钢结构设计要点

钢结构设计要点浅析
【摘要】：随着科技的不断进步，一些新技术、新工艺不断被应用到钢结构中，促进了钢结构的发展，本文以下内容将对钢结构设计的要点进行简要的分析，仅供参考。

【关键词】：钢结构；设计；结构选型
abstract: as technology continues to progress, new technologies, new technology is applied to steel, to promote the development of the steel structure of this article, the content will be the main points of the steel structure design brief reference only.
key words: steel; design; structure selection
中图分类号: tu318文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）1、前言
改革开放以来，随着经济的不断发展，我国的基础设施迎来了建设的高潮，特别是随着科技的不断进步，一些新技术、新工艺和新设备不断被应用到工程实际中，极大的促进了钢结构的发展，使得一些大跨度、高复杂性的钢结构建设得到了实现，服务了经济发展和人们的日常生活的同时，也使得钢结构设计有了更大的空间。

钢结构具有十分优越的性能，其质量轻、施工快、易于工厂标准化等特点，使得钢结构建筑和构筑物具有很好的适应性，本文以下内容将对钢结构设计的要点进行简要的分析，仅供参考。

2、钢结构设计要点分析
根据作者多年的实践经验，认为钢结构设计过程中，应掌握以下几个方面的要点：第一，结构选型与结构布置。

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。

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)，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。

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。

第二，钢结构房屋材质的选择。

由于钢材品种的增多，结构设计时可选择的构件形式也多了。

比如框架柱，可采用热轧h型钢、焊接h型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式，钢梁可采用等截面、变截面等形式。

材质可采用q235普碳钢，也可采用q345低合金钢。

设计时应尽可能采用高强度等级的材料，比如采用q345钢比采用q235钢就可节约钢材15%-25%，用于受拉或受弯构件节约比例较大。

设计时要选用经济截面型材，比如热轧h型钢、t型钢等。

在某些情况下，采用热轧h型钢柱、梁可能比采用焊接h型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。

第三，钢结构房屋的柱间支撑设计，关于柱间支撑的设置，一些轻型钢结构厂房中的柱间支撑多为角钢剪刀撑，每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求，因此设计的柱间支撑截面较大。

设剪刀式钢筋拉杆代替角钢剪刀撑，剪刀式钢筋拉杆，只承受拉力，不考虑
承受压力。

钢筋直径由纵向水平力之和设计确定，但要求必须设法将钢筋拉紧，真正能够传递纵向水平力。

第四，柱脚节点。

柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。

在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接都是不可能的，确切地说应该是一种半刚接半铰接状态。

刚接和铰接柱脚关键在于锚栓布置，铰接柱脚一般采用两个锚栓，刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚栓连接。

柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，应将柱脚设计成刚接柱脚，其余情况下，柱脚应设计成铰接。

一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，则须设置抗剪键。

第五，钢结构屋面的屋面板及檩条。

设计屋面板和檩条的设计，现在通常是檩条等间距布置，檩条对屋面板是等跨支座，例跨度15m以上的刚架多为双坡，每坡屋面板在7.5m以上。

根据檩条布置，屋面板多按5跨等跨连续梁设计，其结果是屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大很多，按端跨跨中弯矩选用屋面板，则中跨屋面板不能充分发挥作用。

对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据，第二支座反力是5跨连续板中反力最大的支座，以此反力设计檩条，此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用，中跨支座檩条承载力富裕很多，不能充分发挥作用。

为此建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近，或由于檩条不等跨布置使屋面
板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系统的材料性能，降低单位用钢量，降低造价。

第六，梁节点的设计。

其是钢结构设计中重要的内容之一。

在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。

有时出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，如果你不能确信这种不一致带来的偏差差在工程许可范围内(5%)，就必须避免。

连接的不同对结构影响甚大，比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。

连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 具体设计主要包括：①焊接，对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。

焊条的选用应和被连接金属材质适应，e43对应q235,e50对应q345。

q235与q345连接时,应该选择低强度的e43,而不是e50。

焊接设计中不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。

其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

②栓接，高强螺栓,使用日益广泛。

常用8.8和10.9两个强度等级。

根据受力特点分承压型和摩擦型。

两者计算方法不同。

高强螺栓最小规格m12。

常用m16~m30。

超大规格的螺栓性能不稳定,应慎重使用。

③连接板,需验算栓孔削弱处的净截面抗剪等。

连接板厚度可简单取为梁腹板厚度加4mm，则除短梁或有较大集中荷载的梁外，常不需验算抗剪。

④梁腹板,应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。

承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

另外节点设
计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。

构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。

此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

3、结尾
以上内容对分别从结构选型、钢结构材质及节点设计等方面简要介绍了钢结构设计的要点，并提出了改善结构设计的一些措施，作为一名技术人员，应该在实践中不断学习，并注重借鉴国内外先进的经验，不断提高自身的专业素养和综合素质，为提高钢结构设计质量做出应有的贡献。

【参考文献】
[1]《钢结构设计》张耀春等，高等教育出版社
[2] 《钢结构》魏明钟等，武汉理工大学出版社
[3] 《钢结构设计原理》苏彦江等，中国铁道出版社
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。