接H型钢截面。根据载荷和轴承,截面的高度通常选择在跨度的1/20和1/50之间。当根据梁之间的横向支撑的间距由l/b极限确定凸缘宽度时,可以避免钢梁整体稳定性的复杂计算。这种方法很受欢迎。一旦确定了截面高度和凸缘宽度,就可以根据规范中的局部稳定结构规格来估计面板的厚度。

柱部分通过长细比估算。通常50 <λ&lt; 150,简单选择值约为100.根据轴向压缩,可以选择双轴弯曲或单向弯曲,钢管或h形钢截面。

初学者需要注意不同的结构要求,规范中横截面的施工要求是非常不同的。作为钢结构特征的构件板的部分稳定性问题。通用钢和轻钢规格的限制存在显着差异。

此外,对组件的截面形式的选择没有固定的要求。结构工程师应根据部件的力量合理地选择安全和经济的部分。

(4)结构分析

件允许时考虑p-Δ,p-δ。

件。并非所有结构都需要软件:

典型的结构可以在诸如“力学手册”之类的工具中找到,以直接获得内力和变形。

通过手工计算分析简单结构。

复杂结构需要建模才能运行程序并进行详细的结构分析。

(5)项目确定

要正确使用结构软件,您还应该对其输出做出“工程决策”。例如,评估各个周期,总剪切,变形特征等。根据“工程决策”,选择修改模型以重新分析或更正计算结果。

件,概念和结构”比定量计算更重要。

工程师不应过度信任并依赖结构软件。一位美国学者曾警告说:“计算机被用来造成结构性损坏和损坏只是时间问题。”

专注于概念设计和工程判断是避免此类工程灾难的方法。

(6)组件设计

组件的设计首先是材料的选择。更常用的是q235(类似于a3)和q345(类似于16mn)。通常,主要结构使用单一钢种进行工程管理。出于经济原因,还可以选择不同强度的钢的组合部分。当控制强度时,可以选择q345;当控制稳定时,应使用q235。

在组件设计中,当前规范使用弹塑性方法来检查横截面。这与结构内力计算的弹性方法不匹配。

当前的结构软件为横截面检查提供了后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以选择从库的给定部分增加级别。并自动重新分析检查,直到通过,如sap2000。这是众所周知的横截面优化设计特征之一。它减少了很多架构师的工作量。但是,初学者应该至少注意两点:

1.当软件执行组件(主要是列)的横截面验证时,长度系数的计算有时可能不符合规范的要求。目前,所有方案都无法彻底解决这一问题。因此,特别是对于具有复杂或可变横截面的组件,架构师应逐一检查它们。

2.当不满足上述(3)中的估计部分时,在两种情况下应对放大部分进行不同的处理。

(1)不满足强度,并且通常增加板构件的厚度。其中,为了增加凸缘的厚度,不满足抗弯性,并且不满足抗剪切性以增加腹板的厚度。

(2)如果变形超过极限,则不应增加板的厚度。相反,应该增加部分的高度。否则,这将是不经济的。

使用软件的上述放大横截面的自动设计很难考虑上述强度和刚度之间的区别,这通常是不合适的。

(7)节点设计

节点的设计是钢结构设计的重要内容之一。在结构分析之前,应充分考虑和确定节点的形式。经常出现的情况是节点的最终设计与结构分析模型中使用的形式不完全相同,必须避免这种形式。根据不同的力传递特性,节点只是连接,铰接和半刚性。初学者应该选择可以轻松定量分析的前两个。常用的参考书[2]有大量推荐的节点实践和计算公式。

连接的差异对结构有很大影响。例如,一些刚性接头对弯矩没有问题,但是它们会产生大的旋转,这不符合结构分析中的假设。这将导致实际工程变形大于计算数据的不利结果。

连接具有相同强度设计和实际力设计的节点有两种常用方法。初学者可以安全地选择前者。设计手册通常采用焊接和螺栓连接的形式供设计人员检查,方便。它也可以使用结构软件的后处理部分自动完成。

具体设计主要包括以下内容:

1.焊接:焊接焊缝的规格和规格是强制性的,应严格遵守。电极的选择应适合于待连接的材料。 E43对应于q235,e50对应于q345。当q235连接到q345时,您应该选择低强度e43而不是e50。

焊接设计中不得任意放大焊缝。焊缝的重心应尽可能靠近待连接构件的重心。其他细节可以在关于焊接结构的规范中找到。

2,螺栓连接:

铆接形式很少用于建筑项目。

普通螺栓的抗剪切性能差,可用于二级结构件。

高强度螺栓的使用越来越广泛。常用8.8s和10.9s两种强度等级。根据力的特性,分为压力型和摩擦型。这两种方法不同。高强度螺栓的最小规格为m12。常用m16~m30。尺寸过大的螺栓不稳定,在设计时应小心使用。

自攻螺钉用于板材和薄壁钢之间的二次连接。在国外,低层墙板房也经常用于连接主要结构。

如图3所示,连接板:可以简单地取到梁腹板的厚度加上4mm。然后检查净截面剪切等。

4.梁腹板:应检查螺栓孔处腹板的净截面剪切力。承压高强度螺栓连接还需要检查孔壁的分压。

5,节点设计必须考虑螺栓的安装空间,现场焊接等以及部件的提升顺序。未能将组件安装到站点是初学者的错误。此外,工人应该能够尽可能地进行现场定位和临时固定。

6,节点设计还应考虑制造商的制造工艺水平。例如,钢管连接节点的交叉线的切口需要通过数控机床等完成。

钢结构设计分两个阶段:设计图纸和施工细节。设计图纸由设计单元提供。施工细节通常由钢结构制造公司根据设计图制作,有时由设计单元制作。由于近年来钢结构项目数量的增加以及设计钢结构工程师的缺乏,具有设计能力的钢结构公司参与设计图纸的设计也很常见。

1.设计图:是为制造商提供详细施工图的基础。深度和内容应该是完整的但不是多余的。在设计图纸中,用于设计基础,载荷数据(包括地震作用),技术数据,材料选择和材料要求,设计要求(包括制造和安装,焊接质量检验等级,涂装和运输等),结构布置应明确说明部件的截面选择和结构主节点的结构,以便于平滑地准备施工细节并正确反映设计意图。应列出主要材料。

2,施工细节:也称处理地图或放样图。深度必须能够满足车间的直接制造和加工。不同的不同组件单元应分开绘制,并附有详细的材料清单。

设计图纸的内容表达方法和施工细节以及拉深深度的控制目前令人困惑,设计单位与钢结构公司不同。初学者可以参考其他人的优秀设计并参考相关的参考书,并根据规格进行准备。

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