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    鋼結構工程設計中的問題分析

    2019-04-10瀏覽:
      自工業革命和信息革命以來,現代科學的空間思維也融人到鋼結構建筑里面,從根本上改變了人們對以前建筑的認識和創造方式,以鋼結構為主的新產業新技術新工藝也逐漸增多。本文主要闡述鋼結構工程設計中的問題及鋼結構建筑的設計,供大家參考。
      鋼結構工程設計院
      鋼結構建筑其實很早就出現在了歷史上,舉世聞名的法國埃菲爾鐵塔就是采用鋼結構建造而成的。只是在當時的情況下,鋼鐵產量尚不高,鋼鐵冶煉技術也不是很成熟,不能應用普及到眾多的日常建筑里面。所以在其初期,鋼結構的應用多是以建筑零件諸如部分配件,部件,連接件等,早在十九世紀初期人們就已經開始使用熟鐵建造房屋和橋梁,其發展歷史更比鋼筋混凝土悠久,一直到二十世紀六十年代鋼結構建筑理論飛速發展與創新,才產生了現代鋼結構工藝的建筑。
      
      1、鋼結構工程設計問題分析
      
      1.1、設計方法方面
      
      我國鋼結構建筑的設計步驟主要是:依據彈性方法計算鋼結構各構件內力;依據彈塑性方法驗算鋼結構構件的極限承載力。由于鋼結構達到極限狀態時,就會進入彈塑性變形階段,會造成結構內力的重分布,按現在的方法設計,不能保證構件承載力可靠度的一致性。
      
      1.2、鋼結構體系方面
      
      鋼結構工程低于6層的,可采用框架一支撐或框架體系,高于6層的采用框架一砼剪力墻或框架支撐體系;框架柱有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土柱。在6層以下鋼結構工程中,組合柱要比H型鋼柱型要省鋼;鋼支撐比剪力墻的延性高,在地震等級高時延性高的地震力小,延性差的地震力大,從抗高等級地震的性能來說,鋼支撐比砼剪力墻好;鋼框架一混凝土剪力墻體系屬混合結構,抗震性方面目前研究還不夠,選用時應慎重:
      鋼結構工程設計圖紙
      1.3、鋼結構樓板設計方面
      
      樓板不僅承受豎向荷載并將其傳給框架,還將水平力傳到柱上,因此樓板的強度、承載力和整體性都十分重要。作為鋼結構工程要求,樓板還應考慮隔音要求;目前鋼結構工程上,壓型鋼板組合樓板,現澆樓板等應用較多;震級較高的震區或重要鋼結構,在柱的設計方面,因考慮在柱子的周邊宜設置鋼箍筋,以免高水平力破壞樓板。
      
      1.4、鋼結構抗震設計方面
      
      1.4.1、設計反應譜問題
      
      地震記錄儀構造使得很多大于3秒的強震被削弱,因此計算的反應譜不真實,而建設部人為調整的譜曲線來保證鋼結構安全性的抗震設計,可靠性需進一步驗證
      
      1.4.2、彈塑性地震反應計算問題
      
      目前我國沒有高層鋼結構彈塑性地震反應計算程序,缺乏空間彈塑性地震反應分析軟件。1.4.3、鋼一砼結構高跨設計問題
      
      我國是一個多地震國家,國際上沒有這方面的研究,需要解決抗震設計原則、設計指標和設計方法。
      
      1.5、鋼結構節點和支撐構造方面
      
      1.5.1、節點設計
      
      鋼結構設計中重要的內容是連接節點的設計,應該在結構分析前對節點的形式進行充分思考和確定。必須避免最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外,節點設計還必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序。
      
      1.5.2、焊接
      
      焊縫的尺寸及形式應嚴格遵守規范:選用的焊條應與金屬材質相適應。焊接設計不得任意加大焊縫。焊縫與被連接構件重心應盡量接近。
      
      1.5.3、梁腹板
      
      栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應進行驗算。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。
      
      1.5.4、拼接
      
      柱應通過小懸臂與梁拼接,梁拼接大部分采用翼緣焊接腹板拼接,也可采用全截面螺栓連接。拼接設計時,腹板要考慮彎矩。
      
      1.5.5、厚度
      
      用外加勁肋和內隔板進行梁與鋼管混凝土柱的剛性連接,但鋼管壁板與隔板或環板的厚度應相互匹配。
      
      1.6、鋼結構選型方面
      
      應根據鋼結構不同的特點考慮結構選型。例如,在輕型鋼結構工業廠房中,當有較大懸掛荷載或移動荷載,就采用網架結構。雪壓較大的地區,屋面曲線應有利于積雪的滑落。降雨量大的地區可以與雪壓較大的地區一樣考慮。
      
      1.7、鋼結構抗火設計方面
      
      鋼結構在溫度超過400攝氏度時,強度將降為原來的一半,達到600攝氏度時,將喪失全部強度。高層鋼結構火源較多,很容易失火,因此,高層鋼結構抗火方面的設計尤為重要。設計方面容易出現缺陷的方面:沒考慮溫度變形和應力的影響;沒有考慮高溫狀態下鋼結構內力的重分布;沒有考慮鋼結構構件相互作用的影響;
      
      1.8、設計指標方面
      
      1.8.1、鋼結構高寬比限值問題。
      
      現在我國的規范對地震多發區高層鋼結構的高度比為:鋼一砼結構為5,純的鋼結構為6?,F行規范的高寬比限制主要根據低于150m的高層砼結構提出的,能否適用于超高層的鋼結構,還需要深入研究。
      
      1.8.2、鋼結構層間變形限制問題。
      
      現在我國很多鋼結構實際計算層間很難滿足規范的要求,因此,目前鋼結構設計標準的層間變形是不是合理,需要更進一步的解決。另外,很多高層鋼一砼混合結構的層間變形也亟待解決。
      
      2、鋼結構建筑的設計
      
      鋼結構建筑的設計是鋼結構成功地運用實例。為保證鋼結構建筑合理有效的產生,良好精確的設計是至關重要的?,F代鋼結構設計最為關鍵的兩大步驟是正確選擇結構方案和正確計算結構的截面高度。
      
      2.1、鋼結構預算的設計
      
      鋼結構的設計需要十分準確的計算估計。以國家大劇院為例,國家大劇院由法國建筑師保羅?安德魯主持設計,設計方為法國巴黎機場公司。國家大劇院建筑屋面呈半橢圓形,其結構:‘212m×143m,跨度>100m,結構方案選屋蓋空間結構網殼。但在上機前,結構師把結構的截面高度選得太大,用鋼量高達292kg/m2。根據1963年美國教授史密斯(SminlM.C)對166個已建大跨度屋蓋進行的回歸分析,這種跨度的網殼結構用鋼量不超過80kg/m2。故而在采取建設的時候,需對其精確核實才能避免錯誤產生。   2.2、鋼結構建筑整體與局部精細設計
      鋼結構工程施工圖紙
      建筑的設計不僅僅在于外觀上的美感,還在于建筑間的互相協調能力。鋼結構建筑也是建筑的一種,它在具有鋼結構建筑特殊性的同時也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結構特個性設計的同時,也必須滿足一般建筑的共性。由于鋼結構的特殊性,通常在建造鋼結構建筑的時候,會導致部分細節部位出現偏差或者裸露在外。因而在設計鋼結構建筑的時候,為力求建筑形象和建筑功能的完美結合的同時,設計復雜化和工程精細化也更加嚴苛。
      
      2.3、鋼結構的穩定設計
      
      鋼結構建筑的穩定性是鋼結構建筑設計的重難點,盡管針對設計而言他并不是需要考慮的前置條件,但是卻是日后維護的重中之重,故而在建筑設計時,對其穩定性的設計也是著重的對象。鋼結構建筑的失穩分為整體失穩和局部失穩。整體失穩是通過對整體框架構建的穩定作為探討的,在計算時可以通過長細比穩定系數帶人進行驗證;而局部失穩則是框架構建內部的某一部零件產生的,他間接影響著整體穩定性。因此鋼結構建筑的整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求來予以設計。
      
      2.4、鋼結構穩定性設計需注意的問題:
      
      2.4.1、目前的鋼結構建筑多用于跨度較大的建筑結構,整體穩定和局部穩定維持一個相對的狀態,桿件牽涉整體設計時,需從整體穩定人手。
      
      2.4.2、對于日常其他設計,除須考慮結構的整體性,還需要考慮其他的設計點。因為目前的設計分析穩定性的時候,多采用經驗數據引用的某一個范圍區間作為其結構參數、負荷的計算點。而在實際操作過程中,由于結構參數的不穩定性,造成結構具有相對誤差性。
      
      2.4.3、考慮建筑的穩定新的時候,還需考慮鋼結構材料的彈性、贏利疊加等多方面因素。通常建筑使用的混凝土的計算公式在此時將不能運用。因為對于鋼結構材料而言,其應力疊加應滿足這兩個條件即材料服從虎克定律應變成正比和結構的變形很小。
      
      隨著國內經濟突飛猛進地發展,鋼結構在建筑業被越來越廣泛的重視和應用,鋼結構工程在我國將得到前所未有的發展。作為鋼結構工程設計人員,面對鋼結構建筑的大量涌現,應與時俱進,加強學習有關鋼結構工程的專業知識與管理內容,特別對鋼結構工程設計方面的一些問題應認真細致的分析,不出現絲毫紕漏,從而確保我國高層鋼結構工程的經濟性和安全性。

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