钢结构设计简单步骤和设计思路

钢结构设计简单步骤和设计思路本人所学专业是钢筋混凝土结构，但为了适应市场需求，平时也做一些简单的钢结构，万事开头难，记得刚开始做钢结构设计时，经常觉得无从下手，曾今看过一篇文章——《钢结构设计简单步骤和设计思路》，觉得受益匪浅，现发上来跟大家共享。钢结构设计简单步骤和设计思路(一)判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。(二)结构选型与结构布置结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。此处仅简单介绍.详请参考相关专业书籍.在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要.对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度外不需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者，对抗震不利。结构的布置要根据体系特征,荷载分布情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范围,使其以最直接的线路传递到基础.柱间抗侧支撑的分布应均匀.其形心要尽量靠近侧向力(风、震)的作用线.否则应考虑结构的扭转.结构的抗侧应有多道防线.比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力.框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但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可以牺牲次梁保住主梁和柱子.(三)预估截面结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。济誓鞠柱截面按长细页比预灶估续.肢惧通鸣常伟50券<喇λ菌<150,真聪简单选择值地在看8别0税附近。根据轴喜心受压、双向帮受弯或单向受五弯的不彼同好,财可选择钢管困或燕H漏型钢截面蚕等碑.怜钩逼对应不同的结耀构，规范对截筛面的构造要求府有很大的不同翼，如钢结构所杜特有的组成构砍件的板件的局础部稳定问题，缠在普钢规范和脸轻钢规范中的恐限值有很大的芽区别赞。闯运娃堡除此之外，构叙件截面形式的掀选择没有固定盼的要求，结构揪工程师应该根既据构件的受力设情况，合理的喘选择安全经济舒美观的截面洞。使格最(帐四怎)背攻结构分丝析艘浆卖尼目前钢结构实仿际设计恩中摘,妻结构分析通常漠为线弹性分艘析败,矿条件允许时考与虑锁P柿-母Δ易,p折-琴δ难.救普梦新近的一些有洗限元软件可以剑部分考虑几何态非线性及钢材衣的弹塑性鄙能妥.告这为更精确的手分析结构提供仪了条件。并不坊是所有的结构廉都需要使用软谜件纪:此卧鸦膛典型结构可查仙力学手册之类轧的工具书直接拴获得内力和变唉形揭.易六奖凤简单结构通过楼手算进行分润析塌.楼押场宪复杂结构才需椅要建模运行程道序并做详细的配结构分俱析吸.度纤(练五幕)籍然工程判竭定讲巨滔扰要正确使用结扩构软件，还应蚁对其输出结果芹的暮做蠢"宁工程判蔑定易"赢。比如，评估芒各向周期、总昌剪力、变形特赤征等。根狗据受"否工程判叶定娃"沟选择修改模型旱重新分冠析坐,课还是修正计算结结滑果坝.棋直慧不同的软件会荣有不同的适用箩条粒件忙.础初学者应充分塔明掏了相.随此窜外趴,译工程设计中的饿计算和精确的娱力学计算本身舍常有一定距从离遮,傅跌为了获得实用扶的设计方料法扶,羞有时会用误差忆较大的假窃定申,钳改但对这种误疮差鸟,哀鬼会通勺过爽"耻适用条件、概器念及构盼造漆"像的方式来保证研结构的安劳全穿.斩灭钢结构设计锦中萝,科"掉适用条件、概愤念及构欧造茧"届是比定量计算闲更重要的内矿容竞.诸叉煤工程师们过分夹信任与依赖结练构软件有可能蛮带来结构灾难吃，注重概念设性计、工程判定东和构造措施有济助于避免这种童灾虎难叠.木银(击六谨)顾降构件设丈计左杂融盖构件设计首先醋是材料的选侵择鸽.希货比较常用的绞是粥Q23妙5惜和形Q345.承仿当强度起控制烤作用师时迅,命可选铲择狠Q345;赏蝇稳定控制更时酸,搭宜使亿用苏Q235屠.倍通常主结构使置用单一钢种以昼便于工程管范理环.羊疮经济考闪虑袜,骄也可以选择不俱同强度钢材的泻焊接组合截面涛（翼岁缘坟Q34晒5疏，腹孝板获Q23璃5子）蜂.堂随另外，焊接结偶构宜选青择味Q235怎B窗或值Q345双B卖。桑艘舍引当前的结构软止件园,桃都提供截面验写算的后处理功颈能。部分软件国可以将不通过药的构件，从给差定的截面库里图选择加大一级辰自动重新验算票，直至通过，夹如昂sap200君0凯等。这是常说魄的截面优化设荣计功能之一，捎它减少了很多球工作量伶。每鲁但是，我们至麦少应注意两点胀：于奸1辈.躺软件在做构赌件韵(性主要是借柱判)始的截面验算达时钞,赶计算长度系数辰的取定有时会约不符合规范的说规嫩定舒.祸目前所有的程鼓序都不能完全峡解决这个问题胀。所简以侍,名尤其对于节点拦连接情况复杂狡或变截面的构倍件樱,俩我们应该逐个糊检伴查汪.去2疼.颤当上面玉第使(翁三旋)转条中预估的截雷面不满足时，稼加大截面应该字分两种情况区汪别对待笼。锣阁值(1)形茅强度不满扰足恰,芒通常加大组成蛛截面的板件厚京度，其劣中鼓,钞抗弯不满足加阿大翼缘厚度，琴抗剪不满足加肾大腹板厚度障。睡皆如(2)布蒸变形超限，通泰常不应加大板栽件厚度而应考插虑加大截面的食高度，否则会接很不经济晋。扰者旋欧使用软件的前陈述自动加大截害面的优化设计升功能，很难考宪虑上述强度与胆刚度的区分，液实际上，除常贡用于网架设计雅外，其他结构尘形式常常并不屈合适阶。牺骗凡(烂七义)浪居节点设玉计骨涂晴秧连接节点的设列计是钢结构设君计中重要的内钓容之熄一普.孤在结构分析悦前娘,归就应该对节点司的形式有充分扬思考与确纤定黎.卫有时出现的一参种情况灰是谋,企最终设计的节畜点与结构分析浴模型中使用的愧形式不完全一猪致，如果你不捆能确信这种不轮一致带来的偏眠差差在工程许滴可范围内汗（话5封%泉），就必须避电免某。揭画按传力特性不状同娃,哪节点分刚轧接辆,配铰接和半刚躁接惜.霜货初学者宜选择孙可以简单定量活分析的前两肿者沃.劳常用的参考塞书雁[2杰]立有丰富的推荐绞的节点做法及霉计算公怜式肆.迎缴朗连接的不同对讯结构影响甚续大绪.斑比届如颠,拘有的刚接节点班虽然承受弯矩舍没有问作题圾,顷但会产生较大顶转浇动趣,码摧不符合结构分秀析中的假黑定登.旗某会导致实际工市程变形大于计税算数据等的不耍利结沃果秀.碍免丧连接节点有等刺强设计和实际乌受力设计两种雀常用的方酬法灿,若苍初学者可偏安村全选用前蛾者名.刃设计手透册词[2咽]现中通常有焊缝斑及螺栓连接的腊表格等供设计劲者查亩用岔,狠比较方榜便倘.剧轻也可以使用结聚构软件的后处翼理部分来自动蒸完把成原.倘影咬具体设计主要接包括以下内扇容炸:逆1予.钻焊雀接身:倍灿对焊接焊缝的遮尺寸及形式岭等洗,谅规范有强制规卖定颈,理应严格遵送守温.帅休焊条的选用应敬和被连接金属怖材质适魔应危.E4逝3盏对燕应恩Q235,E脂5宵0皱对翻应笨Q345.饥Q23膝5勿与等Q34冷5挑连接露时晌,扇应该选择低强从度识的雹E43奇,剑而不预是摇E50.蜡挺鼠焊接设计中不恋得任意加大焊君缝救.插漏焊缝的重心应啄尽量与被连接岗构件重心接翼近补.魂其他详细内容械可查规范关于槽焊缝构造方面始的规滨定护.臭2快.有栓祸接秤:黎妥枕铆接形千式佩,辅在建筑工程中胳，现已很少采妄用驶.盆著杆普通螺栓抗剪避性能贫差进,非狱可在次要结构散部位使拳用饶.寿膝缸高强螺迹栓卵,盒使用日益广正泛僵.话常雀用霞8.8棵s指和养10.9胸s恒两个强度等求级浑.托根据受力特点闻分承压型和摩乌擦私型辨.封两者计算方法慕不壁同需.岁末高强螺栓最小堤规嚼格冷M12.遮享常劲用壤M16~M3朝0.番庸超大规格的螺涉栓性能不稳浆定课,琴应慎重使用馅。座知时索自攻螺丝用于阶板材与薄壁型剃钢间的次要连辽接笋.食寇在低层墙板式阶住宅中也常用殊于主结构的连啄接纸.渣拖难以解决的是城自攻过程中防贤腐层的破坏问杜题属。吧安3率.找连接喊板折:量羊需验算栓孔削腹弱处的净截面球抗剪喂等丹.尸横连接板厚度可府简单取为梁腹累板厚度异加只4m闪m到，则除短梁或初有较大集中荷评载的梁外，常屿不需验算抗剪槽。棵们4引.漫梁腹梅板改:刷监应验算栓孔处足腹板的净截面豪抗卡剪寻.瞎承压型高强螺妻栓连接还需验摘算孔壁局部承樱压硬.扰5盐.起节点设计必须木考虑安装螺栓赏、现场焊接等之的施工空间及离构件吊装顺序绍等。构件运到傲现场无法安装柄是初学者长犯族的错误。此外串，还应尽可能收使工人能方便魔的进行现场定孕位与临时固定惭。孝瞒6擦.俭节点设计还应颂考虑制造厂的衬工艺水匙平耍.皱工比如钢管连接权节点的相贯线敢的切口可能需型要数控机床等态设备才能完胆成稻.恼翻(粗八犯)仓魔图纸编睁制场表普抽钢结构设计出祝图分设计图和痒施工详图两阶钓段，设计图由加设计单位提供倡，施工详图通厚常由钢结构制浴造公司根据设银计图编制，有线时也会由设计章单位代为编制仗。由于近年钢塌结构项目增多太和设计院钢结坊构工程师缺乏邪的矛盾，有设劝计能力的钢结娇构公司参与设亲计图编制的情浇况也很普遍柄。批晋研1喜.倚设计所图叙:迅风是提供制造厂危编制施工详图雾的依本据坝.颂韵深度及内容应翻完整但不冗作余侧.霜驾在设计图洋中欠,性对于设计依据差、荷载资料（困包括地震作用泳）、技术数据斯、材料选用及鱼材质要求、设哗计要求（包括拌制造和安装、捏焊缝质量检验挥的等级、涂装缺及运输等）、声结构布置、构激件截面选用以压及结构的主要额节点构造等均糊应表示清楚，眨以利于施工详哄图的顺利编制闻，并能正确体不现设计的意图丘。主要材料应遥列表表示控。带具否2篮.啄施工详外图钩:乎又称加工图或适放样图气等趴.仿深度须能满足观车间直接制造嫌加忆工疑.击不完全相同的泪另构件单元须量单独绘制表达袖，并应附有详久尽的材料歼表陶.纳捆膛设计图及施工貌详图的内容表鼓达方法及出图莫深度的控制，押目前比较混乱视，各个设计单诉位之间及其与质钢结构公司之渣间不尽相同劝。蚁赏初学者可参考京他人的优秀设简计并参考相关汽的工具系书放[3莲]恢，并依据规范川规定编制。及概念设计的一桶个方面啦：雾坦当你在设计中矿，能够把结构骨看作构件，把玉构件看作结构疫，你就已经走酱近概念设计了泽。晨畜把结构当作构市件，比如，一鸽栋大厦的结构召就是一根悬臂宾梁反，葱西一座桁架大铁府桥就是一根连叨续梁眨。苏佛把构件看作结匙构，比如，一歇个剥H盛型钢构件是植由条3仓块板组成的结鼓构，一个钢管疯相贯的节点就兆是一个空间结能构导。容条对构件特性的侵把握显：桐三比如，钢管适盒合做二力（压族）杆，不适合胞做抗弯构件。非它做两端铰接文柱或支撑很出峰色，但是很少早用作梁导。誓弊当一个受弯构屿件被选成钢管盘截面，且程序并计算不通过时杏，你不应通过撑加大截面来满巧足，而是应该丑改用有强弱轴看的截面挽。宗津如此等等，是古基本的概念封。扶纯概念设计能力窜，不单生成于伐丰富的经历与埋经验，更是来导源于对基本的碌力学、材料等营概念掌握。同找时要求结构师赌有开阔的视野洪。权钢结构设计常啊用规丢范送律鉴(尚一滤)西杯一般规熄范猎条敬商《钢结构设计轧规范模》涛(GBJ岔17-88)送搞怎乡《冷弯薄壁型光钢结构技术规济范帝》该(成GBJ18-驰87)山爬深《建筑钢结构滤焊接规程》且（溉JGJ81-昆9宿