巖土綜合輔導:鋼結構設計簡單步驟和思路1

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(一) 判斷結構是否適合用鋼結構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、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結構。直觀的說:大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
    (二) 結構選型與結構布置結構選型及布置是對結構的定性,由于其涉及廣泛,應該在經(jīng)驗豐富的工程師指導下進行。此處僅簡單介紹. 詳請參考相關專業(yè)書籍.在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調(diào)的是“概念設計”,它在結構選型與布置階段尤其重要. 對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題,可依據(jù)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(xiàn)象和工程經(jīng)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構造措施。 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、力學行為清晰、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(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。
    林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結構方案的方法,以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。
    鋼結構通常有框架、平面桁架、網(wǎng)架(殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構形式。
    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(wǎng)殼的穩(wěn)定等。
    結構選型時,應考慮不同結構形式的特點。在工業(yè)廠房中,當有較大懸掛荷載或大范圍移動荷載,就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?;狙捍蟮牡貐^(qū),屋面曲線應有利于積雪滑落(切線50度外不需考慮雪載 ),如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(wǎng)殼,總雪載和坡屋面相比釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)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。高層鋼結構設計中,常采用鋼混凝土組合結構,在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中,不應單純?yōu)榱私?jīng)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(shù)以上的此類高層為前者,對抗震不利。
    結構的布置要根據(jù)體系特征,荷載分布情況及性質(zhì)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,使其以最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(diào)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。
    (三) 預估截面結構布置結束后,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(jù)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(jù)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(wěn)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(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。
    柱截面按長細比預估. 通常50<λ<150, 簡單選擇值在80附近。根據(jù)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.對應不同的結構,規(guī)范對截面的構造要求有很大的不同,如鋼結構所特有的組成構件的板件的局部穩(wěn)定問題,在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)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(jù)構件的受力情況,合理的選擇安全經(jīng)濟美觀的截面。
    (四) 結構分析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.這為更精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(nèi)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。