郭曉光 解慶平

【摘 要】建一筑結構設計發(fā)展提倡采用概一念設計思想來促進結構工程師的創(chuàng)造性，推動結一構設計一的合理性。一般大型工程經常要求大空間，或建筑造型新穎，設計師往往會考慮鋼一結構，而鋼結構工程對結構設計師提出了更高的要求，它不但要設計出安全、可靠的結構型式，還要盡量壓縮一施工周期，節(jié)約成本。本文主要介紹了廠房結構設計工作中鋼結構設計的一些經驗。

【關鍵詞】廠房；鋼結構；概念設計；結構設計

【中圖分類號】TU2【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0192-02

1 判斷結構是否適合用鋼結構

鋼結構通一常用于高一層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動或經常裝一拆的結構。直觀的說：大型廠房、大廈、體育一館、歌劇院、電視塔、工廠和臨時建筑等，這是跟鋼結一構自身的特點相一致的。

2 結構選型與結構布置

在鋼結構一設計的整個過程中都應該一被強調的是“概念設計”，它在一結構選型及布置階一段尤其重要。對一些難以作出精確理性一分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結構體一系與分體系之間的力學關系、破壞機理和工程經驗一所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用一概念設計可以在早期迅速、有效地進一行構思、比較一與選擇。所得結構方案往往概念清晰、定性正確，并可避免結構i分析一階段不必要的繁瑣運算。同時一，它也一是判斷計算機內力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。由于大型廠房專業(yè)多、配合多、工藝復雜等特一殊性，為了滿足工藝一一專業(yè)的功能需一要，經常需要構思出一些非常規(guī)的結構類型，這就需要一定工程經驗的積累及對“概念設計”具備一定深度理解的一工程人員，發(fā)揮主觀能動性，設計出經濟、實用的工程。

鋼結構廠房中應用較多的是框架、桁架結構型式。

結構選型時，應考慮它們不同的特點，在工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就一可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應有利一于積雪滑落，降雨量大一的地區(qū)類似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比純框架有更好的經濟性。結構的布一置要根據(jù)體系特征，荷載分一布情況及性質等綜合一考慮。一般的說一要剛度均勻，力學模型清晰，盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞一到基礎，柱間抗側支撐的分布應均勻，其形一心要盡量靠近側一向力的作用線。否則應考一慮結構的扭轉。

框架結構的一樓層平面次梁的布置，有時可一以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減一小截面沿短向布置次梁，但是這會使一主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也一有時會超限，此時把次梁支撐在較一短的主一梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。

3 預估截面

結構布置結束一后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

鋼梁可選擇一槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等，根據(jù)荷載與支座情況，其截面一高度通常在跨度的1/20～1/50之間選擇，確定了截一面高度和一翼緣寬度后，其板件一厚度可按規(guī)范一中局部穩(wěn)定的一構造規(guī)定預估。

柱截面按長細比預估。通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該根據(jù)構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。

4 結構分析

目前鋼結一構實際設計中，結構分析通常一為線彈性分析，設計院一般會有STS，3D3S等鋼結構計算分析軟件。有些可以部分考慮幾何非線性及一鋼材的彈塑性能，這為更精確的一分析結構提供了條件，復雜結構需要兩種以上軟件建模計算分析。

5 工程判定

要正確使用結構軟件，還應對其一輸出結果的做“工程判定”。比如，評估周期、總剪力、變形特征等一。根據(jù)“工程判定選擇修改模型重新分析，修正計算結果。不同的軟件會有不同的適用條件。此外，一工程設計中的一計算和精確的力學計算本身常有一定距離，會通過“適用條件、概念及構造”的方式來保證結構的安全。鋼結構設計中，“適用條件、概念及構造”是比定量一計算一更重要的內容，不應該過分信任一與依賴結構軟一件，注重概念設計和工程判定是避免因結構軟件出錯而造成嚴一重的后果。

6 構件設計

構件的設計首先是材料的選擇，比較常用的一是Q235和Q345，通常主結構使用單一鋼種，也一可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當強度起控制作用時，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時，宜使用Q235。

當前的結構軟件，大都提供截面驗算的后處理功能，一些軟件可以將驗算時通不過的構件，從給定的截面庫里選一擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，這是常說的截一面優(yōu)化設計功能之一，它減少了結構師的很一多工作量，但是，初學鋼結構至少應注意兩點：

（1）軟件在做構件的截面驗算時，計算長度系數(shù)的取定，有時會不符合規(guī)范的規(guī)定，尤其對于節(jié)點一連接情況復雜或變截面的構件，應該逐個檢查。

（2）當預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區(qū)別對待。

①強度不滿足，通常加一大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。

②變形超限，通常不應加大板件厚度，而應考慮加大截面的高度，否則，會很不經濟。

使用軟件加大截面的優(yōu)化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū)別，實際工作中，常常并不合適。

7 節(jié)點設計

連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分思考一與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。這必須避免。連接的不同對結構影響甚大，會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。

連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常見的方法，設計手冊中通常有焊縫及螺栓連接表格等供設計者查一用，比較方便，也可以使用結構軟件的后處理部分來完成。具體設計主要包括以下內容：

（1）焊接：對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制一規(guī)定，應嚴格遵守，焊條的選用應和被連接一金屬材質適用。E43對應Q235，E50對應Q345。

焊接設計中不得任意人加大焊縫，焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近，其它詳細內容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定。

（2）栓接：普通螺栓抗剪一性能差，可在次要結構部位使用，高強螺栓，使用日益廣泛，通常8.8s和10.9s兩個強度等級，根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型，兩者計算方法一不同，高強螺栓常用M16～M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。自攻螺絲用于一板材與薄壁型鋼間的次要連接。

（3）連接板可簡單取其厚度一為梁腹板厚度增加2mm～4mm，然后驗算一凈截面抗剪等。

（4）梁腹板：應驗一算栓孔處腹板的凈截面抗剪，承壓型高一強度螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

（5）節(jié)點設計必須考一慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工一空間及構件吊裝順序等。此外，還應盡可能使工人能方便的進行一現(xiàn)場定位與臨時固定。

（6）節(jié)點設計一還應考慮制造廠的工藝水平，比如鋼管連接節(jié)點一的相貫線的切口需要數(shù)控機床設備才一能完成。

8 圖紙編制

鋼結構設一計出圖分設計圖和施工一詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結一構公司根據(jù)設計圖編制，有時一也會由設計單位代為編制。

（1）設計圖：是鋼結構公司編制施工詳一圖的依據(jù)，深度及內容應完整但不冗余。在設汁圖中，對于設計一依據(jù)、荷載資料、技術數(shù)據(jù)、材料選用及材質要求、設計要求、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)一點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的一順利編制，一并能正確體現(xiàn)設計的意圖。

（2）施工詳圖：一又稱加工圖或放樣圖等，一深度須能滿足車間直接制

造加工，并應附有詳細的材料表。

9 總結

鋼結構雖然有諸多優(yōu)點，但它一也有很多弊端，例如：鋼材一價格比較昂貴、耐火性能差、一結構節(jié)點復雜等。一因此，一應對比鋼結構和混凝土結構的適用性，因地制宜的選擇。