建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展提倡采用概念設(shè)計(jì)思想來(lái)促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性，推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。一般大型工程經(jīng)常要求大空間，或建筑造型新穎，設(shè)計(jì)師往往會(huì)考慮鋼結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)工程對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出了更高的要求，它不但要設(shè)計(jì)出安全、可靠的結(jié)構(gòu)型式，還要盡量壓縮施工周期，節(jié)約成本。本文主要介紹了廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)。
1 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(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說(shuō)：大型廠房、大廈、體育館、歌劇院、電視塔、工廠和臨時(shí)建筑等，這是跟鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。
2 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“ 概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型及布置階段尤其重要。對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問(wèn)題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來(lái)確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。由于大型廠房專業(yè)多、配合多、工藝復(fù)雜等特殊性，為了滿足工藝專業(yè)的功能需要，經(jīng)常需要構(gòu)思出一些非常規(guī)的結(jié)構(gòu)類型，這就需要一定工程經(jīng)驗(yàn)的積累及對(duì)“概念設(shè)計(jì)”具備一定深度理解的工程人員，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的工程。
結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)，在工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)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，降雨量大的地區(qū)類似考慮。建筑允許時(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比純框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。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(shuō)要?jiǎng)偠染鶆颍W(xué)模型清晰，盡可能限制大荷載或移動(dòng)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)向力的作用線。否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。
框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置，有時(shí)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(huì)使主梁截面加大，減少了樓層凈高，頂層邊柱也有時(shí)會(huì)超限，此時(shí)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 預(yù)估截面
結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)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、工字鋼、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，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(yù)估。
柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估。通常50
4 結(jié)構(gòu)分析
目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析，設(shè)計(jì)院一般會(huì)有STS，3D3S等鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件。有些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，復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要兩種以上軟件建模計(jì)算分析。
5 工程判定
要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對(duì)其輸出結(jié)果的做“工程判定”。比如，評(píng)估周期、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，修正計(jì)算結(jié)果。不同的軟件會(huì)有不同的適用條件。此外，工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算和精確的力學(xué)計(jì)算本身常有一定距離，會(huì)通過(guò)“適用條件、概念及構(gòu)造”的方式來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，“適用條件、概念及構(gòu)造”是比定量計(jì)算更重要的內(nèi)容,不應(yīng)該過(guò)分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件，注重概念設(shè)計(jì)和工程判定是避免因結(jié)構(gòu)軟件出錯(cuò)而造成嚴(yán)重的后果。
6 構(gòu)件設(shè)計(jì)
構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇，比較常用的是Q235和Q345，通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種,也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面，當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí)，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時(shí)，宜使用Q235。
當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，大都提供截面驗(yàn)算的后處理功能，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)通不過(guò)的構(gòu)件，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò)，這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一，它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量，但是，初學(xué)鋼結(jié)構(gòu)至少應(yīng)注意兩點(diǎn)：
(1)軟件在做構(gòu)件的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定，有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定，尤其對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，應(yīng)該逐個(gè)檢查。
(2)當(dāng)預(yù)估的截面不滿足時(shí)，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待。
①?gòu)?qiáng)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分厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。
?、谧冃纬蓿ǔ２粦?yīng)加大板件厚度，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則，會(huì)很不經(jīng)濟(jì)。
使用軟件加大界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)別，實(shí)際工作中，常常并不合適。
7 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)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(jì)的節(jié)點(diǎn)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。連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。
連接接點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常見的方法，設(shè)計(jì)手冊(cè)中通常有焊縫及螺栓連接表格等供設(shè)計(jì)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(lái)完成。具體設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：
(1)焊接：對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守，焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適用。E43對(duì)應(yīng)Q235，E50對(duì)應(yīng)Q345。
焊接設(shè)計(jì)中不得任意人加大焊縫，焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近，其它詳細(xì)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：普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用，高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛，通常8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型，兩者 算方法不同，高強(qiáng)螺栓常用M16～ M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)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。
(3)連接板可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度增加2mm～4mm，然后驗(yàn)算凈截面抗剪等。
(4)梁腹板：應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈截面抗剪，承壓型高強(qiáng)度螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。
(5)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。
(6)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平，比如鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床設(shè)備才能完成。
8 圖紙編制
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。
(1)設(shè)計(jì)圖：是鋼結(jié)構(gòu)公司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)汁圖中，對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求、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(diǎn)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(jì)的意圖。
(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，并應(yīng)附有詳細(xì)的材料表。
