土木工程网-工程师的家园
建筑结构设计及钢结构设计的重要性
RSS 打印 复制链接 发布时间:2019-05-30 11:35:35

【摘要】随着城市化进程的逐渐加快,建筑行业快速发展,结构设计成为项目管理的关键。其中钢结构设计的专业水平会直接影响建筑主体结构的稳定性。进而影响整个建筑的质量。当前,钢结构在建筑行业的应用非常广泛,这是由于它强度高、制作相对简单、工期短等优势,但由于钢结构设计的过程中仍有很多不足,需要不断的改进、完善钢结构设计。本文从钢结构设计的重要性着手,分析了目前钢结构设计策略,以期能够为钢结构设计的优化提供一些参考与借鉴。

【关键词】建筑结构设计;钢结构设计;策略

1引言

钢结构拥有着砖混结构和混凝土结构在建筑上的应用优势,这主要和上文所描述的它独特的特征决定的。钢结构的较轻的自重,良好的延性使得建筑物拥有着良好的抗震性,这是因为地震力效应在建筑质量较小的情况下会变得相应小一些,地震效应还会因为延性的良好性一定程度上收到缓冲。除此之外,在传统的建造中想要建造较大开间就需要较为大跨度和复杂的结构,而如今有了轻质高强的钢结构,在创造开放式住宅的时候就更为方便了。

2建筑结构设计中钢结构设计的重要性

建筑行业中,钢结构指的是通过对钢板进行焊接、热轧、冷弯等加工使钢板形成需要的钢型。钢结构可以分为轻钢、重钢两种类型,轻钢自重与占用的面积都比较小,广泛应用于跨度小的建筑项目中;重钢的自重比轻钢肯定要重,但与钢筋混凝土比,优势还是很明显的,广泛应用于跨度较大的建筑物中[1]。建筑结构设计的重要组成之一就是钢结构设计。钢结构设计包括将设计规划:钢结构设计蓝图变成实体:钢结构产品的整个演变过程。钢结构设计一方面影响着建筑物的整体质量,进而影响建筑业的发展;另一方面钢结构设计还影响着现代钢结构制造业的发展,所以钢结构设计至关重要。

3建筑钢结构设计策略

设计人员应该在开着工作之前,要求项目主办方的负责人上传响应的质量证书,通过向承包单位提供的钢结构施工设计的职业工作资质证明,来保证工作开展的规范性。此外,设计人员在设计时选择材料上,要加强安全可靠、满足使用、经济可靠的原则意识。在设计过程中,在考虑荷载性质、应力状态、连接方法及工作环境的因素下,进行大胆发挥。对于材料不可避免的缺陷,要尽可能放大其优点,去减少其缺陷,如对于强度低的初弯曲较大的杆件,应尽量避免长细比过长,提高施工精度等。对于材料的缺陷,如焊接的影响,焊接的残余应力会降低结构的刚度且对疲劳强度有不利的影响,在设计时要合理布置焊接的位置,设计适当的焊缝尺寸,焊缝不宜过分集中,应尽量避免三向焊接相交,还应考虑钢板的分层问题[2]。设计时,根据实际项目的特点和要求,要考虑合理的方案,应具有相应的可行性和安全性,避免给施工人员造成不必要的麻烦,如标注要清晰,都要符合相应的基本设计规范。

4实例分析建筑钢结构设计方法

某工业园厂房钢结构工程为热处理车间、机加工车间2个单体,长382m,宽153m,总建筑面积约6万m2。热处理车间为单脊单坡,跨度29.5m+28.5m,边柱柱顶高11.8m,柱距以7m为主,长138m,宽58m。机加工车间为双脊四坡,跨度12m+6×21m=138m,边柱柱顶高8.2m,柱距以7.5m为主,长304.5m,宽138m。屋面采用双层彩板+保温棉;墙体为双层彩板+保温棉。屋面檩条采用Z型连续型式,墙面檩条采用C型型式,结构如图1所示。

4.1厂房结构布置是结构计算方法
根据该工程特点,经过多种结构体系比较、计算、分析,得出结论如下:①热处理车间采用门式刚架体系,边柱柱脚采用刚接,中柱柱脚采用铰接。屋面支撑采用4道横向支撑,保证结构的空间整体作用;边柱采用4道交叉支撑,中柱采用4道门式支撑,保证厂房的纵向刚度。②机加工车间采用横向门式刚架+纵向刚架体系,纵横柱脚均采用铰接,横向刚架中柱上端除M轴为刚接外,其余均采用铰接。32、32a轴线处设有伸缩缝,满足规范对纵向温度区段的要求。屋面支撑采用9道横向支撑,4道纵向支撑,保证结构的空间整体作用。③由于该工程采用压型钢板等轻型材料,故门刚的屋面柔性很大而刚性很差,不具有刚性屋面的性质。该工程工艺不允许在纵向设置柱间支撑,其纵向按平面框架设计。④刚架间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关,经过计算发现,随着柱距的增大,刚架的用钢量是逐渐下降的,但当柱距增大到一定数值后,刚架用钢量随着柱距增大而下降的幅度趋于平缓,而其他构件如檩条、墙梁的用钢量却逐步上升[3]。该工程跨度为21~29.5m,采用7~7.5m柱距较为合理。

4.2钢结构节点设计
机加工车间由于考虑横向门式钢架摇摆柱不宜多于3个,故M轴中柱上端与钢梁考虑为刚接节点,钢柱截面形式考虑为十字柱。该十字柱不仅要验算强度和稳定性要求,还要满足焊接工艺的要求。因为十字柱制作是由工字形+2个T字形截面组成,T形截面需要手工焊接,若手工焊接的操作空间过小,则影响焊接质量。在设计过程中,通过与车间员工充分沟通后,最终确定十字柱的截面为十450×320。为了满足考虑厂房的工艺要求,提高厂房的使用空间,横向门式刚架与纵向刚架连接节点采用平接,而非横向门式刚架架在纵向刚架上。在计算纵向刚架时,托梁拼接位置影响计算结果,经过比较发现,计算模型中不能考虑拼接节点,否则计算结果中平面外稳定应力不准确。在施工图时,再根据安装方向,运输设备进行托梁拼接位置的设计。

4.3柱间支撑设计
柱间支撑所在跨的基础之间应设钢筋混凝土压梁,以加强基础刚度,抵抗水平地震作用。为了提高厂房纵向刚度,经计算:边柱均采用十字交叉角钢支撑,热处理车间中柱采用门式角钢支撑;机加工车间中柱采用纵向刚架传递厂房纵向力,并对边柱柱间支撑加强。

4.4梁柱连接节点
门式刚架斜梁与柱的连接,可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时,将端板横放可减少节点的设计剪力,同时充分利用柱的压力对节点受力的有力作用。如果节点弯矩很大,可采用端板斜放形式,加长抗弯连接的力臂,有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况,端板外伸式节点受力合理,承载力高于平齐式节点,因此应尽量采取外伸式端板连接,同时应在结点板外伸部分设置加劲肋,使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀,接近一致,提高节点的抗剪能力,有效减少节点板的变形。

5结束语

随着钢结构的不断发展,结构工程师对于钢结构设计方面的经验也逐渐丰富,但在当今复杂项目设计过程中,需要对规范条文有更充分的理解,切不可盲目追求结构设计的经济性,牺牲结构最基本的稳定性要求。对结构进行屈曲分析,已成为结构稳定性计算中一项非常重要的内容。钢结构既有“强大的”一面,也有“脆弱的”一面,只有保证了结构自身的稳定性,才能尽可能避免因失稳引起的重大工程事故。

参考文献
[1]王红涛,徐珂,田立强.某体育场罩棚钢结构设计[J].钢结构,2012,27(6):32~36.
[2]张良兰.无锡大剧院屋顶钢结构设计[J].建筑钢结构进展,2014,16(5):44~51.
[3]王承丽,马芳.浅谈钢结构设计中的几个问题[J].山西建筑,2011,37(11):47~48.

更多
  • 相关新闻
  • 热点推荐
  • 我来说两句 ()
用户名: 验证码: 验证码
  • 结构热门下载
  • 本月推荐论文
关于我们 - 免责声明 - 广告合作 - 支付方式 - 联系方式 - 申请链接 - 网站帮助 - 网站地图 - 土木工程网手机版
Copyright © 2007 - 2012 www.mixianpeifang.com All Rights Reserved. 土木工程网 版权所有 赣ICP备08000460号 赣公网安备 36070202000220号
客户服务 MSN: civilcn#163.com E-mail: 手机:15979848699