行業鋼結構設計經驗談
發布時間:2014-07-15
(A) 判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用於高層、大跨度、體型複雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說:大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建築等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
(B) 預估截麵
結構布置結束後,需對構件截麵作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷麵形狀與尺寸的假定。
鋼梁可選擇槽鋼、軋製或焊接H型鋼截麵等。根據荷載與支座情況,其截麵高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時,可回避鋼梁的整體穩定的複雜計算,這種方法很受歡迎。 確定了截麵高度和翼緣寬度後,其板件厚度可按規範中局部穩定的構造規定預估。
柱截麵按長細比預估. 通常50<λ<150, 簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或H型鋼截麵等.
初學者需注意,對應不同的結構,規範中對截麵的構造要求有很大的不同。 如鋼結構所特有的組成構件的板件的局部穩定問題。在普鋼規範和輕鋼規範中的限值有很大的區別。
除此之外,構件截麵形式的選擇沒有固定的要求,結構工程師應該根據構件的受力情況,合理的選擇安全經濟美觀的截麵。
(C) 鋼構公司結構分析
目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮P-Δ,p-δ.
新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及
鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結構提供了條件。並不是所有的結構都需要使用軟件:
典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形.
簡單結構通過手算進行分析.
複雜結構才需要建模運行程序並做詳細的結構分析.
(D) 結構選型與結構布置
此處僅簡單介紹. 詳請參考相關專業書籍.由於結構選型涉及廣泛,做結構選型及布置應該在經驗豐富的工程師指導下進行。
在
鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計",它在結構選型與布置階段尤其重要. 對一些難以作出精確理性分析或規範未規定的問題,可依據從整體結構體係與分體係之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控製結構的布置及細部措施。 運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易於手算、概念清晰、定性正確,並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
鋼結構通常有框架、平麵(木行)架、網架(殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。
其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法,比如網殼的穩定等。
結(jie)構(gou)選(xuan)型(xing)時(shi),應(ying)考(kao)慮(lv)它(ta)們(men)不(bu)同(tong)的(de)特(te)點(dian)。在(zai)輕(qing)鋼(gang)工(gong)業(ye)廠(chang)房(fang)中(zhong),當(dang)有(you)較(jiao)大(da)懸(xuan)掛(gua)荷(he)載(zai)或(huo)移(yi)動(dong)荷(he)載(zai),就(jiu)可(ke)考(kao)慮(lv)放(fang)棄(qi)門(men)式(shi)剛(gang)架(jia)而(er)采(cai)用(yong)網(wang)架(jia)。基(ji)本(ben)雪(xue)壓(ya)大(da)的(de)地(di)區(qu),屋(wu)麵(mian)曲(qu)線(xian)應(ying)有(you)利(li)於(yu)積(ji)雪(xue)滑(hua)落(luo)(切線50度內需考慮雪載 ),ruyadongshuinichangshihuishicangpengcaiyongsanxinyuanwangke。zongxuezaishifangjinyiban。jiangyuliangdadediquxiangsikaolv。jianzhuyunxushi,zaikuangjiazhongbuzhizhichenghuibijiandandejiediangangjiedekuangjiayougenghaodejingjixing。erwumianfugaikuadujiaodadejianzhuzhong,kexuanzegoujianshoulaweizhudexuansuohuosuomojiegoutixi。gaoceng
鋼結構設計中,常采用鋼混凝土組合結構,在地震烈度高或很不規則的高層中,不應單純為了經濟去選擇不利
抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRC柱,核心為支撐框架的結構體係。我國半數以上的此類高層為前者。對
抗震不利。
結構的布置要根據體係特征,荷載分布情況及性質等綜合考慮.一般的說要剛度均勻.力學模型清晰.盡可能限製大荷載或移動荷載的影響範圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎. 柱間抗側支撐的分布應均勻.其形心要盡量靠近側向力(風震)的作用線. 否則應考慮結構的扭轉. 結構的抗側應有多道防線. 比如有支撐框架結構,柱子至少應能單獨承受1/4的總水平力.
框架結構的樓層平麵次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截麵沿短向布置次梁,但是這會使主梁截麵加大,減少了樓層淨高,頂層邊柱也有時會吃不消,此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子.
(E) 工程判定
要正確使用結構軟件,還應對其輸出結果的做"工程判定"。比如,評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果.
不同的軟件會有不同的適用條件.初學者應充分明了.此外,工程設計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離, 為了獲得實用的設計方法,有時會用誤差較大的假定, 但對這種誤差, 會通過"適用條件、概念及構造"的方式來保證結構的安全.
鋼結構設計中,"適用條件、概念及構造"是比定量計算更重要的內容.
工程師們不應該過分信任與依賴結構軟件.美國一位學者曾警告說:“誤用計算機造成結構破壞而引起災難隻是一個時間的問題。”
注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法.