試論鋼結構設計相關程序及思路

沈厚林

摘要：文章針對鋼結構設計中：結構選型、結構布置、預估截面、結構分析、工程判定、構件設計、節點設計、圖紙編制幾方面進行論述，介紹一些自己在鋼結構設計中的思路，望對同行業有一定的參考性價值。

關鍵詞：鋼結構；設計；程序；思路

Abstract: the article: the design of steel structure is the structure selection, structure arrangement, forecast section, structural analysis, judgement of engineering, component design, node design, drawings, the essay discusses several aspects, introduce some own ideas in the steel structure design, looking for the same industry have a certain reference value.

Key words: steel structure; Design; Program; Train of thought

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A文章編號：

一鋼結構使用

鋼結構通常會在高層、大跨度、體型復雜、荷載大、振動大、高溫車間、經常需要進行拆裝的結構當中加以使用。

二鋼結構選型及布置

鋼結構設計當中需要特別指出的是 “概念設計”。鋼結構設計在結構選型和布置過程當中是極為重要的一項工作。通常需要一些較難進行準確淺析及在規范當中未有明確規定的問題，依據對鋼結構系統及分系統之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗獲得的相關設計理念，全面的進行鋼結構的布置與細節的處理。科學合理的選用有關概念設計能夠在短時間內快速的開展構思進行對比及選擇，得出的最終結構方案便于計算，概念清晰、定性準確，同時還能夠很好的預防在結構分析過程中出現在計算上的麻煩。與此同時，概念設計是判斷計算機內力數據真實性的重要依據。

鋼結構有框架、平面架、網架、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。目前，鋼結構有關知識理論和相關技術發展的趨于成熟化，但在此其中仍然存在一些問題未得到有效解決，或找出簡單適合的結構設計方案。

在進行鋼結構選型的過程當中，需要兼顧其不同的特征。譬如，在輕鋼工業廠房當中，在高荷載或者移動荷載的狀況下，則需要選擇使用網架。在基本雪壓較大的區域，屋面曲線則有助于積雪滑落，總雪載條件允許的區域當中，框架布置支撐與簡單的節點鋼結構架更加具備經濟功能，然而在一些屋面覆蓋跨度較大的建筑物當中，則需要挑選受拉力為主的懸索或者索膜結構體系。

鋼結構布置需根據該結構的系統特征、荷載分布情況及結構功能等開展綜合性的考慮。一般情況下，要確保剛度的均勻、力學模型的清晰，爭取可以對大荷載及移動荷載產生一定的約束作用，促使其能夠以最為直接的方式傳輸至地基基礎上，柱間抗側支撐分布一定要均衡，形心爭取接近側向力(風震)作用線，不然則需要考慮鋼結構的扭轉程度，結構的抗側需要設置多道防線。

框架結構樓層平面中次梁的分布設置，有的情況下可將其調整為荷載的傳輸方向來達到在不同情況下的要求。通常情況下，為縮減載面沿短向布置次梁,但這種情況下會導致主梁截面增加，縮小了樓層的凈高，頂層邊柱在這一情況的，為此，需要將次梁支撐在主梁上面，以確保主梁跟柱子的完整性能。

三預估截面

在鋼結構布置完成之后，則需要對構件截面具體狀況進行最初的大概計算，其主要的是對梁柱、支撐中斷面外形及尺寸的設定。

鋼梁一般會選擇槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載、支座的詳細情況，截面高度通常跨度是在1/20~1/50之間進行選擇的。翼緣寬度根據梁間側向支撐間距遵循l/b限值來確定的，這樣能夠很好的避免鋼梁穩定的復雜計算，此種方式在目前得到了廣泛的使用。在確定截面高度、翼緣寬度以后，板件厚度則可按照有關規定，對局部的穩定構造來開展預計估算。

柱截面一般是以長細比來開展預計估算的，通常為50<λ<150,簡單選擇值在100附近，根據軸心受壓、雙向受彎或著單向受彎的相關狀況，來選擇鋼管或H型鋼截面。

需特別指出的是，針對不同類型的鋼結構，有關規范當中提出的對截面結構要求會存在一定的差異性，其中，普鋼規范與輕鋼規范的限值就存在較為明顯的差異性。

除此之外，鋼結構截面外型的選擇沒有固定的要求，結構工程師可根據構件的受力情況，來挑選最為適合的結構截面。

四鋼結構分析

在目前的鋼結構設計工作中，鋼結構淺析通常歸屬于線彈性分析，在客觀因素允許的范圍之中則需要兼顧P-Δ,p-δ。

新型的限元軟件對幾何非線性和鋼材的彈素性能進行考慮，以此能夠更加準確的對鋼結構分析，但并不是一切結構都需要運用軟件的：

（1）典型結構可以查詢力學手冊工具來直接獲取內力和變形；

（2）簡單結構利用手算對其加以分析;

（3）針對復雜鋼結構需創建模型運營程序來對鋼結構開展結構詳細淺析。

五工程判定

需精準的選擇鋼結構軟件，與此同時針對輸出的鋼結構開展‘工程判定。依據“工程判定”來挑選修改模型對其進行再次分析，修改有關最終計算結果。

工程設計工作中的計算與精準性的力學計算往往會存在一定的差距，為可以獲得最為實用的設計方法，有的時候會對其進行差別很大的假設，但這其中存在的差別，會利用 “適用條件、概念、構造”的方法來保證鋼結構的安全性。在鋼結構設計工作中，‘適用條件、概念、構造比定量計算是非常關鍵的。

六構件設計

構件設計中，第一要做的是對材料進行挑選，較為常用的是Q235和Q345,一般情況下主結構會選擇使用單一的鋼種，以方便今后的工程管理。從經濟角度出發，可挑選使用強度性不相同的鋼材來開展截面的結合，在強度有效掌控下，選擇Q345;在穩定掌控的狀況下，適用選擇Q235。

鋼結構構件設計工作中，目前規范所選用的是彈塑性方法來對結構截面開展相關檢驗及計算的，此種方法與鋼結構內力計算彈性方式存在本質性的差異。

當下，通常的結構軟件皆會提供截面驗算的處理性能，但伴隨著有關程序及技術的迅猛發展，一些軟件僅僅可以將驗算的處理性能未能通過的構件，從預定截面中挑選同時將其增加一個級別，同時對其進行自動化的分析驗算，直到通過為止。這就是通常講到的截面優化設計功能，其能夠很好的縮減巨大的工作量。

七節點設計

在鋼結構設計當中較為關鍵的一方面內容是對連接節點的設計。在對鋼結構進行淺析之前，需針對節點形式開展科學性全方位的考慮加以確定，往往易有意外情況的發生：最終設計節點與結構分析模型中選擇的形式大體上會存在一定的差異性，假設不能夠確定此種狀況產生的偏差在工程允許誤差范圍之內的化，就一定要預防。要知道，連接的不同將會對結構造成巨大的影響。

連接節點設計有等強設計、實際受力設計兩種方式，在設計手冊當中，焊縫、螺栓連接表格是設計人員經常采用的，這樣可以選用結構軟件加以處理以準時有效的自動完成相關工作。

具體設計內容:(1)焊接。(2)栓接。(3)連接板。(4)梁腹板。(5)節點的設計必須要結合安裝螺栓、現場焊接等施工空間和構件吊裝次序。除此之外，需要促使工作人員能夠進行施工現場定位和臨時固定。 (6)節點設計需考慮到制造廠的工藝水平。

八圖紙編制

8.1設計圖。設計圖是提供給制造廠制定詳盡施工圖的關鍵性依據。設計圖深度和內容一定要保證完整，在鋼結構設計圖中，需對設計根據、荷載資料、技術相關數據、材料的選擇、設計要求等一定要表達清楚，以便于工程施工能夠按照施工圖順利開展，同時能夠很好的展現有關設計意圖。對于結構使用材料則需要進行列表。

8.2施工詳圖。施工詳圖又叫做‘加工圖‘放樣圖，施工詳圖深度一定要達到車間直接制造加工的要求，對于不同的構件單元需要獨立進行表達，同時需要加附詳細的材料說明表。

結束語：

伴隨著我國社會經濟的快速發展與經濟建設的不斷進步，鋼結構逐漸受到大范圍的運用，開始產生更加新穎獨特的結構形式，為此，則需要有關結構設計工作者在鋼結構設計工作中對其進行不斷的完善，進而推動我國鋼結構的不斷進步。

參考文獻：

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[2] 陳紹蕃.《鋼結構設計原理》.科學出版社.200O.

[3] 汪一駿.《鋼結構設計手冊》第三版.中國建筑工業出版社.2004.

[4] 柴昶，宋曼華.《鋼結構設計與計算》第2版.機械工業出版社.2006.