一、構件設計
構件設計首先是材料的選擇. 比較常用的是Q235和Q345. 當強度起控制作用時(shí),可選擇Q345; 穩定控制時(shí),宜使用Q235.通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理. 經(jīng)濟考慮,也可以選擇不同強度鋼材的焊接組合截面(翼緣Q345,腹板Q235). 另外,焊接結構宜選擇Q235B或Q345B。
目前的 鋼結構設計軟件,都提供截面驗算的后處理功能。部分軟件可以將不通過(guò)的構件,從給定的截面庫里選擇加大一級自動(dòng)重新驗算,直至通過(guò),如sap2000等。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設計功能之一,它減少了很多工作量。 但是,我們至少應注意兩點(diǎn):
1.軟件在做構件(主要是柱)的截面驗算時(shí),計算長(cháng)度系數的取定有時(shí)會(huì )不符合規范的規定.目前所有的程序都不能完全解決這個(gè)問(wèn)題。所以,尤其對于節點(diǎn)連接情況復雜或變截面的構件,我們應該逐個(gè)檢查.
2.當上面第(三)條中預估的截面不滿(mǎn)足時(shí),加大截面應該分兩種情況區別對待。
(1) 強度不滿(mǎn)足,通常加大組成截面的板件厚度,其中,抗彎不滿(mǎn)足加大翼緣厚度,抗剪不滿(mǎn)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(huì )很不經(jīng)濟。
使用軟件的前述自動(dòng)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分,實(shí)際上,除常用于網(wǎng)架設計外,其他結構形式常常并不合適。
二、節點(diǎn)設計
連接節點(diǎn)的設計是鋼結構設計中重要的內容之一.在結構分析前,就應該對節點(diǎn)的形式有充分思考與確定.有時(shí)出現的一種情況是,最終設計的節點(diǎn)與結構分析模型中使用的形式不完全一致,如果你不能確信這種不一致帶來(lái)的偏差差在工程許可范圍內(5%),就必須避免。 按傳力特性不同,節點(diǎn)分剛接,鉸接和半剛接. 初學(xué)者宜選擇可以簡(jiǎn)單定量分析的前兩者.常用的參考書(shū)[2]有豐富的推薦的節點(diǎn)做法及計算公式.
連接的不同對結構影響甚大.比如,有的剛接節點(diǎn)雖然承受彎矩沒(méi)有問(wèn)題,但會(huì )產(chǎn)生較大轉動(dòng), 不符合結構分析中的假定. 會(huì )導致實(shí)際工程變形大于計算數據等的不利結果.
連接節點(diǎn)有等強設計和實(shí)際受力設計兩種常用的方法, 初學(xué)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(lái)自動(dòng)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,規范有強制規定,應嚴格遵守. 焊條的選用應和被連接金屬材質(zhì)適應.E43對應Q235,E50對應Q345. Q235與Q345連接時(shí),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范關(guān)于焊縫構造方面的規定.
2.栓接:
鉚接形式,在建筑工程中,現已很少采用.
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(gè)強度等級.根據受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同. 高強螺栓最小規格M12. 常用M16~M30. 超大規格的螺栓性能不穩定,應慎重使用。
自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接. 在低層墻板式住宅中也常用于主結構的連接. 難以解決的是自攻過(guò)程中防腐層的破壞問(wèn)題。
3.連接板: 需驗算栓孔削弱處的凈截面抗剪等. 連接板厚度可簡(jiǎn)單取為梁腹板厚度加4mm,則除短梁或有較大集中荷載的梁外,常不需驗算抗剪。
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.節點(diǎn)設計必須考慮安裝螺栓、現場(chǎng)焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場(chǎng)無(wú)法安裝是初學(xué)者長(cháng)犯的錯誤。此外,還應盡可能使工人能方便的進(jìn)行現場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。
6.節點(diǎn)設計還應考慮制造廠(chǎng)的工藝水平. 比如鋼管連接節點(diǎn)的相貫線(xiàn)的切口可能需要數控機床等設備才能完成.
三、圖紙編制
鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段,設計圖由設計單位提供,施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制,有時(shí)也會(huì )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(chǎng)編制施工詳圖的依據. 深度及內容應完整但不冗余. 在設計圖中,對于設計依據、荷載資料(包括地震作用)、技術(shù)數據、材料選用及材質(zhì)要求、設計要求(包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗的等級、涂裝及運輸等)、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節點(diǎn)構造等均應表示清楚,以利于施工詳圖的順利編制,并能正確體現設計的意圖。主要材料應列表表示。
2.施工詳圖:又稱(chēng)加工圖或放樣圖等.深度須能滿(mǎn)足車(chē)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(gè)設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。 初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀設計并參考相關(guān)的工具書(shū)[3],并依據規范規定編制。
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