冶金评职论文发表浅析建筑钢结构设计要点(2)

　　2.结构选型

　　在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是\"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构造措施。

　　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、力学行为清晰、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。结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考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度外不需考虑雪载)，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。

　　3 结构布置

　　结构布置是设计中比较难的部分，它既要考虑结构整体刚度大小问题，又要考虑结构整体刚度均匀问题。具体地说，也就是柱子主方向的朝向，支撑、剪力墙设置的位置等。假如不对结构布置做仔细的分析工作，整个结构的抗力有效性、传力途径合理性将得不到充分地发挥，从而使经济性不佳。建议初算后，调整结构柱子主方向及支撑、剪力墙位置时，可以尽量参考结构整体变形图和几个主振型图的情况。实际设计工作中结构布置与建筑使用功能往往是有冲突的。针对有冲突的地方，结构布置作出相应的调整，努力做到在满足建筑使用功能的前提下，让结构布置趋于最合理。

　　4.结构计算

　　梁、柱的截面初选时，要考虑构造要求，如翼缘宽厚比、腹板高厚比、构件长细比等。不宜为了一味追求用钢指标，而采用把梁、柱截面高度加大、腹板厚度变薄、翼缘宽度变窄、厚度变薄等措施。如这样做后，将产生负面效应。首先，这将使得梁、柱自身的整体稳定性不易保证(尤其平面外的稳定)。其次，使得运输、施工中都难以保证构件不发生翘曲变形。结构分析中一定要注意结构分别在风荷载作用下、地震作用下的层间位移、顶点位移、自振周期。设计中常常不重视结构的自振周期，有时结构的层间位移、顶点位移都满足规范要求，但自振周期却比较长，这对于建筑物抗震是十分不利的。当建筑物遇到主要为低频的地震波时，地震波对这种周期长、高柔的建筑影响很大。梁、柱变形应该按照规范严格进行控制。当梁跨度很大时，梁变形验算要同时考虑相对变形和绝对变形。

　　5.节点设计

　　钢结构节点设计是整个设计中的关键。设计时既要保证节点具有足够的强度和延性，又要使节点构造简洁，便于施工。节点设计中连接螺栓数目的确定，翼缘连接焊缝厚度的确定，相对是比较直观、容易的。而节点域抗剪验算、连接板等计算是常常被忽略，但它们亦是决定节点安全性的重要因素之一。

　　梁、柱刚性连接设计应注意以下几点:

　　(1)不能太厚，也不能太薄。太厚了使节点域不能发挥其耗能作用，太薄了将使框架的侧向位移太大。

　　(2)建议8度3、4类场地和9度时采用梁一柱骨形连接。该法是在距梁端一定距离处，将翼缘两侧做月牙状切削，形成薄弱截面，使强烈地震时梁的塑性铰自柱面外移，从而避免脆性破坏。

　　(3)当梁腹板与柱采用螺栓连接时，螺栓排数不少于两排。

　　(4)当梁上翼缘有楼板加强，且施焊条件较好，震害较少时，可不做特殊处理，而应对梁下翼缘的焊接衬板边缘施焊，也可采用割除衬板，然后清根补焊的方法，以达到消除焊接衬板的缺口效应。

　　钢结构柱脚有外露板式、埋人式和外包混凝土式。埋人式和外包混凝土式柱脚具有较好的抗震能力，强地震区应优先采用。外露板式柱脚的震害说明:地脚锚栓是抗震的薄弱部件，抗震设计中，应充分考虑地震剪力，增强锚栓的抗震强度。

　　钢结构连接的破坏多是由焊缝质量不好引起的，因此应加强对施工质量的管理和监督。

　　6.钢结构构件的抗扭

　　对于一般钢结构构件( 除箱形截面外) , 其抗扭的能力是较弱的, 截面面积完全相同的工字形截面和箱形截面梁, 其扭转常数之比为1∶500,最大扭转剪应力之比近于30∶1。且受扭构件的受力状态复杂, 除因弯矩产生的弯曲正应力、剪应力外, 还要承受因扭转产生的正应力和剪应力,处于这种复杂受力状况的构件支座处理也很困难。因此在实际的工程设计中, 通常是从结构布置上尽量避免使构件受扭, 或采取各种有效的措施阻止其受扭, 若无法避免时宜采用闭合式的箱形截面梁。

　　目前主要厂房楼层结构中采用了大量的工字形或宽翼缘工字梁, 由于工艺设备、管道等布置的要求, 悬挂在钢梁下翼缘的设备、管道等吊重存在一定的水平力是无法避免的。这就要求在结构设计中采取必要的措施阻止因水平力对结构构件产生的扭矩影响。一般对作用在上翼缘的水平力通常采用密铺楼盖或现浇楼板等将水平力传至框架梁或柱上而消除对结构梁产生的扭矩影响。但当水平力作用在钢梁下翼缘时,梁的实际受力状态变得相对复杂, 一般可分为两种情况, 第一种为钢梁上翼缘无密铺楼盖或现浇楼板, 梁处于双向弯曲且受扭曲状态; 第二种为钢梁上翼缘有密铺楼盖或现浇楼板, 可以阻止梁上翼缘的受扭, 钢梁仅局部受扭。主厂房楼层钢梁实际上多属于第二种情况。笔者在实际工作中利用加劲肋使水平力作用下的受扭得到有效解决。当侧向水平力较大时, 可利用刚性斜撑将水平力传到混凝土楼板后, 再传至承重结构, 此时应对局部的混凝土板受力进行复核, 并考虑是否需要采取加强措施。

转载请注明来自：http://www.uuqikan.com/yejinlw/3340.html