框架结构中钢结构设计中截面优选的几点建议

框架结构中钢结构设计中截面优选的几点建议摘要：钢结构设计时梁柱截面的选择很重要，截面选择得当，不但可以保证结构的稳定和安全，还可以充分利用钢材的抗拉抗弯性能；优选截面后截，减少了结构构件对建筑空间的占用率，也降低工程项目的钢材用量。0引言随着国民经济的发展，钢结构在建筑领域使用的越来越广泛，包括大型的公共建筑、桥梁、工业厂房甚至高层建筑等。和其它材料的结构相比，钢结构具有以下特点：1）钢结构重量轻钢结构的容重虽然较大，单与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度。2）钢材的塑性和韧性好塑性好，使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。韧性好，则使钢结构对动力荷载的适应性较强。钢材的这些性能对钢结构的安全可靠提供了充分的保证。3）钢材更接近于匀质和各向同性体钢材的内部组织比较均匀，非常接近匀质和各向同性体，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。这些性能和力学计算中的假定比较符合，所以钢结构的计算结果较符合实际的受力情况。4）钢结构制造简便，易于采用工业化生产，施工安装周期短钢结构由各种型材组成，制作简便。大量的钢结构都在专业化金属结构制造厂中制造；精确度高。制成的构件运到现场拼装，采用螺栓连接，且结构轻，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的钢结构也易于拆卸、加固或改造。5）钢结构的密封性钢结构的气密性和水密性较好。如何利用好刚结构的有点，充分发挥其材料性能，是非常值得研究的课题。钢结构的型式众多，本次探讨的主要是框架结构中钢结构截面的选用。钢柱截面的优选框架结构中一般选用实腹式截面，小型的框架结构一般用H型钢，大型的结构用箱型柱或圆管柱。柱子的高度一般取柱高的1/12~1/20,然后根据跨度、柱距、及结构的受力性能选用合适的截面。柱截面的选用一般先确定截面高度，柱截面的宽度一般和高度相等，最后可根据柱子的受力性能做细微调整。高度和宽度然后根据长细比选定截面。《钢结构设计规范》GB50017-2003.第9.3.1规定，钢结构的长细比不宜大于130.先依据长细比100选取相应截面。截面选定后建模计算查看应力比和稳定性以及实际的长细比。最后柱截面选用时应注意控制截面的宽厚比，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第8.3.2对柱截面的宽厚比有明确规定。另当框架两个受力方向均布满支撑时，柱子可按无侧移计算，那么柱子的计算长度就减小了，柱子的截面也可以选的较小。因此当支撑不影响建构筑物使用的情况下，可以尽量度布置，限制结构的侧向位移。钢梁截面的优选1）框架结构中梁一般选用工字型钢，大型结构也有考虑用箱梁和桁架结构，不在本次讨论范围内，本文着重探讨工字型钢截面的选用。首先计算梁所受的最大弯矩（可不考虑重）然后根据净截面抵抗矩W=M/rf,查出相应的截面，选用截面时先按跨度选取梁的高度。根据经验选取1/15~1/25,然后根据荷载及跨度取值，一般跨度荷载较大时取大值。梁高选定后，腹板的厚度可根据《钢结构设计规范》GB50017-2003.表9.1.4规定取小值。梁的宽度一般取的比两高略小，一般可取梁高的1/2~2/3,翼缘宽度小截面的经济性能就越高。这样梁的宽度确定后根据宽厚比来选定翼缘厚度，取小值。初选截面后比对截面抵抗矩，确定最终计算截面。截面选定后导入模型，计算结果查看，梁的强度应力，稳定性和挠度。强度应力不够时，先调截面高度和腹板厚度，还不够调整翼缘宽度和厚度；稳定性不足，调整截面跨度和翼缘后度更有效，挠度不够时调整截面的高度。当梁的稳定性不够时还可以通过增加侧向支撑来保证结构梁的稳定性。2）受弯构件中的腹板主要用于抗剪，也主要发生剪切破坏。将腹板尽可能做的高而薄，并通过设置横向加劲肋进行约束，使屈曲后形成拉力场框架，以大大的提高腹板的抗剪强度；而翼缘板为了对腹板形成足够的边缘支撑，以发挥腹板屈曲后的强度必须具有一定的厚度，同时腹板的高度又很大，这样可以使翼缘获得相当大的抗弯刚度，充分发挥翼缘的抗弯，腹板的抗剪的功能，使用材料性能得到充分应用。双轴对称焊接工字型钢利用腹板屈曲后强度进行设计可收到经济合理的效果。支撑的选用。1）支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3.2）三、四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。3）柱间支撑一般是受压或受拉，而支撑的截面一般是按长细比来确定的，如果是同截面的构件圆管的回转半径是最大的；因此受力不复杂的支撑一般选用圆管，当支撑应力较大时才选用用H型钢。4）《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第8.4.1对支撑的长细比作了明确规定，表8.4.1对支撑的宽厚比（径后比）作出明确规定。支撑选定后与最后选定的梁柱一起导入模型计算，根据轴压比，和长细比作细微调整。计算模型调整。当柱子计算不满足设计要求时，可以适当增加支撑和加大梁的截面来提高框架整体刚度；但是在一般框架中，钢结构柱的长细比起控制作用。框架的层高比较高时，可通过设置层间梁和增加支撑来减小柱子的长细比。梁的截面根据跨度，和截面的受力情况来调整梁高。当建构筑物有楼板时，可多增设次梁减小梁的计算长度，保证梁的侧向稳定性。最后以强柱弱梁的原则整体调整模型，梁柱应力的控制，柱长细比的，梁的挠度，结构位移等都应满足规范设计的要求。结论1）柱子截面选用时一般长细比起控制作用，尽量减少柱子的计算长度，从而选用比较经济的柱截面。2）梁尽量选用薄腹板的梁，高厚比和宽厚比都要用足，对于跨度不大的梁可选用型钢截面减少了焊接工序。3）钢结构截面的选型涉及刚度传递的问题，因此梁柱截面的调整都会使结构应力发生变化，一般先确定柱截面，然后来确定梁截面，最后做细微调整。参考文献：GB50011-2010建筑抗震设计规范北京：中建筑工业出版社，2