淺析(xi)鋼結構(gou)設計(ji)的適用范(fan)圍及(ji)選型

    給(gei)大(da)(da)家(jia)推薦一個(ge)用(yong)于(yu)鋼(gang)結構設計的資(zi)料。雖(sui)說不是大(da)(da)師的杰作，卻不遜于(yu)大(da)(da)師的文(wen)章(zhang)。大(da)(da)師的作品對(dui)于(yu)具(ju)有(you)一定專業水平的人是很(hen)有(you)用(yong)途的，而對(dui)于(yu)初(chu)學(xue)者卻過于(yu)高(gao)深莫測。該資(zi)料特別適(shi)合在大(da)(da)連剛從事鋼(gang)結構設計的人員。

    鋼結(jie)構適用的范圍

    鋼結構通(tong)常(chang)用于高(gao)層、大(da)跨度、體(ti)(ti)型(xing)復(fu)雜(za)、荷載或(huo)吊車起重量大(da)、有較大(da)振動、高(gao)溫車間、密封性(xing)要求(qiu)高(gao)、要求(qiu)能活動或(huo)經(jing)常(chang)裝拆的(de)結構。直觀的(de)說:超高(gao)層建筑(zhu)、體(ti)(ti)育館、歌劇院、大(da)橋、電視塔、工業(ye)廠房和臨(lin)時建筑(zhu)等。這(zhe)是和鋼結構自身的(de)特點(dian)相(xiang)一致的(de)。 請(qing)參(can)考相(xiang)關專業(ye)書籍。由于結構選型(xing)涉及(ji)廣泛，做結構選型(xing)及(ji)布置應該根據工程的(de)具體(ti)(ti)要求(qiu)來(lai)進行。

    鋼結(jie)構的(de)選型

    在鋼結構設計(ji)的(de)整(zheng)個(ge)過程中，都應該被強調(diao)的(de)是"概(gai)念(nian)設計(ji)"，它在結構選型與布(bu)置(zhi)階段尤其重要。對(dui)一些難以作出(chu)(chu)精確理(li)性(xing)分(fen)析或規范(fan)未規定的(de)問(wen)題，可依據從整(zheng)體結構體系(xi)與分(fen)體系(xi)之間的(de)力學(xue)關系(xi)、破壞(huai)機理(li)、震害、試驗現象和(he)工(gong)程經(jing)驗所獲得的(de)設計(ji)思想，從全局的(de)角度(du)來確定控(kong)制結構的(de)布(bu)置(zhi)及(ji)細部措(cuo)施。運(yun)用(yong)概(gai)念(nian)設計(ji)可以在早期(qi)迅(xun)速、有效地進行(xing)構思、比較與選擇。所得結構方案(an)往往易于手(shou)算、概(gai)念(nian)清晰、定性(xing)正確，并(bing)可避免結構分(fen)析階段不(bu)必要的(de)繁(fan)瑣(suo)運(yun)算。同時，它也是判斷計(ji)算機內力分(fen)析輸(shu)出(chu)(chu)數據可靠(kao)與否的(de)主(zhu)要依據。

鋼(gang)結構(gou)通常有框架(jia)(jia)(jia)、平面(木行)架(jia)(jia)(jia)、網架(jia)(jia)(jia)(殼)、索(suo)膜、輕鋼(gang)、塔桅等結構(gou)型式。其理論與技(ji)術大都(dou)成熟。亦有部(bu)分(fen)難(nan)題沒有解(jie)決(jue)，或沒有簡單(dan)實用的(de)(de)設(she)計方法，比如網殼的(de)(de)穩定等。

    結(jie)構(gou)選(xuan)型時，應考(kao)慮(lv)它(ta)們不(bu)同的(de)(de)(de)(de)特點(dian)。在輕鋼工業廠房中，當有較(jiao)大懸(xuan)掛荷載(zai)或(huo)移動荷載(zai)，就可(ke)考(kao)慮(lv)放(fang)棄門式(shi)剛(gang)架而采(cai)用網架。基本雪(xue)壓大的(de)(de)(de)(de)地區(qu)，屋面曲線(xian)應有利于(yu)積(ji)雪(xue)滑(hua)落(切線(xian)50度(du)(du)內需考(kao)慮(lv)雪(xue)載(zai))，如采(cai)用三心(xin)圓網殼。總雪(xue)載(zai)釋放(fang)近(jin)一半。降雨量大的(de)(de)(de)(de)地區(qu)相(xiang)似考(kao)慮(lv)。建(jian)筑(zhu)允許時，在框(kuang)架中布置支撐會比簡單的(de)(de)(de)(de)節(jie)點(dian)剛(gang)接(jie)的(de)(de)(de)(de)框(kuang)架有更好的(de)(de)(de)(de)經(jing)(jing)濟(ji)性(xing)。而屋面覆(fu)蓋跨(kua)度(du)(du)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)建(jian)筑(zhu)中，可(ke)選(xuan)擇構(gou)件受(shou)拉為(wei)主的(de)(de)(de)(de)懸(xuan)索或(huo)索膜結(jie)構(gou)體系(xi)。高層(ceng)(ceng)鋼結(jie)構(gou)設計中，常采(cai)用鋼混凝土組合結(jie)構(gou)，在地震(zhen)烈度(du)(du)高或(huo)很(hen)不(bu)規則(ze)的(de)(de)(de)(de)高層(ceng)(ceng)中，不(bu)應單純(chun)為(wei)了經(jing)(jing)濟(ji)去選(xuan)擇不(bu)利抗震(zhen)的(de)(de)(de)(de)核(he)(he)心(xin)筒加(jia)外框(kuang)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)。宜選(xuan)擇周(zhou)邊巨型SRC柱，核(he)(he)心(xin)為(wei)支撐框(kuang)架的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)體系(xi)。我(wo)國半數以上的(de)(de)(de)(de)此類(lei)高層(ceng)(ceng)為(wei)前(qian)者(zhe)。對抗震(zhen)不(bu)利。

    結(jie)構的(de)布(bu)置要(yao)根據體系特征，荷(he)(he)載分(fen)布(bu)情況及性質等綜合考慮。一般的(de)說要(yao)剛度均勻。力學模型清晰(xi)。盡(jin)(jin)可(ke)能限制大(da)荷(he)(he)載或移(yi)動荷(he)(he)載的(de)影(ying)響范(fan)圍，使其以直(zhi)接(jie)的(de)線(xian)路傳(chuan)遞到基礎。柱間抗(kang)側支(zhi)撐(cheng)的(de)分(fen)布(bu)應(ying)均勻。其形心要(yao)盡(jin)(jin)量靠近側向力(風震)的(de)作用線(xian)。否(fou)則應(ying)考慮結(jie)構的(de)扭轉。結(jie)構的(de)抗(kang)側應(ying)有多(duo)道防線(xian)。比如(ru)有支(zhi)撐(cheng)框(kuang)架(jia)結(jie)構，柱子至少應(ying)能單獨承受1/4的(de)總水平(ping)力。

    框架結構的樓(lou)層(ceng)平(ping)面(mian)次梁(liang)(liang)(liang)的布置，有時(shi)可(ke)以(yi)調整(zheng)其荷載(zai)傳遞方向(xiang)以(yi)滿足不同(tong)的要求。通常為了減小截面(mian)沿短(duan)向(xiang)布置次梁(liang)(liang)(liang)，但是這會(hui)使主(zhu)梁(liang)(liang)(liang)截面(mian)加大，減少了樓(lou)層(ceng)凈高，頂層(ceng)邊柱(zhu)也有時(shi)會(hui)吃不消(xiao)，此時(shi)把次梁(liang)(liang)(liang)支撐在較短(duan)的主(zhu)梁(liang)(liang)(liang)上可(ke)以(yi)犧牲次梁(liang)(liang)(liang)保住(zhu)主(zhu)梁(liang)(liang)(liang)和柱(zhu)子(zi)。

重慶鋼結構設計的截面選取，結構布置結束后，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(gang)梁(liang)(liang)(liang)可(ke)選擇(ze)槽鋼(gang)、軋(ya)制或焊接(jie)H型鋼(gang)截(jie)面等。根據荷載與支座(zuo)情況，其截(jie)面高度(du)(du)通常在(zai)跨度(du)(du)的1/20~1/50之間(jian)選擇(ze)。翼緣寬度(du)(du)根據梁(liang)(liang)(liang)間(jian)側向支撐的間(jian)距(ju)按(an)l/b限值確定時，可(ke)回避鋼(gang)梁(liang)(liang)(liang)的整體穩定的復雜計(ji)算，這種方法很(hen)受歡(huan)迎(ying)。確定了截(jie)面高度(du)(du)和翼緣寬度(du)(du)后，其板件(jian)厚(hou)度(du)(du)可(ke)按(an)規范中局(ju)部穩定的構造規定預估。

    柱截面按長細(xi)比預估。通常50<λ<150，簡單選(xuan)擇值在100附(fu)近。根據軸心(xin)受(shou)壓、雙(shuang)向受(shou)彎或單向受(shou)彎的不同，可(ke)選(xuan)擇鋼(gang)管或H型鋼(gang)截面等(deng)。

    除此之外，構件截面(mian)形式的選(xuan)擇沒有固定的要求，結構工程師應該根(gen)據構件的受(shou)力情況(kuang)，合理的選(xuan)擇安全經濟美觀的截面(mian)。