完整PDF版《简明钢结构设计与计算》牟在根.pdf

20世纪80年代我国改革开放之后，东部沿海地区引进国外轻钢建筑，促进了国内各种钢结构厂房的建设，并在北京、上海、深圳各地相继兴建了数十幢高层钢结构建筑和亚运村等一大批体育馆建筑，迎来了我国钢结构建筑发展的第一次高峰。20世纪0年代至今，我国钢产量有了迅猛的提高，在短短的几年内，中国已成为世界上产钢大国，2002年的钢产量是1.9亿吨，成为世界第一钢材生产大国。同时，随着我国冶金企业不断调整产业结构，钢与钢材的品种、规格日渐增多，建筑配套产品日益齐全，为建筑工程用钢提供了有利的条件。国家的建筑技术政策也山以往的限制使用钢材转变为积极推广应用钢材，从而出现了技术更新的局面，充分展现了钢结构建筑的高技派手法，为现代生活带来了新气息。现在不论是大跨度的体育场馆、会展中心、候机大厅、会堂剧场，还是超高层的办公楼、饭店、住宅，乃至大面积的工业厂房、仓库，无不见到钢结构的踪影。
钢结构的大量发展一方面代表了我国建筑技术的发展水平，另一方面也暴霹出钢结构人才的匮乏。对于钢结构建筑物的设计而言，要求丁程技术人员首先进行建筑工程的概念设计，它包括建筑方面的概念设计和结构方面的概念设计两大部分。在建筑工程的概念设计阶段中，要求在环境的布局和治理、建筑的空间和形式、结构的体系和材料、施工的方法和效益之间协调一致，并能做到在功能上、结构上，以及美观和建造上都能得到统一。
结构的概念设计是在对建筑物所在地区的规划和自然环境、建筑意图、使用功能需要的理解，以及对资金状况、材料来源和建筑条件有所了解的情况下，确定结构的总体方案、结构体系以及细部构造等。结构概念设计主要是对力学概念、材料性能、结构体系和建筑技术的熟练运用，同时还应具备审美的眼光、工程的意识和丰富的实践经验。在结构概念设计过程中，要进行整体的考虑、全面的比较、快速的估算、综合的评价，而且要在尽可能短的时间内进行果断的选择。当然，有时也可能要经历一个反复比较的过程，甚至还要进行一些模拟试验。总之，结构概念设计的目的是在初步设计前为新设计的工程项目设想个概念性的总体方案，使今后的钢结构设计、施工和使用都能够做到又快又好，还节省材料的目的。
要做好结构概念设计，必须重视和尊重业主代表，建筑和设备主持人，施工人员的要求、思路、观点和意见，结构专业与其他专业之间的矛盾可以在相三了解、协商和探讨中得到满意的解决。概念设计的成果是在初步设计以前的设计构思，以及综合考虑规划、建筑、结构、设备、施工等诸多方面关系后所形成的建筑物总体设计方案。因此，对于结构的概念设计来说，要根据长期安全使用的要求、建筑设计的需要、技术经济的可能，以及结构受力分析的结果，完成以下儿方面的内容：
①确定主体结构的结构体系；
②选择主要的结构用材料：
③考虑关键部位的构造措施：
④合理建议先进的施工技术。
以上都是为建筑物的初步设计和施工图阶段设计服务的。
在结构概念设计阶段，尤其对具有抗震设防要求的建筑物来讲，其抗震设计的最基本原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。也就是在遇到多遇烈度地展时(50年中超越概率为63.2%),结构一般不应受损或不需修理；在遇到基木烈度地震时(50年中超越概率为13%)，允许结构某些部位进入塑性状态，吸收并耗散地震能量，震后结构经一般修理可继续使用：在遇到竿遇烈度地震时(50年中超越概率为2%~3%)，结构不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。按此原则进行建筑物的抗震设计，至少可以避免人员伤亡的情况。此外，还要注意地展的消能减震技术，比如隔震、耗能、增加延性、设置阻尼系统等。隔震是指在建筑物底座处设置合成橡胶支座、滚轴、套筒柱、滑板等装置，获得柔性效果，改变该建筑物振动时的基本周期，使其和地震引发地面运动的卓越周期不同，达到减震效果。同时，还要设置一些阻尼器，以便降低因地震产生的振幅。耗能是指将地震时地面运动的卓越周期进行一次结构的周期转变，即允许地震能量进人建筑物，被该建筑物抗展结构体系中某些构件所设的耗能装置吸收。这些耗能系统中有金属系统、摩擦系统、粘弹性系统、粘滞和半粘滞系统等，他们都能使地腰能量转化为结构中的热量而部分消失。延性是指材料、结构构件或结构体系利用非弹性变形阶段的变形吸收能量的能力，使结构在可接受的变形范围内吸收能量而不破坏。
结构概念设计是在对力学、结构、材料、建筑以及施工与管理等知识的认识，对建筑、结构和设备功能需求的理解，对设计、施工和使用实践的领会以及长期对工程经验的总结的基础上来确定结构的总体设计方案。其具体的原则有以下几方面]：
(1)全面考虑原则
结构概念设计时，对建筑、结构和施工等各个方面应作全面的考虑。同时，应注意使用、功能、美观、技术和经济方面的要求，还要正确对待整体、局部及它们之间的关系。
建筑方面应考虑空间、尺度、联系等使用要求，采光、通风、防火等功能要求，美学、形式、风格等美观要求。
结构方面应考虑结构整体和关键部位受力、变形的合理性，主要构件的连接、构造的牢固性，所选结构体系、形式的可靠性、经济性和新颖性以及结构所用材料的耐久性。
施工方面应考虑取材的现实性，成型的可能性，做法的合理性以及施工技术的先进性等。
(2)功能协调原则
结构概念设计应尽可能做到结构与建筑、设备和施工方法的功能协调，以便取得更大的效能和效益。
建筑功能的协调，要做到建筑体型与结构体系相协调，建筑使用与结构布置相结合，建筑分区与结构分段相一致等。
设备功能的协调，要做到设备系统与结构布置相对应，设备线路与结构构件相顺通，设备部件与结构构造相匹配等。
施工方法的综合协调，可将模板作为结构构件的组成部分并考虑构件受力元素和受力状态与施工过程中的做法相一致等。

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