鋼結構設計簡單步驟和設計思路(一)判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用於高層、大跨度、體型複雜、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：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建築等。
這是和鋼結構自身的特點相一致的。
(二)結構選型與結構布置
此處僅簡單介紹.詳請參考相關專業書籍.由於結構選型涉及廣泛,做結構選型及布置應該在經驗豐富的工程師指導下進行。
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.對一些難以作出精確理性分析或規範未規定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全域性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。
所得結構方案往往易於手算、概念清晰、定性正確，並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內力分析輸出資料可靠與否的主要依據。
林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規劃結構方案的方法，以及結構總體系和個分體系間的相互力學關係和簡化近似設計方法。[20]
鋼結構通常有框架、平面(木行)架、網架（殼）、索膜、輕鋼、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。在輕鋼工業廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而採用網架。基本雪壓大的地區，屋面曲線應有利於積雪滑落（切線50度內需考慮雪載），如亞東水泥廠石灰石倉棚採用三心圓網殼。
總雪載釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建築允許時，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。
而屋面覆蓋跨度較大的建築中，可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構設計中，常採用鋼混凝土組合結構，在**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。[19]
結構的布置要根據體系特徵,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範圍,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.比如有支撐框架結構,柱子至少應能單獨承受1/4的總水平力.
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，減少了樓層淨高,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.
(三)預估截面
結構布置結束後，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，可迴避鋼梁的整體穩定的複雜計算，這種方法很受歡迎。
確定了截面高度和翼緣寬度後，其板件厚度可按規範中區域性穩定的構造規定預估。
柱截面按長細比預估.通常50<λ<150,簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或h型鋼截面等.
初學者需注意，對應不同的結構，規範中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼結構所特有的組成構件的板件的區域性穩定問題。在普鋼規範和輕鋼規範中的限值有很大的區別。
除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構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。(四)結構分析
目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮p-δ,p-δ.
新近的一些有限元軟體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。並不是所有的結構都需要使用軟體:
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.
複雜結構才需要建模執行程式並做詳細的結構分析.
(五)工程判定
要正確使用結構軟體，還應對其輸出結果的做"工程判定"。比如，評估各向週期、總剪力、變形特徵等。根據"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果.
不同的軟體會有不同的適用條件.初學者應充分明了.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.
工程師們不應該過分信任與依賴結構軟體.美國一位學者曾警告說：「誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是乙個時間的問題。」
注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法.(六)構件設計
構件的設計首先是材料的選擇.比較常用的是q235(類似a3)和q345(類似16mn).通常主結構使用單一鋼種以便於工程管理.
經濟考慮,也可以選擇不同強度鋼材的組合截面.當強度起控制作用時,可選擇q345;穩定控制時,宜使用q235.構件設計中,現行規範使用的是彈塑性的方法來驗算截面.
這和結構內力計算的彈性方法並不匹配.
當前的結構軟體,都提供截面驗算的後處理功能。由於程式技術的進步,一些軟體可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級.並自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。
這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結構師的很多任務作量。但是，初學鋼至少應注意兩點：
1.軟體在做構件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度係數的取定有時會不符合規範的規定.目前所有的程式都不能完全解決這個問題。所以,尤其對於節點連線情況復
雜或變截面的構件,結構師應該逐個檢查.
2.當上面第(三)條中預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區別對待。(1)強度不滿足,通常加大組成截面的板件厚度，其中,抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。
(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，會很不經濟。
使用軟體的前述自動加大截面的優化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區分，實際上，常常並不合適。(七)節點設計
連線節點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.初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者.常用的參考書[2]有豐富的推薦的節點做法及計算公式.
連線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大於計算資料等的不利結果.
連線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.設計手冊[2}中通常有焊縫及螺栓連線的**等供設計者查用,比較方便.也可以使用結構軟體的後處理部分來自動完成.
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,規範有強制規定,應嚴格遵守.焊條的選用
應和被連線金屬材質適應.e43對應q235,e50對應q345. q235與q345連線時,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線構件重心接近.其他詳細內容可查規範關於焊縫構造方面的規定.2.栓接:
鉚接形式,在建築工程中，現已很少採用.普通螺栓抗剪效能差,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兩個強度等級.根據受力特點分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同.
高強螺栓最小規格m12.常用m16~m30.超大規格的螺栓效能不穩定,設計中應慎重使用。
自攻螺絲用於板材與薄壁型鋼間的次要連線.國外在低層牆板式住宅中,也常用於主結構的連線.
3.連線板:可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm.然後驗算淨截面抗剪等.4.梁腹板:應驗算栓孔處腹板的淨截面抗剪.承壓型高強螺栓連線還需驗算孔壁區域性承壓.
5.節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。
6.節點設計還應考慮製造廠的工藝水平.比如鋼管連線節點的相貫線的切口需要數控工具機等裝置才能完成.(八)圖紙編制
鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖
通常由鋼結構製造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由於近年鋼結構專案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:是提供製造廠編制施工詳圖的依據.
深度及內容應完整但不冗餘.在設計圖中,對於設計依據、荷載資料（包括**作用）、技術資料、材料選用及材質要求、設計要求（包括製造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、塗裝及運輸等）、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節點構造等均應表示清楚，以利於施工詳圖的順利編制，並能正確體現設計的意圖。主要材料應列表表示。
2.施工詳圖:又稱加工圖或放樣圖等.深度須能滿足車間直接製造加工.不完全相同的另構件單元須單獨繪製表達，並應附有詳盡的材料表.
作者:okok
**:中華鋼結構論壇提交人:zldwh
鋼結構設計簡單步驟和設計思路
一 判斷結構是否適合用鋼結構 鋼結構通常用於高層 大跨度 體型複雜 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 大廈 體育館 歌劇院 大橋 電視塔 倉棚 工廠 住宅和臨時建築等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。二 結構選型與結構布置 此處僅簡單介紹....
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一 判斷結構是否適合用鋼結構 鋼結構通常用於高層 大跨度 體型複雜 荷載或吊車起重量大 有較大振動 要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說 大廈 體育館 歌劇院 大橋 電視塔 雕塑 倉棚 工廠 住宅 山地建築和臨時建築等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。二 結構選型與結構布置 結構選型及布置是對結構的...