钢结构设计思路

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摘要： 介绍了钢结构的设计， 指出钢结构的概念设计在结构选型与布置阶段非常重要。

关键词：建筑科学； 钢结构设计； 概念设计； 结构选型； 结构布置； 结构分析

1判断结构是否适合采用钢结构

由于钢结构具有建筑整体自重小、施工周期短、施工受自然环境影响小（温度）等特点，因此，钢结构通常适用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

2 结构选型与结构布置

设计概念在钢结构中是非常重要的，尤其在结构和布置阶是非常重要的。当遇到一些比较难的问题或者一些未经规范的问题时，可以尝试着从整体和实际相出发，利用破坏机理来进行实验，并从中获得经验，当然不能只从一部分来进行控制，需要从全局出发，对控制结构采取细部措施。使用这些理论可以节省更多时间，对工程建设和构思提供好的方法。在结构方案上，要具有以下特点，首先是易于手算的，写的内容非常清晰并且是正确的，不存在大的错误，在运算过程中能很好的避免繁琐的运算过程。对于钢结构有网架、网架（壳）、轻钢、塔桅等几种结构方式。对于这些种类技术运用上都已经非常=成熟，但是也存在着许多不足之处，需要进一步改善。因此在选择钢的结构时要考虑工程特点，选择合适的钢结构。在一些轻钢业中，厂房中的一些设备是不适合用门式钢架的，原因是牢固程度不够，所以在选择钢的类型时，需要考虑到实际情况。在建筑以及工艺流程允许的时候，在当中使用支撑可能会比几个节点来的更有用处，而且也便宜非常经济。当遇到房屋面积比较大时，可以尝试使用悬索和索膜等体系，这个体系的好处在于能够承受压力。在建设楼层比较高的建筑时，经常采用的方法是钢和混泥土相互结合在一起，在一些经常有地震或者建设的楼层显示不规则状态时，在选择布置结构方面不怎么会特意考虑价格问题，而是从安全角度出发，选择合适的结构。对于这些情况时最好选择周边巨型SRC柱，这个模型是以周边巨型SRC柱为核心，支撑起整个大楼。在结构布置上，要对周围情况进行分析，然后结合结构自身特点，最后选择合适的方法。在建筑时要做到以下几点：在力学模型上一定要清楚，在有大物体移动时，不会造成影响，而且还要考虑风，这些都是影响建筑的因素，所以这些都是需要考虑进去的。在结构的侧抗力上，应该需要多个防线进行维护，最好有其支持作用的柱子，而且能承受很大的压力。对于楼层平面梁上的布置，也可以进一步优化。具体措施是减小梁截面，让大截面的面积增加，从而能减少楼层净高度，使得楼层整体效果不错。

3 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当按l/b限值确定时，可满足钢梁整体稳定的要求。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（λ）预估。通常取值范围在50

4 结构分析

对于线弹性分析一般都在钢实际结构分析之上，在一些条件允许的时候需要考虑P-Δ，p-δ。一些比较新的原价可以先考虑几何非线性的弹性。这样做的好处在于能更好对结构进行分析。当然并不所有的软件都需要进行弹性分析，可以直接根据查资料等就可以解决，在遇到简单的结构分析时，不需要运用程序进行运算，手算就可以了，但是当遇到比较难得问题时，需要借助软件进行计算。现在工程上一般都使用sap2000、PKPM系列软件等，这些软件不管对简单问题还是相对比较难得问题都能解决，其中比较有名的是探索者CAD、世纪旗云结构设计工具箱等等，，当在工程利用这些软件时，做起来都是得心应手，大大提高工作效率。

5 工程判定

首先要学会对软件正确使用，然后对于软件输出的数据要加以判断。要对总剪力，变形特征等方面进行检测。根据工程需要来确定是修改原先的模型还是数据，从而使得工程运行更加流畅，不存在太大的困难。当然对于软件中不同的结构成分是为了适应不同条件的使用者，因为使用者的水平不同，因此软件中的结构成分也并不一样。在工程中的计算和理论计算还是存在一定差距的，原因是工程中会有误差出现，而在理论中没有误差出现，因此会存在理论查，对于这种误差，需要通过概念设计的手段来使结构安全。在钢结构设计中，对于概念设计和定量计算是一样重要的，两种发挥着同样的作用。当然对于软件，工程师并不要十分信赖它，而是要结合自己专业知识和自己经验，使得设计非常合理，而且规范要求。

6 构件设计

构件的设计首先是材料的选择。比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）。通常主结构应当使用单一钢种，以便于工程管理。从经济角度考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；当稳定起控制作用时，宜选择Q235。当前的结构分析软件，都提供截面验算的后处理功能。一些软件可以将验算时不满足的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，这就是常说的截面优化设计功能之一。例如sap2000、PKPM系列软件等就可以提供这种功能，它虽然可以提高结构工程师的工作效率，但是设计人员至少应注意2点：

（1）在对软件做截面构建时对于有些数据的取值并不是那么的符合规定，存在不规范性。对于这个问题，直到目前为止，工程上还是没能找出办法进行解决。因此在节点这个层面上，工程师是特别要注意的，一定要把这个问题解决好。

（2）对于工程师所预估的面积没有那么大时，对于这个情况要分两种进行考虑：①对于强度不足时，要对钢板进行强度增加，使得钢板的厚度和强度达到原先标准。②在出现变形超出限制的情况下，要考虑这种方法，即不应该盲目的增加钢板厚度，而是应该考虑能不能加大钢板截面的厚度或者高度，不然的话，或造成很大的浪费，在初次碰到这个问题时，会觉得很难。对于上述情况，举个例子分析一下，在整个设计的过程中，设计人员并么有考虑到浪费这一点，因此在满足柱顶位移时，使用了钢板加厚的方法，但是这样之后，就不能称之为轻型式钢架结构。对于这种方法使用，大大造成了材料浪费。在设计的过程中，一般都使用PKPMCAD计算软件，软件能自动加大截面优化设计，但是在难度上很难分开。所以一般都觉得并不是十分合适。因此对这个软件需要更加完善才是有效的。

7结束语

作为一名专业设计人员，设计出结构合理、安全可靠、经济适用的设计产品是我们的职责，文本通过钢结构设计过程的探讨，指出了在钢结构设计过程中应该注意的问题，可为专业设计人员提供借鉴。

参考文献

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