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轻型钢结构设计要点与钢材的选择要点
浏览: 发布日期:2019-03-01
  近年来,轻型钢结构在建筑工程中得到了越来越广泛的应用,例如在高层建筑、大跨度公共建筑中,都有轻型钢结构设计的身影,它已成为一个城市现代建筑的象征。随着现代轻型钢结构设计水平提高,从而形式由单一的框架式发展到多元化,如肋玻结构形式、钢桁架结构形式。
  
  一、钢结构设计要点
  
  1.钢结构形式与结构布置。钢结构在设计之前应该选择合理的结构体系,合理的建筑结构体系应该是刚柔相济。钢结构常用的结构体系有框架、平面(桁)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。在钢结构设计的整个过程中都应该注重的是概念设计,所得结构方案往往易于手算、概念清晰、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。所以它在结构选型与布置阶段就尤其重要。对一些难以做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破坏机理、力学关系、试验现象、震害和工程经验中获得概念设计的思想,结构的布置及细部措施应该从全局的角度来确定控制。一般地说要刚度均匀,力学模型清晰简便,层次清楚,条理分明,尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,控制构件的侧移变形,保证结构具有足够的抗弯和抗剪能力,使其结构传力以最直接简单的线路传递到基础,柱间的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,柱子至少应能单独随1/4的总水平力。
  钢结构设计要点
  2.判定结构的合理性。要正确使用结构软件,还应对其输出结果做正确的判断。比如评估各向周期、位移、应力、总剪力、变形特征等。不同的软件会有不同的适用条件和范围,初学者应充分明了。工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离,为了获得实用的设计方法,有时会用误差和较大的假定,但对这种误差,会通过适用条件、概念及构造的方式来保证结构的安全。钢结构设计中,适用条件、概念及构造是比定量计算更重要的内容。
  
  3.连接节点优化设计。钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件,各通过一定安装而形成整体结构,连接部位应有足够的强度、刚度、延性。所以连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一,钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分地思考与确定,应根据连接节点的位置及其所要求的强度、刚度合理地确定连接方式及节点细部构造和计算方法。常常出现的一种情况是,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,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,有的刚接节点虽然随弯矩没有问题,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,初学者可偏安全选用前者。
  
  二、钢结构设计中钢材的选择应考虑以下方面:
  
  (1) 结构类型及其重要性
  
  结构可分为重要、一般和次要三类。重级工作制吊车梁和特别重要的轻型钢结构主结构及次结构构件属于重要结构;普通轻型钢结构厂房的主结构梁柱和次结构构件属于一般结构;而辅助结构中的楼梯、平台、栏杆等属于次要结构。重要结构可选用16Mn 钢或Q235—C或D;一般结构可选用Q235—B;次要结构可选用Q235—B·F。
  
  (2)荷载性质
  钢结构设计中钢材的选择
  荷载可分为静力荷载和动力荷载两种,动力荷载又有经常满载和不经常满载的区别。直接承受动力荷载的结构一般采用Q235—B、Q235—C、Q235—D 及16Mn 钢,对于环境温度高于-20℃、起重量Q<50t 的中、轻级工作制吊车梁也可选用Q235—B·F。承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构可选用Q235—B和Q235—B·F。
  
  (3) 工作温度
  
  根据结构工作温度选择结构的质量等级。例如,工作温度低于-20℃时宜选用Q235—C或Q235—D;高于-20℃时可选用Q235—B。

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