淺談如何對鋼結構設計中的細節進行有效處理

廣東杭蕭鋼構有限公司 張專濤

淺談如何對鋼結構設計中的細節進行有效處理

廣東杭蕭鋼構有限公司 張專濤

本文就鋼結構的應用及發展史,對鋼結構設計細節進行探討,提出了加強鋼結構設計中細節處理的若干建議和意見。

鋼結構設計細節

鋼結構是由型鋼和鋼板通過焊接、螺栓連接或鉚接而制成的工程結構,是主要的建筑結構類型之一。鋼結構的有點是制遣安裝快捷、建設工期有效縮短,結構可靠、新功能擴展方便,可重復使用等,廣泛使用與砂石骨料加工系統、混凝土拌及系統的結構設計中。

一、鋼結構應用與建筑中的發展史

我國是最早用鐵制造承重結構的國家,西方國家17世紀才用金屬承重結構,我國早在秦皇時期就把鐵做簡單的承重結構,勤勞智慧的中國人民就用鐵鏈搭建鐵索懸橋,我國早期鐵體承重結構的例子有聞名于世的四川瀘定大渡河鐵索橋、貴州的盤江橋及云南的元江橋。近年來,我國綜合國力的增強帶動了建筑業的迅猛發展,鋼結構工程逐漸增加,門式鋼剛架、鋼網架、立體鋼桁架、多層鋼框架等逐步發展為通用的結構形式,鋼結構房屋廣泛應用在工業、民用建筑,如工業廠房、大型倉庫、體育場館及多、高層民用鋼框架房屋等。科技的發展人們也在逐步探索、應用較復雜、特別的鋼結構體系,像索網、索桁、預應力鋼結構及高層鋼結構。但是鋼結構的設計中常忽視了細節,未充考慮到既方便制作安裝又便于施工同時還經濟實惠,因此,細節設計越發受到廣泛重視。

二、有效處理鋼結構設計細節的若干措施

(1)選擇最佳的結構方案。選擇適用的結構方案。結構設計者須了解結構受力體系的適用條件。我國鋼結構工程中一陣風、一邊倒的傾向嚴重。網架結構極致的表現了它獨有的空間作用及良好的整剛度,節省鋼材。長寬比大的建筑,呈現單向受力,覆蓋結構采用平板網架結構方案,其空間整體效果不容易表現,相比桁架方案,增加太多縱向構造桿件,不省鋼,視覺也受影響。近年,門式剛架和鋼管立體桁架結構趨于流行,鋼管立體桁架結構的航站樓、會議中心和體育館等建筑紛紛出現,門式剛架結構也在工業與民用建筑結構中廣泛使用。但每種結構體系適用與不同的范圍,設計選用時要因時因勢,不能盲目。客觀、全面的經濟比較。鋼結構方案設計的另一目標是經濟指標及社會效應。目前,我國鋼產量居世界前列,鋼結構加工、安裝水平迅猛發展,鋼的價格及制作成本呈下降趨勢。主體結構用鋼量低,容易加工安裝,造價就較低。但采用輕型圍護墻板和屋面板的造價要高與傳統的砌體結構墻及鋼筋混凝土屋面板;另外,選擇結構方案時,不可忽視鋼結構用在防腐和防火的費用,含使用后的維護成本,力爭給業主提出全面的綜合經濟指標。選取安全合理、美觀經濟的最佳方案需要結構設計者全面掌握各種結構體系的受力優勢、極佳適用條件、習慣性建筑配套做法,便于極大地滿足工程需要。

(2)建立完善的結構受力體系。確定結構方案后,結構設計的重點工作是建立完善的結構受力體系。鋼結構多是桿系結構,只有完善支撐布置,節點連接結構可靠,方可使整個結構受力體系穩定。主體鋼結構傳力要可靠、明確。整體剛度好,體系穩定就沒有大問題。立體鋼桁架結構易忽視體系整體穩定的考慮,桁架本身是空間格構式構件,構件相對穩定易保證,其實整個結構體系是鉸接排架結構,布置是單向受力。考慮到加工、安裝方便、節省鋼材,鋼框架柱一般采用工字形截面,弱軸方向側向剛均極差,且鉸接柱弱軸方向和梁連接,增設柱間支撐才能補充體系抗側力構件的不足。要有措施穩定圍護結構。鋼結構的維護結構多是有檁體系,屋面及墻面常用金屬壓型板。現行各規范與國外的觀念不同,未考慮蒙皮效應,設計中不允許取消柱間支撐等主體結構的支撐構件,還要布置對應的屋面、剛性系桿、墻面交叉支撐、檁條拉條等,要特別重視穩定檐口、通長側窗、女兒墻、鋼大門。滿足抗震要求。地震區設計要符合《建筑抗震設計規范》的相關規定,滿足抗震規范要求。要考慮抗震變形能力、耗能能力及加強薄弱區;節點區的破壞后于與其連接的構件:體型復雜、平立面不規則的鋼結構建筑設置防震縫。利用必要的計算分析,加強薄弱區域.保證結構整體設計安全、可靠。

(3)選擇合理的結構構件。鋼構件的變形限制值及本身穩定也要充分考慮。鋼結構材料強度高,塑性、韌性好,構件截面肢寬壁薄,屬長細構件。設計中,要認識到鋼結構截面尺寸是由變形、穩定或疲勞應力控制的,材料的計算強度控制不了鋼結構界面尺寸。構件整體及膈部穩定。抵抗彎曲屈鹽、彎扭屈曲、扭轉屈曲的能力都屬于構件整體穩定。設計中構件受力平面外的穩定更要受重視。選用焊接組合構件時,要注意自行校算截面的局部穩定。構件變截設計。鋼結構構件可加工性良好,設計時為節省鋼材可按受力狀況選取變截面桿件。實際工程中要統籌兼顧、綜合考慮變截設計給制作、運輸帶來的不便。

(4)合理利用鋼材。設計中選用鋼材不合理的問題普遍存在,因此要了解與掌握鋼結構設計規范中的有關要求,按規范鋼號選取鋼材;了解鋼材標號和材性;經濟高效截面的型材優先選用。

(5)重視節點構造。鋼結構體系和節點構造設計關系密切。設計上不重視構造問題,節點連接方式和設計計算假定不符合很容易發生。節點構造的設計是整體方案設計中的重要部分,簡單考慮鋼架結構節省用鋼量,把柱腳節點設計為剛接很有效,但也會加大柱腳下獨立柱基截面尺寸,不是最經濟的。構造設計中可操作性也要重視。鋼結構可加工性強,易滿足千變萬化的建筑造型要求,但任何結構都自身的規律性不可完全隨意。栓、焊連接、結構構件的構造要求及施工質量標準都要遵循國家規范或行業標準。關注和重視防腐、防火。建材的研制發展較快,鋼結構的防腐、防火也是結構設計中要關注的主要內容之一。

三、結語

建筑鋼結構正蓬勃發展,鋼結構加工能力及水平不斷提高,結構計算理論及程序逐步完善。鋼結構設計者要關注行業新動向,學習新理念、新方法;熟練掌握施工經驗技術,提高設計工作水平及效率,達到鋼結構建筑技術先進、質量好、外觀新,施工方便,業主滿意的最終目的。

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