几种钢结构类型及使用条件

一、钢结构通常有框架、平面桁架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。

1、钢结构框架

2、桁架

桁(héng)架 (jià)(truss):一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构,桁架杆件主要承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度,在跨度较大时可比实腹梁节省材料,减轻自重和增大刚度。

桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力,可以充分发挥材料的作用,节约材料,减轻结构重量。常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。

3、网架

由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。构成网架的基本单元有三角锥,三棱体,正方体,截头四角锥等,由这些基本单元可组合成平面形状的三边形,四边形,六边形,圆形或其他任何形体。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点;可用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱网架结构距车间等建筑的屋盖。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多,制作安装较平面结构复杂。

4、索膜

索膜结构体系起源于远古时代人类居住的帐篷(支杆,绳索与兽皮构成的建筑物)。 20世纪70年代以后,高强、防水、透光且表面光洁、易清洗、抗老化的建筑膜材料的出现,加之工程计算科学的飞速发展,索膜建筑结构体系东山再起,现已大量用于滨海旅游、博览会、文艺、体育等大空间的公共建筑上。

5、轻钢结构

轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系,已广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑,如办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层住宅建筑等领域。

轻钢也是一个比较含糊的名词,一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》(GBJ 17-88)中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”,是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构,主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构,现已基本上不大采用,所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。

6、塔桅结构

高度较大、横断面相对较小的结构,以水平荷载(特别是风荷载)为结构设计的主要依据。根据其结构形式可分为自立式塔式结构和拉线式桅式结构,所以高耸结构也称塔桅结构。

随着工业技术的发展,出现了各种类型的高耸结构。1889年为巴黎博览会建造了埃菲尔铁塔,塔高300米,1921年后在塔顶装设了无线电天线和电视天线,总高度为321米。

二、结构选型时,应考虑不同结构形式的特点。

在工业厂房中,当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载,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度外不需考虑雪载),如水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳,总雪载和坡屋面相比释放近一半。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。

src柱

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。

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