对钢结构设计及加固方法分析

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1、对钢结构设计及加固方法分析由于钢材具有较高的强度、较好的延性及加工性能而被广泛应用于建筑领域,相对传统结构即混凝土结构、砌体结构、木结构而言,钢结构是一个新兴事物,在其应用过程中需要研究和探讨的地方,本文关键词:钢结构;结构布置;节点设计;加固方法1.钢结构选型与结构布置  在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是概念设计,它在结构选型与布置阶段尤其重要,对一些难以作出精确性或规范规定的情况,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措施,运用概念设计可以在早期迅速有效

2、地进行构思,比较与选择,所得结构方案往往都易于计算,概念清晰,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。  钢结构通常是框架、平面架、X架、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,或没有简单适用的设计方法,结构和选形式,方应考虑它们的特点,基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落,而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。  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

3、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。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。2.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、工字钢、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

4、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100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。  对应不同结构,规范中对截面的构造要求有很大的不同。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,结构工程师可根据构件的受力情况,选择适用的截面。3.钢结构分析  目前钢结构实际设计中,结

5、构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑P-Δ,p-δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件:  典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。  简单结构通过手算进行分析。  复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。4.节点设计  钢结构体系当中,节点的设计和构件的设计具有同等的重要性,因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁-柱节点、梁-梁节点、柱-柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠,并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺,减少或避免

6、现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类:铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟,因此在工程中取得了广泛的应用。采用的几种梁-柱节点连接形式。由结构布置分析,考虑工程实际情况,在设计时,多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面,由于焊接工字形截面腹板比较薄,故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接,而强轴方向则采用刚接形式[3]。从图中我们不难发现,铰节点形式简单,施工方便,但它使得梁跨中弯矩加大,增加用钢量,不经济;刚性节点构造复杂,但其有效的降低了跨中弯矩,节约了用钢,有较好的经济效应;而半刚性节点应用比

7、较少,主要是其受力特性比较复杂,往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式,哪一种更加经济可靠,还有待于在实际工程中比较、检验。5.钢结构加固方法  钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。  5.1改变结构计算图形  改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法,改变结构计算图形的一般加固方法:  5.1.1对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方

8、法进行加固:  (1)增加支撑形成空间结构并按空间结

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