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钢结构简介与设计浅析
钢结构简介与设计浅析
【摘要】本文结合笔者在天津市地区的工作经历，总结了钢结构建筑的优点和缺点，同时结合设计经验，浅析两种钢结构形式的设计思路及特点。
【关键词】优点、缺点、构件、钢结构、设计 中图分类号： TU391 文献标识码： A 前言
钢结构是一种重量轻、强度高、抗震性能好，并且节能环保，能够循环使用的建筑结构，具有非常明显的绿色建筑特点。其工程应用与发展的主要领域为：单层轻型厂房及仓库、单层重型厂房、大跨度公共建筑、高层和超高层建筑、多层工业厂房、办公楼及住宅、铁路桥梁、大跨度公路及城市桥梁、城市高架路、海洋平台、矿井、各种容器及管道、需拆卸及移动的结构等。 优点与缺点 钢结构的优点
强度更高，质量更轻。钢材与其他材料相比，强度要高的多，弹性模量也高。在相同的受力条件下，钢结构构件质量轻且截面小。冷弯薄壁型钢屋架的质量甚至可以达到混凝土楼面重量的十分之一。 材料均匀，塑性、韧性好，抗震性能优越。钢材材质均匀，接近各项同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此钢结构与其他结构形式比较起来，更耐震，受震破坏程度也最小。 制造简单，工业化程度高，施工期短。钢结构所有的材料单纯，且多半是成品材料，加工简单。构件在工地拼装时，多采用简单方便的焊接或螺栓连接，降低了施工难度，缩短了施工工期。 构件截面小，有效空间大。相对于混凝土结构来说，钢结构的操作更加灵活多样。以满足建筑体系的一些特殊要求。
节能、环保。与传统的砌体结构和混凝土结构相比，钢结构属于
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绿色建筑结构体系。从可持续发展的角度上讲，钢结构更适合当今的建筑诉求和主流发展方向。 钢结构的缺点
钢材耐热性好，但耐火性差。钢材耐热而不耐火，随着温度升高而强度降低。钢结构的防火性能要比钢筋混凝土差很多。钢结构更需要用耐火材料维护，对于钢结构住宅或高层建筑结构，应根据建筑物的重要等级和防火规范进行特别处理。
钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施。钢材在潮湿环境中易于锈蚀，处于有腐蚀性介质的环境中更易生锈。目前国内外正发展不易锈蚀的耐候钢，有望改善钢结构的抗腐蚀性，从而延长建筑的使用寿命。 钢材的选取及应用范围 3.1选取钢材的原则和指标
钢结构设计做到经济合理、安全可靠、技术先进是保证高质量钢结构建筑的原则，这就是要求正确合理地选择使用和遵守相关钢结构设计规范、规程和标准。设计时应根据不同建筑来选择安全等级要求，不同的荷载组合及抗震等级等参数。选择钢种时应注重的指标有：抗拉强度、屈服点、伸长率、硫和磷含量限定及碳含量限定、冷弯试验指标和冲击韧性指标。 3.2钢材的分类及应用范围
钢结构所使用的钢材应具有较高的强度、足够的变形能力、良好的加工性能以及一些特殊情况下的其他要求。我们常使用的钢材有Q235B型碳素结构钢以及Q345型低合金高强度结构钢。一般在荷载较大的结构体系中，主受力构件采用Q345型钢，其他次结构采用Q235型钢。但由于市场因素，两种钢材价格相差不大，因此越来越多的钢结构采用Q345型钢。
不同钢结构建筑的特点及设计思路 门式钢架结构 4.1.1门式钢架的特点
门式钢架轻型房屋钢结构体系，是由门式钢架承重结构、配套轻型屋盖和墙体围护结构以及相应的支撑系统所组成的结构体系。主要用于轻型的仓库、厂房、体育馆、展览厅等。这种形式轻型、快速、
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高效，实现工厂化加工制作、现场施工组装，方便快捷，缩短建设工期。
4.1.2门式钢架体系的组成部分：
主结构：横向钢架、楼面梁、托梁、支撑体系等。 次结构：屋面檩条和墙面檩条等。 围护结构：屋面板和墙板等。 辅助结构：楼梯、平台、护栏等。 基础。
4.1.3荷载与柱距的选取 屋面恒荷载标准值：0.4KN/㎡ 屋面活荷载标准值：0.3KN/㎡ 基本风压：0.5KN/㎡
荷载是影响柱距的主要因素，当荷载较大时，柱距宜取得小一些，建议取6~7m，荷载小时柱距宜取8~9m。跨度越大则越应注意采用合理柱距，其经济效益越显著。荷载大时跨度宜取24~30m，荷载小时，跨度宜取18~21m。
4.1.4设计前对构件截面进行预估
梁、柱截面尺寸在不清楚内力的情况下是无法通过计算预先确定的。设计一个复杂结构和设计单个构件不同，结构设计中，应选好截面，然后进行验算。本着规范要求，翼缘必须满足宽厚比，以保证局部稳定性。同时腹板也要满足高厚比。 4.1.5柱脚的分类与计算分项
进行门式钢架设计时，柱脚与基础相连，是结构体系的根本。根据房屋的高度和荷载大小，我们可以采用钢接和铰接两种柱脚连接方式。根据柱脚钢板的尺寸确定基础短柱的尺寸和位置。 4.1.6节点设计的注意事项
节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外，大量研究和实践证明，在轻型钢结构的抗弯连接中，端板连接最为经济，它比通常的腹板、翼缘连接节省材料和紧固件，而且避免现场焊接，所以目前它己成为抗弯连接的主要形式。 多层钢框架结构