一、鋼結構適用范圍及選型

 1、鋼結構適用的范圍

鋼結構通常用于高層、大跨度、荷載或吊車起重量大，有較大振動、工業廠房、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說，超高層建筑、大橋、電視塔、和臨時建筑等。

 2、鋼結構的選型

 在輕型鋼結構設計的整個過程中，都應該被強調的是"概念設計"，它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。同時，它也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。

 鋼結構通常有框架、平面（木行）架、網架（殼）、索膜、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實用的設計方法，比如網殼的穩定等。

 結構選型時，應考慮它們不同的特點。在鋼工業廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網架。基本雪壓大的地區，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線50度內需考慮雪載），如采用三心圓網殼。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的經濟性。高層鋼結構設計中，常采用鋼混凝土組合結構，在地震烈度高或很不規則的高層中，不應單純為了經濟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構體系。我國半數以上的此類高層為前者，對抗震不利。

 結構的布置要根據體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻。力學模型清晰。盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎。柱間抗側支撐的分布應均勻。其形心要盡量靠近側向力（風震）的作用線。否則應考慮結構的扭轉。結構的抗側應有多道防線。

 框架結構的樓層平面次梁的布置，有時可以調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，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時會吃不消，此時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。

 3、鋼結構構件的截面選取

 結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。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。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。

 除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，鋼結構結構設計工程師應該根據構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。

 二、鋼結構設計簡單步驟和設計思路

 1、設計計算的手段

 目前建筑鋼結構設計中，結構分析通常為線彈性分析。

 新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結構提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件：典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形。簡單結構通過手算進行分析。復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。

 2、計算結果的判定

 要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做"工程判定"。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據"工程判定"選擇修改模型重新分析，還是修正計算結果。

 不同的軟件會有不同的適用條件。此外，工程設計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離，為了獲得實用的設計方法，有時會用誤差較大的假定，但對這種誤差，會通過"適用條件、概念及構造"的方式來保證結構的安全。鋼結構設計方案中，"適用條件、概念及構造"是比定量計算更重要的內容。

 工程師們不應該過于信任與依賴結構軟件。注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法。

 3、判斷結構是否適合用鋼結構

 鋼結構通常用于高層建筑、大跨度、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：超高層公共建筑、大跨度的公共建筑、橋梁、倉棚、工業廠房和臨時建筑等，這和鋼結構自身的特點相一致的。

 4、結構選型與結構布置

 在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計"，它在結構選型與布置階段尤其重要。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

 鋼結構通常有框架、平面（木行）架、網架（殼）、索膜、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實用的設計方法，比如網殼的穩定等。

 框架結構的樓層平面次梁的布置，有時可以調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，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時會吃不消，此時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。

 5、節點設計

 連接節點的設計是設計鋼結構中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定。常常出現的一種情況是，最終設計的節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，節點分剛接，鉸接和半剛接。

 連接的不同對結構影響甚大。比如，有的剛接節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于計算數據等的不利結果。連接節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。鋼結構設計手冊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。

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