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钢结构建筑设计的步骤是怎样的?

2022-05-18 12:00:55

  钢结构建筑设计的重点主要是两点。一是结构的稳定性,包括结构的整体稳定性、构件的整体稳定性和局部稳定性,主要是支撑的设置和结构的设计;第二点是连接方式,主要是焊缝和螺栓的选择以及节点结构措施。在三到两个月的时间里,很难掌握这些东西,但随着时间的推移,你可以逐渐熟悉慢慢积累的经验。建议自学步骤如下:


  1.学习钢结构教材,重点了解结构体系的要求。


  2.熟悉相关规范,主要是北京钢结构建筑设计规范。高层民用钢结构建筑设计规范及门式刚架轻型钢结构建筑设计规范。


  3.阅读钢结构标准图集,特别是多层钢结构节点结构图集和门刚图集,了解施工图的主要内容和组成。


  在日常工作中,其他工作需要慢慢总结和积累。


  一、钢结构适用范围及选型。


  1.适用于钢结构的范围。


  钢结构通常用于高层建筑。大跨度。复杂的形状。负载或起重机的重量很大。振动很大。高温车间。高密封要求。需要能够移动或经常安装和拆卸的结构。直观地说:超高层建筑。体育馆。歌剧院。大桥。电视塔。工业工厂和临时建筑等。这与钢结构本身的特相一致。


  2.钢结构的选择。


  在钢结构建筑设计的整个过程中,应强调“概念设计”,这在结构选择和布局阶段尤为重要。对于一些难以进行准确合理分析或未规定规范的问题,可以根据整体结构体系与子系统之间的机械关系、破坏机制、冲击损伤。从测试现象和工程经验中获得的设计理念可以从整体角度确定控制结构的布局和详细措施。使用概念设计可以在早期阶段快速有效地构思和选择。比较和选择?;竦玫慕峁狗桨竿ǔR子谑止ぜ扑?。概念清晰,定性正确,可以避免结构分析阶段不必要的繁琐操作。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。


  钢结构通常有框架。平面(木线)框架。网架(外壳)。电缆膜。轻钢。塔桅杆和其他结构类型。它的大部分理论和技术都是成熟的。也有一些问题没有解决,或者没有简单实用的设计方法。


  在选择结构时,应考虑其不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大的悬挂荷载或移动荷载时,可以考虑放弃门式刚架,使用网架。在基本雪压较大的地区,屋顶曲线应有利于滑雪(切线50度时需要考虑雪荷载),如使用三心圆网壳。雪荷载总量的释放量接近一半。在降雨量较大的地区也有类似的考虑。当建筑允许时,在框架中布置支撑比简单节点刚刚连接的框架更经济。在屋顶覆盖跨度大的建筑中,可以选择构件主要拉伸的悬索或电缆膜结构体系。在高层钢结构建筑设计中,钢混凝土组合结构经常被使用。在地震烈度高或非常不规则的高层建筑中,不应仅仅为经济选择不利的地震核心管和外部框架的形式。应选择周围的大型SRC柱,其核心是支撑框架的结构系统。中国超过一半的高层建筑是前者。对地震不利。


  结构布置应根据系统特点、荷载分布和性质综合考虑。一般来说,它应该是均匀的?;的P褪乔逦?。尽量限制大负载或移动负载的影响范围,以便将其以直接的线路传输到基础上。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形状应尽可能靠近侧向力(风震)的作用线。否则,应考虑结构的扭转。结构的抗侧应具有多道防线。例如,如果有支撑框架结构,则立柱应能分别承受至少1/4的总水平力。


  框架结构的地板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,为了减少横截面沿短方向布置次梁,但这将增加主梁的横截面,降低地板的净高度,有时顶部边缘柱无法承受。此时,在较短的主梁上支撑次梁可以牺牲次梁来?;ぶ髁汉椭?。


  3.选择钢结构构件的截面。


  结构布置完成后,需要对构件截面进行初步估算。主要是对横截面形状和尺寸的假设,如梁、柱、支撑等。


  钢梁可以是槽钢。轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载和支撑,通常在跨度的1/20~1/50之间选择横截面高度。当根据梁间横向支撑间距的l/b限值确定翼缘宽度时,可以避免钢梁整体稳定性的复杂计算,这是非常流行的。确定截面高度和翼缘宽度后,可根据规范中的局部稳定结构规定估算板的厚度。


  根据长长度估计柱的横截面。通常50λ150,简单选择100附近的值。钢管或H型钢截面可根据轴心受压、双向弯曲或单向弯曲的不同选择。


  初学者应注意不同结构的结构要求。例如,钢结构独特构件板的局部稳定性。钢结构规范和轻钢规范之间的极限差别很大。


  另外,构件截面形式的选择没有固定的要求,结构工程师应根据构件的受力情况,合理选择安全、经济、美观的截面。


  二、简单的钢结构建筑设计步骤和设计思路。


  1.设计计算的手段。


  在钢结构的实际设计中,结构分析通常是线弹性分析,在条件允许的情况下考虑P-δ、P-δ。


  一些新的有限元软件可以部分考虑几何非线性和钢的弹性塑性性能。这为更准确的分析结构提供了条件。并非所有结构都需要软件:典型结构可以通过工具簿(如机械手册)直接获得内力和变形。通过手工计算分析简单结构。复杂结构需要建模和操作程序,并进行详细的结构分析。


  2.判断计算结果。


  为了正确使用结构软件,我们还应该对输出结果进行“工程判断”,例如评估每个方向的周期。总剪切力。变形特征等。根据“项目判断”选择修改模型进行重新分析,或修改计算结果。


  不同的软件将有不同的适用条件。初学者应该完全清楚。此外,工程设计中的计算与准确的机械计算之间往往有一定的距离。为了获得实际的设计方法,有时会使用误差较大的假设,但通过“适用条件、概念和结构”来确保结构的安全。在钢结构建筑设计中,“适用条件。概念和结构”比定量计算更重要。


  工程师不应该太信任和依赖结构软件。一位美国学者曾警告说:误用计算机造成结构损坏和灾难只是时间问题。


  注重概念设计和工程判断是避免此类工程灾难的途径。


  3.判断结构是否适合钢结构。


  钢结构通常用于高层建筑。大跨度。复杂的形状。负载或起重机的重量很大。振动很大。高温车间。高密封要求。需要能够移动或经常安装和拆卸的结构。直观地说:超高层公共建筑。大跨度的公共建筑。桥。电视塔。仓库棚。工业工厂和临时建筑等。这与钢结构本身的特点相一致。


  4.结构选型和结构布置。


  在钢结构建筑设计的整个过程中,应强调“概念设计”,这在结构选择和布局阶段尤为重要。对于一些难以进行准确合理分析或未规定规范的问题,可以根据整体结构体系与子系统之间的机械关系、破坏机制、冲击损伤。从测试现象和工程经验中获得的设计理念可以从整体角度确定控制结构的布局和详细措施。使用概念设计可以在早期阶段快速有效地构思和选择。比较和选择?;竦玫慕峁狗桨竿ǔR子谑止ぜ扑?。概念清晰,定性正确,可以避免结构分析阶段不必要的繁琐操作。同时,它也是判断计算机内部分析输出数据是否可靠的主要依据。


  钢结构通常有框架、平面 (木行)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。


  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。


  5. 节点设计


  连接节点的设计是钢结构建筑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。常常出现的一种情况是,设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。


  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?;岬贾率导使こ瘫湫未笥诩扑闶莸鹊牟焕峁?。


  连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法,初学者可偏安全选用前者。钢结构建筑设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。


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