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鋼結構設計簡單步驟和設計思路

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鋼結構設計簡單步驟和設計思路

發布日期:2020-12-29 作者: 點擊:

  鋼結構設計,這個詞有一種離生活很遙遠的感覺。但是設計出來的產品確實大部分建筑都在使用的,下面我們就簡單了解一下鋼結構設計及理念。

(一)判斷結構是否適合用鋼結構 鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、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、雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。

  (二)結構選型與結構布置 結構選型及布置是對結構的定性,由于其涉及廣泛,應該在經驗豐富的工程師指導下進行。此處僅簡單介紹。 詳請參考相關專業書籍。 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范未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、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制結構的布置及細部構造措施。 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于手算、力學行為清晰、定性正確,并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

  (三)預估截面 結構布置結束后,需對構件截面作初步估算。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。根據荷載與支座情況,其截面高度通常在跨度的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復雜計算,這種方法很受歡迎。 確定了截面高度和翼緣寬度后,其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。 柱截面按長細比預估。 通常50<λ<150, 簡單選擇值在80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型鋼截面等。 對應不同的結構,規范對截面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,在普鋼規范和輕鋼規范中的限值有很大的區別。 除此之外,構件截面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面。

  (四)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。并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。 復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。

  (五)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。 工程師們過分信任與依賴結構軟件有可能帶來結構災難,注重概念設計、工程判定和構造措施有助于避免這種災難。


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