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15天學會輕型門式鋼架設(shè)計
首先說明的是大多數(shù)設(shè)計院做輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房無論從各個方面來說還是比不上專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)公司,原因很簡單--尺有所短寸有所長.
所以在民用院混的話沒有太大必要掌握這個,當然,多學會一項本領(lǐng)也不是壞事,炒更的機會也多些,輕型門式鋼架設(shè)計并不難,靜下心把本文推薦的幾本書看通,再實際操作幾個項目基本能掌握設(shè)計要領(lǐng),不用刻意花時間和金錢去了解。
關(guān)于門式鋼架的設(shè)計,基本上北方用PKPM 南方用3D3S。當然了,兩款軟件各有好處。想設(shè)計首先要知道地質(zhì)條件。然后是該地區(qū)的風荷載雪荷載。然后做一個荷載組合(尤其是雪荷載)。最后用軟件 。一步一步的人機交互輸入數(shù)據(jù)就可以了.具體操作和參數(shù)定義有幾本書講的很詳細.
此外,對于新手,可以用《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工疑難問題釋義》《2008版PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件入門叢書之PKPM軟件鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計入門》這兩本書學習理論.實際案例操作則可看《PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件入門與應(yīng)用實例(鋼結(jié)構(gòu))》,此外,綜合應(yīng)用可以參考大連理工大學2010年2月出版的《PKPM軟件STS鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計-從入門到精通》,當然,要是想完全學好鋼結(jié)構(gòu)不能速成或者舍本逐源,必須細看建工社的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》上下冊,至少看完上冊,因為這個是少林長拳。最基本的理論都在里面。
最后就是圖集了,圖集上的案例是按照檐口高度,剛架跨度,柱距,風荷載和雪荷載,是否帶吊車和吊車噸位大小來分類的。圖集一般偏于保守,含鋼量偏大,個人不建議直接選用。但是其中的節(jié)點構(gòu)造和構(gòu)件之間的連接處理必須理解。圖集目錄如下:
02SG518-1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(無吊車)
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/122568267112600.html
02(04)SG518-1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(2004年局部修改版)
http://www.civilcn.com/jianzhu/dftj/129108264669551.html
04SG518-2門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(有懸掛吊車)
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591910313767.html
04SG518-3 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(有吊車)
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591933613768.html
07SG518-4多跨門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(無吊車)
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123621914913842.html
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(有懸掛吊車)附:構(gòu)件詳圖
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(有吊車)附:構(gòu)件詳圖
這些書都看過以后,個人推薦《輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》當然,看書要理提綱,選重點。對于涉及到軟件中所有的參數(shù)一定要結(jié)合《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)范以及規(guī)范的條文說明徹底去弄通(以上推薦的書中基本都有),不能抱著書一通爛讀,那是沒有任何效果的......
看完了書以后就得在土木工程網(wǎng)上找?guī)追蓍T式鋼架的圖紙細看了,主要看三個方面:節(jié)點繪制(畢竟這類結(jié)構(gòu)有點組裝積木的味道,大小構(gòu)件的連接必須弄清楚),各個構(gòu)件之間剛接與鉸接的區(qū)分,以及傳力路徑在節(jié)點式樣中的體現(xiàn),繪圖格式和表達技巧。也可以下載幾份門式鋼架畢業(yè)設(shè)計手算計算書,仔細查看荷載取值,手算步驟和公式。更好的理解。
鋼結(jié)構(gòu)廠房我本人做的也獨立設(shè)計過幾個,單跨跨度最大的36m,三連跨跨度最大的90m。帶吊車噸位最大的為20t,主要還是要理解計算模型的簡化及構(gòu)成,傳力路徑在節(jié)點大樣圖中的體現(xiàn)以及傳力路徑的整體分析。
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單步驟設(shè)計思路
(一)判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復雜、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(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說:大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點相一致的。
?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
此處僅簡單介紹。詳請參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛,做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該在經(jīng)驗豐富的工程師指導下進行。
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程中都應(yīng)該被強調(diào)的是"概念設(shè)計",它在結(jié)構(gòu)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(guī)范未規(guī)定的問題,可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關(guān)系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想,從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細部措施。運用概念設(shè)計可以在早期迅速、有效地進行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確,并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運算。同時,它也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。
林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法,以及結(jié)構(gòu)總體系和個分體系間的相互力學關(guān)系和簡化近似設(shè)計方法。[20]
鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面(木行)架、網(wǎng)架(殼)、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。
其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設(shè)計方法,比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。
結(jié)構(gòu)選型時,應(yīng)考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)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采用網(wǎng)架?;狙捍蟮牡貐^(qū),屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落(切線50度內(nèi)需考慮雪載),如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(wǎng)殼??傃┹d釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中,可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu),在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中,不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)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(jié)構(gòu)體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。[19]
結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征,荷載分布情況及性質(zhì)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范圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力(風震)的作用線。否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。比如有支撐框架結(jié)構(gòu),柱子至少應(yīng)能單獨承受1/4的總水平力。
框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置,有時可以調(diào)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,減少了樓層凈高,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。
?。ㄈ╊A估截面
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(jù)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(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。在普鋼規(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。
(四)結(jié)構(gòu)分析
目前鋼結(jié)構(gòu)實際設(shè)計中,結(jié)構(gòu)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件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(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件:
典型結(jié)構(gòu)可查力學手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。
簡單結(jié)構(gòu)通過手算進行分析。
復雜結(jié)構(gòu)才需要建模運行程序并做詳細的結(jié)構(gòu)分析。
(五)工程判定
要正確使用結(jié)構(gòu)軟件,還應(yīng)對其輸出結(jié)果的做"工程判定".比如,評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結(jié)果。
不同的軟件會有不同的適用條件。初學者應(yīng)充分明了。此外,工程設(shè)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(shè)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(gòu)造"的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,"適用條件、概念及構(gòu)造"是比定量計算更重要的內(nèi)容。
工程師們不應(yīng)該過分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件。美國一位學者曾警告說:“誤用計算機造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災難只是一個時 間的問題。”
注重概念設(shè)計和工程判定是避免這種工程災難的方法。
?。?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。但是,初學鋼至少應(yīng)注意兩點:
1.軟件在做構(gòu)件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以,尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構(gòu)件,結(jié)構(gòu)師應(yīng)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(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。
?。?)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(yīng)加大板件厚度,而應(yīng)考慮加大截面的高度,否則,會很不經(jīng)濟。
使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設(shè)計功能,很難考慮上述強度與剛度的區(qū)分,實際上,常常并不合適。
(七)節(jié)點設(shè)計
連接節(jié)點的設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前,就應(yīng)該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設(shè)計的節(jié)點與結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)點做法及計算公式。
連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大。比如,有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題,但會產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動,不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定。會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。
連接節(jié)點有等強設(shè)計和實際受力設(shè)計兩種常用的方法,初學者可偏安全選用前者。設(shè)計手冊[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計者查用,比較方便。也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來自動完成。
具體設(shè)計主要包括以下內(nèi)容:
1.焊接:對焊接焊縫的尺寸及形式等,規(guī)范有強制規(guī)定,應(yīng)嚴格遵守。焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。E43對應(yīng)Q235,E50對應(yīng)Q345. Q235與Q345連接時,應(yīng)該選擇低強度的E43,而不是E50.
焊接設(shè)計中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近。其他詳細內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。
2.栓接:
鉚接形式,在建筑工程中,現(xiàn)已很少采用。
普通螺栓抗剪性能差,可在次要結(jié)構(gòu)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(jù)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(guī)格M12.常用M16~M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定,設(shè)計中應(yīng)慎重使用。
自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國外在低層墻板式住宅中,也常用于主結(jié)構(gòu)的連接。
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。
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.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。
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。
(八)圖紙編制
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖分設(shè)計圖和施工詳圖兩階段,設(shè)計圖為設(shè)計單位提供,施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計圖編制,有時也會由設(shè)計單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項目增多和設(shè)計院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾,有設(shè)計能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計圖編制的情況也很普遍。
1.設(shè)計圖:是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余。在設(shè)計圖中,對于設(shè)計依據(jù)、荷載資料(包括地震作用)、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)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?shù)龋?、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚,以利于施工詳圖的順利編制,并能正確體現(xiàn)設(shè)計的意圖。主要材料應(yīng)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制造加工。不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨繪制表達,并應(yīng)附有詳盡的……
仔細看完這幾本書,再操作一兩個項目熟悉圖紙表達和設(shè)計思路,就能免費輕松的掌握簡單的門式鋼架設(shè)計了。
以下是文中提到的幾本書,大家可以下載:
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工疑難問題釋義
下載地址:http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1317349164172673.html
大連理工大學《PKPM軟件STS鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計-從入門到精通》光盤
下載地址:http://www.civilcn.com/jiegou/jgrj/1317352116172706.html
PKPM軟件鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計入門
下載地址 :http://www.civilcn.com/jiegou/PKPM/128171400344398.html
PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件入門與應(yīng)用實例—鋼結(jié)構(gòu)
下載地址:http://www.civilcn.com/jiegou/PKPM/1304752628119385.html
CECS102:2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程
下載地址 :http://www.civilcn.com/jianzhu/jzgf/1197652682917.html
結(jié)構(gòu)概念和體系(第二版)
下載地址 :http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/124647073216019.html
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊(上、下冊)(第三版)
下載地址 :http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1305693064122260.html
《輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》這本書真的不錯,我強烈推薦?。?/p>
下載地址:http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1304585758118515.html
大家仔細看看這本書的第五章:支撐系統(tǒng),講的很詳細,基本不用刻意花時間和金錢專門去了解~~~
以下是關(guān)于3D3S和PKPM軟件的資料,大家可以去看看:
3D3S軟件
http://www.civilcn.com/e/search/result/?searchid=17619
PKPM軟件
http://www.civilcn.com/e/search/result/?searchid=4380
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