鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

1、鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，鋼結(jié)構(gòu)越來越多的被應(yīng)用在民用及工業(yè)建筑中。與鋼筋砼結(jié)構(gòu)相比,鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點,其強(qiáng)度重量比指數(shù)是鋼筋砼結(jié)構(gòu)的5倍以上,可顯著降低基礎(chǔ)的造價,能顯著減輕結(jié)構(gòu)自重25%以上。 由于鋼材輕質(zhì)高強(qiáng),其梁柱截面尺寸相對較小,可節(jié)約使用面積;鋼結(jié)構(gòu)工廠化程度高,構(gòu)件均在工廠加工制作,現(xiàn)場安裝,一般比鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工速度約快1.5倍,可為整個項目的安全投產(chǎn)爭取了很多寶貴時間。同時鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸可以比砼結(jié)構(gòu)大,便于使用。 正因為鋼結(jié)構(gòu)具有以上的優(yōu)點,目前鋼框架結(jié)構(gòu)才被廣泛的應(yīng)用在主廠房、準(zhǔn)車間中。 一、鋼框架結(jié)構(gòu)布置1、布置原則:對于平面、豎向不規(guī)則的要求與鋼筋砼

2、結(jié)構(gòu)相 同,抗震設(shè)計要符合“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)焊縫弱鋼材”的原則,對于框架,使節(jié)點的承載力高于構(gòu)件的承載力,防止節(jié)點的破壞先干構(gòu)件的破壞,是確保構(gòu)件整體性的必要條件,但節(jié)點又不可過強(qiáng),應(yīng)允許地震時梁、柱節(jié)點域的板件能產(chǎn)生一定量的剪切屈服變形,以提高整個框架的延性,“強(qiáng)柱弱梁”的道理與鋼筋砼結(jié)構(gòu)一樣,有利于提高框架的防倒塌能力;由于構(gòu)件焊縫的延性,一般低于被連接構(gòu)件的鋼材延性,因此要求焊縫的承載力應(yīng)高于被連接鋼材板件的承載力,可以使構(gòu)件的屈服截面避開焊縫而位于鋼板件之中,從而提高構(gòu)件以至整個結(jié)構(gòu)的延性,螺栓連接的延性等抗震性能優(yōu)于焊縫連接,重要的構(gòu)件和節(jié)點宜采用高強(qiáng)度螺栓連接。2、柱、梁

3、布置；鋼框架柱截面形式常用的有箱形截面、H型截面、十字工形截面等。箱形截面的受彎載力較強(qiáng),截面性能沒有強(qiáng)、弱軸之分,截面尺寸可以按照兩個方面的剛度強(qiáng)度要求而定,經(jīng)濟(jì)、合理,缺點是需要拼裝焊接,焊接工藝要求高,加工量大；軋制寬翼緣H型鋼優(yōu)點是加工、桿件連接容易,但有強(qiáng)、弱軸之分，當(dāng)層高較高時，弱軸的長細(xì)比就不容易滿足；十字形截面鋼柱的兩側(cè)剛度都較大，能很好的承受柱側(cè)鋼梁傳來的彎矩。十字形截面鋼柱的兩側(cè)剛度一致，長細(xì)比容易滿足，梁柱節(jié)點也制作方便。鑒于主廠房內(nèi)大型設(shè)備多，樓層荷載很重，加上有時候大層高，大跨度，使得鋼柱兩側(cè)的彎矩均很大，鋼柱本身的軸力也很大，這時候采用十字形截面鋼柱是比較合適的。字

4、形截面梁的經(jīng)濟(jì)跨度為612m,一般框架 梁、次梁均選用字形梁。次梁是鋼結(jié)構(gòu)中數(shù)量最多的構(gòu)件,占結(jié)構(gòu)用鋼量的比例較大。布置次梁時應(yīng)有利于荷載均勻分布和明確傳力途徑。鋼次梁一般宜與主梁鉸接相連,連續(xù)的組合梁雖可減小梁的跨中彎矩和撓度,但與主梁受彎節(jié)點要求采用栓焊法或在鋼梁上、下翼緣設(shè)置鋼蓋板法相連時,將增加較多的焊接工作量,實際工程中很少采用。次梁的間距一般為1.52.5m，在震動設(shè)備比較集中，荷載比較大的地方間距還要適量減小。3、樓板布置 鋼結(jié)構(gòu)的樓板宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋砼組合樓板或非組合樓板。也可同鋼筋砼結(jié)構(gòu)一樣采用鋼筋砼現(xiàn)澆樓板。在無抗震設(shè)防要求時,可采用予制樓板（限于廠房內(nèi)埋件較多，不適

5、用）。 組合樓板在使用階段壓型鋼板可作為砼樓板的受拉鋼筋。壓型鋼板鍍鋅量不多,板厚不應(yīng)小于0.75mm,在板底需刷防火涂料,目前防火涂料價格還是較高而且量又大,因此采用組合樓板造價一般較高。 非組合樓板在使用階段,壓型鋼板不代替砼板的受拉鋼筋,按普通鋼筋砼樓板計算。其承載力在施工階段,要考慮由壓型鋼板承擔(dān)未結(jié)硬的濕砼板的重量和施工活荷載。壓型鋼板宜采用具有防銹功能的鍍鋅板,板底不需刷防火涂料,板厚不應(yīng)小于O.5mm,壓型鋼板僅做為模板使用。 組合樓板、非組合樓板及鋼筋砼樓板均需在鋼梁頂設(shè)置圓柱頭栓釘,栓釘需穿透鋼板焊于鋼梁翼緣上,栓釘直徑d根據(jù)板跨度大小,13<d<19mm,柱頂間

6、距一般4d,栓釘高度高出壓型鋼板頂面30mm以上,頂面砼保護(hù)層厚度15mm。澆注混凝土的壓型鋼板波槽平均寬度不應(yīng)小于50mm，當(dāng)在槽內(nèi)設(shè)置栓釘?shù)葧r，壓型鋼板的總高度不應(yīng)大于80mm。二、節(jié)點設(shè)計多高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的受力狀況比較復(fù)雜，構(gòu)造要求相當(dāng)嚴(yán)格，故節(jié)點的設(shè)計至關(guān)重要。節(jié)點設(shè)計的基本原則：1)、節(jié)點受力應(yīng)該力求簡捷、明確；2)、保證節(jié)點足夠的強(qiáng)度，后于構(gòu)件破壞；3)、節(jié)點連接應(yīng)具有良好的延性，故設(shè)計中應(yīng)采用合理的細(xì)部構(gòu)造，不宜采用約束度大的和易產(chǎn)生層狀撕裂的連接形式；4)、構(gòu)件拼接一般按等強(qiáng)度原則；5)、盡量簡化節(jié)點構(gòu)造，以便于加工、安裝。1、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點通常采用剛性連接,并通常采用栓焊

7、混合連接;梁的上、下翼緣用坡口全熔透焊縫與柱翼緣連接,腹板用摩擦型高強(qiáng)度螺栓與柱翼緣上的剪力板連接,原則上梁端彎矩由梁翼緣負(fù)擔(dān),梁端剪力由梁腹板承擔(dān),在梁的對應(yīng)位置設(shè)置柱的水平加勁肋。對抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu),水平加勁肋應(yīng)與梁翼緣等厚,水平加勁肋與柱采用坡口全熔透焊縫焊接,當(dāng)柱兩側(cè)梁高度不等時,每個梁翼緣對應(yīng)位置均應(yīng)設(shè)置柱的水平加勁肋,加勁肋之間的距離不小于150mm,也可設(shè)置坡度小于1:3的加勁肋或?qū)⒔孛娓叨容^小的梁腹板高度局部加大,腋部翼緣的坡度不得大于1:3。2、柱拼接、梁拼接 當(dāng)柱、梁長度大于14-15m左右時,不便于運輸和裝配,需要在工地現(xiàn)場進(jìn)行拼接。 柱接頭應(yīng)位于框架節(jié)點塑性區(qū)以外,一般宜

8、在框架梁上方1.3m附近,柱接頭的設(shè)計應(yīng)滿足極限承載力Ma1.2Mpc的原則(Ma:極限受彎承載力;Mpc:全塑性受彎承載力),I字形截面柱的工地接頭,翼緣采用全熔透坡口焊接, 腹板用高強(qiáng)度螺栓連接,也可采用焊接,在上柱腹板開K形坡口,要求焊透。 梁接頭應(yīng)位于框架節(jié)點塑性區(qū)以外,即從梁端算起的1/10跨長并應(yīng)大于1.6m,拼接接頭由;翼緣承擔(dān)彎矩,腹板承擔(dān)剪力。梁的拼接主要用于梁與柱全焊接節(jié)點的柱外懸臂梁段與中間梁段的連接,連接形式有:翼緣為全溶透焊接,腹板為高強(qiáng)度螺栓連接;翼緣、腹板都用高強(qiáng)度螺栓連接;翼緣、腹板都用全溶透焊接。 3、框架梁的側(cè)向隅撐 按抗震設(shè)計的框架梁,在梁可能出現(xiàn)塑性鉸處

9、(通常距柱軸線1/81/10梁跨處),梁上下翼緣均應(yīng) 設(shè)置側(cè)向隅撐。 主梁的側(cè)向隅撐三、防銹、防火 鋼構(gòu)件制作完畢后進(jìn)行噴砂除銹處理,除銹等級Sa2.5;鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)底漆兩道,漆膜總厚度60m,面漆顏色由業(yè)主自定;高強(qiáng)螺栓連接范圍內(nèi)的鋼構(gòu)件接觸面不得涂刷油漆;需要現(xiàn)場焊接構(gòu)件的焊接范圍內(nèi)由現(xiàn)場涂刷油漆;埋入式柱腳在混凝土中部分不得涂刷油漆;鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中應(yīng)定期進(jìn)行油漆、維護(hù)。需做防火涂層的鋼材表面可除銹后只做底漆涂層。主鋼結(jié)構(gòu)出廠時涂覆醇酸防銹底漆,干膜厚度不小于60m,在結(jié)構(gòu)安裝后涂覆與底漆相容的防銹面漆。 鋼結(jié)構(gòu)宜采用防火涂料防火,按建筑物耐火等級及構(gòu)件耐火時限,根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范CECS24,選用涂料的類別及構(gòu)造做法。幾種常用的防火涂料，根據(jù)其厚