浅谈如何对钢结构设计中的细节进行有效处理

2010-08-15广东杭萧钢构有限公司张专涛

河南科技 2010年12期

关键词：桁架钢结构受力

广东杭萧钢构有限公司张专涛

广东杭萧钢构有限公司张专涛

本文就钢结构的应用及发展史,对钢结构设计细节进行探讨,提出了加强钢结构设计中细节处理的若干建议和意见。

钢结构设计细节

钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构,是主要的建筑结构类型之一。钢结构的有点是制遣安装快捷、建设工期有效缩短,结构可靠、新功能扩展方便,可重复使用等,广泛使用与砂石骨料加工系统、混凝土拌及系统的结构设计中。

一、钢结构应用与建筑中的发展史

我国是最早用铁制造承重结构的国家,西方国家17世纪才用金属承重结构,我国早在秦皇时期就把铁做简单的承重结构,勤劳智慧的中国人民就用铁链搭建铁索悬桥,我国早期铁体承重结构的例子有闻名于世的四川泸定大渡河铁索桥、贵州的盘江桥及云南的元江桥。近年来,我国综合国力的增强带动了建筑业的迅猛发展,钢结构工程逐渐增加,门式钢刚架、钢网架、立体钢桁架、多层钢框架等逐步发展为通用的结构形式,钢结构房屋广泛应用在工业、民用建筑,如工业厂房、大型仓库、体育场馆及多、高层民用钢框架房屋等。科技的发展人们也在逐步探索、应用较复杂、特别的钢结构体系,像索网、索桁、预应力钢结构及高层钢结构。但是钢结构的设计中常忽视了细节,未充考虑到既方便制作安装又便于施工同时还经济实惠,因此,细节设计越发受到广泛重视。

二、有效处理钢结构设计细节的若干措施

(1)选择最佳的结构方案。选择适用的结构方案。结构设计者须了解结构受力体系的适用条件。我国钢结构工程中一阵风、一边倒的倾向严重。网架结构极致的表现了它独有的空间作用及良好的整刚度,节省钢材。长宽比大的建筑,呈现单向受力,覆盖结构采用平板网架结构方案,其空间整体效果不容易表现,相比桁架方案,增加太多纵向构造杆件,不省钢,视觉也受影响。近年,门式刚架和钢管立体桁架结构趋于流行,钢管立体桁架结构的航站楼、会议中心和体育馆等建筑纷纷出现,门式刚架结构也在工业与民用建筑结构中广泛使用。但每种结构体系适用与不同的范围,设计选用时要因时因势,不能盲目。客观、全面的经济比较。钢结构方案设计的另一目标是经济指标及社会效应。目前,我国钢产量居世界前列,钢结构加工、安装水平迅猛发展,钢的价格及制作成本呈下降趋势。主体结构用钢量低,容易加工安装,造价就较低。但采用轻型围护墙板和屋面板的造价要高与传统的砌体结构墙及钢筋混凝土屋面板;另外,选择结构方案时,不可忽视钢结构用在防腐和防火的费用,含使用后的维护成本,力争给业主提出全面的综合经济指标。选取安全合理、美观经济的最佳方案需要结构设计者全面掌握各种结构体系的受力优势、极佳适用条件、习惯性建筑配套做法,便于极大地满足工程需要。

(2)建立完善的结构受力体系。确定结构方案后,结构设计的重点工作是建立完善的结构受力体系。钢结构多是杆系结构,只有完善支撑布置,节点连接结构可靠,方可使整个结构受力体系稳定。主体钢结构传力要可靠、明确。整体刚度好,体系稳定就没有大问题。立体钢桁架结构易忽视体系整体稳定的考虑,桁架本身是空间格构式构件,构件相对稳定易保证,其实整个结构体系是铰接排架结构,布置是单向受力。考虑到加工、安装方便、节省钢材,钢框架柱一般采用工字形截面,弱轴方向侧向刚均极差,且铰接柱弱轴方向和梁连接,增设柱间支撑才能补充体系抗侧力构件的不足。要有措施稳定围护结构。钢结构的维护结构多是有檩体系,屋面及墙面常用金属压型板。现行各规范与国外的观念不同,未考虑蒙皮效应,设计中不允许取消柱间支撑等主体结构的支撑构件,还要布置对应的屋面、刚性系杆、墙面交叉支撑、檩条拉条等,要特别重视稳定檐口、通长侧窗、女儿墙、钢大门。满足抗震要求。地震区设计要符合《建筑抗震设计规范》的相关规定,满足抗震规范要求。要考虑抗震变形能力、耗能能力及加强薄弱区;节点区的破坏后于与其连接的构件:体型复杂、平立面不规则的钢结构建筑设置防震缝。利用必要的计算分析,加强薄弱区域.保证结构整体设计安全、可靠。

(3)选择合理的结构构件。钢构件的变形限制值及本身稳定也要充分考虑。钢结构材料强度高,塑性、韧性好,构件截面肢宽壁薄,属长细构件。设计中,要认识到钢结构截面尺寸是由变形、稳定或疲劳应力控制的,材料的计算强度控制不了钢结构界面尺寸。构件整体及膈部稳定。抵抗弯曲屈盐、弯扭屈曲、扭转屈曲的能力都属于构件整体稳定。设计中构件受力平面外的稳定更要受重视。选用焊接组合构件时,要注意自行校算截面的局部稳定。构件变截设计。钢结构构件可加工性良好,设计时为节省钢材可按受力状况选取变截面杆件。实际工程中要统筹兼顾、综合考虑变截设计给制作、运输带来的不便。

(4)合理利用钢材。设计中选用钢材不合理的问题普遍存在,因此要了解与掌握钢结构设计规范中的有关要求,按规范钢号选取钢材;了解钢材标号和材性;经济高效截面的型材优先选用。

(5)重视节点构造。钢结构体系和节点构造设计关系密切。设计上不重视构造问题,节点连接方式和设计计算假定不符合很容易发生。节点构造的设计是整体方案设计中的重要部分,简单考虑钢架结构节省用钢量,把柱脚节点设计为刚接很有效,但也会加大柱脚下独立柱基截面尺寸,不是最经济的。构造设计中可操作性也要重视。钢结构可加工性强,易满足千变万化的建筑造型要求,但任何结构都自身的规律性不可完全随意。栓、焊连接、结构构件的构造要求及施工质量标准都要遵循国家规范或行业标准。关注和重视防腐、防火。建材的研制发展较快,钢结构的防腐、防火也是结构设计中要关注的主要内容之一。