15天學會輕型門式鋼架設計

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    首先說明的是大多數(shù)設計院做輕型鋼結構廠房無論從各個方面來說還是比不上專業(yè)的鋼結構公司,原因很簡單--尺有所短寸有所長.
   所以在民用院混的話沒有太大必要掌握這個，當然，多學會一項本領也不是壞事，炒更的機會也多些，輕型門式鋼架設計并不難，靜下心把本文推薦的幾本書看通，再實際操作幾個項目基本能掌握設計要領，不用刻意花時間和金錢去了解。

   關于門式鋼架的設計,基本上北方用PKPM 南方用3D3S。當然了，兩款軟件各有好處。想設計首先要知道地質條件。然后是該地區(qū)的風荷載雪荷載。然后做一個荷載組合（尤其是雪荷載）。最后用軟件 。一步一步的人機交互輸入數(shù)據(jù)就可以了.具體操作和參數(shù)定義有幾本書講的很詳細.

   此外，對于新手，可以用《門式剛架輕型房屋鋼結構設計與施工疑難問題釋義》《2008版PKPM結構設計軟件入門叢書之PKPM軟件鋼結構設計入門》這兩本書學習理論.實際案例操作則可看《PKPM結構設計軟件入門與應用實例(鋼結構)》，此外，綜合應用可以參考大連理工大學2010年2月出版的《PKPM軟件STS鋼結構設計-從入門到精通》,當然,要是想完全學好鋼結構不能速成或者舍本逐源,必須細看建工社的《鋼結構設計手冊》上下冊，至少看完上冊，因為這個是少林長拳。最基本的理論都在里面。

   最后就是圖集了，圖集上的案例是按照檐口高度，剛架跨度，柱距，風荷載和雪荷載，是否帶吊車和吊車噸位大小來分類的。圖集一般偏于保守，含鋼量偏大，個人不建議直接選用。但是其中的節(jié)點構造和構件之間的連接處理必須理解。圖集目錄如下：
02SG518-1 門式剛架輕型房屋鋼結構（無吊車）

http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/122568267112600.html

02(04)SG518-1 門式剛架輕型房屋鋼結構（2004年局部修改版）

http://www.civilcn.com/jianzhu/dftj/129108264669551.html

04SG518-2門式剛架輕型房屋鋼結構（有懸掛吊車）

http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591910313767.html

04SG518-3 門式剛架輕型房屋鋼結構(有吊車)

http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591933613768.html

07SG518-4多跨門式剛架輕型房屋鋼結構（無吊車）

http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123621914913842.html

門式剛架輕型房屋鋼結構(有懸掛吊車)附:構件詳圖

門式剛架輕型房屋鋼結構(有吊車)附:構件詳圖

這些書都看過以后，個人推薦《輕鋼結構設計》當然，看書要理提綱，選重點。對于涉及到軟件中所有的參數(shù)一定要結合《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)范以及規(guī)范的條文說明徹底去弄通(以上推薦的書中基本都有)，不能抱著書一通爛讀，那是沒有任何效果的......

  看完了書以后就得在土木工程網上找?guī)追蓍T式鋼架的圖紙細看了，主要看三個方面：節(jié)點繪制（畢竟這類結構有點組裝積木的味道，大小構件的連接必須弄清楚），各個構件之間剛接與鉸接的區(qū)分，以及傳力路徑在節(jié)點式樣中的體現(xiàn)，繪圖格式和表達技巧。也可以下載幾份門式鋼架畢業(yè)設計手算計算書，仔細查看荷載取值，手算步驟和公式。更好的理解。

   鋼結構廠房我本人做的也獨立設計過幾個，單跨跨度最大的36m，三連跨跨度最大的90m。帶吊車噸位最大的為20t，主要還是要理解計算模型的簡化及構成，傳力路徑在節(jié)點大樣圖中的體現(xiàn)以及傳力路徑的整體分析。

鋼結構設計簡單步驟設計思路

（一）判斷結構是否適合用鋼結構
　　鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。

　?。ǘ┙Y構選型與結構布置

　　此處僅簡單介紹。詳請參考相關專業(yè)書籍。由于結構選型涉及廣泛，做結構選型及布置應該在經驗豐富的工程師指導下進行。

　　在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計"，它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結構方案的方法，以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。[20]

　　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(wěn)定等。

　　結構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)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(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線50度內需考慮雪載），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網殼。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)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(guī)則的高層中，不應單純?yōu)榱私洕ミx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(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。[19]

　　結構的布置要根據(jù)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。

　?。ㄈ╊A估截面

　　結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。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、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。翼緣寬度根據(jù)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(wěn)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(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)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(jù)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(guī)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(wěn)定問題。在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)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(jù)構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。

　?。ㄋ模┙Y構分析

　　目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P-Δ，p-δ。

　　新近的一些有限元軟件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構提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件：

　　典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形。

　　簡單結構通過手算進行分析。

　　復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。

　?。ㄎ澹┕こ膛卸?/p>

　　要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做"工程判定".比如，評估各向周期、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，還是修正計算結果。

　　不同的軟件會有不同的適用條件。初學者應充分明了。此外，工程設計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離，為了獲得實用的設計方法，有時會用誤差較大的假定，但對這種誤差，會通過"適用條件、概念及構造"的方式來保證結構的安全。鋼結構設計中，"適用條件、概念及構造"是比定量計算更重要的內容。

　　工程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：“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時 間的問題。”

　　注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法。

　?。嫾O計

　　構件的設計首先是材料的選擇。比較常用的是Q235（類似A3）和Q345（類似16Mn）。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理。經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。當強度起控制作用時，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時，宜使用Q235.

　　構件設計中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和結構內力計算的彈性方法并不匹配。

　　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(yōu)化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。但是，初學鋼至少應注意兩點：

　　1.軟件在做構件（主要是柱）的截面驗算時，計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以，尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構件，結構師應該逐個檢查。

　　2.當上面第（三）條中預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區(qū)別對待。

　?。?）強度不滿足，通常加大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。

　?。?）變形超限，通常不應加大板件厚度，而應考慮加大截面的高度，否則，會很不經濟。

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

（七）節(jié)點設計

　　連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免。按傳力特性不同，節(jié)點分剛接，鉸接和半剛接。初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式。

　　連接的不同對結構影響甚大。比如，有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題，但會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定。會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。

　　連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法，初學者可偏安全選用前者。設計手冊[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用，比較方便。也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成。

　　具體設計主要包括以下內容：

　　1.焊接：對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制規(guī)定，應嚴格遵守。焊條的選用應和被連接金屬材質適應。E43對應Q235，E50對應Q345. Q235與Q345連接時，應該選擇低強度的E43，而不是E50.

　　焊接設計中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近。其他詳細內容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定。

　　2.栓接：

　　鉚接形式，在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用。

　　普通螺栓抗剪性能差，可在次要結構部位使用。

　　高強螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個強度等級。根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型。兩者計算方法不同。高強螺栓最小規(guī)格M12.常用M16~M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。

　　自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國外在低層墻板式住宅中，也常用于主結構的連接。

　　3.連接板：可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm.然后驗算凈截面抗剪等。

　　4.梁腹板：應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

　　5.節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。

　　6.節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成。

　?。ò耍﹫D紙編制

　　鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據(jù)設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。

　　1.設計圖：是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。深度及內容應完整但不冗余。在設計圖中，對于設計依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術數(shù)據(jù)、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?shù)龋?、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)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(xiàn)設計的意圖。主要材料應列表表示。

　　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……

仔細看完這幾本書，再操作一兩個項目熟悉圖紙表達和設計思路，就能免費輕松的掌握簡單的門式鋼架設計了。

 以下是文中提到的幾本書，大家可以下載：

門式剛架輕型房屋鋼結構設計與施工疑難問題釋義

下載地址：http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1317349164172673.html

大連理工大學《PKPM軟件STS鋼結構設計-從入門到精通》光盤

下載地址：http://www.civilcn.com/jiegou/jgrj/1317352116172706.html

PKPM軟件鋼結構設計入門

下載地址 ：http://www.civilcn.com/jiegou/PKPM/128171400344398.html

PKPM結構設計軟件入門與應用實例—鋼結構

下載地址：http://www.civilcn.com/jiegou/PKPM/1304752628119385.html

CECS102：2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程

下載地址 ：http://www.civilcn.com/jianzhu/jzgf/1197652682917.html

結構概念和體系（第二版）

 下載地址 ：http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/124647073216019.html

鋼結構設計手冊（上、下冊）（第三版）

 下載地址 ：http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1305693064122260.html

《輕鋼結構設計》這本書真的不錯，我強烈推薦?。?/p>

下載地址：http://www.civilcn.com/jiegou/jgsji/1304585758118515.html

大家仔細看看這本書的第五章：支撐系統(tǒng)，講的很詳細，基本不用刻意花時間和金錢專門去了解~~~

以下是關于3D3S和PKPM軟件的資料，大家可以去看看：

3D3S軟件

http://www.civilcn.com/e/search/result/?searchid=17619

PKPM軟件

http://www.civilcn.com/e/search/result/?searchid=4380