本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)行的工業(yè)廠房對(duì)跨度較大的框架結(jié)構(gòu)需求量很大。目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼框架結(jié)構(gòu)等大空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，跨度較大的鋼框架廠房結(jié)構(gòu)，由于荷載較大，結(jié)構(gòu)比較笨重，在工程施工安裝期間，容易產(chǎn)生難就位、不好安裝的問題，甚至可能發(fā)生倒塌等事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，旨在解決現(xiàn)有大跨度框架的結(jié)構(gòu)笨重、施工難、安全系數(shù)低、經(jīng)濟(jì)性差的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟：

S1、根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖，對(duì)橫梁進(jìn)行區(qū)段劃分，確定各區(qū)段截面樣式；

S2、根據(jù)橫梁的長(zhǎng)度，初步設(shè)定各橫梁構(gòu)件的拼接點(diǎn)位置；

S3、根據(jù)截面樣式、拼接點(diǎn)位置建立初步鋼框架模型，設(shè)定橫梁載荷并對(duì)模型進(jìn)行初步運(yùn)算；

S4、根據(jù)初步運(yùn)算結(jié)果，對(duì)比內(nèi)力包絡(luò)圖和各項(xiàng)參數(shù)變化，優(yōu)化鋼框架模型再行計(jì)算，得到理想的鋼框架模型。

優(yōu)選地，在步驟S4之后還包括步驟：

S5、根據(jù)實(shí)際施工要求和施工建議對(duì)理想的鋼框架模型再做優(yōu)化計(jì)算，得到最終鋼框架模型。

優(yōu)選地，在步驟S1中，所述各區(qū)段截面樣式具體為：

橫梁根部至其最近反彎點(diǎn)之間的區(qū)段設(shè)為變截面；

兩相鄰反彎點(diǎn)之間的區(qū)段設(shè)為等截面或者魚腹式截面。

優(yōu)選地，在步驟S1中，所述確定各區(qū)段截面樣式之后還包括以下步驟：確定梁根部的梁高以及反彎點(diǎn)位置的梁高。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述橫梁構(gòu)件為直線段形式，長(zhǎng)度不超過12m，且在所述橫梁構(gòu)件為十字或T字形式時(shí)，減小橫梁構(gòu)件的長(zhǎng)度和寬度。

優(yōu)選地，在步驟S3中，所述內(nèi)力包絡(luò)圖、鋼框架模型均通過鋼結(jié)構(gòu)軟件STS建立和計(jì)算。

優(yōu)選地，在步驟S4中，所述各項(xiàng)參數(shù)變化包括應(yīng)力比、長(zhǎng)細(xì)比、撓度、位移。

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，確定合理的框架截面設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)型采用變截面梁，此外，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的組裝方案，合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的長(zhǎng)度，方便構(gòu)件的運(yùn)輸和吊裝，優(yōu)化設(shè)計(jì)拼接點(diǎn)位置，使施工組裝時(shí)更加安全可靠。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明用常規(guī)的結(jié)構(gòu)形式、常見的構(gòu)件截面型式來實(shí)現(xiàn)大跨度鋼框架廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具有易加工，自重較輕、容易運(yùn)輸和組裝、施工安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法一實(shí)施例的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中鋼框架的包絡(luò)力圖；

圖3是圖2中A部分的包絡(luò)力圖；

圖4是圖2中A部分的層梁、墻柱節(jié)點(diǎn)輸入及樓面荷載平面圖；

圖5是圖2中A部分的配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖；

圖6是圖2中A部分的理想的鋼框架模型；

圖7是本發(fā)明大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法又一實(shí)施例的步驟流程圖；

圖8是圖2中A部分的最終的鋼框架模型；

圖9是圖8所示部分鋼框架模型的參數(shù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明實(shí)施例中以某一廠房項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目建筑面積為7931m²，平面尺寸為122m*36m，共二層二跨，每跨為18米，柱距為8米，樓面設(shè)計(jì)活荷載為4KN/M²，樓面采用疊合樓板。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要程序依次為：方案設(shè)計(jì)→初步設(shè)計(jì)→施工圖(優(yōu)化)設(shè)計(jì)→施工圖審查。

本發(fā)明實(shí)施例中18米大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是遵循上述的流程，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了前期計(jì)算分析、施工圖優(yōu)化設(shè)計(jì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)。首先進(jìn)行初步建模分析，大致定出結(jié)構(gòu)截面、拼接點(diǎn)位置及結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)，接著就是施工圖(優(yōu)化)設(shè)計(jì)，通過反復(fù)計(jì)算、細(xì)致分析和不斷優(yōu)化，最終得出合理的結(jié)果，使結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到完美的統(tǒng)一。

更具體的，本發(fā)明公開了一種大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，如圖1所示，該方法包括以下步驟：

S1、根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖，對(duì)橫梁進(jìn)行截面區(qū)段劃分，確定各區(qū)段截面樣式；

在步驟S1中，根據(jù)大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)受力及廠房樓面荷載較大的特點(diǎn)，確定合理的框架中橫梁截面。

更具體的，在步驟S1中，通過中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的鋼結(jié)構(gòu)軟件STS對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)建立構(gòu)件內(nèi)力包絡(luò)圖，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行截面區(qū)段劃分，結(jié)果如圖2所示，以圖2中截取出的A部分為本發(fā)明的分析對(duì)象，如圖3所示。

從圖3中可以看出，梁端根部部位彎矩很大，隨著離根部距離的加大，彎矩很快變小，大約在1/4跨度處，彎矩變?yōu)榱?，稱作反彎點(diǎn)，在本發(fā)明實(shí)施例中，將梁根部至其最近反彎點(diǎn)之間的區(qū)段設(shè)為變截面；

此外，梁兩個(gè)反彎點(diǎn)大約1/2梁跨范圍內(nèi)，從反彎點(diǎn)開始底部彎矩逐漸增大，在梁中部附近達(dá)到最大值，中部區(qū)段考慮到施工方便，將兩相鄰反彎點(diǎn)之間的區(qū)段設(shè)為等截面，寬度較大時(shí)，也可以采用魚腹式截面。

最后，梁根部的梁高根據(jù)計(jì)算需要確定，反彎點(diǎn)位置的梁高可以根據(jù)梁中部區(qū)段的梁高協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

S2、根據(jù)橫梁的長(zhǎng)度，初步設(shè)定各橫梁構(gòu)件的拼接點(diǎn)位置；

在步驟S2中，根據(jù)桿件的幾何長(zhǎng)度，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拼接點(diǎn)位置初步設(shè)定。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠加工后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接組裝。拼接點(diǎn)數(shù)量多構(gòu)件長(zhǎng)度小，便于運(yùn)輸?shù)唇狱c(diǎn)耗材多；拼接點(diǎn)數(shù)量少構(gòu)件長(zhǎng)度大，運(yùn)輸困難但拼接點(diǎn)耗材少。合理選擇拼接的數(shù)量和位置，既要使拼接點(diǎn)數(shù)量較少，減少耗材，又要使構(gòu)件的長(zhǎng)度不太大且比較均衡，便于運(yùn)輸和安裝，需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

更具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，構(gòu)件以直線段形式為宜，長(zhǎng)度不宜超過12m；當(dāng)采用必須采用十字、T字等形式時(shí)，應(yīng)減小構(gòu)件的長(zhǎng)度和寬度。

在步驟S2中，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的長(zhǎng)度，方便構(gòu)件的運(yùn)輸和吊裝；優(yōu)化設(shè)計(jì)拼接點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)合理的組裝方案，使施工組裝時(shí)更加安全可靠。

S3、根據(jù)截面樣式、拼接點(diǎn)位置建立初步鋼框架模型，設(shè)定橫梁載荷并對(duì)模型進(jìn)行初步運(yùn)算；

在步驟S3中，通過鋼結(jié)構(gòu)軟件STS對(duì)單品鋼框架建模試算，在確定梁柱構(gòu)件的截面大小和拼接點(diǎn)的位置后，輸入荷載進(jìn)行計(jì)算，對(duì)構(gòu)件截面和拼接點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以圖3為對(duì)象，計(jì)算結(jié)果如圖4所示，圖4為層梁、墻柱節(jié)點(diǎn)輸入及樓面荷載平面圖。

S4、根據(jù)初步運(yùn)算結(jié)果，對(duì)比內(nèi)力包絡(luò)圖和各項(xiàng)參數(shù)變化，優(yōu)化鋼框架模型再行計(jì)算，得到理想的鋼框架模型。

在步驟S3中，進(jìn)行了構(gòu)件截面和拼接點(diǎn)的優(yōu)化后，重新計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)原來滿足要求的參數(shù)(如應(yīng)力比、長(zhǎng)細(xì)比、撓度、位移等)可能不再滿足要求。這就要求對(duì)步驟S3中的模型進(jìn)行修改，重新計(jì)算，如此反復(fù)幾次，取得一個(gè)比較滿意的結(jié)果。

因此，在步驟S4中，以圖4內(nèi)容為對(duì)象，將步驟S3的運(yùn)算結(jié)果，對(duì)比內(nèi)力包絡(luò)圖和各項(xiàng)參數(shù)(如應(yīng)力比、長(zhǎng)細(xì)比、撓度、位移等)變化，如圖5所示，對(duì)優(yōu)化的構(gòu)件截面和拼接點(diǎn)再行計(jì)算優(yōu)化，主以控制構(gòu)件應(yīng)力比>0.80且<1.0，拼接點(diǎn)設(shè)置在反彎點(diǎn)或者彎矩較小處，最終得到理想的鋼框架模型，如圖6所示(對(duì)應(yīng)圖2中A部分)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，首先進(jìn)行初步建模分析，大致定出結(jié)構(gòu)截面、拼接點(diǎn)位置及結(jié)構(gòu)的支撐柱，最后對(duì)鋼框架模型重復(fù)計(jì)算、修改，得到理想的鋼框架模型，使結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到完美的統(tǒng)一。

在進(jìn)一步的實(shí)施過程中，為結(jié)合實(shí)際施工需要，在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖7所示，在上述步驟S4之后還包括步驟：

S5、根據(jù)實(shí)際施工要求和施工建議對(duì)理想的鋼框架模型再做優(yōu)化計(jì)算，得到最終鋼框架模型。

在步驟S5中，以圖6位對(duì)象，初繪鋼框架立面圖，得到自己認(rèn)為比較理想的模型后，繪出框架立面圖，結(jié)合項(xiàng)目組討論意見和建議，再優(yōu)化模型計(jì)算，得到最終模型，詳細(xì)繪出框架施工圖，如圖8所示。這樣，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算、優(yōu)化、完善，本發(fā)明實(shí)施例中完美的鋼框架施工圖就出來了。

對(duì)最終模型進(jìn)行參數(shù)評(píng)價(jià)，如圖9所示，從圖9中可以看出，按本發(fā)明設(shè)計(jì)出來的大跨度鋼框架結(jié)構(gòu)，比一般設(shè)計(jì)方法可以節(jié)省鋼材15％，可給建設(shè)方帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明不僅滿足了建設(shè)單位對(duì)空間的要求，并且在后期的施工中表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性、安全性、易施工性、結(jié)構(gòu)的合理性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。