2018一级注册结构工程师专业知识指导：钢结构（2）

　　图纸编制

　　钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。

　　1.设计图：是提供制造厂编制施工详图的依据。深度及内容应完整但不冗余。在设计图中，对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。

　　2.施工详图：又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表。

　　(一)判断结构是否适合用钢结构

　　钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。

　　(二)结构选型与结构布置

　　此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。

　　在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分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想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

　　林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20]

　　钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

　　其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。

　　结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落(切线50度内需考虑雪载)，如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19]

　　结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。

　　结构上的作用

　　一、作用的定义

　　施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，都称为结构上的作用，简称作用。

　　结构上的作用有直接作用与间接作用两种。

　　结构构件自重，楼面上的人群、物品、设备的重力，风和雪等都是直接作用在结构上的力，称为直接作用或荷载。

　　温度变化、结构材料的收缩或徐变、地基变形、地震等都会使结构产生外加变形或约束变形，但它们不是直接以力的形式出现的，故称为间接作用。

　　二、作用的分类

　　作用按其随时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用三类。

　　两类极限状态

　　一.结构的功能要求——结构和构件在规定的时间内，应满足以下四项预期的功能要求，

　　(1)能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用;

　　(2)在正常使用时具有良好的工作性能;

　　(3)在正常维护下具有足够的耐久性;

　　(4)在偶然事件(如爆炸、撞击、火灾等)发生时和发生后，仍然保持必需的整体稳定性。

　　上述一、四项是指结构的安全性，二、三项分别指结构的适用性和耐久性

　　二.结构的可靠性——是结构安全性、适用性和耐久性的概称，即指结构在规定的时间内(即设计基准期)，在规定的条件下(结构的正常设计、施工、使用和维护条件)，完成预定功能(如强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性等)的能力。

　　三.设计基准期——进行结构可靠性分析是，考虑各项基本变量与时间关系所取用的基准时间。我国取结构的设计基准期为50年，特殊建筑可以例外。