西安建筑科技大学 土木工程学院 陕西 西安 710055
摘要：通过学习SAP2000软件，对钢架选择材料和截面并对截面进行校核；通过看建筑荷载规范和抗震设计规范，了解和熟悉荷载的组合形式。
关键字：材料，截面，校核，荷载组合
一、工程概况
某钢结构厂房为单层双跨钢结构，建筑主要使用功能为工业厂房。建筑按照当地的地震基本烈度8度来进行设防，其设计的基本地震加速度值为0.20g，建筑设计等级为丙类建筑。设计使用年限为50年。 作用在厂房上的外力主要有地震荷载、风荷载和吊车荷载。厂房高度18m，平面尺寸48mx108m；横向两跨，跨度均为24m，柱距9m，柱顶高度13m，厂房端部布置夹层，层高6m。
二、选择材料和截面
构件的设计首先是材料的选择，钢架结构经常用的是Q235钢和Q345钢。通常主结构使用同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钢；稳定控制时，宜使用Q235钢。由于主刚架构件截面通常是由稳定性来控制，故在本结构设计中选用的是Q235钢。
在对构件截面尺寸进行初步选择时，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择轧制或焊接形成的H型钢、工字钢、槽钢等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度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。
该厂房的初步结构设计：框架柱采用Psc600x16圆钢，柱下端刚接，抗风柱采用GB-HN400x200x7x11焊接H型钢；夹层钢框架梁采用GB-HN400x200x7x11，GB-HN500x200x10x16焊接H型钢；屋架采用Box250x10,Box150x6方钢管；柱间支撑采用XCBox400x200x10方钢管；屋架上下弦支撑体系采用P120圆钢管。
三、截面校核
钢结构设计的核心工作是对各构件的截面进行设计。传统的设计方法是初选构建截面尺寸，然后进行受力验算，从而判断截面的选取是否满足要求。对于设计者来说，截面不能选太大，当然也不能太小，确定构件截面的过程是一个反复试算的过程，工作量相对来说很大。SAP2000恰恰在这方面有其独特之处，它可以根据程序设定的位移或周期目标对构件截面进行分析，如果截面不满足要求，程序可以自动选择截面再进行计算，重复这个过程，直至截面满足要求为止。所以，SAP2000在钢结构设计方面优势明显。
钢结构截面优化设计。首先运行结构分析选项，结构分析完成后运行钢框架设计选项，进行构件截面分析。分析后，程序界面中会显示计算结果图。如果图中有红颜色的构件，表示该构件不符合要求，需要重新修改构件截面。该算例中，用SAP2000软件进行截面校核时，其结果有三项不符合：
（1）抗风柱长细比不符合规范要求。抗风柱初选用Q235H型钢，截面尺寸：GB-HN400x200x7x11。改进的方法是通过加檩条来减小抗风柱的长细比。
（2）上下弦水平支撑长细比超过规范要求。上下弦水平支撑初选用Q235圆管，其截面直径为120mm。通过改变截面形状和尺寸来符合结构设计要求。改变后采用方钢管，其截面尺寸为Box180x6。
（3）夹层主梁的能力比超出规范要求。夹层主梁采用Q235H型钢,截面尺寸为GB-HN400x200x7x11。SAP2000结构设计校核分析结果如图1所示。
图1 SAP2000结构设计校核分析
从SAP2000截面校核分析结果可以看出其平面外弯矩过大导致其能力比超出规范所要求的值。最有效的解决办法是增大其截面高度。当然考虑到截面长细比的限制，改进后的截面尺寸为GB-HN800x400x18x24。当然还有个方法是设置加劲肋。
总之，当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。
四、荷载组合形式
建筑结构在使用过程中，在其上会产生许多载荷，一些载荷可能会同时出现，一些则不能同时出现，而这时则需要对所有出现的荷载进行必要的组合。一般则是依照承载能力极限状态和正常使用极限状态。先分别对所有荷载进行(效应)组合，结构设计时选取对结构最不利的一组荷载组合进行。
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本文钢架设计中，有风荷载、吊车荷载，且考虑地震影响，设计时采用的荷载组合为：
恒荷载+活荷载+风荷载；
恒荷载+活荷载+吊车荷载+风荷载；
重力荷载代表值+地震荷载（重力荷载代表值=1.0恒荷载+0.5活荷载+0.5吊车荷载）。
总结
1.在材料的选择中尽量满足同一钢种；梁柱和支撑等构件的截面尺寸的选择主要是在满足基本构造要求下，结合工程经验对其截面进行预选。
2.截面的校核主要是对其强度和变形的校核，本文通过SAP2000软件对结构实现截面的校核。
3.荷载效应组合主要是在承载能力极限状态下采用的基本组合和在正常使用状态下采用的标准组合。荷载组合主要是风荷载，吊车荷载和地震荷载的组合。
参考文献
[1]建筑结构荷载规范[S].GB50009-2012.
[2]钢结构设计规范[S].GB50017-2003.
[3]关广军，汝明.钢结构设计简单步骤和设计思路[J]. 今日科苑.2009，（08）.
[4]李梦雪.门式钢架轻型钢结构理论分析与设计实例[D]. 河北工程大学硕士学位论文，2015.
论文作者:卢燕燕
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/5
标签：截面论文; 荷载论文; 组合论文; 构件论文; 型钢论文; 钢结构论文; 吊车论文; 《防护工程》2017年第23期论文;