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    工業建筑中鋼結構的設計

    2018-12-21   來源:   點擊數:11次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港訊:鋼材作為最重要的基礎原材料,其強韌性和可回收利用的特性,已經成為可持續發展和推行綠色環保的重要資源。鋼結構在建筑、機械、冶金、交通、能源、通訊等基礎設施建設中都起到了重要作用,從篼層建筑、廠房、體育場館、橋梁、容器到各種大型裝備都是鋼結構的用武之地。今后我國基礎設施建設還要繼續加強,包括三峽水利樞紐工程、西部開發、西氣東輸、西電東送、南水北調、青藏鐵路、京滬高速鐵路、北京2008運場館等重大工程都需要大量采用鋼結構我國政策強調耍進一步擴大內需,面對百姓的住房條件改善和600余個城鎮建設,鋼結構還遠遠滿足不了發展的要求。鋼材將作為各類結構的主體和功能材料,刷新傳統結構的記錄。
      
      隨著材料制造和結構加工水平的不斷改進,以及計算機在結構設計中的應用,鋼結構出現了許多新的結構型式。如網架結構以其受力合理、施工技術簡單、適應性強、工廠化制作、施工速度快等特點正逐步取代懸索結構。預應力鋼結構的出現,大大減少了結構耗鋼量,也使高強鋼材得到了充分利用。另外國外出現的簿鋼板的組合件代替傳統的型鋼及組合件作為鋼結構的受力構件,大大減輕了構件重量和耗鋼量。
      
      2設計準備工業建筑中鋼結構的設計準備主要有以下兩個方面。
      
      2.1全面系統地熟悉工藝條件工藝條件為工藝設計人員向土建設計人員提供的工藝布置圖和工藝荷載資料。工藝布置圖中須明確各工藝流程之間的相互關系和平面、空間上的相對位置,它將直接決定結構布置和構件的計算長度,并對計算結果的正確與否產生重大影響。工藝荷載資料包括工藝荷載的類型、作用方式和大小,是結構計算的主要依據。在熟悉工藝條件的基礎上,初步判定結構處理辦法。如出現結構無法處理的工藝條件,則須迅速反饋給工藝設計人員,并與工藝設計人員商量修改辦法。
      
      2.2收集掌握設計資料需要收集的設計資料包括當地的氣象資料和建設場地的工程地質情況。氣象資料包括當地的風荷載、雪荷載以及地震荷載,和建設場地的工程地質資料是結構計算的重要依據。對于己收集的設計資料須進行甄別,保留對本工程設計有用的資料。
      
      3鋼結構設計鋼結構設計程序歸納起來如:銅業工程工藝條件其他設計資料確定結構型式,明確傳力方式明確結點約束關系,確定計算簡圖構件選型,結構計算根據計算結果和構造要求,選定各結構規格和型號繪制鋼結構施工圖鋼結構設計程序。1確定結構型式,確定傳力方式本階段是在熟悉工藝條件的情況下,根據荷載的類型、大小、作用方式等條件,確定受力構件的布置,梁(屋架)、柱的布置。首先須盡量滿足工藝要求;其次應滿足建筑和結構設計規范要求;再次盡量將較大荷載直接傳給主梁和立柱,力求傳力簡潔、清晰,各柱受力均勻。綜合上述三個方面的因素,作出梁、柱結構布置圖,如不能滿足上述三個條件,則須將信息反饋給工藝設計人員,并與工藝人員協商修改。梁、柱布置完成后,傳力方式即己確定,因而結構型式也得以確定。傳力方式一般是板一梁一柱一基礎。但荷載給哪根柱子須視梁的布置方式不同而定。
      
      3.2明確結點約束關系,確定計算簡圖鋼結構結點連接一般有三種方式:一是高強螺栓連接,二是普通螺栓連接,三是焊接。高強螺栓連接既傳遞線性荷載,又傳遞彎矩,結構計算按剛性結點考慮,后兩種連接方式盡管也能傳遞部分彎矩,但在計算中一般按鉸結點考慮。
      
      梁(或屋架)、柱布置完成后,根據荷載類型和大小以及工藝條件對空間的需求、耗鋼量的多少等,決定結點連接方式。
      
      重型工業廠房屋面梁(或屋頂)與鋼柱以及連續梁、支撐系統與鋼柱的連接一般為高強螺栓連接,既節省了鋼材又增強了整體剛度。如我廠熔煉車間主廠房構件連接就采用高強螺栓連接。而一般工業建筑中的承重鋼平臺和鋼支架等常用普通螺栓和焊接連接。
      
      中國鋼管信息港訊:結點約束關系明確后,根據柱距、跨度和作用荷載不同選取典型的計算單元(計算單元的選取可參與相關資料選取)進行計算。結合各構件節點的連接方式,確定計算簡圖。如主廠房計算簡圖為門型鋼架(),所有節點為剛性結點,而一般承重鋼平臺和鋼支架節點為鉸結點,因而梁的兩端為簡支(),柱也為兩端簡支()。若計算簡圖選擇錯誤,無論結構計算多么正確,都將導致南轅北轍的結果。
      
      門型鋼架簡支梁簡支柱3.3構件選型,結構計算3.3.1構件選型。構件選型是根據各構件的跨度大小、支撐方式、荷載類型和大小初步選定構件的規格型號,以便進行結構計算。
      
      受彎構件一般根據其容許撓度值選定,如單梁吊車梁的容許撓度值為L/500,平臺梁主梁的容許撓度值為L/400,平臺其它梁則為L/250,平臺板為L/150等。由此可基本確定受彎構件的高度,依此似設計或根據荷載大小以及構件的長細比初步選定構件型號。框架柱的截面尺寸大小,直接影響廠房的剛度和柱的用鋼量。因此,選擇框架柱的截面尺寸時應滿足下列要求:(1)廠房剛度的要求,柱的截面尺寸應根據廠房的高度、跨度、柱距、吊車起重量及工作制度等因素來確定,以滿足廠房剛度的要求;(2)構造上的要求,考慮框架縱向軸線的合理劃分以及滿足吊車跨度和吊車橋架外邊緣凈空尺寸的要選定型鋼的型號,對于桁架則根據同樣程序確定桁求。選擇框架柱截面尺寸時也可在滿足上述要求的架的撓度,作為剛度計算的依據。前提下,考慮類似的設計進行選擇。
      
      受壓構件則分兩種情況。一般受壓構件根據類3.3.2結構計算。結構計算包括對各構件進行強吳新明:工業建筑中鋼結構的設計度、剛度計算和構件的連接強度進行計算。
      
      (1)各構件計算:構件計算遵循由上而下,從次局部失穩主要是對實腹柱的腹板和翼緣板的控制,翼緣板控制外伸寬度bi與厚度t之比:要構件至主要構件循序漸進的原則。a板的計算。
      
      板的計算一般只需對其變形進行計算即可,且兩端均按簡支計算,計算結果可按結構力學的方法求得。
      
      腹板計算高度ho與其厚度tw之比:將計算結果與容許撓度比較,判斷其是否滿足剛度要求。
      
      受彎構件的計算一般包括強度和剛度計算兩方面。計算時根據支座型式和荷載類型不同按結構力學方法計算(本文從略)。
      
      將強度和變形計算的結果與規范所規定的容許強度和容許撓度進行比較,判斷所選構件截面能否滿足強度和剛度要求,如不滿足,則需重新選取構件型號后計算其是否滿足強度和剛度要求。c受壓構件。
      
      受壓構件的計算包括強度和剛度計算兩方面,剛度計算又須考慮整體失穩和局部失穩兩方面。以實腹式壓彎構件為例()強度計算:整體穩定性計算(平面內):整體穩定性計算(平面外):一般受壓構件除計算構件強度外,尚應控制好構件的長細比,使之滿足剛度要求。
      
      (2)構件的連接計算。各構件分別能滿足要求,還需計算各構件間的連接,保證其足以傳遞結點荷載,否則難以形成結構。
      
      連接計算包括焊接、普通螺栓和高強螺栓連接三種,本文以廠房受力構件連接較常使用的高強螺栓連接為例,高強螺栓分別按摩擦型和承壓型兩種情況計算。
      
      a.每個摩擦型高強螺栓的承載力設計值應根據下列情況確定:在抗剪連接中,每個摩擦型高強螺栓的承載力設計值應按下式計算:在桿軸方向受拉的連接中,每個摩擦型高強螺栓的承載力設計值為:當摩擦型高強螺栓連接同時承受摩擦面的剪切和螺栓桿軸方向的外拉力時,每個摩擦型高強螺栓的受剪承載力設計值仍按公式(9)計算,但應以P-1.25Nt代替P.此處Nt為每個高強螺栓在桿軸方向的外拉力,其值不應大于0. b.每個承壓型高強螺栓的承載力設計值應根據下列情況確定:在抗剪連接中,每個承壓型高強螺栓的承載力設計值Nbmin,應取受剪承壓Nb和承壓承載力設計值Nb中的較小者,且不得大于按摩擦型連接計算的在桿軸方向受拉的連接中,每個承壓型高強螺栓的承載力設計值為Nt=0.()支撐系統計算。支撐系統是保證結構整體性的重要部分,桿件的計算和連接可參照上述方法計算。上述計算是按部就班進行的結構計算方法,這是鋼結構設計中最基本的計算方法。隨著計算機在結構設計中的使用和應用軟件的不斷開發,國內己有幾種結構計算軟件可供使用。應用這些軟件時,必須將正確計算模型、結點約束關系、荷載類型和大小以及荷載作用位置輸入才能得出正確的結果。
      
      3.4確定構件規格和型號結構計算完成后,初步選定的各構件均應能滿足強度和剛度的要求,而這些構件除滿足強度和剛度要求外,還應滿足構造要求。構造要求從施工的角度考慮,對鋼板的厚度、受力桿件的型號作出了一些規定,如不滿足,對施工會產生一些影響。“安全可靠、經濟合理”是設計工作首先要考慮的問題。同時還應盡可能從美觀上考慮整體協調的問題。如按結構計算中各構件均能滿足承重要求,但組合在一起后,整體效果不佳時,則須將個別構件作適當處理或重新選型。
      
      3.5繪制鋼結構圖施工圖紙是工程的語言,是設計思想的體現,是設計工作的最終成果,是工程施工的主要依據。因此,準確詳實繪制施工圖是設計者必須認真完成的工作。
      
      繪制鋼結構圖包括繪制結構布置圖、各構件詳圖、節點詳圖。結構布置圖中須標明各構件的位置、名稱及相互關系,它是結構施工時安裝的主要依據。
      
      各構件詳圖明確各構件的詳細尺寸,是結構制作的依據。節點詳圖則表示各構件間連接詳圖,是構件組裝的依據。
      
      4結語鋼結構設計是非常復雜的工作,包含的內容很廣。本文所涉及的僅為其中的一部分,卻概括了鋼結構設計的主要程序及各階段應注意事項,不同工程的設計僅在某個過程深化或簡化。
      
      中國鋼管信息港訊:隨著計算機技術的發展,電腦己廣泛應用于鋼結構設計中。計算過程趨于簡單化,數據處理趨于復雜化。如:多次超靜定結構的計算甚至空間結構的計算,采用傳統方法計算的話,計算工作量是十分龐大的,計算非常困難且很容易出現錯誤,但應用近年來比較普遍使用的鋼結構計算軟件將使計算變得簡單、準確。因而一些新的結構型式相繼應用在各種行業,推動了鋼結構的發展。
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