钢结构设计入门,初学者看过来!

钢结构设计原理知识点钢结构是现代建筑领域广泛应用的一种结构形式，具有强度高、刚度好、可塑性强等优点。

在钢结构设计中，掌握一些基本的设计原理是非常重要的。

本文将介绍钢结构设计中的一些知识点，帮助读者更好地理解和应用钢结构设计原理。

一、材料力学知识在钢结构设计中，材料力学是基础。

首先，我们需要了解钢材的强度和刚度特性，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量等。

这些参数将直接影响到钢材的使用性能和结构的承载能力。

二、结构力学知识在钢结构设计中，结构力学是必须掌握的知识。

了解结构受力原理、受力形式以及受力计算方法对于设计出安全可靠的钢结构非常重要。

1. 静力学静力学是钢结构设计中最基本的力学原理。

它研究物体处于静止或匀速直线运动时的受力平衡条件。

在钢结构设计中，我们需要应用静力学原理来确定杆件的受力状态，包括梁的弯矩、剪力和轴力等。

2. 动力学动力学是钢结构设计中考虑结构在振动或冲击力作用下的响应。

钢结构在地震、车辆行驶和风荷载等外部力的作用下会发生振动，因此需要考虑结构的自振频率、振型和阻尼等参数。

三、结构稳定性知识钢结构在受到外力作用下，需要保持稳定。

在钢结构设计中，我们需要考虑结构的屈曲和稳定性，以确保结构在使用寿命内不会发生失稳。

了解结构的稳定性条件和计算方法对于设计具有稳定性的钢结构至关重要。

四、连接方式与设计钢结构中的连接方式对结构的安全性和可靠性有着重要影响。

了解各种连接方式的特点和设计原理，选择适当的连接方式，能够确保结构连接的强度和刚度满足设计要求。

五、局部稳定与极限设计在钢结构设计中，局部稳定和极限设计是非常关键的。

了解杆件的局部稳定问题和极限状态下的设计要求，能够合理选择截面尺寸和设计参数，保证结构的安全可靠。

六、施工与监控最后，钢结构设计在施工和监控阶段也需要考虑。

通过合理的施工工艺和监控手段，可以确保钢结构的正确安装和使用。

因此，熟悉施工和监控方面的知识也是设计者需要具备的能力。

总结：钢结构设计原理的知识点非常广泛，本文仅涵盖了一些基本的知识点。

钢结构设计知识点
一、钢结构的主要材料
钢结构主要使用钢材、木材和混凝土等材料。

其中，钢材更为常用，
分为结构钢、钢筋和钢板。

结构钢包括H型钢，槽钢，角钢，方钢，工字钢，圆钢等。

钢筋包括热轧钢筋，冷成型钢筋，冷轧和热轧挤压桁架钢筋等。

钢板种类较多，主要有热轧钢板、冷轧钢板、容器钢板、夹层钢板、
钢管等。

二、钢结构设计原则
1、要求钢结构设计的基本原则是：设计符合技术规范，安全可靠，
结构紧凑，重量轻，结构刚性好，抗震性能好。

2、在其中一杆件或连接部位的剪切强度设计中，要消除泊松失稳机制，确保设计强度和稳定性。

3、要求各支座及杆件连接的设计方案、连接件类型及尺寸要符合有
关规范的规定，各支座、杆件及连接件应经过力学分析，确保结构可靠性。

4、结构连接要求结实牢固，能够利用好材料的钢性能，使用方便，
保持良好的外观。

三、钢结构设计步骤
1、钢结构设计的第一步是分析设计条件，即明确结构用途和其要求
的荷载、尺寸、重量等，根据设计要求制定设计方案。

2、钢结构设计的第二步是确定荷载、结构成形方式、材。

5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。

我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。

”6.方茴说：“我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。

”7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。

8.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。

9.石村周围草木丰茂，猛兽众多，可守着大山，村人的食物相对来说却算不上丰盛，只是一些粗麦饼、野果以及孩子们碗中少量的肉食。

钢结构加工制作流程（1）钢材力学指标：结构用钢的力学指标包括屈服点、抗拉强度、延伸率、低温冲击韧性。

这些指标应符合《钢结构设计规范》的要求，但其中低温冲击韧性仅在结构可能处于低温环境下工作时才要检验。

钢材力学指标的测定须符合《钢材力学及工艺性能试验取样规定》（GB2975-82）（2）钢材化学成分：与钢材的可加工性、韧性、耐久性等有关。

其中主要是碳的含量，合金元素的含量及硫、磷等杂质元素的限制含量应符合规范（GB222-84）要求。

（3）工艺性能：工艺性能主要包括可焊性和加工性能。

可焊性与含碳量或碳当量（低合金钢）有关，可用可焊性试验鉴定。

加工性能则通过冷弯试验来确定。

按（GB232-88）为标准。

（4）几何尺寸偏差：钢材（钢板、型钢、圆钢、钢管）的外形尺寸与理论尺寸的偏差必须在允许范围内。

允许偏差值可参考国家标准GB709-88、GB706-88、GB787-88、GB978-88，GB707-88、GB816-87等。

（5）钢材外形缺陷：钢材表面不得有气泡、结疤、拉裂、裂纹、褶皱、夹杂和压入的氧化铁皮。

这些缺陷必须清除，清除后该处的凹陷深度不得大于钢材厚度负偏差值。

另外，当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度负偏差值的1/2。

（6）机械切割：使用机械力（剪切、锯割、磨削）切割，相应的机械有剪板机、锯床、砂轮机等，较适合于厚度在12～16mm以下钢板或型材的直线性切割。

1、建筑体系1-1、门式刚架体系 1-1-1、基本构件图1-1-2、说明力学原理门式刚架结构以柱、梁组成的横向刚架为主受力结构，刚架为平面受力体系。

为保证纵向稳定， 设置柱间支撑和屋面支撑。

刚架刚架柱和梁均采用截面H 型钢制作，各种荷载通过柱和梁传给基础。

支撑、系杆刚性支撑采用热轧型钢制作，一般为角钢。

柔性支撑为圆钢。

系杆为受压圆钢管， 与支撑组成受力封闭体系。

屋面檩条、墙梁一般为C 型钢、Z 型钢。

承受屋面板和墙面板上传递来的力，并将该力传递给柱和梁。

钢结构入门1-1-3、门式刚架的基本形式a.典型门式刚架刑架跨度b.带吊车的门式刚架c.带局部二层的门式刚架* m* /a.柱脚节点钱接柱脚刚接柱脚一刚接柱脚二"b. 梁、柱节点s-柱头节点二梁间连接节点7柱头节点一吊车梁牛腿节点■局部二层节点参照多层框架体系1-1-5、刚架衍生形式抗风柱连接节点(:•连跨多屋脊-吐连跨单屋脊”£•单坡连跨'■吊车和局部二层可在衍生形式刚架中布置。

■山墙刚架其本质也是多连跨刚架，不过中间柱与刚架柱比截面旋转了90度。

1- 2、多层框架体系1-2-1、框架图示1 °1 ------- --- -------------- —三刁F7 i—-—— -——-_1—r° 1% ■彳J——---•——顶层框架柱t ——■—-—-厂wwm5\ ---- J 骂j屋而框架滦9 1\ i「E■]E 儿单坡单一跨b・山墙刚架,1-2-2、说明力学模型a. 纯刚接框架：纵横两个方向均采用刚接的框架。

b. 刚接-支撑框架：横向采用刚接，纵向采用铰接，并在纵向设置支撑，以传递水平力。

c. 支撑式框架：纵横向均采用铰接，两向均设置支撑传递水平力。

d. 有时为保证足够的刚度，在刚接框架中亦设置支撑。

框架柱框架柱可采用H型截面、箱形截面、十字形截面、圆管形截面等。

所有上部结构的力都通过框架柱传递给基础。

教你分分钟看懂钢结构（新手一看也能懂）※钢结构由型钢连接而成的结构物，例如：钢梁、钢屋架、钢塔架、钢脚手架等。

※钢结构图用来表示钢结构的图样。

※型钢型钢是由钢厂按照标准规格轧制而成的钢材，其断面形状如尺寸是定型的，例如：角钢、工字钢、槽钢等。

★型钢的代号及标注★钢结构中型钢的连接方法※焊接※铆接※螺栓连接一、焊接将被连接的型钢在连接部位加热使其和焊条熔化，凝结后成为不可分割的整体。

1、焊缝类型及其符号※坡口焊缝※贴角焊缝※塞焊缝★焊缝的图形符号和辅助符号2、焊缝的标注在钢结构图中，必须把焊缝的位置、形式、尺寸和辅助要求标准清楚。

★焊缝的标注方法★焊缝不连续时的画法及标注当焊缝分布不连续时，可见焊缝宜在焊缝处加中实线，不可见焊缝加细栅线二、铆接用铆钉将两块或两块以上的钢板连接在一起★铆接分类※工厂连接※现场连接★铆钉类型三、螺栓连接※焊接和铆接都是不可拆卸的连接，螺栓连接是可拆卸的连接※连接方法★螺栓、孔、电焊铆钉图例钢梁结构图概述钢梁常用于大、中跨度桥梁中钢梁的种类※钢板梁※钢桁梁★下承式简支栓焊梁★钢梁结构图的内容※设计轮廓图※节点图※杆件图※零件图★设计轮廓图★节点图★节点构造图★拼接板、填板的拼装★立体图★节点板详图★杆件图★零件图钢屋架结构图概述※钢屋架※钢屋架结构图屋架简图、屋架详图（包括节点图）、杆件详图、连接板详图。

★屋架简图※屋架简图又称屋架示意图、屋架杆件几何尺寸简图。

※比例：1：100、1：200※单线条表示，杆件长度直接注在单线条旁边。

★屋架详图※图样：立面图，上弦实形辅助投影，剖面断面图。

※比例：两种比例：杆件轴线采用较小比例（1：20，1：15）节点板、杆件、断面采用较大比例（1：10，1：5）※图线：可见轮廓线——中实线不可见轮廓线——中虚线★杆件拼接★支座节点图★屋脊节点图。

钢结构设计入门知识(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.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.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.框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求.通常为了减小截面沿短向布置次梁,但是这会使主梁截面加大,减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消,此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子.(三)预估截面结构布置结束后,需对构件截面作初步估算.主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定.钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等.根据荷载与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择.翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时,可回避钢梁的整体稳定的复杂计算,这种方法很受欢迎.确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估.柱截面按长细比预估.通常50<λ<150,简单选择值在100附近.根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H型钢截面等.初学者需注意,对应不同的结构,规范中对截面的构造要求有很大的不同.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的限值有很大的区别.除此之外,构件截面形式的选择没有固定的要求,结构工程师应该根据构件的受力情况,合理的选择安全经济美观的截面.(四)结构分析目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑P-Δ,p-δ.新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构提供了条件.并不是所有的结构都需要使用软件:典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形.简单结构通过手算进行分析.复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析.(五)工程判定要正确使用结构软件,还应对其输出结果的做"工程判定".比如,评估各向周期、总剪力、变形特征等.根据"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果.不同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离,为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定,但对这种误差,会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全.钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容.工程师们不应该过分信任与依赖结构软件.美国一位学者曾警告说：“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题.”注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法.(六)构件设计构件的设计首先是材料的选择.比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn).通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面.当强度起控制作用时,可选择Q345;稳定控制时,宜使用Q235.构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面.这和结构内力计算的弹性方法并不匹配.当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能.由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件,从给定的截面库里选择加大一级.并自动重新分析验算,直至通过,如sap2000等.这是常说的截面优化设计功能之一.它减少了结构师的很多工作量.但是,初学钢至少应注意两点：1.软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定.目前所有的程序都不能完全解决这个问题.所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查.2.当上面第(三)条中预估的截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待.(1)强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度.(2)变形超限,通常不应加大板件厚度,而应考虑加大截面的高度,否则,会很不经济.使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能,很难考虑上述强度与刚度的区分,实际上,常常并不合适.(七)节点设计连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一.在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定.常常出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免.按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接.初学者宜选择可以简单定量分析的前两者.常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式.连接的不同对结构影响甚大.比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定.会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果.连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法,初学者可偏安全选用前者.设计手册[2}中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便.也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成.具体设计主要包括以下内容:1.焊接:对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守.焊条的选用应和被连接金属材质适应.E43对应Q235,E50对应Q345.Q235与Q345连接时,应该选择低强度的E43,而不是E50.焊接设计中不得任意加大焊缝.焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定.2.栓接:铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用.普通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用.高强螺栓,使用日益广泛.常用8.8s和10.9s两个强度等级.根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同.高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用.自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接.国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接.3.连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等.4.梁腹板:应验算栓孔处腹板的净截面抗剪.承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压.5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等.构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误.此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定.6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平.比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成.(八)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.设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制,目前比较混乱,各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同.初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书[3],并依据规范规定编制.。