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钢结构设计四大步骤

(2012-08-28 17:45:49)
标签:

杂谈

分类: 转帖好文

 

钢结构设计四大步骤

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                                      (1)结构方案
   (2)结构截面高度
(3)构件布局
 (4)结点小型化
    其中,结构方案、结构截面高度极为重要。为了正确选择结构方案(概念设计),必须首先进行结构分类。屋盖空间结构是一种由形状而产生效益的结构,也叫形效结构(Formative Structures),这类结构的用钢量很少。因此,大跨度屋盖(直径D或跨度L≥100m)必须采用屋盖空间结构;屋盖弯矩结构的用钢量按跨度的平方成正比增加,只能用于中、小跨度中。广东奥林匹克体育场(桁架)悬臂52.4米,每平方米用钢量200公斤(屋盖弯矩结构);美国乔治亚体育馆(索穹顶)椭圆240.79×192.02米,每平方米用钢量30公斤(屋盖空间结构);国家大剧院(网壳)椭圆平面212×143米,每平方米用钢量292公斤(屋盖空间结构);深圳宝安体育馆辐射桁架,D=101.4米,悬臂48.295米每平方米用钢量68公斤(屋盖弯矩结构);湛江电厂干煤棚(四柱支承平板网架,柱距79.8)每平方米用钢量70.3公斤(屋盖弯矩结构)

  对于重屋面,h的取值可增大;适用跨度(LD)可减少。下面对一些钢结构工程进行点评。深圳宝安体育馆采用径向管桁架结构(相贯节点),实现了中央节点小型化。跨度D=101.4米,最大悬壁48.295米,法国建筑师(方案中标者)认为:桁架悬挑处的高度取5(=L/10)才美观,经过作者力争,最后采用6.5米,它是悬臂长度的1/7.43>1/7.5,用钢量仅每平方米68公斤。为了发挥万向支座的刚度系数3kN/mm,支座圈内的下弦杆起拱,受力更合理,更醒目。国家大剧院,椭圆平面:212×143米,跨度>100米,结构方案选择网壳(屋盖空间结构)是正确。但在上机前,把结构的截面高度选得太大,用钢量高达每平方米292公斤,根据美国教授司密斯(Smith M.G)1963年对166个已建大跨度屋盖(11)进行分析,这种跨度的网壳结构用钢量不超过每平方米80公斤。广东奥林匹克体育场的建筑理念是:珠江的水、波涛滚滚,美国Nixon Ellerbe Racket公司中标。主桁架MT悬臂L=52.4米,用钢量高达每平方米200公斤。为了减少桁架弦杆的应力:具体措施是:将原主桁架MT的等高度h=5.2米改为变高度:h=3~7米桁架;将MT弦杆开口型H截面:H 570×450×125×125改为闭口圆钢管,有效提高f值;用弱支撑连接两片波涛,以满足抗震的两阶段设计:小震时弱支撑不坏,整体刚度好;大震时,支撑坏,刚度降低,地震力减小,整个结构不倒;拉索由2-337 7改为2-150 7,把索的安全系数控制在2.5~3ff通过上述四点改进,用钢量可由原每平方米200公斤降低到约每平方米80公斤。北京某客站一个结构跨度L=45.6<100米,选择用预应力钢桁架方案是正确的,但桁架高度h=8=L/5.7就选错了,预应力钢桁架的合理高度取h=L/18~h/15=2.53~3.04米即可。即使普通钢桁架,高度取h=L/12~L/10=3.80~4.56米。可见,设计是硬道理,设计就没有道理!硬道理在哪里?就是结构工程师要利用力学功底和结构理论正确选择结构方案,并在上计算机前,正确估计结构截面高度。否则,一旦结构截面高度选错,后续的所谓优化也是几乎无用的。因此,钢结构精心设计的最关键的前两步,对结构工程师来说极为重要。

                                                        -----摘自《王仕统:现代钢结构与绿色建筑 

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