鋼結構框架設計總結(鋼結構的框架)
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今天給各位分享鋼結構框架設計總結的知識,其中也會對鋼結構的框架進行解釋,如果能碰巧解決你現在面臨的問題,別忘了關注本站,現在開始吧!謝謝,比如鋼結構設計規范,鋼結構安裝規范等。本人自參加工作以來設計了多棟鋼結構建筑,其中包括門式剛架、鋼框架、鋼結構加層、鋼結構加電梯、大型廣告牌等。隨著設計經驗的積累,對規范認識的逐步加深,從中總結了一些對鋼結構設計的認識,提出來供大家參考及討論。⑶屋面、墻面構造屋面及墻面構造措施是增大剛架剛度,防止剛架平面外失穩的關鍵措施。
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本文目錄一覽:
- 1、鋼結構設計的總結?
- 2、誰有鋼結構的資料可以傳一下給我看一下哈??謝謝,比如鋼結構設計規范,鋼結構安裝規范等
- 3、鋼結構設計安裝有門道,重點要點全解析?
- 4、框架結構設計的原則?
- 5、多層鋼筋混凝土框架結構上的輕鋼結構設計
- 6、鋼構人必讀——鋼結構住宅設計的幾點總結,一般人還不知道
鋼結構設計的總結?
鋼結構設計經驗總結鋼結構工程一般民用項目設計院的做得相對較少,而工業院和大型的設計院做得較多,如果仔細分析一下鋼結構的設計規范:只講了四點,一是基本的設計規定,二是構件計算,三是連接計算,四是構造要求。
第一,設計規定
記住一定注明鋼材的強度等級、連接材料的型號,焊縫形式及焊縫的質量等級及對施工的要求。A級鋼不保證沖擊韌性,含碳量不作為交貨條件,故不能用于抗震設防和焊接結構(此說法不太準確,但設計人可以接受,其實可焊還是不可焊,是碳當量決定的,而非含碳量);在實際工程中,除了大跨度重級工作制吊車梁的下翼緣對接,以及大跨度鋼橋的受拉構件的對接這種對質量要求很高的焊縫要求一級焊縫以外,其他場合很少用到一級。一般都要求二級。對于角焊縫,除了在要求熔透的情況(如對于輪壓較大的吊車梁的上翼緣和腹板連接的角焊縫),其質量等級要求二級外,其他場合一般都用三級。
一些設計人員在設計說明中往往寫道:高強度螺栓采用承壓型高強度螺栓10.9S,這是一種不正確的說法。對于設計者只要給出高強度螺栓的性能等級和連接材料摩擦面的抗滑移系數即可,不必規定制造商采用何種螺栓。
“紅丹兩度打底,調和漆兩度罩面”這種說明使得涂料的品牌不清(紅丹有多種),漆膜層厚度不明(涂料應注明各層厚度),而且標準也太低,這是以前60年代的標準,至今仍有人這么用,說明對防腐的不重視。
第二,構件計算
集中荷載較大處,需設置橫向加勁肋或進行局部承壓計算;鋼梁受壓翼緣自由長度l1與其寬度b1的比值超過規范限值時,需進行整體穩定驗算;箱型梁雖抗扭特性較好,但截面尺寸不滿足也需進行整體穩定驗算;支座反力較大的梁端支承加勁肋需按照軸壓計算其在梁平面外的穩定性,且對連接焊縫進行計算;構件寬厚比和高厚比的要求,特別是當設計中考慮截面塑性發展與塑性設計時的要求更嚴(注意區分受壓構件和受彎構件寬厚比的不同);單角鋼受壓構件長細比,需采用角鋼的最小回轉半徑,而非角鋼平行軸的回轉半徑;軸心受壓構件需按規范規定計算剪力;設計桁架時的桁架腹桿平面內、外的計算長度不可想當然取其幾何長度,規范有其考慮和規定;交叉腹桿的平面外計算長度要注意。
第三,連接計算
焊縫計算長度要減去2倍焊腳尺寸;普通螺栓不可僅僅按照受剪承載力來確定螺栓數量;高鋼中規定,抗震設計時采用摩擦型的高強螺栓,但連接的極限承載力計算按螺桿與孔壁接觸考慮;直接承受動力荷載的結構不可采用承壓型高強螺栓;摩擦型的拼接時,螺栓沿受力方向的連接長度超過15D0,螺栓承載力需折減,大于60d0時,折減系數為0.7;柱梁的剛性連接,需進行柱腹板在梁翼緣范圍內的節點域計算;連接節點板在拉力和剪力下,需進行強度驗算;在壓力下不可忽略穩定性驗算;桁架節點板自由邊長與其厚度有要求,否則要采取措施;梁端支座底板厚度也需進行計算;軸心受壓柱底與柱底板角焊縫也需計算。
第四,構造要求
非采暖地區的房屋鋼柱與屋面鋼梁剛接,橫向溫度區段大于120米。又未計算溫度應力或變形影響;構件板件的現場拼接對接焊縫,設計文件中只注明采用剖口焊,未給出剖口形式;對接焊縫拼接處,焊件的厚度在一側相差4mm以上,在厚度方向應做斜角;側角焊縫連接計算中,按焊縫全長計算,未考慮只能按60hf有效長度計算,連接設計不安全;角焊縫的焊腳尺寸hf小于l.5(t)1/2;直接承受動力荷載的結構,對角焊縫的表面形狀未提出要求;板件端部采用兩條側面角焊縫連接時,兩條側面角焊縫之間的距離過大;角鋼與節點板采用三面圍焊,但對圍焊未提出施焊要求;在摩擦型連接高強度螺栓連接范圍內,構件接觸面的處理方法未在圖中說明;高強度螺栓連接的構件,螺栓中心至構件邊緣距離不滿足最小容許距離;直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接未采取防止螺帽松動措施,或采用打亂絲扣等損傷性措施;工字形實腹柱腹板計算高度h0與其厚度tw之比大于80(235/fy)1/2,未設置橫向加勁肋;較高的格構式柱末設置橫隔;桁架弦桿采用H型鋼,H型鋼的高度與其在平面內的幾何長度之比大于l/10,未考慮次彎矩影響;桁架節點板厚度f=5mm,不滿足規定;焊接工字形梁橫向加勁肋與翼緣板相接處未切角;梁突緣支座突緣加勁板的伸出長度大于其2倍的厚度;柱腳錨栓按同時承受拉力和柱腳底部剪力設計,違反了有關規定;雙肢格構柱插入杯口最小深度僅按1.5倍柱截面寬度取值(此值比0.5倍柱截面高度小);在設計文件中未注明鋼材除銹等級和所用的涂料名稱及涂層厚度;地面以下的鋼柱腳未要求用混凝土包裹;采用直接焊接的鋼管桁架節點承受動力荷載;按現行設計規范設計的鋼管桁架采用Q390等屈服強度fy大于345mpa的鋼材;鋼管結構主管與支管之間的夾角應不小于300。
鋼結構綜述:
鋼結構通常有框架、框架-支撐,框撐筒體,巨型桁架,平面(桁)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(參見網殼規范)等。
結構選型時,應考慮它們不同的特點。鋼結構整體布置應考慮結構的使用,荷載盡量均勻傳遞,支撐等耗能構件及連接的布置,結構的美學價值等。
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本人自參加工作以來設計了多棟鋼結構建筑,其中包括門式剛架、鋼框架、鋼結構加層、鋼結構加電梯、大型廣告牌等。隨著設計經驗的積累,對規范認識的逐步加深,從中總結了一些對鋼結構設計的認識,提出來供大家參考及討論。
1門式剛架
⑴門式剛架應首先確定是否有吊車,如廠房工藝要求需要布置吊車,則應注意以下幾點:①柱腳應設計成剛性柱腳; ②柱應設計成等截面柱; ③柱間支撐應由吊車縱向水平荷載控制設計,而不是簡單的構造設計,當有不小于5 t的橋吊時,宜采用型鋼支撐。如門式剛架無吊車,則按楔形柱等常規設計,不再贅述。
⑵柱間支撐的布置
柱間支撐與屋面支撐應布置在同一柱間,使剛架縱向形成穩定體系,便于剛架安裝且增加縱向剛度。支撐應布置在第一柱間或第二柱間,當布置在第二柱間時第一柱間相應布置剛性系桿,且剛性系桿與抗風柱沿縱向位置一致,使風荷載直接傳遞。在剛架轉折處(單跨房屋邊柱柱頂及屋脊以及多跨房屋某些中間柱柱頂和屋脊)應沿房屋全長設置剛性系桿。當門架的跨度較大時,在布置支撐的柱間,應適當增加剛性系桿的數量,使支撐的夾角在45°左右。當受建筑功能限制無法布置柱間支撐時,應布置縱向剛架。本人就曾經做過一個在端部柱間做剛接鋼梁,從而取消柱間支撐的工程,使建筑布置更加靈活,應用效果良好。
⑶屋面、墻面構造
屋面及墻面構造措施是增大剛架剛度,防止剛架平面外失穩的關鍵措施。檁條、墻梁一般由冷彎薄壁構件制成,當柱距小于6 m 時,設一道拉條,大于6 m時,設兩道拉條。在這里應特別提到斜拉條,在校圖過程中,常常可以看到許多鋼結構廠家或設計者設斜拉條而不設撐桿的情況。原因是結構概念不是很清楚,因為通過結構力學知識,在斜拉條間設置撐桿,方可形成穩定體系。在屋面、墻面設計中還應注意隅撐布置,隅撐不是可有可無,它是為防止受壓翼緣屈曲而設置。研究表明門式剛架的破壞首先是由于受壓最大翼緣屈曲引起的。斜梁下翼緣與剛架柱內翼緣連接處是出現屈曲的關鍵部位,該處設隅撐十分重要。另外,《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102:2002 (以下簡稱CECS102:2002)中規定:在斜梁下翼緣受壓區亦設置隅撐,其間距不得大于相應受壓翼緣寬度的16(235/fy)0.5倍。按一般的門式剛架,檁距1500 mm左右時,隔一個檁條設一道隅撐可滿足上述條件。
⑷抗剪鍵
《CECS102: 2002》中規定:柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力,水平剪力可由底板與混泥土基礎間的摩擦力(摩擦系數可取0. 4)或設抗剪縫承受。這就是我們計算門架時,往往出現警告提示:“柱腳需要設抗剪! ”
分析上述原因,主要是門架結構一般自重較輕,柱腳底板與基礎混凝土間的摩擦力較小,不足以抵抗水平的風荷載與地震作用,所以應設置抗剪鍵。抗剪鍵一般用角鋼或工字鋼制成,其截面與焊縫的抗剪承載力應進行計算,柱腳底板與基礎表面間的空隙進行二次注漿。具體做法可參考《多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖》01SG519圖集中第30頁大樣1、2的做法。
⑸柱腳錨栓的安裝定位
這是設計人員往往忽視的問題,而在實際工程中錨栓定位不準確造成剛架或框架安裝困難的工程案例比比皆是,本人也遇到過這種情況,后來不得不加固處理。分析原因,主要是錨栓之間無連接,整體剛度差,在澆筑混凝土的過程中錨栓難免移位。針對上述原因,采取澆筑混凝土前預埋柱腳錨栓固定支架處理,具體做法見圖1。固定支架與錨栓形成一個小的格構柱,這樣錨栓的定位就方便準確了。⑹抗風柱與剛架的連接目前門式剛架的抗風柱設計存在兩種錯誤的做法:一種是將抗風柱與剛架做成一樣,抗風柱與剛架梁或鉸接或剛接,抗風柱既參與抗風又參與豎向荷載作用及橫向水平作用。而設計人員往往又不做這樣剛架的縱向抗風驗算。這樣做是漏算荷載的,是工程設計的一大忌。本人認為一個受力明確的排架結構不應讓它的受力復雜化。這種做法是欠妥的;另一種做法是抗風柱與剛架在一條軸線上,但不考慮抗風柱受豎向荷載作用,抗風柱與剛架梁之間用一塊鋼板通過焊縫相連。這種做法仍然將一部分豎向荷載傳給了抗風柱,而且鋼板的側向剛度很小,在豎向荷載的作用下發生屈曲后就很難保證有效地傳遞風荷載了。以上兩種做法都存在弊端。在這里推薦以下做法:
采用廠房做法定軸網,第一榀剛架軸線與抗風柱錯開500~600 mm,抗風柱翼緣通過連接板與剛架梁腹板加勁肋相連,且連接板及加勁肋上開豎向長圓孔,連接螺栓采用普通螺栓,做法見圖2。圖2 抗風柱與剛架連接大樣
2 鋼框架的設計
⑴鋼框架體系的選擇
常用鋼結構框架可分為純框架體系和框架—支撐體系兩大類 。體系的選擇與建筑物的高度、使用功能密切相關。這就要求結構工程師應與建筑師密切配合,當由于建筑功能限制無法設置支撐時,則應采用純框架體系。純框架體系由于無抗側移支撐,縱橫兩個方向要滿足《建筑抗震設計規范》GB50011-2001 (以下簡稱《抗規》)第5.5節彈性層間位移角小于等于1 /300的要求,梁與柱在縱橫兩個方向均應剛接;又因《抗規》第8. 3. 4 條規定:“柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時,宜采用箱型截面”,所以采用純框架體系時,柱往往設計成箱型柱,但箱型柱內部防銹及使用過程中的維護相當困難,這是鋼結構設計中的一大難題。本人也試圖在設計中采用柱內澆筑混凝土的方法,但由于箱型柱在節點區設置加勁隔板,澆筑混凝土很困難;另一方面,鋼管混凝土在國內仍處于研究階段,常用設計軟件無法計算,計算理論在各學報中不盡相同。基于以上原因,在設計純鋼結構框架時,大部分仍采用不灌混凝土的箱型截面柱。本人在試算過程中采用工字柱強、弱軸均剛性連接的算法,依據是《抗規》第8.3.4 條采用的文字是“宜”,參考內地大設計院圖紙亦有采用上述設計方法的,但計算結果并不理想,弱軸方向的彈性層間位移角仍然無法滿足《抗規》第8. 3. 4的要求。由于箱型柱在構造上的一些困難,故建議在設計多層鋼結構房屋時盡量采用工字型柱,設計成框架—支撐體系。結構工程師與建筑師盡量協調,通過在需要布置支撐位置布置樓、電梯間等不開大洞口墻體來實現支撐的隱形。實際工程計算結果表明,支撐對框架的位移控制效果非常好,加之采用工字形柱使得材料節省、防銹,使用中維護方便,弱軸方向的連接簡單易行,實在是一個有效的方法。
⑵節點設計
鋼結構節點設計是鋼結構設計的關鍵。鉸接節點簡單,力學關系明確,在這里不做過多贅述,重點討論一下剛接節點的設計。梁柱剛性連接設計中,《抗規》8. 3. 4條推薦使用規范中圖8. 3. 4 - 1的節點形式,在工程實際中采用的也大部分是這類節點。這種節點有兩種計算依據:精確設計法和常用設計法。二者的區別是前者考慮腹板抗彎和抗剪,后者考慮腹板僅抗剪。精確設計法在實際設計中,腹板抗彎很難滿足要求,必須較大程度地加厚腹板。加厚腹板的做法很不經濟,所以工程中大多采用常用設計法,這種計算模型力學關系明確,計算簡單,但是在設計中一定要注意采取抗震加強措施,如采用使塑性鉸外移的梁端增強式連接或在離梁端不遠處削弱梁上下翼緣的犬骨式連接。這是因為,在不做任何加強梁端翼緣的情況下,只考慮腹板連接螺栓承擔剪力,彎矩由翼緣焊縫承擔,那么翼緣焊縫的抗彎能力只有梁抗彎能力的80 %左右(即梁翼緣截面模量只有梁全截面模量的80 %左右) ,再按《鋼結構設計規范》第3. 2. 2條,考慮現場施工條件焊縫強度設計值乘以折減系數0. 9,則其連接的抗彎承載力只有梁抗彎承載力的70%~75%。這種節點比等強連接還要低30% ~25% ,違背了“強節點,弱桿件”“大震不倒”的抗震基本原則。基于以上原因,應采用《多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖》01SG519圖集第19、20頁所示的抗震加強措施。
另外
我國在《抗規》及《鋼規》中均未規定鋼框架的抗震等級,只是分12層以下和12層以上兩個標準。筆者認為這相對于我國地域遼闊、各地設防烈度差異大的特點是不合適的。新舊《鋼規》中對多、高層鋼結構房屋均未規定伸縮縫的設置范圍,僅對單層工業廠房做了一些規定。以上兩點都是概念性的大問題,《鋼規》不強調這兩點是不合適的。
鋼結構設計安裝有門道,重點要點全解析?
隨著鋼結構工程的大力建設,鋼結構施工要求越來越嚴,其施工質量的好壞關系工程最終的質量。下面整理了鋼結構工程的相關要點,一起來看看吧。鋼結構工程80%左右的成本均受鋼材價格的直接影響,故應合理選擇結構類型,準確計算用鋼量。在進行結構選型時,須充分考慮不同結構形式的特點,盡量選擇跨度較小,經濟性更佳的結構,如有較大的懸掛荷載時,可選擇網架結構;屋面跨度較大時可選擇懸索。對于一般的鋼結構工程,采用框架支撐體系均具有較好的經濟性。在進行結構體系設計時,應在滿足建筑功能的前提下,選擇形式較為簡單、規則的平面及立面布置,且在布置方案設計時需要經多次計算,以優化最終效果。
鋼結構設計要點
1、結構布置要點(1)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。(2)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,但這會使主梁截面加大,減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會難以支撐。2、預估截面(1)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1/50~1/20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。 (2)柱截面按長細比預估。通常50λ150,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。 (3)對應不同的結構,規范中對截面的構造要求有很大的不同。(4)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,合理地選擇安全經濟美觀的截面。3、材料選擇材料選擇比較常用的是Q235和Q345。 通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理。從經濟方面考慮,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;穩定控制時,宜使用Q235。4、節點設計(1)焊接。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范關于焊縫構造方面的規定。(2)連接板。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。(3)梁腹板。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。
鋼結構施工要點
1、預埋螺栓的質量控制(1)施工基礎預埋螺栓時首先熟悉圖紙,了解圖紙的意圖,應制作安裝模板。(2)預埋螺栓用安裝模板及鋼筋定位在柱的主筋和模板上,保證預埋螺栓不受土建澆筑混凝土施工而移位。(3)控制螺栓之間的間距、高低可控制在允許的誤差范圍內;保護好螺栓絲扣在混凝土澆筑時不被損壞。(4)土建工程完工后,用經緯儀和水準儀對地腳螺栓的標高、軸線進行復查,并做好記錄,交下一道工序驗收。
2、構件制作質量控制鋼結構工程的施工通常要經過工廠制作和現場安裝兩個階段。鋼結構一般制作工藝流程分為:放樣→下料→拼板→切割→組立→埋弧焊接→鉆孔→組裝→矯正成型→鉚工零配件下料→制作組裝→焊接和焊接檢驗→防銹處理、涂裝、編號→構件驗收出廠。在鋼結構制作中,應根據鋼結構制作工藝流程,抓住關鍵工序進行質量控制,如控制關鍵零件的加工,主要構件的工藝、措施,所采用的加工設備、工藝裝備等。
3、焊接工程質量控制(1)鋼結構施焊前,對焊條的合格證要進行檢查,按說明書要求使用,焊工必須持證上崗證。(2)焊縫表面不得有裂紋、焊瘤,一、二級焊縫不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋,一級焊縫不得有咬邊、未滿焊等缺陷,一、二級焊縫按要求進行無損檢測,在規定的焊縫及部位要檢查焊工的鋼印。(3)不合格的焊縫不得擅自處理,定出修改工藝后再處理,同一部位的焊縫返修次數不宜超過2次。
4、連接工程質量控制(1)綁扎搭接時,應根據圖紙要求的間距計算好每根柱箍筋數量,并先將箍筋套在下層伸出的搭接筋上,然后立柱子鋼筋。(2)在搭接長度內,鋼筋的綁扣應不少于3個,且綁扣應向柱內,以便于箍筋向上移動。(3)基礎底板采用雙層鋼筋網時,應在上層鋼筋網下設置鋼筋撐腳或混凝土撐腳,以保證鋼筋位置正確。(4)若柱主筋采用光圓鋼筋搭接時,角部彎鉤應與模板成45°,中間鋼筋的彎鉤應與模板成90°角。(5)現澆柱與基礎連接用的插筋連接時,其箍筋應比柱筋小一個直徑,以便連接。同時,插筋位置須固定牢靠,以免造成柱軸線偏移。
5、構件安裝質量控制(1)鋼結構安裝前,應對構件的質量進行檢查,構件的永久變形和缺陷超出允許值時,應進行處理。(2)鋼柱安裝要檢查柱底板下的墊鐵是否墊實、墊平,防止柱底板下地腳螺栓失穩。(3)控制柱是否垂直和有無位移,安裝工程中,在結構尚未形成穩定體系前,應采取臨時支護措施。(4)當鋼結構安裝形成空間固定單元,并進行驗收合格后,要求施工單位及時將柱底板和基礎頂面的空間用膨脹混凝土二次澆筑密實。(5)檢查鋼結構主體結構的垂直度和整體平面彎曲。
6、緊固件連接質量控制(1)注意高強螺栓摩擦面的加工質量及安裝前的保護,防止污染、銹蝕。并在安裝前進行高強螺栓摩擦面的抗滑移系數試驗、檢查高強螺栓出廠證明、批號,對不同批號的高強螺栓定期抽做軸力試驗。(2)高強螺栓安裝要求自由穿入,不得敲打和擴孔。因此在鋼結構制作時應準備一定的胎架模具以控制其變形,并在構件運輸時采取切實可行的固定措施以保證其尺寸穩定性。(3)鋼結構安裝過程中板疊接觸面應平整,接觸面必須大于75%,邊緣縫隙不得大于0.8mm。對高強螺栓安裝工藝、包括操作順序、安裝方法、緊固順序、初擰、終擰進行嚴格控制檢查,擰螺栓的扭力扳手應進行標定等。終擰完畢應逐個檢查,對欠擰、超擰的應進行補擰或更換。
7、除銹及涂裝工程(1)施工人員要根據圖紙要求以及除銹等級采用不同除銹方法。(2)涂刷工程質量的控制應做到在鋼結構涂刷前,涂刷的構件表面不得有焊渣、油污、水和毛刺等異物,涂刷遍數和厚度應符合設計要求。(3)對涂裝材料必須有合格證,防火涂料涂裝工程必須由消防部門批準的施工單位施工鋼結構工程注意要點
1、如果有天溝,系桿不能設計到緊貼著柱頂的部位,否則將可能導致無法安裝落水管。2、水平支撐上花籃螺栓位置的布置要合理,不要過于偏離主梁,應該考慮方便安裝為主,另外也要考慮一下隅撐的布置位置。3、不要片面地在檁條的拉條孔上考慮“受拉邊、受壓邊”等因素,打出上下邊距不等的孔眼,因為安裝時是很容易裝反的,結果反而不利。4、高強螺栓的位置要合理,要考慮扭斷器及扭矩扳手的施工空間,不要在安裝時,因為空間太小,扭斷器及扭矩扳手無法就位等,導致高強螺栓梅花頭無法擰斷或高強螺栓無法擰緊。5、高強螺栓連接板如果有可能,盡量采用上下對稱的螺栓布置方法。6、輕鋼結構如果有維護磚墻,一定要提前與建設單位及土建施工單位對接好備。7、抗風柱與鋼梁的連接應盡量采用彈簧板連接,因為中間跨的梁安裝后下撓比較大,山墻的梁若用螺栓與抗風柱連接,會造成屋面不平。8、屋面檁條布置圖和鋼梁的詳圖要認真核對。9、節點板無加勁肋,有的是設計者也沒設計,導致后續焊時,節點板變形。10、梁柱做系桿連接板時,沒有將孔適當外伸,有的地方因為系桿上的連接板太長,導致空間太小,系桿過長放不進去。11、在有條形窗的檁條安裝時盡量采用沉頭螺釘。12、門口上層條形窗與門口上框太近,沒有雨篷的位置。13、窗框上下相鄰檁距間的拉條沒布置好,拉條端頭與窗框發生沖突。14、應在天溝下涂刷防結露漆,或者噴涂聚氨酯保溫層,也可做其他保溫處理。
相信經過以上的介紹,大家對鋼結構設計安裝有門道,重點要點全解析也是有了一定的認識。歡迎登陸中達咨詢,查詢更多相關信息。
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框架結構設計的原則?
框架結構設計的原則具體內容是什么,下面中達咨詢為大家解答。
1、剛柔并濟
合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太剛則變形能力差,強大的破壞力瞬間襲來時,需要承受的力很大,容易造成局部受損最后全部毀壞;而太柔的結構雖然可以很好的消減外力,但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好,還是柔多一點好?剛到什么程度或柔到什么程度才算合適呢?我個人認為剛多點使工程不經濟,造成造價過高,而且應變能力差。柔多一點雖然造價便宜但是必然產生變形以適應外力,太柔的結果必然是太大的變形。甚至會導致立足不穩而失去根本。這些問題歷來都是專家們爭論的焦點,現今的規范給出的也只是一些控制的指標,但無法提供精確答案。
2、多道防線
安全的結構體系是層層設防的,災難來臨,所有抵抗外力的結構都在通力合作,前仆后繼。這時候,如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構件上,是非常非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好,框架剪力墻比純框架好等等,就是體現了多道防線的設計思路。
3、抓大放小
在框架結構結構體系中具有“強柱弱粱”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼結構設計中非常重要的概念。有人問:為什么不是“強柱強梁”“強剪強彎”呢?為什么所有構件都很強的結構體系反而不好,甚至會有安全隱患呢?這里面首先包含著一個簡單的道理:絕對安全的結構是沒有的。簡單地說,雖然整個結構體系是由各科,構件協調組成一體,但各個構件擔任的角色不盡相同,按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來,各個構件協作抵抗的目的,就是為了保住最重要的構件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀,這時候犧牲在所難免,讓誰犧牲呢?明智之舉是要讓次要構件先去承擔災難。“寧為玉碎,不為瓦全”,如果平均用力,可能會“玉石俱粉”,損失則更大矣!在鋼框架結構中,柱倒了,粱會跟著倒;而梁倒了,柱還可以不倒的。可見柱承擔的責任比梁大,柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效,我們故意把梁設計成相對薄弱的環節,使其破壞在先,以最大限度減少可能出現的損失。如果梁柱等同看待,企圖讓他們都“堅不可摧”,則可能會造成同時破壞,后果會更糟糕,損失會更大。 所以關鍵時刻要分清主次,抓大放小,也就是要取大舍小。有舍才有得,舍是為了得。
4、打通關節
理想的結構體系當然是渾然一體的一也就是沒有任何關節的,這樣的結構體系使任何外力都能迅速傳遞和消減。基于這個思路,設計者要做的就是要盡可能地把結構中各種各樣的關節“打通”,使力量在關節處暢通無阻。中醫上云:“通則不痛,痛則不通”,結構就像一個人,氣穴若不能暢通,癥結和隱患就會產生。在設計的四項基本原則中,“剛柔相濟”,“多道防線”,“抓大放小”是設計概念中的戰略問題,但要想得讓這些戰略思想得以實現,靠的是“打通關節”這個原則作為保證的,結構設計的具體操作,最后全都歸到“打通關節”的貫徹和實施上來。 打通關節保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態,當力量不能暢通時,構件與構件之間,構件的組成元素與元素之間的靜態平衡一旦被破壞,結構變成機動,“動”即是死,即為終結。可見設計者是協調者,其任務是讓所有互不相關的靜態構件相聚之后依然處于靜態(也就是使其保持常態),或者是處在相對的靜態之中。其實處理和成就世間萬物,必須使動為動,靜為靜,才能平衡:必須動者動之,靜者靜之,才能持久;必須知其本源,施以規則,順之導之,才能達至繁榮昌盛。一切的一切,以順應自然為始,達到平衡為終,諸多規則,只是手段,只為平衡,只為暢通。
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多層鋼筋混凝土框架結構上的輕鋼結構設計
摘要:結合實例分析多層鋼筋混凝土框架結構上的輕鋼結構的的受力特點及設計方法
關鍵詞: 輕鋼結構 計算 設計優化
Design of the light-steel construction above the multistory RC frame
ABSTRACT: with an actual example,analyze the supporting force features and the appropriate designing method of the light-steel construction above the multistory RC frame
KEY WORDS:light-steel construction;calculation;high-quality design
1. 引言
輕鋼結構由于其具有重量輕、跨度大、抗震性能好、溫差適應能力強、施工方便快捷、投入成本相對(混凝土結構或鋼網架)低等優點,不僅廣泛應用于廠房結構,而且已開始大量應用于新建鋼筋混凝土框架結構房屋的屋蓋、已建鋼筋混凝土結構房屋的加層、或跨越相鄰兩建筑物的有蓋通道等。這種鋼筋混凝土框架結構與輕鋼結構通過有機結合組成的聯合框架結構(以下統稱為“聯合結構”)。 位于“聯合結構”頂層的輕鋼結構一般可分為:鋼柱—輕鋼結構(以下簡稱“全鋼剛架”)、鋼筋混凝土柱—輕鋼結構(以下簡稱“混鋼剛架”)兩大類。前者主要用于原鋼筋混凝土框架結構房屋的加層改造,后者主要用于新建鋼筋混凝土框架結構房屋頂層形成大空間。 聯合結構的設計分為底部框架結構及頂層輕鋼結構兩個方面。因輕型鋼屋蓋的平面整體剛度離結構整體計算要求的“平面無限剛度”假定差距大等原因,聯合結構上部的“剛架”部分往往不能作為一個整體,連同下部框架結構一起上機進行整體空間內力分析。所以在實際工程設計中,常按“平框”模式先將上部“混鋼剛架”分離出來單獨進行計算,而后將計算所得的柱底內力當作外加荷載反作用在下層框架相應節點處,再由電算程序進行整體計算及設計。可以看出:聯合結構的設計關鍵就是如何選擇上部“剛架”結構的計算模式問題。
2. “混鋼剛架”計算模式探討
聯合結構的“平框”模式應既要方便于頂層“混鋼剛架”的計算,又要便于下層混凝土結構的整體計算;雖然取整個“平框”可以較準確地計算出上部剛架的內力,但卻給下部結構的整體計算復雜化。用以下兩種“平框”基本模式計算聯合結構“混鋼剛架”,一般可將計算出的柱底內力結果僅反作用于柱底框架結構節點,對其下結構進行整體計算。
“模式一”:忽略下部框架結構受力變形對上層“混鋼剛架”內力的影響,相當于在其柱腳節點,加一剛臂及水平鏈桿,形成下端固定的單層剛架進行計算;而后將求得的柱底內力反作用在下部與之相連的鋼混框架節點上,再利用程序進行下部結構的整體分析計算。
“模式二”:考慮“混鋼剛架”柱腳框架節點的轉動對上部“混鋼剛架”內力的影響,即在“混鋼剛架”柱腳的相鄰節點加一剛臂及水平鏈桿,將多層“聯合結構”轉化成下端固定的有局部二層的“聯合結構”進行計算;而后將“模式一”求得的柱底內力反作用在下部與之相連的鋼混框架節點上,再利用程序進行下部結構的整體分析計算。
顯然,“模式一”與“模式二”的主要區別是:后者將柱底不平衡彎矩在柱根節點進行了一次分配,同時忽略了下層樓面荷載對上部結構的影響。所以“模式二”的計算假定與實際比較接近。但“模式二”計算比較復雜,尤其對下端固定的“全鋼剛架”,選擇“模式二”將不能直接采用現有的門式剛架軟件進行計算分析。以下就通過實例來討論“模式一”與“模式二”的相對誤差以及實際應用問題。
鋼構人必讀——鋼結構住宅設計的幾點總結,一般人還不知道
從設計角度分析鋼結構住宅體系的特點,介紹異型鋼柱住宅項目的設計思路。針對框架結構采用不同阻尼比、基礎方案等問題進行數據對比分析;總結設計中常見問題注意事項;對設計標準提出不同意見。
一、鋼結構住宅體系選擇
從已建成的鋼結構住宅來看,主要有:
1)薄壁型鋼組合墻板形式;
2)純框架形式;
3)框架支撐形式;
4)型鋼混凝土組合形式;
5)鋼框架-混凝土抗震墻形式等等。
這些結構形式各有特點,其中薄壁型鋼組合墻板形式特別適宜定型產品,其體系是從墻板結構演變而來,即將薄壁型鋼柱構件按大約600mm 的間距布置形成豎向承重結構、型鋼間設支撐系統以抵抗水平力,樓板根據豎向型鋼的位置布置成密肋支撐結構,因上部結構為類墻板結構,其基礎根據受力情況設成條形基礎,對地基要求不高。
薄壁型鋼組合墻板住宅受密布結構的影響,對開間、門窗洞口、挑出構件尺寸均有一定限制。
后面幾種形式可以滿足多高層住宅設計要求,但從使用的角度都存在一個共同問題,即梁柱突出對住宅內部觀感的影響。
住宅相對于其它建筑有其特殊性,辦公、廠房可以采用較為固定柱網,層高也較高,其梁柱所占空間給人的感觀是適宜的,柱網規則有利于梁的布置。
相反住宅是一個變化多端的產品,根據建筑的要求,很少布置出規則的柱網,房內開間相對較小、變化較多,不利于鋼框架布置。
由于鋼材的特點,它在住宅中只能形成框架體系或桁架體系,可以說框架體系如果適用于普通住宅,鋼框架必然有其大顯身手的地方,普通框架結構不能解決住宅應用問題的話,常規鋼框架體系在普通住宅中應用也有相似的弱點。
受短肢剪力墻結構的啟發,筆者在鋼結構住宅設計中將鋼柱設計成異型柱形式,以配合建筑變化的要求,圖1 是兩種異型鋼柱截面,根據建筑墻體厚度減去面層厚度來設定翼緣寬度,框架梁與異型鋼柱各個方向的翼緣剛接,圖2 為相應的節點連接詳圖。
異型鋼柱示意圖
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異型鋼柱梁柱節點詳圖
某住宅項目三層樣板間設計成異型鋼柱純框架結構,建筑采用砌塊隔墻,建成后外部及室內觀感均令人滿意,與該住宅成品(混凝土剪力墻結構)實際效果一致,下圖是樣板間實景。
在工業廠房設計中經常采用異型鋼柱,采用排架受力體系時,異型鋼柱經常設計成雙軸對稱或主受力方向單軸對稱,廠房縱向采用支撐系統抵抗縱向水平力,系桿、支撐構件多連接于異型柱弱軸形心軸上,這樣在結構概念設計及采用桿系軟件計算容易處理。
住宅中應用異型鋼柱與廠房設計還是有很大區別的,下圖是廠房梁柱連接方式與住宅梁柱連接方式的簡單比較
可以看出在住宅中,梁柱的截面形心軸不在同一位置上,不符合常規設計理念,在采用桿系軟件計算時無法解決偏軸問題。
盡管如此,與短肢剪力墻結構相比,筆者認為異型柱是在原來較大的矩形框架柱截面或整片混凝土墻修改為的截面面積較小的異型截面,相應地也減少了截面特性,而異型鋼柱是在一個工字鋼截面上增加一個T型截面,相應地是增加了弱軸方向的截面特性,特別是將鋼梁與鋼柱弱軸的剛性連接節點轉化為與柱翼緣連接,優于常見設計中工字鋼柱在弱軸方向設外伸連接板的剛性連接,加強了工字鋼柱弱軸穩定,對結構安全是很有利的。
一般認為工字鋼柱弱軸剛性連接不可靠,所以在很多構造手冊上建議在弱軸采用鉸接框架加支撐體系或者采用鋼管柱設計方案,抗震規范“柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時,宜采用箱形截面。當僅在一個方向剛接時,宜采用工字形截面,并將柱腹板置于剛接框架平面內。”
規范中雖然沒有明確說不可采用工字鋼柱弱軸與鋼梁剛接,但根據抗震規范節點抗震承載力驗算要求,弱軸連接一般是無法滿足相關條款要求的。
異型工字鋼柱相比箱形柱的節點加工容易、施工方便節約鋼材,相比框架支撐體系減少了支撐部分的設置,從應用角度可靈活用于住宅墻體中,滿足建筑師對住宅內無外露結構構件的要求。
筆者認為異型鋼柱在結構分析中存在以下問題:
1)異型鋼柱全截面受力情況分析,這里主要指在弱軸上增加 T 型構件,是否就相應的增加了這部分的截面特性,包括 T 型構件偏軸遠近的影響,筆者認為鋼柱類型不同,截面特性增加比例也會不同;
2)異型鋼柱局部穩定性計算,這點可以參考規范中柱板件寬厚比進行控制;
3)梁柱節點與鋼柱形心軸偏離時整體受力分析,采用普通桿系計算軟件是不能解決這個問題的。理想的計算模型應該采用有限元整體建模方式進行內力分析, 可以解決上述問題,但建模工作量太大了。
筆者在設計中根據以下幾個原則來確定柱截面:
1)按方鋼管柱方案進行結構分析,根據計算應力比結果接近 0.9 的情況,選定框架梁截面尺寸,根據方鋼管截面特性初選 X,Y 方向上工字鋼截面,計算時不考慮腹板作用,初步確定異型柱截面;
2)按工字鋼柱方案進行結構分析,異型柱 T 型構件布置方向,設柔性支撐代替異型柱中 T 型構件在工字鋼弱軸上的剛度影響,按有側移鋼框架計算,調整異型鋼柱中工字鋼截面尺寸;完成后調整工字鋼及柔性支撐布置方向,驗算 T 型構件與工字鋼腹板組成的工字鋼截面尺寸;
3)根據上一步建立的模型,選取工字鋼強軸所在的單榀框架進行抗震驗算,只參考工字柱強軸應力計算結果,檢驗異型柱單向受力是否滿足;
4)根據上述計算結果,手工核算梁柱節點處抗震承載能力,基礎設計時考慮偏軸引起的附加彎矩;
5)以普通工字鋼柱和方鋼管柱按無支撐框架體系分別進行正常設計,其中鋼梁按設計所選截面計算,根據合適的計算結果,統計鋼柱用鋼量以控制異型柱用鋼量的上下限。
上述方法沒有可依據的計算公式及條文,對偏軸引起的附加彎矩對整體的影響沒有更多處理,這也是筆者只在二三層住宅設計中應用,沒在更高的工程里使用異型鋼柱的原因。筆者提出異型鋼框架方案,希望得到大家的批評指正。
二、設計細節的問題
1、 整體計算時選取合適的結構阻尼比根據抗震規范要求,除專門規定外,建筑結構的阻尼比應取0.05,當阻尼比不等于0.05時,地震影響系數曲線應進行修正,鋼結構相關阻尼比選取值見表 1。
表 1 不同結構阻尼比應用值
從表 1 中數據可以看出,不同的鋼結構體系有不同的地震影響系數,如果在結構分析時錯誤選擇阻尼比對設計結果會產生較大影響,其中鋼管混凝土和鋼-砼混合結構由于是兩種材料共同作用,在選取阻尼比時,應根據兩種材料應用比例綜合考慮阻尼比,結構整體剛度越柔,阻尼比選值越低。
2、剛接柱腳設計
常見柱腳分埋入式、外包式、外露式。在住宅設計中多采用外露式,相比其它兩種方式,其現場安裝、定位方便。
在設計時應注意,柱腳的剛度是靠底板的彈性變形或塑性變形來實現的,這就意味著整個結構變形包括鋼結構本身變形及底板受拉變形后引起的整體變形,如在分析內力時視外露式為剛性柱腳,設計中要考慮層間位移角限值要有一定的富裕,同時應考慮底層鋼柱彎矩反彎點下移引起的柱頂彎矩增大。
根據節點設計要求,為保證罕遇地震時不發生柱腳節點先于鋼柱破壞,柱腳節點連接處的極限抗彎承載能力應大于 1.2 倍鋼柱的全塑性受彎承載力(Wpnx·f)才可以,常見設計方法是根據柱腳反力來確定柱腳螺栓直徑、連接焊縫,這樣只能保證柱腳節點在多遇地震作用下具有一定強度而不破壞,而柱腳彎矩設計值所需截面抵抗模量一般小于鋼柱本身截面抵抗模量(Wx),以H628X260X10X14 工字鋼為例,1.2·Wpnx/Wx=1.36 倍,外露式很難保證這項設計要求。
而采用其它兩種柱腳方式在轉遞鋼柱內力時很容易滿足前項要求,設計中傳力明確、計算容易、構造簡單、節省鋼材。插入式柱腳構造相比埋入式更簡單,大部分書籍認為可靠性不如埋入式,建議用于單層鋼結構廠房,不適合高層建筑鋼結構。
筆者認為在多層建筑鋼結構可以采用,因為在許多工業項目中,單層廠房層高多在 10~30m,廠房內設多臺吊車及大量檢修平臺,單柱荷載及地震作用往往大于普通住宅的情況,多層住宅柱腳在概念設計和計算設計都滿足規范要求的情況下,采用插入式是沒有問題的。新鋼結構規范也增加了插入式柱腳的設計和構造規定。
3、樓板設計
樓板有預制樓板、現澆樓板、組合樓板等。采用預制樓板時應考慮預制板由于溫度變化、荷載分布等原因,造成樓板接縫處開裂形成的單側翼緣附加彎矩影響,即鋼梁平面內整體抗彎應力與翼緣平面外抗彎應力雙向組合后要滿足折算應力限值,有些項目將樓板擱置在下翼緣上尤其要注意這個問題。
壓型鋼板組合樓蓋在鋼結構住宅中應用很多,整體分析時要考慮組合板的各向異性對框架梁的影響,包括根據樓板設置情況確定連續板或簡支板、傳力路徑是單向還是雙向、組合鋼梁是按強邊還是弱邊組合造成的剛度差異;樓板設計時要避免集中單向布置樓板,使結構體系形成橫向或縱向承重,做到合理布置組合樓板,盡量形成雙向承重結構。
4、梁柱剛性連接設計
梁柱間剛性連接計算可按常用設計法或全截面受彎設計法進行,當鋼梁翼緣的抗彎承載力大于整個截面承載力的 70%時,可采用常用設計法進行設計,小于 70%時,應采用全截面抗彎設計法,在住宅設計中,鋼梁多屬于前者,常用設計法計算原則為翼緣和腹板分別承擔彎矩和剪力,普遍認為計算容易,結果偏于安全。
事實上根據多高層房屋鋼結構梁柱剛性連接節點的抗震設計和多高層房屋鋼結構梁柱剛性節點的設計,不做任何處理的將鋼梁與鋼柱進行栓焊等強連接是很難達到強節點弱桿件的設計要求,對加強式節點設計有設計及構造詳細說明。
具體做法主要有三種方式:梁端翼緣加焊楔形蓋板、梁端底部加腋、犬骨式連接。通過筆者在實際應用后認為,三者都存在增加施工難度的問題。第四種方式:梁端翼緣加寬方式,但在標準圖集中不作為主推形式介紹,當建筑對梁寬沒有要求的情況下,這種連接方式最為實用、便捷。
三、設計標準的問題
1.“輕型”鋼結構概念問題
近年來因“輕型門式剛架房屋”的出現,在許多設計人包括結構設計人員的頭腦中形成一種輕(質量)鋼材概念,一遇到附屬建筑設施或看似不重要的結構時就提出用“輕鋼”來解決,卻不注重該部分對主體結構的效應分析,事實上結構概念設計時應清楚,“輕型”實際上是指結構承受相對較輕的荷載,住宅設計中不會因為采用鋼結構而減少荷載使用標準,結構體系無論采用鋼還是混凝土,構件效應分析是沒有原則上區別的。
2.多高層鋼結構設計區別
根據規范有關條文,包括鋼結構抗震調整系數,框架柱長細比,框架構件寬厚比等控制條款,均以 12 層作為區分點,因此可以理解為高層鋼結構是指 12 層以上的建筑物。高規中高層是指 10 層及 10 層以上或房屋高度超過 28m 的建筑,這其中包括混合結構,再參考國外部分國家高層起始高度多設在 25~30 米或 8 至 11 層。
由此看來我國的多層鋼結構適用范圍要高于普通結構,也高于國外標準。多高層鋼結構不僅構造不同,相關抗震調系數也不同,限值差別太大,在前面表 1 已說明,筆者認為此區分過于寬泛,舉例說明一下:層高平均 4m,12 層建筑物高度 48米,是高規中 28 米限值的 1.7 倍,這就產生下面的問題,在混合結構中,混凝土結構應按高規構造設計,鋼結構可以按多層構造設計,執行了兩種標準。
3、《鋼結構設計規范》
對住宅結構設計指導作用不大新版規范延續了工業建筑鋼結構設計指導思想,例如在變形允許值按廠房構件進行分類,對民用建筑構件不做細分;溫度區段設置要求以排架結構方式進行劃分而不考慮縱橫向承重體系、鋼混組合結構的特點來區分,特別是強制性條文第 8.1.4 條“結構應根據其形式、組成和荷載的不同情況,設置可靠的支撐系統。
在建筑物的每一個溫度區段或分區建設的區端中,應分別設置獨立的空間穩定的支撐系統。”從文字上理解,鋼結構不應該采用無支撐的純框架結構,這顯然與實際應用不符,設置支撐與否應以結構設計需要來確定,根據條文說明也可以知道這是一個原則規定,但作為強制性條文,必須嚴格執行值得商榷,民用建筑在使用要求上不同于工業建筑,包括一些結構體系也存在差異,應區別對待。
相比其他規范不斷完善抗震部分內容,新版只在總則中提到應符合相關抗震規范的規定,似乎抗震設計在鋼結構中并不重要,實際上在北嶺和阪神地震后,國外開始紛紛重視鋼結構抗震設計的研究,國內也有很多文章介紹,應該有很多成果可以總結成文的。我國抗震規范規定應根據抗震設防烈度采取不同的抗震措施,而鋼結構抗震要求卻沒有任何區別也是不妥的。
四、設計鋼結構住宅應尊重住宅使用的根本要求
鋼結構住宅是今后發展的一個重要方向,但鋼結構僅僅是建筑中承重體系、服務部分,它不是建筑使用中的主要成分,鋼結構住宅設計首先要遵循住宅建筑設計的一般原則,然后才是發揮鋼結構的優勢,單純突出鋼結構而不考慮生活的舒適性、不能滿足人文要求的鋼結構住宅項目是沒有市場的。
對于鋼結構住宅不能因為要推廣鋼材在建筑中的應用而簡單、強行在住宅結構中使用,這樣作對推廣鋼結構住宅沒有實際意義。相對而言公建、體育場館、工業廠房等是鋼結構在建筑中最能發揮其特長的領域,近年來,我們已經深刻感覺到這種應用變化。
關于鋼結構框架設計總結和鋼結構的框架的介紹到此就結束了,不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ?如果你還想了解更多這方面的信息,記得收藏關注本站。
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