钢结构的优化设计样本

钢构造优化设计

随着国内经济迅速增长，钢构造越来越多被应用在民用及工业建筑中。与钢筋砼构造相比,钢构造具备轻质高强特点,其强度重量比指数是钢筋砼构造5倍以上,可明显减少基本造价,能明显减轻构造自重25%以上。由于钢材轻质高强,其梁柱截面尺寸相对较小,可节约使用面积;钢构造工厂化限度高,构件均在工厂加工制作,现场安装,普通比钢筋砼构造施工速度约快 1.5倍,可为整个项目安全投产争取了诸多宝贵时间。同步钢构造柱网尺寸可以比砼构造大,便于使用。正由于钢构造具备以上长处,当前钢框架构造才被广泛应用在主厂房、准车间中。

一、钢框架构造布置

1、布置原则:

对于平面、竖向不规则规定与钢筋砼构造相同,抗震设计要符合“强节点弱构件、强柱弱梁、强焊缝弱钢材”原则,对于框架,使节点承载力高于构件承载力,防止节点破坏先干构件破坏,是保证构件整体性必要条件,但节点又不可过强,应容许地震时梁、柱节点域板件能产生一定量剪切屈服变形,以提高整个框架延性,“强柱弱梁”道理与钢筋砼构造同样,有助于提高框架防崩塌能力;由于构件焊缝延性,普通低于被连接构件钢材延性,因而规定焊缝承载力应高于被连接钢材板件承载力,可以使构件屈服截面避开焊缝而位于钢板件之中,从而提高构件以至整个构造延性,螺栓连接延性等抗震性能优于焊缝连接,重要构件和节点宜采用高强度螺栓连接。

2、柱、梁布置；

钢框架柱截面形式惯用有箱形截面、H型截面、十字工形截面等。箱形截面受弯载力较强,截面性能没有强、弱轴之分,截面尺寸可以按照两个方面刚度强度规定而定,经济、合理,缺陷是需要拼装焊接,焊接工艺规定高,加工量大；轧制宽翼缘H型钢长处是加工、杆件连接容易,但有强、弱轴之分，当层高较高时，弱轴长细比就不容易满足；十字形截面钢柱两侧刚度都较大，能较好承受柱侧钢梁传来弯矩。十字形截面钢柱两侧刚度一致，长细比容易满足，梁柱节点也制作以便。鉴于主厂房内大型设备多，楼层荷载很重，加上有时候大层高，大跨度，使得钢柱两侧弯矩均很大，钢柱自身轴力也很大，这时候采用十字形截面钢柱是比较适当。Ⅰ字形截面梁经济跨度为6～12m,普通框架梁、次梁均选用Ⅰ字形梁。次梁是钢构造中数量最多构件,占构造用钢量比例较大。布置次梁时应有助于荷载均匀分布和明确传力途径。钢次梁普通宜与主梁铰接相连,持续组合梁虽可减小梁跨中弯矩和挠度,但与主梁受弯节点规定采用栓焊法或在钢梁上、下翼缘设立钢盖板法相连时,将增长较多焊接工作量,实际工程中很少采用。次梁间距普通为1.5～2.5m，在震动设备比较集中，荷载比较大地方间距还要适量减小。

3、楼板布置

钢构造楼板宜采用压型钢板现浇钢筋砼组合楼板或非组合楼板。也可同钢筋砼构造同样采用钢筋砼现浇楼板。在无抗震设防规定期,可采用予制楼板（限于厂房内埋件较多，不合用）。组合楼板在使用

阶段压型钢板可作为砼楼板受拉钢筋。压型钢板镀锌量不多,板厚不应不大于0.75mm,在板底需刷防火涂料,当前防火涂料价格还是较高并且量又大,因而采用组合楼板造价普通较高。非组合楼板在使用阶段,压型钢板不代替砼板受拉钢筋,按普通钢筋砼楼板计算。其承载力在施工阶段,要考虑由压型钢板承担未结硬湿砼板重量和施工活荷载。压型钢板宜采用品有防锈功能镀锌板,板底不需刷防火涂料,板厚不应不大于O.5mm,压型钢板仅做为模板使用。组合楼板、非组合楼板及钢筋砼楼板均需在钢梁顶设立圆柱头栓钉,栓钉需穿透钢板焊于钢梁翼缘上,栓钉直径d依照板跨度大小,13

二、节点设计

多高层钢构造节点受力状况比较复杂，构造规定相称严格，故节点设计至关重要。节点设计基本原则：

1)、节点受力应当力求简捷、明确；

2)、保证节点足够强度，后于构件破坏；

3)、节点连接应具备良好延性，故设计中应采用合理细部构造，不适当采用约束度大和易产生层状扯破连接形式；

4)、构件拼接普通按等强度原则；

5)、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。

1、梁柱节点

梁柱节点普通采用刚性连接,并普通采用栓焊混合连接;梁上、下翼缘用坡口全熔透焊缝与柱翼缘连接,腹板用摩擦型高强度螺栓与柱翼缘上剪力板连接,原则上梁端弯矩由梁翼缘承担,梁端剪力由梁腹板承担,在梁相应位置设立柱水平加劲肋。对抗震设防构造,水平加劲肋应与梁翼缘等厚,水平加劲肋与柱采用坡口全熔透焊缝焊接,当柱两侧梁高度不等时,每个梁翼缘相应位置均应设立柱水平加劲肋,加劲肋之间距离不不大于150mm,也可设立坡度不大于1:3加劲肋或将截面高度较小梁腹板高度局部加大,腋部翼缘坡度不得不不大于1:3。

2、柱拼接、梁拼接

当柱、梁长度不不大于14-15m左右时,不便于运送和装配,需要在工地现场进行拼接。柱接头应位于框架节点塑性区以外,普通宜在框架梁上方1.3m附近,柱接头设计应满足极限承载力Ma≥1.2Mpc原则(Ma:极限受弯承载力;Mpc:全塑性受弯承载力),I字形截面柱工地接头,翼缘采用全熔透坡口焊接，腹板用高强度螺栓连接,也可采用焊接,在上柱腹板开K形坡口,规定焊透。梁接头应位于框架节点塑性区以外,即从梁端算起1/10跨长并应不不大于1.6m,拼接接头由;翼缘承担弯矩,腹板承担剪力。梁拼接重要用于梁与柱全焊接节点柱外悬臂梁段与中间梁段连接,连接形式有:翼缘为全溶透焊接,腹板为高强度螺栓连接;翼缘、腹板都用高强度螺栓连接;翼缘、腹板都用全溶透焊接。

3、框架梁侧向隅撑

按抗震设计框架梁,在梁也许浮现塑性铰处(普通距柱轴线1/8～1/10梁跨处),梁上下翼缘均应设立侧向隅撑。

主梁侧向隅撑

三、防锈、防火

钢构件制作完毕后进行喷砂除锈解决,除锈级别Sa2.5;钢构造表面防护底漆两道,漆膜总厚度≥60μm,面漆颜色由业主自定;高强螺栓连接范畴内钢构件接触面不得涂刷油漆;需要现场焊接构件焊接范畴内由现场涂刷油漆;埋入式柱脚在混凝土中某些不得涂刷油漆;钢构造在使用过程中应定期进行油漆、维护。需做防火涂层钢材表面可除锈后只做底漆涂层。主钢构造出厂时涂覆醇酸防锈底漆,干膜厚度不不大于60μm,在构造安装后涂覆与底漆相容防锈面漆。钢构造宜采用防火涂料防火,按建筑物耐火级别及构件耐火时限,依照《钢构造防火涂料应用技术规范》CECS24,选用涂料类别及构造做法。几种惯用防火涂料，依照其厚度有：厚型防火涂料（厚度为8—50毫米，耐火时限可达0.5—3.0小时）普通用于规定极限为2.0小时以上钢构造中；薄型钢构造防火涂料（厚度为3-7毫米），普通用于耐火极限不超过2.0小时建筑钢构造中；超薄型钢构造防火涂料（厚度为不超过3.0毫米普通用于耐火极限不超过2.0小时建筑构造。