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中國雖然早期在鐵結(jié)構(gòu)方面有的成就,但長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀末,我國才開始采用現(xiàn)代化鋼結(jié)構(gòu)。新中國成立后,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有了很大的發(fā)展,不論在數(shù)量上或質(zhì)量上都遠遠超過了過去。輕鋼結(jié)構(gòu)的樓面由冷彎薄壁型鋼架或組合梁、樓面OSB結(jié)構(gòu)板,支撐、連接件等組成。所用的材料是定向刨花板,水泥纖維板,以及膠合板。在這些輕質(zhì)樓面上每平方米可承受316~365公斤的荷載。
鋼結(jié)構(gòu)建筑的多少,標志著一個國家或一個地區(qū)的經(jīng)濟實力和經(jīng)濟發(fā)達程度。進入2000年以后,我國國民經(jīng)濟顯著增長,國力明顯增強,鋼產(chǎn)量成為世界大國,在建筑中提出了要'積極、合理地用鋼',從此甩掉了'限制用鋼'的束縛,鋼結(jié)構(gòu)建筑在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)逐漸增多。特別是2008年前后,在奧運會的推動下,出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑熱潮,強勁的市場需求,推動鋼結(jié)構(gòu)建筑迅猛發(fā)展,建成了一大批鋼結(jié)構(gòu)場館、機場、車站和高層建筑,其中,有的鋼結(jié)構(gòu)建筑在制作安裝技術(shù)方面具有世界水平,如奧運會國家體育場等建筑。
奧運會后,鋼結(jié)構(gòu)建筑得到普及和持續(xù)發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用到建筑、鐵路、橋梁和住宅等方面,各種規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)數(shù)以萬計,世界先進的鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)備基本齊全,如多頭多維鉆床、鋼管多維相貫線切割機、波紋板自動焊接機床等。并且現(xiàn)在數(shù)百家鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的加工制作水平具有世界先進水平,如鋼結(jié)構(gòu)制作和一級企業(yè)。近幾年,鋼產(chǎn)量每年多達6億多噸,鋼材品種完全能滿足建筑需要。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)材料標準、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范、以及各種規(guī)范和企業(yè)工法基本齊全。
鋼結(jié)構(gòu)下業(yè)對鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展具有較大的牽引和驅(qū)動作用,它們的需求變化直接決定了行業(yè)未來的發(fā)展狀況。
3.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面選取
結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后,需對構(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,可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)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(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。
柱截面按長細比預(yù)估。通常 50
初學(xué)者需注意,對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu),規(guī)范中對截面的構(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。在鋼結(jié)構(gòu)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)濟美觀的截面。
5.3 連接板:可簡單取其厚度為梁腹板厚度加 4mm.然后驗算凈截面抗剪等。
5.4 梁腹板:應(yīng)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。
5.5 節(jié)點設(shè)計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運到現(xiàn)場無法安裝是初學(xué)者長犯的錯誤。此外,還應(yīng)盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。
5.6 節(jié)點設(shè)計還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設(shè)備才能完成。
6.構(gòu)件設(shè)計
構(gòu)件的設(shè)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(jié)構(gòu)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組合截面。當強度起控制作用時,可選擇 Q345;穩(wěn)定控制時,宜使用 Q235.
構(gòu)件設(shè)計中,現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的彈性方法并不匹配。
當前的結(jié)構(gòu)軟件,都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進步,一些軟件可以將驗算時不通過的構(gòu)件,從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動重新分析驗算,直至通過,如 sap2000 等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計功能之
一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量