給大家推薦一個用于鋼結構設計的(de)(de)資料(liao)。雖說不(bu)是(shi)大師的(de)(de)杰(jie)作，卻(que)不(bu)遜于大師的(de)(de)文(wen)章。大師的(de)(de)作品對(dui)于具有(you)一定(ding)專(zhuan)業水平的(de)(de)人(ren)是(shi)很(hen)有(you)用途的(de)(de)，而對(dui)于初學者卻(que)過(guo)于高深莫測。該(gai)資料(liao)特別適合剛從(cong)事(shi)鋼結構設計的(de)(de)人(ren)員。

一、鋼結(jie)構適用(yong)范圍及選(xuan)型

1.鋼結構適(shi)用的范圍 

    鋼結構(gou)(gou)通常用(yong)于高層(ceng)、大(da)(da)跨度(du)、體型復(fu)雜、荷(he)載或吊車起重量大(da)(da)、有較大(da)(da)振動、高溫車間、密封性(xing)要求高、要求能活動或經常裝(zhuang)拆的(de)(de)結構(gou)(gou)。直觀(guan)的(de)(de)說(shuo)：超高層(ceng)建筑(zhu)、體育館、歌劇院、大(da)(da)橋、電視塔、工業(ye)廠房和臨時建筑(zhu)等。這是(shi)和鋼結構(gou)(gou)自身的(de)(de)特點相(xiang)一致(zhi)的(de)(de)。   

2.鋼結構的選型  

    在(zai)鋼結(jie)(jie)構(gou)設計的(de)(de)(de)(de)整個(ge)過程中，都應該被強調的(de)(de)(de)(de)是"概念設計"，它(ta)在(zai)結(jie)(jie)構(gou)選型與(yu)布置階(jie)段尤其(qi)重要。對一些難以作出精確(que)理性分(fen)(fen)析(xi)或(huo)規范未規定的(de)(de)(de)(de)問(wen)題，可(ke)(ke)依(yi)據從整體結(jie)(jie)構(gou)體系(xi)與(yu)分(fen)(fen)體系(xi)之間的(de)(de)(de)(de)力學關(guan)系(xi)、破壞機理、震害、試驗(yan)現象(xiang)和工程經驗(yan)所獲得的(de)(de)(de)(de)設計思想，從全局的(de)(de)(de)(de)角度(du)來確(que)定控(kong)制結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)布置及細部措(cuo)施。運用概念設計可(ke)(ke)以在(zai)早期迅速、有效(xiao)地進行構(gou)思、比較與(yu)選擇。所得結(jie)(jie)構(gou)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確(que)，并(bing)可(ke)(ke)避免結(jie)(jie)構(gou)分(fen)(fen)析(xi)階(jie)段不必要的(de)(de)(de)(de)繁瑣運算。同時，它(ta)也是判斷(duan)計算機內力分(fen)(fen)析(xi)輸出數據可(ke)(ke)靠與(yu)否(fou)的(de)(de)(de)(de)主要依(yi)據。  

鋼結構通常有框架、平面 （木行）架、網架 （殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決，或沒有簡單實用的設計方法，比如網殼的穩定等。  

結構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業廠房中，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架。基本雪壓大的地區，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線 50 度內需考慮雪載），如采用三心圓網殼。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的經濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構設計中，常采用鋼混凝土組合結構，在地震烈度高或很不規則的高層中，不應單純為了經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構體系。我國半數以上的此類高層為前者。對抗震不利。  

結構的布置要根據體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮。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。柱間抗側支撐的分布應均勻。其形心要盡量靠近側向力 （風震）的作用線。否則應考慮結構的扭轉。結構的抗側應有多道防線。比如有支撐框架結構，柱子至少應能單獨承受 1/4 的總水平力。  

框架結構的樓層平面次梁的布置，有時可以調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。  

3.鋼結構構件的截面選取

結構布置結束(shu)后，需(xu)對構件截面作初步估算。主(zhu)要是梁柱和支撐等的斷面形狀(zhuang)與尺(chi)寸的假定。  

鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接 H 型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的 1/20~1/50 之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按 l/b 限值確定時，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。  

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，對應不同的結構，規范中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼結構所特有的組成構件的板件的局部穩定問題。在鋼結構規范和輕鋼規范中的限值有很大的區別。  

除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該根據構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。  

二、鋼(gang)結構設(she)計簡單(dan)步(bu)驟和設(she)計思路

1.設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)的手段 

    目前鋼結構實際(ji)設計中，結構分(fen)析通常(chang)為(wei)線(xian)彈性分(fen)析，條件允(yun)許時考慮(lv) P- Δ，p- δ。  

    新近(jin)的(de)(de)一(yi)些有限元軟件可(ke)以部分考慮幾何非線(xian)性(xing)及(ji)鋼(gang)材的(de)(de)彈塑性(xing)能。這為(wei)更精確的(de)(de)分析(xi)(xi)結(jie)構(gou)提供了條件。并不是所有的(de)(de)結(jie)構(gou)都需(xu)要(yao)使用(yong)軟件：典型結(jie)構(gou)可(ke)查(cha)力(li)學手冊(ce)之類的(de)(de)工具書直接獲得內力(li)和變(bian)形(xing)。簡單結(jie)構(gou)通過手算進行分析(xi)(xi)。復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)才(cai)需(xu)要(yao)建模運行程(cheng)序并做詳細(xi)的(de)(de)結(jie)構(gou)分析(xi)(xi)。  

2.計算結果的判定  

    要正(zheng)確使用(yong)結構軟件，還(huan)應對其輸(shu)出結果的做"工程判(pan)定".比如(ru)，評估各向周期、總剪力、變形特(te)征等。根據(ju)"工程判(pan)定"選擇修(xiu)改(gai)模型重新分(fen)析，還(huan)是修(xiu)正(zheng)計算結果。  

    不同的軟件(jian)會(hui)有不同的適用條(tiao)(tiao)件(jian)。初學(xue)者應充(chong)分明(ming)了(le)。此(ci)外(wai)，工(gong)程設計(ji)(ji)中(zhong)的計(ji)(ji)算和精確的力學(xue)計(ji)(ji)算本身(shen)常有一定距離，為了(le)獲得(de)實用的設計(ji)(ji)方法，有時會(hui)用誤(wu)差(cha)較大的假定，但(dan)對這種誤(wu)差(cha)，會(hui)通過(guo)"適用條(tiao)(tiao)件(jian)、概念(nian)及(ji)構(gou)造(zao)(zao)"的方式來保證結構(gou)的安(an)全。鋼結構(gou)設計(ji)(ji)中(zhong)，"適用條(tiao)(tiao)件(jian)、概念(nian)及(ji)構(gou)造(zao)(zao)"是比(bi)定量計(ji)(ji)算更重要的內容。  

    工程(cheng)師們不應該過分信任與依賴結構軟件。美國一位學者曾警告說：“誤用計(ji)算機造成結構破壞(huai)而引起災難只是一個時間(jian)的問題(ti)。”  

   ; 注(zhu)重概念設(she)計和工(gong)程(cheng)判(pan)定是避免這(zhe)種工(gong)程(cheng)災(zai)難的方(fang)法。  

3.判斷結構是否適合用鋼結構 

    鋼(gang)結構通常(chang)用于高(gao)層(ceng)建(jian)筑、大跨度(du)、體(ti)型復雜、荷載或(huo)(huo)吊車起(qi)重量大、有較(jiao)大振動、高(gao)溫車間、密封(feng)性要求高(gao)、要求能(neng)活動或(huo)(huo)經常(chang)裝拆(chai)的(de)結構。直(zhi)觀的(de)說：超高(gao)層(ceng)公共(gong)建(jian)筑、大跨度(du)的(de)公共(gong)建(jian)筑、橋梁、電視塔、倉棚、工業廠房(fang)和臨(lin)時建(jian)筑等。這是和鋼(gang)結構自身的(de)特點(dian)相(xiang)一致的(de)。

4.結構(gou)選型與結構(gou)布置  

&nbsp;   在鋼(gang)結(jie)構(gou)(gou)(gou)設計的整(zheng)個過程(cheng)中都應該(gai)被(bei)強調(diao)的是"概(gai)念(nian)設計"，它(ta)在結(jie)構(gou)(gou)(gou)選型與(yu)布(bu)置階段尤其重要(yao)。對一些(xie)難以(yi)作出精(jing)確(que)理性分(fen)析(xi)或規范未規定的問題，可依(yi)據從(cong)(cong)整(zheng)體(ti)結(jie)構(gou)(gou)(gou)體(ti)系與(yu)分(fen)體(ti)系之(zhi)間的力學關(guan)系、破壞機(ji)理、震害、試驗現(xian)象和工程(cheng)經驗所獲得的設計思(si)想，從(cong)(cong)全局的角度來確(que)定控制結(jie)構(gou)(gou)(gou)的布(bu)置及細部措(cuo)施。運(yun)用(yong)概(gai)念(nian)設計可以(yi)在早期(qi)迅速、有效(xiao)地進行構(gou)(gou)(gou)思(si)、比較與(yu)選擇。所得結(jie)構(gou)(gou)(gou)方案往往易于手算(suan)、概(gai)念(nian)清晰(xi)、定性正(zheng)確(que)，并可避免結(jie)構(gou)(gou)(gou)分(fen)析(xi)階段不必要(yao)的繁瑣運(yun)算(suan)。同(tong)時，它(ta)也是判斷計算(suan)機(ji)內(nei)力分(fen)析(xi)輸出數(shu)據可靠與(yu)否的主要(yao)依(yi)據。  

鋼結構通常有框架、平面 （木行）架、網架 （殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。  

    其理論與技術大都成熟。亦(yi)有(you)部(bu)分難(nan)題沒有(you)解決，或沒有(you)簡單實用的設計方法，比如網殼的穩定等。  

    框(kuang)架結構的(de)樓層平面次(ci)梁(liang)(liang)的(de)布置，有時可(ke)以(yi)(yi)調整其荷(he)載傳遞方向以(yi)(yi)滿足不(bu)同的(de)要求。通常為了減(jian)小截面沿短向布置次(ci)梁(liang)(liang)，但(dan)是這會使主(zhu)梁(liang)(liang)截面加大，減(jian)少(shao)了樓層凈高(gao)，頂層邊(bian)柱也有時會吃不(bu)消，此時把次(ci)梁(liang)(liang)支撐(cheng)在較短的(de)主(zhu)梁(liang)(liang)上可(ke)以(yi)(yi)犧牲次(ci)梁(liang)(liang)保住(zhu)主(zhu)梁(liang)(liang)和柱子。  

5. 節點設計  

&nbsp;   連接節點的(de)設(she)(she)計(ji)是(shi)鋼結(jie)構(gou)設(she)(she)計(ji)中(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)內容之一(yi)。在結(jie)構(gou)分析前，就應(ying)該對(dui)節點的(de)形式(shi)(shi)有充分思考與確定。常常出現的(de)一(yi)種情況是(shi)，最(zui)終設(she)(she)計(ji)的(de)節點與結(jie)構(gou)分析模(mo)型中(zhong)使用的(de)形式(shi)(shi)不完全(quan)一(yi)致，這(zhe)必須避免(mian)。按(an)傳力特性(xing)不同(tong)，節點分剛接，鉸接和半剛接。初學者宜(yi)選擇可以簡單定量分析的(de)前兩者。  

    連接(jie)的(de)不同對(dui)結(jie)構影響甚大(da)。比如，有的(de)剛接(jie)節點(dian)雖然承受彎矩沒有問題，但(dan)會產生較大(da)轉動，不符合結(jie)構分析(xi)中的(de)假定(ding)。會導致實(shi)際工程變形大(da)于計算數據等的(de)不利結(jie)果(guo)。  

    連接節點(dian)有等強設(she)(she)計和實際(ji)受力設(she)(she)計兩種(zhong)常用(yong)的(de)方(fang)法，初學者(zhe)(zhe)可偏安全選用(yong)前者(zhe)(zhe)。鋼結構(gou)設(she)(she)計手(shou)冊(ce)中通常有焊(han)縫(feng)及(ji)螺栓(shuan)連接的(de)表格等供設(she)(she)計者(zhe)(zhe)查用(yong)，比較方(fang)便。也可以(yi)使用(yong)結構(gou)軟件的(de)后處(chu)理部(bu)分來自動完成。  

具體設計主要包括以下內容：  

    5.1 焊(han)接：對(dui)焊(han)接焊(han)縫的尺寸(cun)及(ji)形(xing)式等，規(gui)范有(you)強(qiang)制規(gui)定(ding)，應嚴格遵守。焊(han)條的選(xuan)用應和被連(lian)接金(jin)屬材(cai)質適應。E43 對(dui)應 Q235，E50 對(dui)應 Q345. Q235 與 Q345 連(lian)接時，應該選(xuan)擇低強(qiang)度的 E43，而不是 E50.  

    焊(han)(han)接(jie)設計中不得任意加大焊(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)縫(feng)的重心應盡量(liang)與被連接(jie)構(gou)(gou)件重心接(jie)近(jin)。其他詳細(xi)內容可查(cha)規范(fan)關于焊(han)(han)縫(feng)構(gou)(gou)造方面(mian)的規定。  

5.2 栓接：  

    鉚接形(xing)式，在建筑(zhu)工程中，現已很少(shao)采用(yong)。  

    普通螺栓抗剪(jian)性(xing)能差，可在次要結(jie)構(gou)部位(wei)使用。  

    高強(qiang)螺(luo)栓(shuan)，使用(yong)(yong)日益廣泛。常(chang)用(yong)(yong) 8.8s 和 10.9s 兩個強(qiang)度等級。根據受(shou)力特點分承(cheng)壓型和摩擦型。兩者計算方法(fa)不(bu)同。高強(qiang)螺(luo)栓(shuan)最小規格 M12.常(chang)用(yong)(yong) M16~M30.超大規格的螺(luo)栓(shuan)性能不(bu)穩定(ding)，設計中應慎(shen)重使用(yong)(yong)。  

    自攻螺絲(si)用(yong)于板材與薄(bo)壁型(xing)鋼間的次要連接(jie)。國外在(zai)低層墻板式住宅中，也常(chang)用(yong)于主結構的連接(jie)。  

5.3 連接板：可簡單取其厚(hou)度為梁腹板厚(hou)度加(jia) 4mm.然(ran)后驗算凈(jing)截面抗剪(jian)等。  

    5.4 梁腹板：應驗(yan)算栓孔處腹板的(de)凈(jing)截面(mian)抗剪(jian)。承壓型高強螺栓連接還需驗(yan)算孔壁局部承壓。  

    5.5 節點設計必須考慮(lv)安(an)裝(zhuang)螺栓、現場焊接等(deng)的施工(gong)空間及構件吊裝(zhuang)順序等(deng)。構件運到現場無法安(an)裝(zhuang)是初學者長犯的錯誤(wu)。此外，還應盡可能使工(gong)人能方(fang)便的進(jin)行現場定位與臨時固定。  

    5.6 節(jie)點設(she)計還應考(kao)慮制造廠的工藝(yi)水平。比如鋼管連接節(jie)點的相(xiang)貫(guan)線的切口需(xu)要數控機床等設(she)備才能(neng)完成。 

6.構(gou)件設(she)計  

構(gou)件的(de)(de)設計首先是材(cai)料的(de)(de)選(xuan)(xuan)擇(ze)。比較常用(yong)的(de)(de)是Q235 （類似(si) A3）和 Q345 （類似(si) 16Mn）。通常主(zhu)結構(gou)使用(yong)單一鋼(gang)種以便于工程管理。經濟(ji)考(kao)慮，也可以選(xuan)(xuan)擇(ze)不同(tong)強(qiang)度鋼(gang)材(cai)的(de)(de)組合(he)截(jie)面(mian)。當強(qiang)度起控(kong)(kong)制(zhi)作用(yong)時，可選(xuan)(xuan)擇(ze) Q345；穩(wen)定(ding)控(kong)(kong)制(zhi)時，宜使用(yong) Q235.  

構件(jian)設計(ji)中，現(xian)行(xing)規范(fan)使用的是彈(dan)(dan)塑性(xing)的方法來驗算(suan)截面。這(zhe)和結構內(nei)力計(ji)算(suan)的彈(dan)(dan)性(xing)方法并不匹(pi)配。  

當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，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。這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結(jie)構師的很多工作量(liang)。

但是，初學鋼至少應注意(yi)兩點：   

    6.1 軟件(jian)在做構(gou)件(jian) （主要是柱）的截(jie)面驗算時，計算長度系(xi)數的取定有時會不符合規范的規定。目前所(suo)(suo)有的程序都(dou)不能完全(quan)解決這(zhe)個問題。所(suo)(suo)以，尤其(qi)對于節點連(lian)接情(qing)況復雜或變(bian)截(jie)面的構(gou)件(jian)，結(jie)構(gou)師(shi)應該(gai)逐個檢(jian)查。  

6.2 當上面預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區別對待。  

     （1）強度不(bu)滿(man)足(zu)，通常加(jia)大(da)組成截面的板(ban)件厚度，其中，抗彎(wan)不(bu)滿(man)足(zu)加(jia)大(da)翼緣(yuan)厚度，抗剪不(bu)滿(man)足(zu)加(jia)大(da)腹板(ban)厚度。  

     （2）變形(xing)超限，通(tong)常不(bu)應(ying)加大板件厚度，而應(ying)考慮(lv)加大截面(mian)的高度，否則，會很不(bu)經濟。  

使用軟件的前述自動加大截面的優化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區分，實際上，常常并不合適。  

7.圖紙編制  

    鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)出圖(tu)(tu)(tu)分設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)圖(tu)(tu)(tu)和(he)施(shi)工(gong)詳圖(tu)(tu)(tu)兩階段(duan)，設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)圖(tu)(tu)(tu)為(wei)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)單(dan)位提供(gong)，主(zhu)要(yao)是(shi)原(yuan)理圖(tu)(tu)(tu)和(he)桿(gan)件示意圖(tu)(tu)(tu)。施(shi)工(gong)詳圖(tu)(tu)(tu)通常由鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)專業制造公司，根據設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)圖(tu)(tu)(tu)來(lai)進行具(ju)體的(de)深(shen)化(hua)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)內(nei)容。現在的(de)深(shen)化(hua)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)程(cheng)序(xu)和(he)先進，可以同時完成所(suo)有桿(gan)件的(de)加工(gong)、制作等內(nei)容。有時也(ye)會由設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)單(dan)位代(dai)為(wei)編制。由于(yu)近年鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)項目(mu)增多和(he)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)院鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)工(gong)程(cheng)師缺乏的(de)矛盾(dun)，有設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)能力的(de)鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)公司參(can)與設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)圖(tu)(tu)(tu)編制的(de)情況也(ye)很普遍。  

7.1 設計圖：是提供制造廠編制施工詳圖的依據。深度及內容應完整但不冗余。在設計圖中，對于設計依據、荷載資料 （包括地震作用）、技術數據、材料選用及材質要求、設計要求 （包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸等）、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現設計的意圖。主要材料應列表表示。  

7.2 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。不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳盡的材料表。  

設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優秀設計并參考相關的工具書，并依據規范規定編制。