【钢结构设计】钢结构设计新手必备知识点

1.规划核算的手段
现在钢结构实践规划中，结构剖析一般为线弹性剖析，条件允许时考虑 P- Δ，p- δ。

新近的一些有限元软件能够部分考虑几许非线性及钢材的弹塑功用。这为更准确的剖析结构供给了条件。并不是一切的结构都需要运用软件：典型结构可查力学手册之类的工具书直接取得内力和变形。简略结构通过手算进行剖析。杂乱结构才需要建模运行程序并做详细的结构剖析。

2.核算成果的断定
要正确运用结构软件，还应对其输出成果的做"工程断定".比方，评价各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程断定"挑选批改模型从头剖析，仍是批改核算成果。

不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充沛明了。此外，工程规划中的核算和准确的力学核算本身常有一定距离，为了取得有用的规划办法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差，会通过"适用条件、概念及构造"的办法来保证结构的安全。钢结构规划中，"适用条件、概念及构造"是比定量核算更重要的内容。

工程师们不应该过分信赖与依赖结构软件。美国一位学者曾正告说：“误用核算机形成结构破坏而引起灾难仅仅一个时间的问题。”

重视概念规划和工程断定是防止这种工程灾难的办法。

3.判别结构是否适合用钢结构
钢结构一般用于高层建筑、大跨度、体型杂乱、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。直观的说：超高层公共建筑、大跨度的公共建筑、桥梁、电视塔、仓棚、工业厂房和暂时建筑等。这是和钢结构本身的特色相一致的。

4.结构选型与结构安置
在钢结构规划的整个过程中都应该被着重的是"概念规划"，它在结构选型与安置阶段特别重要。对一些难以作出准确理性剖析或标准未规则的问题，可根据从整体结构系统与分系统之间的力学联系、破坏机理、震害、试验现象和工程经历所取得的规划思维，从大局的视点来确认操控结构的安置及细部办法。运用概念规划能够在早期迅速、有效地进行构思、比较与挑选。所得结构计划往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可防止结构剖析阶段不必要的繁琐运算。一起，它也是判别核算机内力剖析输出数据可靠与否的首要根据。

钢结构一般有结构、平面 （木行）架、网架 （壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

其理论与技能大都成熟。亦有部分难题没有处理，或没有简略有用的规划办法，比方网壳的安稳等。

结构结构的楼层平面次梁的安置，有时能够调整其荷载传递方向以满意不同的要求。一般为了减小截面沿短向安置次梁，可是这会使主梁截面加大，削减了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此刻把次梁支撑在较短的主梁上能够献身次梁保住主梁和柱子。

5.节点规划
衔接节点的规划是钢结构规划中重要的内容之一。在结构剖析前，就应该对节点的方式有充沛思考与确认。常常呈现的一种状况是，终究规划的节点与结构剖析模型中运用的方式不完全一致，这必须防止。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜挑选能够简略定量剖析的前两者。

衔接的不同对结构影响甚大。比方，有的刚接节点虽然接受弯矩没有问题，但会发生较大转动，不符合结构剖析中的假定。会导致实践工程变形大于核算数据等的晦气成果。

衔接节点有等强规划和实践受力规划两种常用的办法，初学者可偏安全选用前者。钢结构规划手册中一般有焊缝及螺栓衔接的表格等供规划者查用，比较方便。也能够运用结构软件的后处理部分来自动完成。

详细规划首要包含以下内容：

5.1 焊接：对焊接焊缝的尺寸及方式等，标准有强制规则，应严格遵守。焊条的选用应和被衔接金属原料适应。E43 对应 Q235，E50 对应 Q345. Q235 与 Q345 衔接时，应该挑选低强度的 E43，而不是 E50.

焊接规划中不得恣意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被衔接构件重心挨近。其他详细内容可查标准关于焊缝构造方面的规则。

5.2 栓接：铆接方式，在建筑工程中，现已很少选用。

一般螺栓抗剪功用差，可在非必须结构部位运用。

高强螺栓，运用日益广泛。常用 8.8s 和 10.9s 两个强度等级。根据受力特色分承压型和冲突型。两者核算办法不同。高强螺栓最小标准 M12.常用 M16~M30.超大标准的螺栓功用不安稳，规划中应慎重运用。

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的非必须衔接。国外在低层墙板式住所中，也常用于主结构的衔接。

5.3 衔接板：可简略取其厚度为梁腹板厚度加 4mm.然后验算净截面抗剪等。

5.4 梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓衔接还需验算孔壁部分承压。

5.5 节点规划必须考虑装置螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。

构件运到现场无法装置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暂时固定。

5.6 节点规划还应考虑制造厂的工艺水平。比方钢管衔接节点的相贯线的切断需要数控机床等设备才干完成。

6.构件规划
构件的规划首先是资料的挑选。比较常用的是Q235 （相似 A3）和 Q345 （相似 16Mn）。一般主结构运用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也能够挑选不同强度钢材的组合截面。当强度起操控作用时，可挑选 Q345；安稳操控时，宜运用 Q235.

构件规划中，现行标准运用的是弹塑性的办法来验算截面。这和结构内力核算的弹性办法并不匹配。

当时的结构软件，都供给截面验算的后处理功用。因为程序技能的前进，一些软件能够将验算时不通过的构件，从给定的截面库里挑选加大一级。并自动从头剖析验算，直至通过，如 sap2000 等。这是常说的截面优化规划功用之一。它削减了结构师的很多工作量。可是，初学钢至少应留意两点：

6.1 软件在做构件 （首要是柱）的截面验算时，核算长度系数的取定有时会不符合标准的规则。现在一切的程序都不能完全处理这个问题。所以，特别对于节点衔接状况杂乱或变截面的构件，结构师应该逐一检查。

6.2 当上面预估的截面不满意时，加大截面应该分两种状况区别对待。

（1）强度不满意，一般加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满意加大翼缘厚度，抗剪不满意加大腹板厚度。

（2）变形超限，一般不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。

运用软件的前述自动加大截面的优化规划功用，很难考虑上述强度与刚度的区别，实践上，常常并不合适。

7.图纸编制
钢结构规划出图分规划图和施工详图两阶段，规划图为规划单位供给，首要是原理图和杆件示意图。施工详图一般由钢结构专业制造公司，根据规划图来进行详细的深化规划内容。现在的深化规划程序和先进，能够一起完成一切杆件的加工、制作等内容。有时也会由规划单位代为编制。因为近年钢结构项目增多和规划院钢结构工程师缺乏的矛盾，有规划能力的钢结构公司参与规划图编制的状况也很遍及。

7.1 规划图：是供给制造厂编制施工详图的根据。深度及内容应完好但不冗余。在规划图中，对于规划根据、荷载资料 （包含地震作用）、技能数据、资料选用及原料要求、规划要求 （包含制造和装置、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构安置、构件截面选用以及结构的首要节点构造等均应表明清楚，以利于施工详图的顺畅编制，并能正确体现规划的意图。首要资料应列表表明样图等。深度须能满意车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须独自绘制表达，并应附有翔实的资料表。

规划图及施工详图的内容表达办法及出图深度的操控，现在比较混乱，各个规划单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参阅别人的优异规划并参阅相关的工具书，并根据标准规则编制。