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建筑結構設計及鋼結構設計的重要性

發布時間:2019-06-06 15:31作者:王會晶閱讀:

摘要:1.引言 鋼結構擁有著磚混結構和混凝土結構在建筑上的應用優勢,這主要和上文所描述的它獨特的特征決定的。 鋼結構 的較輕的自重,良好的延性使得建筑物擁有著良好的抗震性,這
  1.引言
 
  鋼結構擁有著磚混結構和混凝土結構在建筑上的應用優勢,這主要和上文所描述的它獨特的特征決定的。鋼結構的較輕的自重,良好的延性使得建筑物擁有著良好的抗震性,這是因為地震力效應在建筑質量較小的情況下會變得相應小一些,地震效應還會因為延性的良好性一定程度上收到緩沖。除此之外,在傳統的建造中想要建造較大開間就需要較為大跨度和復雜的結構,而如今有了輕質高強的鋼結構,在創造開放式住宅的時候就更為方便了。
 
  2.建筑結構設計中鋼結構設計的重要性
 
  建筑行業中,鋼結構指的是通過對鋼板進行焊接、熱軋、冷彎等加工使鋼板形成需要的鋼型。鋼結構可以分為輕鋼、重鋼兩種類型,輕鋼自重與占用的面積都比較小,廣泛應用于跨度小的建筑項目中;重鋼的自重比輕鋼肯定要重,但與鋼筋混凝土比,優勢還是很明顯的,廣泛應用于跨度較大的建筑物中[1]。建筑結構設計的重要組成之一就是鋼結構設計。鋼結構設計包括將設計規劃:鋼結構設計藍圖變成實體:鋼結構產品的整個演變過程。鋼結構設計一方面影響著建筑物的整體質量,進而影響建筑業的發展;另一方面鋼結構設計還影響著現代鋼結構制造業的發展,所以鋼結構設計至關重要。
 
  3.建筑鋼結構設計策略
 
  設計人員應該在開著工作之前,要求項目主辦方的負責人上傳響應的質量證書,通過向承包單位提供的鋼結構施工設計的職業工作資質證明,來保證工作開展的規范性。此外,設計人員在設計時選擇材料上,要加強安全可靠、滿足使用、經濟可靠的原則意識。在設計過程中,在考慮荷載性質、應力狀態、連接方法及工作環境的因素下,進行大膽發揮。對于材料不可避免的缺陷,要盡可能放大其優點,去減少其缺陷,如對于強度低的初彎曲較大的桿件,應盡量避免長細比過長,提高施工精度等。對于材料的缺陷,如焊接的影響,焊接的殘余應力會降低結構的剛度且對疲勞強度有不利的影響,在設計時要合理布置焊接的位置,設計適當的焊縫尺寸,焊縫不宜過分集中,應盡量避免三向焊接相交,還應考慮鋼板的分層問題[2]。設計時,根據實際項目的特點和要求,要考慮合理的方案,應具有相應的可行性和安全性,避免給施工人員造成不必要的麻煩,如標注要清晰,都要符合相應的基本設計規范。
 
  4.實例分析建筑鋼結構設計方法
 
  某工業園廠房鋼結構工程為熱處理車間、機加工車間2個單體,長382m,寬153m,總建筑面積約6萬m2。熱處理車間為單脊單坡,跨度29.5m+28.5m,邊柱柱頂高11.8m,柱距以7m為主,長138m,寬58m。機加工車間為雙脊四坡,跨度12m+6×21m=138m,邊柱柱頂高8.2m,柱距以7.5m為主,長304.5m,寬138m。屋面采用雙層彩板+保溫棉;墻體為雙層彩板+保溫棉。屋面檁條采用Z型連續型式,墻面檁條采用C型型式,結構如圖1所示。
 
  4.1廠房結構布置是結構計算方法
 
  根據該工程特點,經過多種結構體系比較、計算、分析,得出結論如下:①熱處理車間采用門式剛架體系,邊柱柱腳采用剛接,中柱柱腳采用鉸接。屋面支撐采用4道橫向支撐,保證結構的空間整體作用;邊柱采用4道交叉支撐,中柱采用4道門式支撐,保證廠房的縱向剛度。②機加工車間采用橫向門式剛架+縱向剛架體系,縱橫柱腳均采用鉸接,橫向剛架中柱上端除M軸為剛接外,其余均采用鉸接。32、32a軸線處設有伸縮縫,滿足規范對縱向溫度區段的要求。屋面支撐采用9道橫向支撐,4道縱向支撐,保證結構的空間整體作用。③由于該工程采用壓型鋼板等輕型材料,故門剛的屋面柔性很大而剛性很差,不具有剛性屋面的性質。該工程工藝不允許在縱向設置柱間支撐,其縱向按平面框架設計。④剛架間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關,經過計算發現,隨著柱距的增大,剛架的用鋼量是逐漸下降的,但當柱距增大到一定數值后,剛架用鋼量隨著柱距增大而下降的幅度趨于平緩,而其他構件如檁條、墻梁的用鋼量卻逐步上升[3]。該工程跨度為21~29.5m,采用7~7.5m柱距較為合理。
 
  4.2鋼結構節點設計
 
  機加工車間由于考慮橫向門式鋼架搖擺柱不宜多于3個,故M軸中柱上端與鋼梁考慮為剛接節點,鋼柱截面形式考慮為十字柱。該十字柱不僅要驗算強度和穩定性要求,還要滿足焊接工藝的要求。因為十字柱制作是由工字形+2個T字形截面組成,T形截面需要手工焊接,若手工焊接的操作空間過小,則影響焊接質量。在設計過程中,通過與車間員工充分溝通后,最終確定十字柱的截面為十450×320。為了滿足考慮廠房的工藝要求,提高廠房的使用空間,橫向門式剛架與縱向剛架連接節點采用平接,而非橫向門式剛架架在縱向剛架上。在計算縱向剛架時,托梁拼接位置影響計算結果,經過比較發現,計算模型中不能考慮拼接節點,否則計算結果中平面外穩定應力不準確。在施工圖時,再根據安裝方向,運輸設備進行托梁拼接位置的設計。
 
  4.3柱間支撐設計
 
  柱間支撐所在跨的基礎之間應設鋼筋混凝土壓梁,以加強基礎剛度,抵抗水平地震作用。為了提高廠房縱向剛度,經計算:邊柱均采用十字交叉角鋼支撐,熱處理車間中柱采用門式角鋼支撐;機加工車間中柱采用縱向剛架傳遞廠房縱向力,并對邊柱柱間支撐加強。
 
  4.4梁柱連接節點
 
  門式剛架斜梁與柱的連接,可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。端板豎放適用于局部等截面柱。當豎向荷載起控制作用時,將端板橫放可減少節點的設計剪力,同時充分利用柱的壓力對節點受力的有力作用。如果節點彎矩很大,可采用端板斜放形式,加長抗彎連接的力臂,有利于布置螺栓。端板拼接連接形式有外伸式和平齊式兩種情況,端板外伸式節點受力合理,承載力高于平齊式節點,因此應盡量采取外伸式端板連接,同時應在結點板外伸部分設置加勁肋,使靠近受拉翼緣兩側的螺栓受力均勻,接近一致,提高節點的抗剪能力,有效減少節點板的變形。
 
  5.結束語
 
  隨著鋼結構的不斷發展,結構工程師對于鋼結構設計方面的經驗也逐漸豐富,但在當今復雜項目設計過程中,需要對規范條文有更充分的理解,切不可盲目追求結構設計的經濟性,犧牲結構最基本的穩定性要求。對結構進行屈曲分析,已成為結構穩定性計算中一項非常重要的內容。鋼結構既有“強大的”一面,也有“脆弱的”一面,只有保證了結構自身的穩定性,才能盡可能避免因失穩引起的重大工程事故。
 
  參考文獻
 
  [1]王紅濤,徐珂,田立強.某體育場罩棚鋼結構設計[J].鋼結構,2012,27(6):32~36.
 
  [2]張良蘭.無錫大劇院屋頂鋼結構設計[J].建筑鋼結構進展,2014,16(5):44~51.
 
  [3]王承麗,馬芳.淺談鋼結構設計中的幾個問題[J].山西建筑,2011,37(11):47~48.
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