巖土鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單步驟和思路

1、（一）判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、要求能活動或經(jīng)常裝 拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、 雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點相一致的。（二）結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)選型及布置是對結(jié)構(gòu)的定性，由于其涉及廣泛，應(yīng)該在經(jīng)驗豐富的工程師指導(dǎo)下進行。此處僅簡單介紹詳請參考相關(guān)專業(yè)書籍在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程中都應(yīng)該被強 調(diào)的是概念設(shè)計”它在結(jié)構(gòu)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(guī)范未規(guī)定的問題， 可依據(jù)從整 體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、 破壞機理、震害、試驗現(xiàn)

2、象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細部構(gòu)造措施。在早期迅速、有效地進行構(gòu)思、比較與選擇，所得結(jié)構(gòu)方案往往 易于手算、力學(xué)行為清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不 必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。林同炎教授在結(jié)構(gòu)概念和體系一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個分體系間的相互力學(xué)關(guān)系和簡化近似設(shè)計方法。鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面桁架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)形式。其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實用的設(shè)計方法，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。結(jié)構(gòu)選型時，應(yīng)考慮不同結(jié)構(gòu)形式的特點。 在工業(yè)

3、廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或大范圍移動荷載， 就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落（切線50度外不需考慮雪載）,如亞東水泥廠石灰石倉棚米用三心圓網(wǎng)殼，總雪載和坡屋面相比釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。 建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié) 構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)， 在地震 烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)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(jié)構(gòu)體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者， 對抗震

4、不利。結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮.一般的說要剛度均勻力學(xué)模型清晰.盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻其形心要盡量靠近側(cè)向力（風(fēng)、震）的作用線.否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn).結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨承受1/4的總水平力.框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置， 有時可以調(diào)整其荷載傳遞方向 以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高，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.預(yù)估截面結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對構(gòu)件截面作初

5、步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接 H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座 情況，其截面高度通常在跨度的 1/201/50之間選擇。翼緣寬度 根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計算，這種方法很受。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。柱截面按長細比預(yù)估通常50 X 150簡單選擇值在80附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的 不同，可選擇鋼管或 H型鋼截面等.對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，規(guī)范對截 面的構(gòu)造要求有很大的不同，如鋼結(jié)構(gòu)所特有的組成構(gòu)件的板件 的局部穩(wěn)定問題，在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的

6、區(qū)另U。除此之外，構(gòu)件截面形式的選擇沒有固定的要求，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟美觀的截面。（四）結(jié)構(gòu)分析目前鋼結(jié)構(gòu)實際設(shè)計中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P- , p- S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(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件：典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形簡單結(jié)構(gòu)通過手算進行分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運行程序并做詳細 的結(jié)構(gòu)分析.（五）工程判定要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對其輸出結(jié)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(jù) 工程判 定”選擇修改模型重新分析，還

7、是修正計算結(jié)果不同的軟件會有 不同的適用條件初學(xué)者應(yīng)充分明了 .此外，工程設(shè)計中的計算和精確的力學(xué)計算本身常有一定距離，為了獲得實用的設(shè)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(gòu)造”的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 適用條件、概念及構(gòu)造”是比定量計算更重要的內(nèi)容工程師們過分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件有可能帶來結(jié)構(gòu)災(zāi)難，注重概念設(shè)計、工程判定和構(gòu)造措施有助于避免這種災(zāi)難.（六）構(gòu)件設(shè)計構(gòu)件設(shè)計首先是材料的選擇 .比較常用的是Q235和Q345.當(dāng)強度起控制作用時，可選擇Q345 ；穩(wěn)定控制時，宜使用Q235.通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理.經(jīng)濟考慮，也可以選擇不同

8、強度鋼材的焊接組合截面（翼緣Q345，腹板 Q235）.另外，焊接結(jié)構(gòu)宜選擇 Q235B或Q345B.當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提 供截面驗算的后處理功能。 部分軟件可以將不通過的構(gòu)件， 從給 定的截面庫里選擇加大一級自動重新驗算， 直至通過，如sap2000 等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計功能之一，它減少了很多工作量。但是，我們至少應(yīng)注意兩點：軟件在做構(gòu)件（主要是柱）的截面驗算時，計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定 目前所有的程序都不能完全解決這個 問題。所以，尤其對于節(jié)點連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，我們應(yīng)該逐個檢查.2當(dāng)上面第（三）條中預(yù)估的截面不滿足時，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。強度不滿

9、足，通常加大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。（2）變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則會很不經(jīng)濟。使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設(shè)計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū)分，實際上，除常用于網(wǎng)架設(shè)計外，其他結(jié)構(gòu)形式 常常并不合適。（七）節(jié)點設(shè)計連接節(jié)點的設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對節(jié)點的形式有充分思考與確定有時出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計的節(jié)點與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完 全一致，如果你不能確信這種不一致帶來的偏差差在工程許可范圍內(nèi)（5%），就必須避免。按傳力特性不同，節(jié)點分剛接，鉸接和半剛接初學(xué)者宜選擇可以

10、簡單定量分析的前兩者.常用的參考書有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大比 如，有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題，但會產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定.會導(dǎo)致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果連接節(jié)點有等強設(shè)計和實際受力設(shè)計兩種常用的方法，初學(xué)者可偏安全選用前者設(shè)計手冊中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計者查用，比較方便.也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來自動完成具體設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：焊接：對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制規(guī)定，應(yīng)嚴格遵守.焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng).E43對應(yīng)Q235，E50對應(yīng)Q345.Q235與Q345連接時，應(yīng)該選擇低強度的E43，而

11、不是E50.焊接設(shè)計中不得任意加大焊縫.焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近.其他詳細內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定.2.栓接：鉚接形式，在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用高強螺栓，使用日益廣泛常用8.8s和10.9s兩個強度等級根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型兩者計算方法不同.高強螺栓最小規(guī)格M12.常用M16M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，應(yīng)慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接.在低層墻板式住宅中也常用于主結(jié)構(gòu)的連接.難以解決的是自攻過程中防腐層的破壞問題。連接板:需驗算栓孔削弱處的凈截面抗剪等.連接板厚度可簡單取為梁腹板厚度加4mm,則除短梁

12、或有較大集中荷載的梁外，常不需驗算抗剪。梁腹板：應(yīng)驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓.5.節(jié)點設(shè)計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊 裝順序等。構(gòu)件運到現(xiàn)場無法安裝是初學(xué)者長犯的錯誤。此外， 還應(yīng)盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。6節(jié)點設(shè)計還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平 .比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口可能需要數(shù)控機床等設(shè)備才能完成.（八）圖紙編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖分設(shè)計圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計圖由 設(shè)計單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計圖編制，有時也會由設(shè)計單位代為編制。 由于近年鋼結(jié)構(gòu)項目增多和 設(shè)計院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾， 有設(shè)計能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與 設(shè)計圖編制的情況也很普遍。設(shè)計是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù) .深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余.在設(shè)計圖中，對于設(shè)計依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術(shù) 數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計要求（包括制造和安裝、焊縫 質(zhì)量檢驗