结构设计经验总结
结构设计经验总结(1)
钢结构设计经验总结钢结构工程一般民用项目设计院的做得相对较少，而工业院和大型的设计院做得较多，如果仔细分析一下钢结构的设计规范：只讲了四点，一是基本的设计规定，二是构件计算，三是连接计算，四是构造要求。
第一设计规定
记住一定注明钢材的强度等级、连接材料的型号，焊缝形式及焊缝的质量等级及对施工的要求。
A级钢不保证冲击韧性，含碳量不作为交货条件，故不能用于抗震设防和焊接结构(此说法不太准确，但设计人可以接受，其实可焊还是不可焊，是碳当量决定的，而非含碳量);在实际工程中，除了大跨度重级工作制吊车梁的下翼缘对接，以及大跨度钢桥的受拉构件的对接这种对质量要求很高的焊缝要求一级焊缝以外，其他场合很少用到一级。
一般都要求二级。
对于角焊缝，除了在要求熔透的情况(如对于轮压较大的吊车梁的上翼缘和腹板连接的角焊缝)，其质量等级要求二级外，其他场合一般都用三级。
一些设计人员在设计说明中往往写道：“高强度螺栓采用承压型高强度螺栓10.9S”，这是一种不正确的说法。
对于设计者只要给出高强度螺栓的性能等级和连接材料摩擦面的抗滑移系数即可，不必规定制造商采用何种螺栓。
“红丹两度打底，调和漆两度罩面”这种说明使得涂料的品牌不清(红丹有多种)，漆膜层厚度不明(涂料应注明各层厚度)，而且标准也太低，这是以前60年代的标准，至今仍有人这么用，说明对防腐的不重视。
第二构件计算
集中荷载较大处，需设置横向加劲肋或进行局部承压计算;钢梁受压翼缘自由长度l1与其宽度b1的比值超过规范限值时，需进行整体稳定验算;箱型梁虽抗扭特性较好，但截面尺寸不满足也需进行整体稳定验算;支座反力较大的梁端支承加劲肋需按照轴压计算其在梁平面外的稳定性，且对连接焊缝进行计算;构件宽厚比和高厚比的要求，特别是当设计中考虑截面塑性发展与塑性设计时的要求更严(注意区分受压构件和受弯构件宽厚比的不同);
单角钢受压构件长细比，需采用角钢的最小回转半径，而非角钢平行轴的回转半径;轴心受压构件需按规范规定计算剪力;设计桁架时的桁架腹杆平面内、外的计算长度不可想当然取其几何长度，规范有其考虑和规定;交叉腹杆的平面外计算长度要注意;
第三连接计算
焊缝计算长度要减去2倍焊脚尺寸;普通螺栓不可仅仅按照受剪承载力来确定螺栓数量;高钢中规定，抗震设计时采用摩擦型的高强螺栓，但连接的极限承载力计算按螺杆与孔壁接触考虑;直接承受动力荷载的结构不可采用承压型高强螺栓;摩擦型的拼接时，螺栓沿受力方向的连接长度超过15D0，螺栓承载力需折减，大于60d0时，折减系数为0.7;柱梁的刚性连接，需进行柱腹板在梁翼缘范围内的节点域计算;连接节点板在拉力和剪力下，需进行强度验算;在压力下不可忽略稳定性验算;桁架节点板自由边长与其厚度有要求，否则要采取措施;梁端支座底板厚度也需进行计算;轴心受压柱底与柱底板角焊缝也需计算;
第四构造要求
非采暖地区的房屋钢柱与屋面钢梁刚接，横向温度区段大于120米。
又未计算温度应力或变形影响;构件板件的现场拼接对接焊缝，设计文件中只注明采用剖口焊，未给出剖口形式;对接焊缝拼接处，焊件的厚度在一侧相差4mm以上，在厚度方向应做斜角;侧角焊缝连接计算中，按焊缝全长计算，未考虑只能按60hf有效长度计算，连接设计不安全;角焊缝的焊脚尺寸hf小于l.5(t)1/2;直接承受动力荷载的结构，对角焊缝的表面形状未提出要求;
板件端部采用两条侧面角焊缝连接时，两条侧面角焊缝之间的距离过大;角钢与节点板采用三面围焊，但对围焊未提出施焊要求;在摩擦型连接高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法未在图中说明;高强度螺栓连接的构件，螺栓中心至构件边缘距离不满足最小容许距离;
直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接未采取防止螺帽松动措施，或采用打乱丝扣等损伤性措施;工字形实腹柱腹板计算高度h0与其厚度tw之比大于80(235/fy)1/2，未设置横向加劲肋;较高的格构式柱末设置横隔;桁架弦杆采用H型钢，H型钢的高度与其在平面内的几何长度之比大于l/10，未考虑次弯矩影响;桁架节点板厚度f=5mm，不满足规定;焊接工字形梁横向加劲肋与翼缘板相接处未切角;梁突缘支座突缘加劲板的伸出长度大于其2倍的厚度;
柱脚锚栓按同时承受拉力和柱脚底部剪力设计，违反了有关规定;双肢格构柱插入杯口最小深度仅按1.5倍柱截面宽度取值(此值比0.5倍柱截面高度小);设计文件中未注明钢材除锈等级和所用的涂料名称及涂层厚度;地面以下的钢柱脚未要求用混凝土包裹;采用直接焊接的钢管桁架节点承受动力荷载;按现行设计规范设计的钢管桁架采用Q390等屈服强度fy大于345mpa的钢材;钢管结构主管与支管之间的夹角应不小于300.
钢结构综述：
钢结构通常有框架、框架-支撑，框撑筒体，巨型桁架，平面(桁)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
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(参见网壳规范)等。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。
钢结构整体布置应考虑结构的使用，荷载尽量均匀传递，支撑等耗能构件及连接的布置，结构的美学价值等。
结构设计经验总结(2)
高层结构需要控制的几个比值：轴压比、周期比、剪重比、刚度比、位移比、刚重比、层间受剪承载力之比
1.轴压比
轴压比主要是控制结构的延性，具体要求见抗规6.3.6和6.4.5，高规6.4.2和7.2.14。
轴压比过大则结构的延性要求无法保证，此时应加大截面面积或提高混凝土强度;轴压比过小，则结构的经济性不好，此时应减小截面面积。
2.周期比
周期比控制的是结构侧向刚度与扭转刚度之间的相对关系，它的目的.是使抗侧力构件的平面布置更合理，使结构不致于出现过大的扭转效应。
一句话，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布置合理，具体要求见高规4.3.5。
刚度越大，周期越小。
抗侧力构件对结构扭转刚度的贡献与其距结构刚心的距离成正比，意思是结构外围的抗侧力构件对结构的扭转刚度贡献最大。
结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。
当第一振型为扭转时，说明结构的扭转刚度相对于其两个主轴的侧移刚度过小，此时应沿两个主轴适当加强结构外围的刚度，或沿两个主轴适当削弱结构内部的刚度。
当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴的侧移刚度相差较大，结构的扭转刚度相对于其中一主轴(第一振型转角方向)的侧移刚度是合理的，但对于另一主轴(第三振型转角方向)的侧移刚度过小，此时应适当削弱结构内部沿第三振型转角方向的刚度或适当加强结构外围(主要是沿第一振型转角方向)的刚度。
3.位移比
位移比是指采用刚性楼板假定下，端部最大位移(层间位移)与两端位移(层间位移)平均值的比， 位移比的大小反映了结构的扭转效应，同周期比的概念一样都是为了控制建筑的扭转效应提出的控制参数。
见抗规3.4.3，高规4.3.5。
位移比不满足时只能经过人工调整结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距。
调整方法如下:
(1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,最大位移比往往出如今结构的四角部位,因此应留意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度;同时在设计中,应在结构措施上对楼板的刚度予以保证。
(2)应用顺序的节点搜索功用在SATWE的“剖析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,增强该节点对应的墙、柱等构件的刚度,也可找出位移最小的节点削弱其刚度,直到位移比满足要求。
4.剪重比
剪重比要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。
具体见抗规5.2.5，高规3.3.13。
前提是当“有效质量系数”大于90%时，再考察结构的剪重比是否合适，有效质量系数与振型数有关，如果有效质量系数不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。
剪重比不满足时的调整方法:
1.程序调整。
在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2.人工调整。
假设还需人工干预,可按下列三种状况停止调整:
(1)外地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度。
(2)外地震剪力偏大而层间侧移角偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度,以取得适宜的经济技术目的。
(3)外地震剪力偏小而层间侧移角又恰事先,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用缩小系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
5.刚重比
刚重比主要是控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震作用下整体失稳。
具体见高规5.4.1，高规5.4.4。
刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减小墙、柱等竖向构件的截面面积。
6.刚度比
刚度比主要是控制结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。
具体见抗规3.4.2，高规4.4.2，对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。
刚度比不满足时的调整方法:
1.程序调整。
假设某楼层刚度比的计算结果不满足要求,则SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力缩小1.15倍。
2.人工调整。
假设还需要人工干预,可按以下方法调整:
(1)适当降低本层层高,或适当提高上部相关楼层的层高。
(2)适当增强本层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。
7.层间受剪承载力之比
层间受剪承载力之比控制的是结构的竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层，具体见高规4.4.3，对于形成的薄弱层应按高规5.1.14予以加强。
层间受剪承载力比不满足时的调整方法:
1.程序调整。
在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强迫定义为薄弱层,SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2.人工调整。
假设还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平散布筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。
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