一級結構師專業(yè)輔導:鋼結構設計簡單步驟和設計思路(2)

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當前的結構軟件,都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步,一些軟件可以將驗算時不通過的構件,從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動重新分析驗算,直至通過,如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設計功能之一。
    它減少了結構師的很多工作量。但是,初學鋼至少應注意兩點:
    1、軟件在做構件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以,尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構件,結構師應該逐個檢查。
    2、當上面第
    (三)條中預估的截面不滿足時,加大截面應該分兩種情況區(qū)別對待。
    (1) 強度不滿足,通常加大組成截面的板件厚度,其中,抗彎不滿足加大翼緣厚度,抗剪不滿足加大腹板厚度。
    (2) 變形超限,通常不應加大板件厚度,而應考慮加大截面的高度,否則,會很不經濟。
    使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設計功能,很難考慮上述強度與剛度的區(qū)分,實際上,常常并不合適。
    (七)節(jié)點設計
    連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前,就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致,這必須避免。 按傳力特性不同,節(jié)點分剛接,鉸接和半剛接。 初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式。
    連接的不同對結構影響甚大。比如,有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題,但會產生較大轉動, 不符合結構分析中的假定。 會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。
    連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法, 初學者可偏安全選用前者。設計手冊[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用,比較方便。 也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成。
    具體設計主要包括以下內容:
    1、焊接: 對焊接焊縫的尺寸及形式等,規(guī)范有強制規(guī)定,應嚴格遵守。 焊條的選用應和被連接金屬材質適應。e43對應q235,e50對應q345. q235與q345連接時,應該選擇低強度的e43,而不是e50.
    焊接設計中不得任意加大焊縫。 焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近。其他詳細內容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定。
    2、栓接:
    鉚接形式,在建筑工程中,現(xiàn)已很少采用。
    普通螺栓抗剪性能差, 可在次要結構部位使用。
    高強螺栓,使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個強度等級。根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型。兩者計算方法不同。高強螺栓最小規(guī)格m12. 常用m16~m30. 超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定,設計中應慎重使用。
    自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。 國外在低層墻板式住宅中,也常用于主結構的連接。
    3、連接板: 可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm. 然后驗算凈截面抗剪等。
    4、梁腹板: 應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。
    5、節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外,還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。
    6、節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平。 比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成。
    (八)圖紙編制
    鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段,設計圖為設計單位提供,施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據(jù)設計圖編制,有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾,有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。
    1、設計圖: 是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。 深度及內容應完整但不冗余。 在設計圖中,對于設計依據(jù)、荷載資料(包括地震作用)、技術數(shù)據(jù)、材料選用及材質要求、設計要求(包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸?shù)龋?、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚,以利于施工詳圖的順利編制,并能正確體現(xiàn)設計的意圖。主要材料應列表表示。
    2、施工詳圖:又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達,并應附有詳盡的材料表。
    設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制,目前比較混亂,各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優(yōu)秀設計并參考相關的工具書[3],并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。