钢结构应用范围及设计特点

钢结构应用范围及设计特点
　　钢结构的应用范围除须根据钢结构的特点作出合理选择外，还须结合我国国情针对具体情况进行综合考虑。目前我国在工业与民用建筑中钢结构的应用，大致有如下几个范围：
　　A.重型厂房结构
　　起重机起重量较大或其工作较繁重的车间多采用钢骨架。如冶金厂房的平炉、转炉车间，混铁炉车间，初轧车间；重型机械厂的铸钢车间，水压机车间，锻压车间等。近年随着网架结构的大量应用，一般的工业车间也采用了钢结构。
　　B.塔桅结构
　　包括塔架的桅杆结构，如电视塔、微波塔、输电线塔、钻井塔、环境大气监测塔、无线电天线榄杆、广播发射桅杆等。
　　C.大跨结构
　　如飞机装配车间、飞机库、干煤棚、大会堂、体育馆、展览馆等皆需大跨结构。其结构体系可分为网架、悬索、拱架以及框架等。
　　D.多层、高层及超高层建筑
　　多层和高层建筑的骨架可采用钢结构。工业建筑中的多层框架和旅馆、饭店等高层或超高层建筑，宜采用框架结构体系、框架支撑体系、框架剪力墙体系。近年来钢结构在此领域的应用已逐步得到发展。
　　E.承受振动荷载影响及地震作用的结构
　　设有较大锻锤的车间，其骨架直接承受的动力尽管不大，但间接的振动却极为强烈，可采用钢结构。对于抗地震要求高的结构也宜采用钢结构。
　　F.其他构筑物
　　如栈桥、管道支架、井架和海上采油平台等。
　　G.板壳结构
　　如大型油库、油罐、煤气库、高炉、热风炉、漏斗、烟囱、水塔以及各种管道等。
　　H.可拆卸或移动的结构
　　商业、旅游业和建筑工地用活动房屋，多采用轻型钢结构，并用螺栓或扣件连接。
钢结构设计简单步骤和设计思路
    (一) 判断结构是否适合用钢结构
    钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 
    (二) 结构选型与结构布置
    结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛，应该在经验丰富的工程师指导下进行。
    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、破坏机理、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构造措施。 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、力学行为清晰、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。    
    钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。 
    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，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度外不需考虑雪载 ），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。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，在地震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。我国半数以上的此类高层为前者，对抗震不利。
    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，使其以最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. 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.
    (三) 预估截面
    结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。
    钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。 确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。
    柱截面按长细比预估. 通常50<λ<150， 简单选择值在80附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等. 
    对应不同的结构，规范对截面的构造要求有很大的不同，如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。
    除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。