浅谈钢结构的结构设计要点

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈钢结构的结构设计要点 摘要：钢结构住宅是以钢结构为 骨架，配合多种复合材料的轻型墙体拼 装而成，所用材料为工厂标准化、系列 化、批量化生产，改变了传统住宅的钢 筋混凝土建筑砖、瓦、沙、石现场作业， 是住宅产业现代化的一个标志。本文简 单讨论了钢结构设计的步骤及概念。 中国论文网 /2/view-12897502.htm 关键词： 钢结构 设计思路概念 设计 Abstract: the steel structure housing is for steel structure skeleton, cooperate with various composite material light wall assembly and become, the materials for factory standardization and -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 serialization, PiLiangHua production, change the traditional residence of the reinforced concrete building bricks, tiles, sand, stone field work, the housing industry modernization is a sign. In this paper, the author briefly discussed the steel structure design steps and concepts. Keywords: steel structure design thought concept design 中图分类号：TU391 文献标识码： A 文章编号： 钢结构建筑模数协调统一标准 实现了建筑工业化大规模生产，提高了 建筑预工程化，使不同材料、不同形状 和不同制造方法的建筑构配件具有一定 的通用性和互换性。同时钢结构建筑的 预工程化使材料加工和安装一体化，大 大降低了建设成本；并且加快了施工速 度，使工期能够缩短 40以上，从而加 快了房地产开发商的资金周转速度，使 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 建筑能更早投入使用。在钢结构建筑中， 结构成为形象构成的重要因素，结构的 形体，构件，节点从很大程度上导致并 制约着建筑的形象。建筑与结构的设计 与功能只有做到一体化，才能使建筑更 富有功能化以便随后的各个设计环节进 行下去，创造出技术与艺术融为一体的 钢结构建筑。北京 2008 年奥运会国家 体育场投标方案中有许多方案都体现了 钢结构建筑的这一特点。例如清华大学 建筑设计院设计的可开合式方案，在体 育场大屋面的中央设置两个半圆型的玻 璃顶面，同时相对旋转、平行滑动完成 大屋面的开合；又如中国建筑设计研究 院场馆方案外观即为建筑的结构，形象 完美纯净，功能与结构达到了完美的统 一；还有日本朱式会设建筑事务所设计 的折叠式方案，屋顶由悬臂的钢架结构 支承，可在 30 分钟内完成开闭的动作， 确保全年比赛的及活动不受天气影响。 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体， 强度高，弹性模量亦高。其密度与强度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的比值远小于砖石，混凝土，木材，在 同样受力情况下钢结构自重小，从而可 以做成跨度较大和高度较高的结构以及 灵活的结构形体。现在人类已具有建造 跨度超过 1000 米的超大穹顶与高度超 过 1000 米最高至 4000 米的超高层建筑 的能力。并且钢索与膜结构相结合形成 索膜结构体系更能满足建筑对跨度的要 求，使这类型建筑成为标志性建筑，比 如日本东京后乐园棒球场屋盖是钢索与 气承膜组成的索膜结构，面积达 28000 平方米，英国政府为迎接 21 世纪而兴 建的标志性建筑伦敦千年穹顶D D 大型综合性展览建筑也是索膜结构体系， 其穹顶直径达到 320m。发展钢结构对 于资源，能源都非常短缺的我国意义尤 为重大，因为中国是世界上最大的砖砌 体建筑与混凝土建筑大国。钢材是一种 高强度高效能的材料，具有很高的再循 环价值，边角料也有价值，不需要制模 施工。 在钢结构设计的整个过程中都 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 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。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。林 同炎教授在结构概念和体系一书中 介绍了用整体概念来规划结构方案的方 法，以及结构总体系和个分体系间的相 互力学关系和简化近似设计方法。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。在轻钢工业厂房中， 当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压 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。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。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。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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 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。 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，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。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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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，初学者可偏安全选用前者。设计手 册2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。钢 结构建筑设计的复杂化和精致度要求越 高，对细部设计的要求也越高。因为细 部设计决定一个地方最终是否得到确认 及其质量。在现代钢结构建筑中，各种 金属结构杆件，连接金属杆件的节点细 部，经常暴露在外，使建筑带有强烈的 科技感，比如建于 1977 年法国的巴黎 蓬皮杜艺术和文化中心，它的钢柱、钢 梁、桁架等结构构件都裸露在外，从中 不仅体现出技术美，而且体现出人的聪 明和能力。因而，对钢结构建筑来说细 部质量保持较高的设计要求是非常重要 的，在钢结构建筑中应受到非凡重视。 因为钢结构建筑设计具有建筑设计的一 般属性，建筑师不是随心所欲在作设计， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 业主设计任务书对建筑师的平面和设计 构思等发生的功能是重大的。客户希望 设计师有更好的业绩，而且希望在其最 终产品的确定过程中，设计师和市场专 家都能更高效的参和决策。在这个阶段， 建设项目更强调整体设计、更强调 总结：我国自 1949 年全国解放 后，钢结构就在大跨重型工业厂房、大 型公共建筑和高耸结构中得到了应用。 尤其是近 20 年来，钢结构