试论钢结构设计相关程序及思路

沈厚林

摘要：文章针对钢结构设计中：结构选型、结构布置、预估截面、结构分析、工程判定、构件设计、节点设计、图纸编制几方面进行论述，介绍一些自己在钢结构设计中的思路，望对同行业有一定的参考性价值。

关键词：钢结构；设计；程序；思路

Abstract: the article: the design of steel structure is the structure selection, structure arrangement, forecast section, structural analysis, judgement of engineering, component design, node design, drawings, the essay discusses several aspects, introduce some own ideas in the steel structure design, looking for the same industry have a certain reference value.

Key words: steel structure; Design; Program; Train of thought

中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：

一钢结构使用

钢结构通常会在高层、大跨度、体型复杂、荷载大、振动大、高温车间、经常需要进行拆装的结构当中加以使用。

二钢结构选型及布置

钢结构设计当中需要特别指出的是 “概念设计”。钢结构设计在结构选型和布置过程当中是极为重要的一项工作。通常需要一些较难进行准确浅析及在规范当中未有明确规定的问题，依据对钢结构系统及分系统之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验获得的相关设计理念，全面的进行钢结构的布置与细节的处理。科学合理的选用有关概念设计能够在短时间内快速的开展构思进行对比及选择，得出的最终结构方案便于计算，概念清晰、定性准确，同时还能够很好的预防在结构分析过程中出现在计算上的麻烦。与此同时，概念设计是判断计算机内力数据真实性的重要依据。

钢结构有框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。目前，钢结构有关知识理论和相关技术发展的趋于成熟化，但在此其中仍然存在一些问题未得到有效解决，或找出简单适合的结构设计方案。

在进行钢结构选型的过程当中，需要兼顾其不同的特征。譬如，在轻钢工业厂房当中，在高荷载或者移动荷载的状况下，则需要选择使用网架。在基本雪压较大的区域，屋面曲线则有助于积雪滑落，总雪载条件允许的区域当中，框架布置支撑与简单的节点钢结构架更加具备经济功能，然而在一些屋面覆盖跨度较大的建筑物当中，则需要挑选受拉力为主的悬索或者索膜结构体系。

钢结构布置需根据该结构的系统特征、荷载分布情况及结构功能等开展综合性的考虑。一般情况下，要确保刚度的均匀、力学模型的清晰，争取可以对大荷载及移动荷载产生一定的约束作用，促使其能够以最为直接的方式传输至地基基础上，柱间抗侧支撑分布一定要均衡，形心争取接近侧向力(风震)作用线，不然则需要考虑钢结构的扭转程度，结构的抗侧需要设置多道防线。

框架结构楼层平面中次梁的分布设置，有的情况下可将其调整为荷载的传输方向来达到在不同情况下的要求。通常情况下，为缩减载面沿短向布置次梁,但这种情况下会导致主梁截面增加，缩小了楼层的净高，顶层边柱在这一情况的，为此，需要将次梁支撑在主梁上面，以确保主梁跟柱子的完整性能。

三预估截面

在钢结构布置完成之后，则需要对构件截面具体状况进行最初的大概计算，其主要的是对梁柱、支撑中断面外形及尺寸的设定。

钢梁一般会选择槽钢、工字钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载、支座的详细情况，截面高度通常跨度是在1/20~1/50之间进行选择的。翼缘宽度根据梁间侧向支撑间距遵循l/b限值来确定的，这样能够很好的避免钢梁稳定的复杂计算，此种方式在目前得到了广泛的使用。在确定截面高度、翼缘宽度以后，板件厚度则可按照有关规定，对局部的稳定构造来开展预计估算。

柱截面一般是以长细比来开展预计估算的，通常为50<λ<150,简单选择值在100附近，根据轴心受压、双向受弯或着单向受弯的相关状况，来选择钢管或H型钢截面。

需特别指出的是，针对不同类型的钢结构，有关规范当中提出的对截面结构要求会存在一定的差异性，其中，普钢规范与轻钢规范的限值就存在较为明显的差异性。

除此之外，钢结构截面外型的选择没有固定的要求，结构工程师可根据构件的受力情况，来挑选最为适合的结构截面。

四钢结构分析

在目前的钢结构设计工作中，钢结构浅析通常归属于线弹性分析，在客观因素允许的范围之中则需要兼顾P-Δ,p-δ。

新型的限元软件对几何非线性和钢材的弹素性能进行考虑，以此能够更加准确的对钢结构分析，但并不是一切结构都需要运用软件的：

（1）典型结构可以查询力学手册工具来直接获取内力和变形；

（2）简单结构利用手算对其加以分析;

（3）针对复杂钢结构需创建模型运营程序来对钢结构开展结构详细浅析。

五工程判定

需精准的选择钢结构软件，与此同时针对输出的钢结构开展‘工程判定。依据“工程判定”来挑选修改模型对其进行再次分析，修改有关最终计算结果。

工程设计工作中的计算与精准性的力学计算往往会存在一定的差距，为可以获得最为实用的设计方法，有的时候会对其进行差别很大的假设，但这其中存在的差别，会利用 “适用条件、概念、构造”的方法来保证钢结构的安全性。在钢结构设计工作中，‘适用条件、概念、构造比定量计算是非常关键的。

六构件设计

构件设计中，第一要做的是对材料进行挑选，较为常用的是Q235和Q345,一般情况下主结构会选择使用单一的钢种，以方便今后的工程管理。从经济角度出发，可挑选使用强度性不相同的钢材来开展截面的结合，在强度有效掌控下，选择Q345;在稳定掌控的状况下，适用选择Q235。

钢结构构件设计工作中，目前规范所选用的是弹塑性方法来对结构截面开展相关检验及计算的，此种方法与钢结构内力计算弹性方式存在本质性的差异。

当下，通常的结构软件皆会提供截面验算的处理性能，但伴随着有关程序及技术的迅猛发展，一些软件仅仅可以将验算的处理性能未能通过的构件，从预定截面中挑选同时将其增加一个级别，同时对其进行自动化的分析验算，直到通过为止。这就是通常讲到的截面优化设计功能，其能够很好的缩减巨大的工作量。

七节点设计

在钢结构设计当中较为关键的一方面内容是对连接节点的设计。在对钢结构进行浅析之前，需针对节点形式开展科学性全方位的考虑加以确定，往往易有意外情况的发生：最终设计节点与结构分析模型中选择的形式大体上会存在一定的差异性，假设不能够确定此种状况产生的偏差在工程允许误差范围之内的化，就一定要预防。要知道，连接的不同将会对结构造成巨大的影响。

连接节点设计有等强设计、实际受力设计两种方式，在设计手册当中，焊缝、螺栓连接表格是设计人员经常采用的，这样可以选用结构软件加以处理以准时有效的自动完成相关工作。

具体设计内容:(1)焊接。(2)栓接。(3)连接板。(4)梁腹板。(5)节点的设计必须要结合安装螺栓、现场焊接等施工空间和构件吊装次序。除此之外，需要促使工作人员能够进行施工现场定位和临时固定。 (6)节点设计需考虑到制造厂的工艺水平。

八图纸编制

8.1设计图。设计图是提供给制造厂制定详尽施工图的关键性依据。设计图深度和内容一定要保证完整，在钢结构设计图中，需对设计根据、荷载资料、技术相关数据、材料的选择、设计要求等一定要表达清楚，以便于工程施工能够按照施工图顺利开展，同时能够很好的展现有关设计意图。对于结构使用材料则需要进行列表。

8.2施工详图。施工详图又叫做‘加工图‘放样图，施工详图深度一定要达到车间直接制造加工的要求，对于不同的构件单元需要独立进行表达，同时需要加附详细的材料说明表。

结束语：

伴随着我国社会经济的快速发展与经济建设的不断进步，钢结构逐渐受到大范围的运用，开始产生更加新颖独特的结构形式，为此，则需要有关结构设计工作者在钢结构设计工作中对其进行不断的完善，进而推动我国钢结构的不断进步。

参考文献：

[1] 国家标准.《钢结构设计规范》(GB50017-2003).中国计划出版社，2003.

[2] 陈绍蕃.《钢结构设计原理》.科学出版社.200O.

[3] 汪一骏.《钢结构设计手册》第三版.中国建筑工业出版社.2004.

[4] 柴昶，宋曼华.《钢结构设计与计算》第2版.机械工业出版社.2006.