浅析钢结构设计的简单步骤和设计思路

2022-09-11

随着我国社会经济的快速发展, 建筑行业也迎来了巨大的发展机遇时期, 尤其是钢结构建筑发展迅速。传统的砖混以及钢筋混凝土结构体系, 存在着自身重量大, 进深与开间偏小, 梁柱截面较大, 空间利用率不高等明显不足。但钢结构则具备有材料强度大、抗震性能好、施工操作简便等显著优势, 因此其在建筑行业当中的应用范围越来越广, 下文将就钢结构设计的一般步骤与设计思路来展开具体的探究工作。

一、钢结构的适用性

钢结构建筑在设计、施工以及综合效益等多个方面相较于其他材料的结构而言, 优势价值主要体现在: (1) 自重小、抗震性好。钢材料具备良好的韧性与塑性, 能够大幅度吸收地震时所产生的能量。 (2) 施工操作简便、有助于大幅度缩短建设工期。钢结构构件可实现规模化生产, 并在安装过程中所采用的施工机械自动化程度较高。 (3) 钢结构可被设计成多种完全不同的尺寸与结构, 广泛的应用在各种创新型结构体系当中。 (4) 便于对功能区间的合理化布设, 在住宅设计方面可利用开放式大开间进行布设, 确保建筑平面可实现科学化的分隔。 (5) 整体造价较低, 自重小。无论是进行运输还是吊装操作起来均十分便捷, 负载小能够减小一定的工程造价支出。

正是由于钢结构具备以上几项优势特性, 因此已经越来越多的被应用到较大高度、大跨度、结构复杂、吊装起重大、高密封性要求、振动幅度大、需要经常性拆装等结构当中。如在体育馆、电视塔、新建大楼、大桥、工程、住宅等建筑中均有着极其广泛的应用。

二、选型与布置

(一) 结构选型

在对结构类型进行选取之时, 应当充分考量到其自身的实际特征需求。如在轻钢工业厂房之中, 若存在比较大的悬挂荷载亦或是移动性荷载之时, 便可参考采取网架。在降雪压力较大的北方地区, 对于屋面设计应当采取曲线设计方式以便于积雪可更好的滑落, 针对降雨量较大的地区同样也可对屋面采取曲线设计。若建设条件允许, 还可于框架之中布设支撑, 其相较于一般的节点刚接框架更具经济效益。在屋面覆盖跨度偏大的建筑物中, 可将悬索与索膜结构选为以受拉为主。高层钢结构设计之时, 大多采取的是刚混凝土组合结构, 在地震强度较大亦或是极不规则之时, 应避免仅是为追求经济效益了选用了抗震性能较差的核心筒加外框方式。应当以周边巨型SRC柱较为适宜, 核心即支撑框架结构体系。

(二) 结构布置

在结构布置方面需依据结构体系的具体特性, 荷载分布、性质等予以全面考量, 通常而言必须要确保刚度适宜, 力学模型明确。最大程度的限制大荷载亦或是移动荷载的影响区域, 使之能够以最短的路线传递至基础。柱间抗侧支撑分布应保持均衡。形心应尽可能接近于侧向力作用线。反之则应顾及到结构扭转, 结构抗侧应设置多道防线, 例如具备支撑框架结构, 柱间应能承受不低于25%的整体水平力。

三、设计内容

(一) 构件设计

钢结构设计规范要求承重结构钢材必须具备相应水平的伸长率、抗拉强度、屈服点以及硫、磷、碳等物质含量应确保不低于标准水平;承受动力载荷结构与关键性的受拉及受弯焊接结构必须具备在常温或负温条件下冲击韧性的有效保障。在利用软件检验构建截面之时, 预估截面不符合要求之时, 扩大截面必须分成两类状况予以区别考虑。若强度不足, 一般会采取扩大截面板件厚度的方式, 若抗弯性能不合格则应扩大翼缘厚度, 若抗剪强度不合格时则应扩大腹板厚度;若变形量已超出限定范围, 则应适当扩大截面高度。

(二) 节点设计

在钢结构的节点设计方面, 关键是梁和梁连接的各个节点, 次梁以及主梁的连接节点, 柱和柱拼接处的连接节点, 梁和柱以及支撑与柱脚等方面的连节点设计。连接方式的不同对于结构将会产生直接性的影响, 如部分刚接节点尽管可有效承受弯矩, 然而却会导致明显的转动情况出现, 与结构分析假定相违背, 也会致使实施工程变形超出计算结果。在构件当中的内力相对偏大之时, 板件相对偏厚, 应确保连接节点构造的合理性, 防止应用时较易产生大约束应力以及层状撕裂的连接方式, 确保结构能够具备较好的延性特点, 更加便于制造与安装。

(三) 图纸编制

钢结构的图纸编制工作主要包括设计图与施工详图两步骤, 设计图是由设计方提供, 而施工详图则是由钢结构生产企业依据设计图来进行编制。

1) 设计图:为钢结构材料生产企业提供编制施工详图的关键内容。其内容与深度应确保完整但应避免过度冗余。在设计之时, 结合设计需求、荷载资料、材料材质、技术数据、设计需求、结构布置、结构节点等方面均应标识清楚, 以便于施工详图的编制能够顺利实施, 同时还可将真实的设计意图充分的体现出来, 对于所需应用到的各项材料应标识清楚。

2) 施工详图:也被称之为加工图亦或是放样图。其深度必须要确保可完全符合于车间的直接制造与加工。不完全一致的构件党员应当独立绘制图纸, 同时附上相应的材料需求表。

结束语

总而言之, 在本次研究中主要就钢结构设计的简单步骤与思路展开具体分析, 首先分析了钢结构的适用范围, 而后就其在选型与布置方面的一些核心重点进行了详细阐述, 并基于此, 介绍了构件设计、节点设计、图纸编制等钢结构设计内容。最终希望借助于本文的分析与探讨, 能够引起更为广泛的讨论、交流, 并为相关的钢结构设计人员提供有价值的参考内容。

摘要：钢结构具备良好的抗震性能与施工便捷性, 可被设计为各种复杂结构。其在设计、施工、经济效益方面优势明显。本文就基于钢结构的适用性, 由结构选型与布置, 到构件设计、节点设计以及图纸编制等多个方面来阐述了钢结构设计的各个步骤与设计思路, 以期能够为有关的结构设计人员提供一些参考。

关键词：钢结构,设计,步骤,思路