钢结构设计思路

摘 要：介绍了钢结构的设计,指出钢结构的概念设计在结构选型与布置阶段非常重要.

关 键 词：建筑科学；钢结构设计；概念设计；结构选型；结构布置；结构分析

1判断结构是否适合采用钢结构

由于钢结构具有建筑整体自重小、施工周期短、施工受自然环境影响小（温度）等特点,因此,钢结构通常适用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构.

2结构选型与结构布置

设计概念在钢结构中是非常重要的,尤其在结构和布置阶是非常重要的.当遇到一些比较难的问题或者一些未经规范的问题时,可以尝试着从整体和实际相出发,利用破坏机理来进行实验,并从中获得经验,当然不能只从一部分来进行控制,需要从全局出发,对控制结构采取细部措施.使用这些理论可以节省更多时间,对工程建设和构思提供好的方法.在结构方案上,要具有以下特点,首先是易于手算的,写的内容非常清晰并且是正确的,不存在大的错误,在运算过程中能很好的避免繁琐的运算过程.对于钢结构有网架、网架（壳）、轻钢、塔桅等几种结构方式.对于这些种类技术运用上都已经非常等于成熟,但是也存在着许多不足之处,需要进一步改善.因此在选择钢的结构时要考虑工程特点,选择合适的钢结构.在一些轻钢业中,厂房中的一些设备是不适合用门式钢架的,原因是牢固程度不够,所以在选择钢的类型时,需要考虑到实际情况.在建筑以及工艺流程允许的时候,在当中使用支撑可能会比几个节点来的更有用处,而且也便宜非常经济.当遇到房屋面积比较大时,可以尝试使用悬索和索膜等体系,这个体系的好处在于能够承受压力.在建设楼层比较高的建筑时,经常采用的方法是钢和混泥土相互结合在一起,在一些经常有地震或者建设的楼层显示不规则状态时,在选择布置结构方面不怎么会特意考虑问题,而是从安全角度出发,选择合适的结构.对于这些情况时最好选择周边巨型SRC柱,这个模型是以周边巨型SRC柱为核心,支撑起整个大楼.在结构布置上,要对周围情况进行分析,然后结合结构自身特点,最后选择合适的方法.在建筑时要做到以下几点：在力学模型上一定要清楚,在有大物体移动时,不会造成影响,而且还要考虑风,这些都是影响建筑的因素,所以这些都是需要考虑进去的.在结构的侧抗力上,应该需要多个防线进行维护,最好有其支持作用的柱子,而且能承受很大的压力.对于楼层平面梁上的布置,也可以进一步优化.具体措施是减小梁截面,让大截面的面积增加,从而能减少楼层净高度,使得楼层整体效果不错.

3预估截面

结构布置结束后,需对构件截面作初步估算.主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的检测定.钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等.根据荷载与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择.翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距当按l/b限值确定时,可满足钢梁整体稳定的要求.确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估.柱截面按长细比（λ）预估.通常取值范围在50<λ<150,一般初选值可在100左右.截面型式可根据柱截面不同的受力状态,选择钢管或H型钢等.对应不同类型的钢结构,设计规范对截面的构造要求有很大的不同,如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题,在普通钢结构规范和轻型钢结构规范中的限值有很大的区别.除此之外,构件布置应通过经验并结合具体设计进行合理布置,让构件充分发挥其结构性能,也就是人为控制平面外、平面内计算长细比,让强弱轴方向放置正确,受力、变形协调一致.

4结构分析

对于线弹性分析一般都在钢实际结构分析之上,在一些条件允许的时候需要考虑P-Δ,p-δ.一些比较新的原价可以先考虑几何非线性的弹性.这样做的好处在于能更好对结构进行分析.当然并不所有的软件都需要进行弹性分析,可以直接根据查资料等就可以解决,在遇到简单的结构分析时,不需要运用程序进行运算,手算就可以了,但是当遇到比较难得问题时,需要借助软件进行计算.现在工程上一般都使用sap2000、PKPM系列软件等,这些软件不管对简单问题还是相对比较难得问题都能解决,其中比较有名的是探索者CAD、世纪旗云结构设计工具箱等等,,当在工程利用这些软件时,做起来都是得心应手,大大提高工作效率.

5工程判定

首先要学会对软件正确使用,然后对于软件输出的数据要加以判断.要对总剪力,变形特征等方面进行检测.根据工程需要来确定是修改原先的模型还是数据,从而使得工程运行更加流畅,不存在太大的困难.当然对于软件中不同的结构成分是为了适应不同条件的使用者,因为使用者的水平不同,因此软件中的结构成分也并不一样.在工程中的计算和理论计算还是存在一定差距的,原因是工程中会有误差出现,而在理论中没有误差出现,因此会存在理论查,对于这种误差,需要通过概念设计的手段来使结构安全.在钢结构设计中,对于概念设计和定量计算是一样重要的,两种发挥着同样的作用.当然对于软件,工程师并不要十分信赖它,而是要结合自己专业知识和自己经验,使得设计非常合理,而且规范要求.

6构件设计

构件的设计首先是材料的选择.比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）.通常主结构应当使用单一钢种,以便于工程管理.从经济角度考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面.当强度起控制作用时,可选择Q345；当稳定起控制作用时,宜选择Q235.当前的结构分析软件,都提供截面验算的后处理功能.一些软件可以将验算时不满足的构件,从给定的截面库里选择加大一级,并自动重新分析验算,直至通过,这就是常说的截面优化设计功能之一.例如sap2000、PKPM系列软件等就可以提供这种功能,它虽然可以提高结构工程师的工作效率,但是设计人员至少应注意2点：

（1）在对软件做截面构建时对于有些数据的取值并不是那么的符合规定,存在不规范性.对于这个问题,直到目前为止,工程上还是没能找出办法进行解决.因此在节点这个层面上,工程师是特别要注意的,一定要把这个问题解决好.

（2）对于工程师所预估的面积没有那么大时,对于这个情况要分两种进行考虑：①对于强度不足时,要对钢板进行强度增加,使得钢板的厚度和强度达到原先标准.②在出现变形超出限制的情况下,要考虑这种方法,即不应该盲目的增加钢板厚度,而是应该考虑能不能加大钢板截面的厚度或者高度,不然的话,或造成很大的浪费,在初次碰到这个问题时,会觉得很难.对于上述情况,举个例子分析一下,在整个设计的过程中,设计人员并么有考虑到浪费这一点,因此在满足柱顶位移时,使用了钢板加厚的方法,但是这样之后,就不能称之为轻型式钢架结构.对于这种方法使用,大大造成了材料浪费.在设计的过程中,一般都使用PKPMCAD计算软件,软件能自动加大截面优化设计,但是在难度上很难分开.所以一般都觉得并不是十分合适.因此对这个软件需要更加完善才是有效的.

7结束语

作为一名专业设计人员,设计出结构合理、安全可靠、经济适用的设计产品是我们的职责,文本通过钢结构设计过程的探讨,指出了在钢结构设计过程中应该注意的问题,可为专业设计人员提供借鉴.