钢结构设计整体结构体系的设计

【关键词】钢结构；体系；设计原则；要点 

　　1、钢结构整体体系设计原则 

　　1.1结构整体布局必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。为保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布局相一致。 

　　1.2结构计算简图和计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。目前在设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效力框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。 

　　1.3设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对框架节点应尽量减少杆件偏心，这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。 

　　2、钢结构整体体系设计要点分析 

　　2.1判断结构是否适合用钢结构 

　　钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 

　　2.2主要钢结构材料的选择 

　　钢结构设计在材料要求上应该具有较高的强度、足够的变形力、优良的加工性能。承重结构的钢材在要求上必须具有抗拉强度、伸长率、屈服点以及碳、硫、磷的含量必须保证合格。同时焊接结构必须具有冷弯试验的合格保证，要求承受动力荷载的结构及重要的受拉或者受弯的焊接结构必须具有常温或者负温度下冲击韧性的合格保证。如在浙江某高层建筑钢结构设计中所采用的的所有钢材，不论其厚度及有无Z向性能要求，均必须满足的性能要求是：钢材在焊接完成后，不会初夏你层状撕裂、板厚度中心线分离或其他类似的情况。 

　　2.3结构选型与结构布置 

　　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。钢结构主要有框架、平面架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等结构形式。每个形式都有其各自的特点，在我们选型的时候要结合具体情况充分考虑他们的特点。如：在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。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。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。 

　　结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑.一般的说要刚度均匀.力学模型清晰.尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。 

　　2.4焊接与栓接 

　　连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。在焊接操作中，应严格遵守焊接焊缝的尺寸及形式等规范。焊条的选用应和被连接金属材质适应。不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近，其他详细内容要参照相关规范关于焊缝构造方面的规定。如在某工程中，规定所有框架、斜撑等构件拼接焊缝均采用全熔透坡口焊缝；所有钢板的纵向对接焊缝，次梁与主梁的连接焊缝采用带衬板的剖口全熔透焊缝；采用摩擦型高强螺栓，未注明的为10.9级扭剪型高强螺栓，所连接的构件接触面采用抛丸的做法。 

　　2.5抗火抗震设计 

　　火灾是建筑物常见的一种突发事故，处理不当可能造成重大的经济财产损失和人身伤亡，对于火灾，所有的建筑都避免不了，钢结构的建筑也不例外，尽管钢材是非燃烧性建材，但是它却是不耐火的。一般，温度上升到600℃时，钢结构基本上刚度以及强度基本上都损失了，所以，建筑钢结构设计从安全性出发需要进行全面的抗火设计。1）基于构件计算的抗火设计，对于构件计算环节的抗火设计理念应该做到如下几点：一是采用确定的防火措施，设定一定的防火空间被覆厚度；二是在确定防火措施下，计算出构件在耐火极限条件下的内部温度；三是采用在高温条件下的钢材料参数，就算出构件在外荷载和温度作用下的内力；四是进行构件的耐火承载极限状态的验算；五是若最初设定的防火被覆厚度不合适，那么就要调整防火被覆厚度，然后重复以上步骤。2）基于结构性能的抗火设计， 火灾发生时可能导致整体建筑物的结构坍塌，因此，对于建筑物的钢结构防火设计，需要从建筑的结构性能出发，具体工作需要从以下几个环节进行落实：对房梁的性能进行改良，同时也必须对建筑内部柱子抗火性能进行改善；考虑在火灾发生时刚性结构的形状变化曲线，并针对曲线的变化形势进行相应的防范措施；是计算机模拟以及有限元法，在火灾中，通过热辐射、热传导以及热对流方式形成的复杂温度场会使结构受热膨胀，而温度场的非定常性导致难以精确的考虑理论分析，再加上试验费用的昂贵，使得计算机模拟成为当下的一个热点研究。 

　　建筑钢结构的抗震设计，我国的沿海城市处于地震的多发区，地震对建筑物的损坏情况比较常见，因此，钢结构设计需要充分考虑其抗震性能，同时，对于地震多发区和地震少发区，抗震的设计应该进行相应的调整：选择有利于抗震的场地，不同的地质条件在同一区域的抗震能力不同，因此，对于地震高发区，应该适当地选择抗震性能相对强的地点；其次 结构的总体布置要合理。在抗震设计中，要求设计的钢结构建筑力求形状规则和结构对称，以免造成质量中心和刚度中心的严重偏离；在楼层平面内，抗震结构的刚度和承载能力应均匀分布，并且持续、均匀地沿结构坚向；最后，抗震结构体系的合理选择。抗震设计工作之初，设计人员应该对以往的地震情况进行数据的分析和汇总，根据常见地震发生形式，合理的选择抗震结构体系。 

　　我国建筑物不仅数量多，而且建筑的结构也多种多样，对于建筑结构设计来讲，是一个既系统又全面的工作，需要建筑企业的设计人员严格、认真按照要求去设计。作为一名专业设计人员，要认真对待每一个设计环节，设计出结构合理、安全可靠、经济适用的设计产品。文本通过对钢结构整体结构体系的设计进行初步的探讨，不断总结经验教训与发挥创新精神，为以后的工作积累经验。 

　　参考文献： 

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　　[2] 关广军，汝明.钢结构设计简单步骤和设计思路[J].今日科苑，2009，（08）. 

　　[3] 吴炳 傅承诚，高层建筑结构抗震设计的讨论[j]科技与生活，2012.（09）：123-124. 

　　[4]尹广东.浅谈多层民用钢结构建筑结构设计[J].中国新技术新产品，2013