试论钢结构设计特点

时间:2022-10-21 06:18:13

试论钢结构设计特点

摘 要:在当下城市建设中,钢结构建筑被应用的越来越广泛,本文主要对钢结构的特点进行了相关阐述,对钢结构设计中所容易遇到的问题进行了详细探究,希望通过本文可以给广大同行提供借鉴参考。

关键词:钢结构;优点;设计;方法

中图分类号:TU318文献标识码:A 文章编号:

一、钢结构的特点

随着社会经济的飞速发展,人们对生活质量的要求也越来越高,在现代建筑工程中钢结构是一种较为新型的建筑结构形式,近期发展迅速,其优势是尤为明显的,其特点主要体现在以下几个方面:

1.钢结构建筑质轻高强。钢结构与混凝土结构相比,质量轻,且强度高,用一个鲜明的例子来形容:对于跨度相同、承受荷载相同的屋架,一个是钢筋混凝土屋架,另一个是钢屋架,则钢屋架的自身质量仅是钢筋混凝土屋架1/3~1/4,从这个例子可以充分看出钢结构质轻高强的特点,基于这个优点,钢结构适合大跨度的建筑使用。

2.钢材的材质均匀,基本符合力学计算的假定。我们在进行力学计算时,首先要假定此刚体是材质均匀、各向同性的,而在钢结构力学计算时,无需假定此条件,因为钢结构的材料本身就满足这个性能,这一点非常难能可贵,优势较为明显。

3.钢材的塑性、韧性好。塑性好,表明材料抵抗静力荷载的能力较强,韧性好,说明材料抵抗动力荷载的能力强,钢材的塑性、韧性均较好,表明钢结构建筑既能抵抗较大的静力荷载又能提抗较大的动力荷载。基于这个特点,钢结构建筑抗震性能较为优越。

4.钢结构构件制作精度高、施工周期短。钢结构的基本构配件均在标准的钢结构厂房进行制作,制作精度可想而知,普通的钢筋混凝土结构构件是无法与其比拟的,施工单位只需从生产钢结构构配件的企业把构件运到施工现场,在现场进行连接,目前主要采用焊接、螺栓连接的方式进行构件组装,这样一来,既提高了结构构件的制作精度,又加快了施工进度,施工周期短。

此外,钢结构工业化程度高、综合效益高、属于无“湿作业”的环保建筑、符合我国提出的可持续发展的结构形式。对于缺点而言,钢结构建筑耐热不耐火,温度达到200℃,钢材会出现“蓝脆”现象,抵抗力下降,钢结构建筑目前造价较高、维护费用较贵等等,这些是钢结构的不利之处,随着社会的发展和技术水平的提高,相信这些缺点会得到逐一解决的。

二、钢结构设计心得

1.判别是否适合钢结构。做结构设计时,要事先结合钢结构的特点以及实际工程造价,看项目是否适合钢结构。

2.建筑的概念设计。概念设计是指不经数值运算,尤其对一些难以作出精确计算的问题,依据结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验数据和工程经验,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。概念设计对一个工程的整体设计而言,举足轻重,如果不进行事先的概念设计,即便以后的设计计算再精确也不是一个好的设计方案。概念设计可以省掉后期设计的繁琐计算,具有较好的简捷性和经济可靠性,同时也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

3.结构选型与结构布置。进行结构选型时,应考虑不同结构形式的特点进行选择结构布置方案。在工业厂房中,当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载时,可以选用钢网架的结构形式;对于基本雪压大的地区,在屋面的处理时尽量选用曲线明显的屋面形式,因为这样利于积雪滑落;建筑设计允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架更经济。总之,结构的布置要考虑体系特征、荷载分布情况及性质等综合因素,一般来讲,刚度均匀,力学模型清晰,尽量限制大荷载或移动荷载的作用范围,使其以最直接的路线传给基础,柱间支撑的分布应均匀,其形心要尽可能的靠近侧向力的作用线,否则应考虑结构的扭转,结构的抗侧应有多道防线。

4.节点设计。节点设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构设计前,应当对节点的形式细致思虑。实际设计中,经常出现的一种情况是:节点设计完毕,设计的节点与结构分析所得模型中设定的形式不一致,如果不足以确定这种不一致带来的偏差在允许范围内,通常是5%,就应当提前避免。钢结构节点连接的不同对结构影响较大,例如,有些刚接点即便能承受一定的弯矩,然而其会产生较大转动,与结构分析中的假定相悖,这样会导致实际工程钢结构构件变形大于设计计算数据等不良后果,我们在具体设计时一定要充分注意这一点,避免不必要的误差和麻烦出现。此外,在钢结构设计时还要注意:结构截面的初步估算,主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸;受弯构件的强度计算和整体稳定计算;轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算;弯扭屈曲与换算长细比;图纸编制;保温隔热;防火设计;防水;抗震设计等方面的问题,由于时间关系,在此不一一列举,这些将是我以后研究的重点和主要分析目标。

三、钢结构在民用建筑上的发展重点

钢结构用于民用建筑,主要发挥它的轻质高强以及良好的塑性和韧性,同时兼顷到其利于产品化、机械化。故钢结构主要用于民用建筑以下几个方面:

1.层民用钢结构。此类型多为大跨度的公共建筑,采用钢结构不但可提供较大空间、较美的造型,还为其改建和扩建提供方便。如单层钢结构的网架不但很容易跨越大空间,而且其经济性、安全性较好,适应性很强,制作、安装方便,设计、计算简便,网壳可设计成风格多变,立体美观的各种大跨度建筑。我国在这方面已有大量工程实例。

2.高层钢结构。高层建筑高度较高,如采用钢筋混凝土结构,不但向上运送混凝土不方便,而且庞大的躯体使得下部地基承受巨大压力,这就迫切需求钢结构这种轻质高强的材料。高层建筑采用钢结构时,构件并不是全部采用钢材,而多为混合结构,即下部可采用钢骨混凝土结构或组合结构,而上部一般都为钢结构。

3.中低层民用建筑。该类型多为民用住宅,层数一般在3 层到10 层之间。我国钢结构在中低层民用建筑,特别是住宅中的应用,目前还处于初步阶段。主要表现在:

(1)住宅产业仍属劳动密集型,住宅科技投入少,标准化体系尚未形成。(2)劳动生产率低,人均年竣工面积长期在20 多平方米徘徊。(3)产业化水平低,仅为15%,与美国、日本的70%~80%相差甚远。(4)住宅部件、产品配套性差,系列化产品不到20%。

综上所述,钢结构建筑是一种优点突出、新型的、环保的、性价比较高的建筑结构形式,这种结构在我国的发展可谓迅速,基于它的诸多优点,受到消费者的普遍欢迎,其设计也变得愈发重要,作为建筑结构设计人员,一定要注意几点:首先别结构形式是否适合钢结构,重视建筑概念设计,注意结构选型和布置,重视节点设计等方面的工作,只有这样,我们才能设计出既经济又可靠的钢结构建筑。

由于笔者能力有限,研究还较为肤浅,有不当之处,还请各位同仁专家给予批评指正,希望通过本文的研究,能为我们的结构设计人员尤其是钢结构设计人员提供一些理论依据和参考,也希望为研究本课题的同行起到抛砖引玉的作用。

参考文献:

[1]钢结构设计规范(GB50017-2003)[M].中国计划出版社.2003.

[2]宋雪峰,王玉洁.钢结构设计中若干基本问题的探讨[J].北华航天工业学院学报.2010(6):10-11.

[3]李健斌,浅谈建筑的钢结构设计[J].建材与装饰.2011(8):151.

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