本文作者:鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)論文題目(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的變形縫設(shè)置原則及特殊位置布置原則)

摘要:本文探討了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中變形縫的設(shè)置原則和特殊位置布置原則。分析了在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,如何根據(jù)不同建筑功能和使用要求選擇合適的變形縫類型,并討論了各種變形縫的適用條件與優(yōu)缺點。文章詳細闡述了變形縫在特殊位置(如轉(zhuǎn)角、樓梯間等)的設(shè)計要點,以及如何通過合理的布置來提高結(jié)構(gòu)的整體性能和安全性。通過實例分析,本文展示了這些原則在實際工程中的運用效果,為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

一、鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計答辯可能涉及的內(nèi)容

(一)設(shè)計選題依據(jù)

  • 行業(yè)發(fā)展趨勢
    • 鋼結(jié)構(gòu)在世界范圍和我國都是建筑結(jié)構(gòu)類型的發(fā)展方向。在西方發(fā)達國家的土木工程和民用住宅中,鋼結(jié)構(gòu)的比例已達50%左右,而我國只占到10%左右,在我國工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間,這是選擇鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計課題的一個重要依據(jù)。

(二)建筑設(shè)計部分

  • 工程概況
    • 例如有一個18m×60m呼和浩特制鎖廠鋼結(jié)構(gòu)車間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,廠房位于呼和浩特市郊區(qū),主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng),地基承載能力為150kPa,采暖、上下水管道、電力均由城市管網(wǎng)直接提供,廠房為四層。結(jié)構(gòu)類型為門式剛架結(jié)構(gòu),屋面為有檁屋面,檁條為薄壁卷邊C型鋼,屋面板采用帶保溫的壓型彩色鋼板。
  • 設(shè)計成果呈現(xiàn)
    • 包括頂層建筑平面圖、正立面圖、側(cè)立面圖、1 - 1剖面圖等。

(三)結(jié)構(gòu)設(shè)計部分

  • 構(gòu)件選型
    • 主次梁均選用組合截面工字形鋼,如次梁截面規(guī)格為400×250×8×14,主梁截面規(guī)格為550×250×10×14。
    • 在辦公建筑鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計中,主體鋼結(jié)構(gòu)用鋼材框架梁、柱可選用Q235B鋼,壓型鋼板選用Q235B鋼,C25混凝土,鋼筋為HPB235級;焊條選用E4315型(底氫型)焊條;高強度螺栓采用10.9級扭剪型高強螺栓連接,按摩擦型設(shè)計,接觸面噴砂處理;筏形基礎(chǔ)選用C40混凝土,鋼筋為HRB335級。
  • 結(jié)構(gòu)體系特點
    • 以門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)為例,適用于主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實腹式門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1 - A5工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作和安裝。
    • 鋼框架結(jié)構(gòu)承重體系特點為建筑平面布置靈活,可為建筑提供較大的室內(nèi)空間,各部分剛度比較均勻,抗震性能好,但抗側(cè)剛度小,側(cè)向位移大,梁柱節(jié)點腹板較薄,節(jié)點域?qū)a(chǎn)生大的剪切變形,也使框架側(cè)移增大。

(四)一些常見的答辯問題及回答要點

1. 關(guān)于變形縫

  • 變形縫種類及設(shè)置與否的原因
    • 變形縫包括伸縮縫(又稱溫度縫)、沉降縫、防震縫。如果是門式鋼架輕型房屋,其構(gòu)件和維護結(jié)構(gòu)通常剛度不大,溫度應(yīng)力相對較?。蝗敉寥赖刭|(zhì)條件較好,不需設(shè)置沉降縫;根據(jù)地震設(shè)防烈度為7度的情況,也不需設(shè)置防震縫,所以可能不設(shè)置變形縫。
  • 伸縮縫相關(guān)
    • 如果廠房總長度60m,小于一個溫度區(qū)段,可能未設(shè)置伸縮縫。如果某個廠房需要設(shè)置伸縮縫,要根據(jù)具體規(guī)范和實際情況確定做法。

2. 應(yīng)力相關(guān)

  • 可自我平衡的應(yīng)力及影響
    • 殘余應(yīng)力可以自我平衡,因為殘余應(yīng)力是在沒有外力情況下產(chǎn)生的,如果有外力的附加應(yīng)力則不能自我平衡,殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)承載力的影響需要結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)分析和計算。

3. 屋面和墻面板相關(guān)

  • 選型依據(jù)
    • 屋面板、墻面板選型依據(jù)主要是承受荷載、檁距與支承條件。
  • 窗的位置確定、外墻與主體結(jié)構(gòu)連接
    • 根據(jù)廠房的實際情況,確定廠房的采光等級,查出廠房采光系數(shù)最低值,根據(jù)采光系數(shù)查出窗地面積比,再根據(jù)車間的平面、剖面,確定窗的尺寸、數(shù)量和位置;外墻與主體結(jié)構(gòu)的連接要滿足結(jié)構(gòu)安全和功能要求等多方面因素,具體的連接方式要根據(jù)實際采用的材料和結(jié)構(gòu)形式確定。

4. 屋面排水相關(guān)

  • 排水方式、天溝尺寸和雨水管數(shù)量確定
    • 需要根據(jù)屋面面積、當(dāng)?shù)亟涤陱姸取⑽菝嫫露鹊榷喾矫嬉蛩卮_定屋面排水方式、天溝尺寸和雨水管的數(shù)量,要依據(jù)相關(guān)的建筑排水設(shè)計規(guī)范進行計算和設(shè)計。

5. 風(fēng)載與疲勞相關(guān)

  • 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中風(fēng)載和疲勞的考慮
    • 我國規(guī)范沒有提及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中風(fēng)載的疲勞問題,只有英國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范B55950提出在脈動風(fēng)占主要情況下,才考慮疲勞。一般風(fēng)力為平均風(fēng),脈動風(fēng)占很小部分,只有柔性結(jié)構(gòu)發(fā)生共振(如廣告牌等柔性結(jié)構(gòu))時才以脈動風(fēng)為主。

6. 吊車梁、檐口高度、柱定位等相關(guān)

  • 限定條件下的尺寸確定
    • 在限定吊車梁頂面標(biāo)高的情況下,要結(jié)合廠房內(nèi)部設(shè)備、運輸要求、結(jié)構(gòu)受力等多方面因素初步確定檐口高度;邊柱定位軸線到吊車軌道中心線之間的距離要根據(jù)吊車的規(guī)格、運行要求以及結(jié)構(gòu)整體布局確定;在限定剛架跨度的情況下,要根據(jù)吊車的起重量、工作范圍、結(jié)構(gòu)受力合理性等初步確定吊車梁的平面位置。

7. 門式剛架相關(guān)概念

  • 開敞式、半開敞式定義
    • 按照門剛規(guī)范對開敞式、半開敞式進行定義,這涉及到建筑的外墻、屋面等圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)置形式和通風(fēng)、采光等功能特性的界定。
  • 屋面檁條布置原則及特殊位置布置原因
    • 屋面檁條布置原則要考慮屋面荷載傳遞的均勻性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素。在屋脊處,沿屋脊兩側(cè)各布置一道檁條,在天溝附近布置一道檁條是為了增強這些部位的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性,更好地承受屋面荷載和應(yīng)對變形等情況。
  • 拉條和剛性撐桿相關(guān)
    • 屋面檁條系統(tǒng)中,拉條和剛性撐桿的布置原則要考慮檁條的受力特性,如防止檁條側(cè)向變形等,拉條可提高檁條的側(cè)向穩(wěn)定性,剛性撐桿可在一定程度上分擔(dān)荷載。在考慮風(fēng)吸力時,屋面斜拉條和剛性撐桿布置可能需要根據(jù)風(fēng)荷載的方向和大小進行調(diào)整,以確保結(jié)構(gòu)安全。墻梁系統(tǒng)中,拉條和剛性撐桿的布置原則類似,拉條宜設(shè)在墻梁腹板的內(nèi)側(cè)三分之一處,有助于提高墻梁的整體穩(wěn)定性,它們的作用都是為了增強墻梁系統(tǒng)在承受風(fēng)荷載、自重等作用下的穩(wěn)定性。

8. 構(gòu)件計算相關(guān)

  • 構(gòu)件計算長度概念、按類設(shè)計及節(jié)點處理
    • 構(gòu)件計算長度是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的一個重要概念,與構(gòu)件的實際受力狀態(tài)和邊界條件相關(guān),不同的支承情況會有不同的計算長度取值。檁條和墻梁按哪類構(gòu)件設(shè)計要根據(jù)其在結(jié)構(gòu)中的受力特性(如受彎、受壓等)確定,節(jié)點處理要滿足結(jié)構(gòu)受力傳遞、構(gòu)造要求等,例如保證焊縫質(zhì)量、螺栓連接的可靠性等。隅撐的作用是提高鋼梁的側(cè)向穩(wěn)定性,其設(shè)置間距要根據(jù)鋼梁的跨度、荷載等因素確定,穩(wěn)定承載力需要按照相關(guān)規(guī)范進行驗算。對于門剛規(guī)程屋面坡度小于0.1時可不考慮橫梁平面內(nèi)穩(wěn)定是基于一定的理論和試驗研究結(jié)果,在這種情況下橫梁的平面內(nèi)穩(wěn)定有足夠的保障??癸L(fēng)柱按哪類構(gòu)件設(shè)計也要根據(jù)其受力特點(如承受風(fēng)荷載等)確定,其節(jié)點處理有不同的方式,如柱腳可鉸接或剛接,鉸接時基礎(chǔ)只承受較小的軸力與剪力,設(shè)計和構(gòu)造簡單,抗風(fēng)柱傳遞給基礎(chǔ)的軸力只有抗風(fēng)柱本身的重量和相鄰山墻墻板的重量。
  • 穩(wěn)定與強度區(qū)別、拉桿長細比考慮
    • 穩(wěn)定是指構(gòu)件在受力過程中保持原有平衡狀態(tài)的能力,強度是指構(gòu)件抵抗破壞的能力。拉桿雖然主要承受拉力,但在某些情況下,如長細比較大時,可能會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象,所以也要考慮長細比,以確保拉桿在使用過程中的安全性。
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