一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師考試輔導(dǎo):輕型鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(1)

　　一、輕型鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　1.Pre-engineered metal building system是建筑行業(yè)內(nèi)一個(gè)高度發(fā)達(dá)的部門，是從二次世界大戰(zhàn)時(shí)起源的，很多細(xì)節(jié)已經(jīng)研發(fā)得完美無缺，多一點(diǎn)嫌多，少一點(diǎn)嫌少。不過引進(jìn)相關(guān)技術(shù)并本地化，轉(zhuǎn)為簡(jiǎn)體中文版本的時(shí)候，特別要小心，不要變了味；

　　2.鋼結(jié)構(gòu)過重的原因往往是由于以往工程經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致（象故宮的金鑾殿的大柱一樣，采用的是經(jīng)驗(yàn)斷面），雖然通用結(jié)構(gòu)分析軟件會(huì)給你一個(gè)0.000幾的UNITY CHECK RATIO，但是由于CAD軟件及制造工藝的限制，你會(huì)無從下手改善；

　　3.輕鋼結(jié)構(gòu)這個(gè)描述雖然中國(guó)大陸幾十年來較為通用，但仍然是不確切不科學(xué)的，建議淘汰。改為低層鋼結(jié)構(gòu)，高層鋼結(jié)構(gòu)似更為妥當(dāng)；

　　4.實(shí)際上，采用目前的主流技術(shù)后，低層鋼結(jié)構(gòu)，住宅鋼結(jié)構(gòu)，多層鋼結(jié)構(gòu)，高層鋼結(jié)構(gòu)，超高層鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)電廠，鋼結(jié)構(gòu)橋梁，鋼結(jié)構(gòu)鐵塔，鋼結(jié)構(gòu)海洋鉆井平臺(tái)，……經(jīng)過優(yōu)化都會(huì)比教科書上寫的較為詳細(xì)；

　　5.目前簡(jiǎn)體中文版本的鋼結(jié)構(gòu)教科書老化比較嚴(yán)重，建議響應(yīng)朱榮基的號(hào)召，在高等院校廣泛采用英文版本教科書；

　　6.學(xué)習(xí)的時(shí)候請(qǐng)注意如下幾點(diǎn)：

　　1盡量采用變截面剛架（帶隅撐），剛架連結(jié)采用端板，截面高度經(jīng)過適當(dāng)優(yōu)化，盡量多考慮制造運(yùn)輸安裝的便利性；

　　2盡量采用兩端鉸接的搖擺柱，中柱太高時(shí)改為方管；

　　3柱底盡量鉸接；

　　4支撐盡量采用Tension Only Rod；

　　5檁條盡量采用Z型，連續(xù)跨，必要時(shí)支座處尚可加強(qiáng)（多伸出來一點(diǎn)就可以了）；

　　6檁條盡量標(biāo)準(zhǔn)化；

　　7收邊泛水盡量標(biāo)準(zhǔn)化；

　　8建筑柱網(wǎng)要考慮模數(shù)化，控制線位于次結(jié)構(gòu)外沿；

　　9屋架檁條拉桿目的是為了風(fēng)吸力作用下反彎時(shí)下翼緣失穩(wěn)；

　　10墻架檁條與彩色鋼板協(xié)同作用，一般拉桿是沒有必要的，施工時(shí)需加木方臨時(shí)支撐，端墻檁條必要試可以加小拉條（偏鋼）；

　　11盡量少在墻架上開孔，屋面采光板比墻面窗幅采光效率要高很多很多；

　　12屋面鋼板盡量采用Structural Standing Seam Metal Roof；

　　13屋面密封不要用硅膠；

　　14夾層梁柱穩(wěn)定由主剛架保證；

　　二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路

　　（一）判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)

　　鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。

　?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

　　此處僅簡(jiǎn)單介紹。 詳請(qǐng)參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛，做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師指導(dǎo)下進(jìn)行。

　　在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系間的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。[20]

　　鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面（木行）架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。

　　其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。

　　結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)。在輕鋼工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落（切線50度內(nèi)需考慮雪載 ），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(wǎng)殼?？傃┹d釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型src柱，核心為支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。我國(guó)半數(shù)以上的此類高層為前者。對(duì)抗震不利。[19]

　　結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要?jiǎng)偠染鶆?。力學(xué)模型清晰。盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。 柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力（風(fēng)震）的作用線。 否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。 結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。 比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受1/4的總水平力。

　　框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置，有時(shí)可以調(diào)整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會(huì)使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時(shí)會(huì)吃不消，此時(shí)把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。

　?。ㄈ╊A(yù)估截面

　　結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

　　鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接h型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算，這種方法很受歡迎。 確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。

　　柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估。 通常50<λ<150， 簡(jiǎn)單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或h型鋼截面等。

　　初學(xué)者需注意，對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，規(guī)范中對(duì)截面的構(gòu)造要求有很大的不同。 如鋼結(jié)構(gòu)所特有的組成構(gòu)件的板件的局部穩(wěn)定問題。在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。

　　除此之外，構(gòu)件截面形式的選擇沒有固定的要求，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟(jì)美觀的截面。

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