[钢结构网架厂]钢结构网架设计要注意的八大事项

　　宣武钢结构宣武网架设计的八大要点

　　（一)判断结构是否适合用宣武钢结构

　　宣武钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温宣武车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、宣武体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、宣武住宅和临时宣武建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。

　　（二）结构选型与结构布置

　　在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出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、试验现象和宣武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。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。（无论结构软件如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过硬的素质。）

　　钢结构通常有框架、平面(木行)架、宣武网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

　　其理论与技术大都成熟。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。在轻钢工业宣武厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用宣武网架。屋面上雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东宣武水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。宣武建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的宣武建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，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。宜选择周边巨型src柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。）

　　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,使其以直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。 否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。

　　框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。

　　（三）预估截面

　　结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。

　　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，这种方法很受欢迎。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。

　　（四）结构分析

　　新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及宣武钢材的弹塑性能。这为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。

　　简单结构通过手算进行分析。

　　复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。

　　（五）宣武工程判定

　　要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“宣武工程判定”。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。

　　（六）构件设计

　　构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。

　　当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一个级。并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但是，初学者至少应注意两点：

　　1、软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查。

　　2、当上面第(三)条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。

　　(1) 强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度，其中,抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。

　　(2) 变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。

　　使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，常常并不合适。

　　（七）节点设计

　　连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是,设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。

　　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。

　　连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏an全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。

　　具体设计主要包括以下内容:

　　1、焊接: 对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。 焊条的选用应和被连接 金属材质适应。e43对应q235,e50对应q345。 q235与q345连接时,应该选择低强度的e43,而不是e50。

　　焊接设计中不得任意加大焊缝。 焊缝的应尽量与被连接构件接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

　　2、栓接:

　　铆接形式,在建筑工程中，现已很少采用。

　　普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用。

　　高强螺栓,使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓小规格m12。常用m16～m30。 超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。

　　自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。 国外在低层墙板式宣武住宅中,也常用于主结构的连接。

　　3、连接板: 可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm。 然后验算净截面抗剪等。

　　4、梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

　　5、节点设计考虑安装螺栓、现场焊接等的宣武施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

　　6、节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。 比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

　　（八）图纸编制

　　钢结构设计出图分设计图和宣武施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，宣武施工详图通常由钢结构制造宣武公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构宣武公司参与设计图编制的情况也很普遍。