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结构选型与结构布置

　　在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精i确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、***机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。还有要注意钢材的切口，优质的钢材切口是平滑整齐的，而劣质的钢材就会有缺口。（无论结构软件如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过硬的素质。）

钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。

　　结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在***烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src柱，核心为支撑框架的结构体系。钢筋连接套筒的技术特点：节材、节能，不受钢筋成份及种类的限制。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。）

　　结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以***直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。 否则应考虑结构的扭转。3、钢结构构件制造简单，减少了工作量，缩短了施工的时刻，符合产业化的请求。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。

　　框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。

钢结构节点设计

　　连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是,***终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。

　　连接的不同对结构影响甚大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。

　　连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏安全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。

　　具体设计主要包括以下内容:

　　1、焊接: 对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。 焊条的选用应和被连接 金属材质适应。e43对应q235,e50对应q345。 q235与q345连接时,应该选择低强度的e43,而不是e50。

　　焊接设计中不得任意加大焊缝。 焊缝的***应尽量与被连接构件***接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

　　2、栓接:

　　铆接形式,在建筑工程中，现已很少采用。

　　普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用。

　　高强螺栓,使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓***i小规格m12。常用m16～m30。 超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。

　　自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。 国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接。

　　3、连接板: 可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm。 然后验算净截面抗剪等。

　　4、梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

　　5、节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场***与临时固定。

　　6、节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。 比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

高强螺栓施工

（1）钢构件的连接接头，应经检查合格后方可紧固。

（2）安装使用的临时螺栓和冲钉，在每个节点上穿入的数量，应根据安装过程所承受的荷载计算确定。

（3）本工程采用的高强度螺栓为摩擦型大六角头，它依靠扭紧螺母（经垫圈）给螺栓施加预拉力，借垫圈使杆件接触面产生摩擦力而传递外力，接触面间摩擦力大小取决于预拉力和接触面间的摩擦系数。

（5）钢构件拼装前，应清除飞边、毛刺、焊接飞溅物。摩擦面应保持干燥、整洁、不行在雨中作业。

（6）高强度螺栓连接的板叠接触面应平整。

（7）高强度螺栓连接副应按批号分别存放、混用，并应轻装、轻卸，防止受潮、生锈、沾污和碰伤。

（8）施工前，高强度大六角头螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数，其平均值和标准偏差应符合***现行标准《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》的规定；扭剪型高强度螺栓连接副应按出厂批号复验预拉力，其平均和变异系数应符合***现行标准，

《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》的规定。

（9）安装高强度螺栓时，螺栓应自由穿放孔内，不得强行敲打，并不得气割扩孔。穿入方向宜一致并便于操作。高强螺栓不得作为临时安装螺栓。

（10）高强度螺栓的安装应按一定顺序施拧，同一连接面上的螺栓应由接缝中部向两端进行紧固，工字形构件顺序是上翼缘→下翼缘→腹板。当天安装的高强度螺栓应于当天终拧完毕，外露丝扣不少于2扣。

（11）高强度螺栓的拧紧，应分初拧和终拧。对于大型节点就分初拧、复拧和终拧。复拧扭矩应等于初拧扭矩。

（12）扭剪型高强度螺栓的初拧扭矩宜按下列公式计算；终拧应采用专用扳手将尾部梅花头拧掉。