钢材具有高强、质轻、力学性能良好的优点,因而钢结构是一种比较理想的结构,特别是,现代的建筑发展越来越往“高、精、深”的方向发展,钢结构正好可以解决以往钢筋混凝土结构无法解决的问题,因而钢结构越来越被广泛的应用。但由于钢结构的截面面积较小,为提高截面的刚度,从经济角度考虑,钢结构截面往往被设计成薄壁并展开的截面,因此,较之钢筋混凝土结构,稳定性是钢结构设计中尤为重要的内容,甚至是决定性的因素,而影响稳定性的因素是多方面的,并有一些不确定的因素,使得我们的设计都是在很多假设的前提下进行的。另外,钢结构的截面组成和连接的方式比起钢筋混凝土结构也复杂的多,因而,钢结构的设计思路在设计中起着非常重要的作用。
钢结构设计首先应先判断结构是否适用钢结构,目前钢结构建筑正成为一种建筑时尚,现代比较出名的建筑几乎都离不开钢结卡句。钢结构虽有很多优点,但成本高,而且不耐火,一旦发生火灾,温度超过600U,钢结构就完全失去承载能力。一般来说,高层建筑、大跨度、体形复杂、承受较大的动荷载、密封要求高、要求能活动和装拆的建筑等,多用钢结构,但对~般多层住宅不适合钢结构。
确定了使用钢结构,接下来就要进行结构的选型与结构的布置,在这个过程中,应强调“概念设计”,特别是对一些难以精确理性分析或规范未规定的问题,可以依据从整体结构体系与分析体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思路,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。总之就是要经济合理选择结构方案,要选择一个切实可行的结构形式和结构体系,必要时还可以多方案进行比较,择优选用。
结构确定下来后,需对构件的截面作初步估算,主要是粱、柱和支撑等截面形状与尺寸的假定。比如:钢梁可选择槽钢、H型钢截面等。梁截面高度也可在跨度的l/'20~l/50之间选择等等。特别要注意的是对应不同的结构,规范中对截面的构造要求有很大的不同,比如:钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题,在普钢规范和轻钢规范中限值有很大的区别在完成了以上内容以后,对选定的结构要进行结构分析和工程判定。简单的结构可以通过手算进行结构分析,复杂结构就需要建模运行程序并做详细的结构分析。工程设汁中计算和精确的力学计算本身有一定的距离,为了获得使用的设计方法,有时会用误差较大的假定甚至是一些工程估算或采用一些经验法,尽管在设计中,这种误差会通过“适用条件、概念及构造的方式来保证结构的安全,但在这里更应强调“概念设计”和工程判断。
之后可以进入结构的连接设计和构件设计。钢结构的连接设计也是非常关键的,连接设计的好坏直接影响结构的使用,比如对于桥梁,主要承受的是动荷载,因此在设计上应尽量避免铆钉和螺栓,世界第一跨大桥,上海的卢浦大桥的上端两条彩虹式的拱肋就是采用一个个连续钢箱焊接而成,当然,这个设计需要有强大的技术支持,施工的要求也非常之高,在整个结构设计和施工过程中误差非常之小,连接设计应根据实际的工程等级和经济情况而定,当然安全还是第的,而构件的设计主要根据《钢结构设计规范》对梁、板、柱、支撑的设计,《钢结构设计规范》采用了概率理论为基础的极限状态的方法,主要从承载能力的极限状态和正常使用的极限状态出发进行设计,设计的重点是稳定性方面的设计。
最后要完成的是图纸的编制,钢结构设计出图分设计图和施工详图两个阶段。前者设计深度及内容应完整但不冗余,对设计过程中的依据、资料、数据、结构布置等等要表示清楚,后者也可有钢结构制造公司根据设计图编制。
当前,计算机技术的迅速发展,为结构设计提供了快速、准确的设计计算工具,但作为设计师不能过分的依赖软件,人的设计应该是有其思想的设计,是概念的设计。