钢结构工程设计的重点论述

如今以钢结构制作为主的结构是主要的建筑结构类型之一。钢结构工程设计逐渐成为建筑结构设计人员的重要工作。今天我们就来简单的论述下钢结构设计的重点有哪些。1、结构选型'概念设计'在钢结构工程设计的整个过程中都一直被强调，它在结构选型与布置阶段尤其重要。一般情况下，结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。框架、平面(木行)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式在高层钢结构中采用广泛。这些结构理论与技术大都比较成熟，当然亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。结构选型时，应考虑它们不同的特点，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。2、节点的设计钢结构设计中，连接节点的设计一直都是重要的内容之一。钢结构设计者在设计前应对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接、铰接和半刚接，设计者宜选择可以简单定量分析的前两者。连接的不同对结构影响甚大，比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。在设计时，铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济;刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应;而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。由结构布置分析，考虑工程实际情况，三种形式，哪一种更加经济可靠，还有待于在实际工程中比较、检验。3、结构分析结构分析通常为线弹性分析，目前实际钢结构设计中，条件允许时考虑P-Δ，P-δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件，典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形，复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。4、预估截面钢结构设计里预估截面对整个的设计起着很重要的作用。结构布置结束后，需对梁柱和支撑等的断面形状与尺寸作初步估算和假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估，通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。设计者需注意，对应不同的结构，规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。