框架結構中鋼結構設計中截面優選的幾點建議摘要：鋼結構設計時梁柱截面的選擇很重要，截面選擇得當，不但可以保證結構的穩定和安全，還可以充分利用鋼材的抗拉抗彎性能；優選截面后截，減少了結構構件對建筑空間的占用率，也降低工程項目的鋼材用量。0引言隨著國民經濟的發展，鋼結構在建筑領域使用的越來越廣泛，包括大型的公共建筑、橋梁、工業廠房甚至高層建筑等。和其它材料的結構相比，鋼結構具有以下特點：1）鋼結構重量輕鋼結構的容重雖然較大，單與其它建筑材料相比，它的強度卻高很多，而當承受的荷載和條件相同時，鋼結構要比其它結構輕，便于運輸和安裝，并可跨越更大的跨度。2）鋼材的塑性和韌性好塑性好，使鋼結構一般不會因為偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結構對動力荷載的適應性較強。鋼材的這些性能對鋼結構的安全可靠提供了充分的保證。3）鋼材更接近于勻質和各向同性體鋼材的內部組織比較均勻，非常接近勻質和各向同性體，在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。這些性能和力學計算中的假定比較符合，所以鋼結構的計算結果較符合實際的受力情況。4）鋼結構制造簡便，易于采用工業化生產，施工安裝周期短鋼結構由各種型材組成，制作簡便。大量的鋼結構都在專業化金屬結構制造廠中制造；精確度高。制成的構件運到現場拼裝，采用螺栓連接，且結構輕，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的鋼結構也易于拆卸、加固或改造。5）鋼結構的密封性鋼結構的氣密性和水密性較好。如何利用好剛結構的有點，充分發揮其材料性能，是非常值得研究的課題。鋼結構的型式眾多，本次探討的主要是框架結構中鋼結構截面的選用。鋼柱截面的優選框架結構中一般選用實腹式截面，小型的框架結構一般用H型鋼，大型的結構用箱型柱或圓管柱。柱子的高度一般取柱高的1/12~1/20,然后根據跨度、柱距、及結構的受力性能選用合適的截面。柱截面的選用一般先確定截面高度，柱截面的寬度一般和高度相等，最后可根據柱子的受力性能做細微調整。高度和寬度然后根據長細比選定截面。《鋼結構設計規范》GB50017-2003.第9.3.1規定，鋼結構的長細比不宜大于130.先依據長細比100選取相應截面。截面選定后建模計算查看應力比和穩定性以及實際的長細比。最后柱截面選用時應注意控制截面的寬厚比，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第8.3.2對柱截面的寬厚比有明確規定。另當框架兩個受力方向均布滿支撐時，柱子可按無側移計算，那么柱子的計算長度就減小了，柱子的截面也可以選的較小。因此當支撐不影響建構筑物使用的情況下，可以盡量度布置，限制結構的側向位移。鋼梁截面的優選1）框架結構中梁一般選用工字型鋼，大型結構也有考慮用箱梁和桁架結構，不在本次討論范圍內，本文著重探討工字型鋼截面的選用。首先計算梁所受的最大彎矩（可不考慮重）然后根據凈截面抵抗矩W=M/rf,查出相應的截面，選用截面時先按跨度選取梁的高度。根據經驗選取1/15~1/25,然后根據荷載及跨度取值，一般跨度荷載較大時取大值。梁高選定后，腹板的厚度可根據《鋼結構設計規范》GB50017-2003.表9.1.4規定取小值。梁的寬度一般取的比兩高略小，一般可取梁高的1/2~2/3,翼緣寬度小截面的經濟性能就越高。這樣梁的寬度確定后根據寬厚比來選定翼緣厚度，取小值。初選截面后比對截面抵抗矩，確定最終計算截面。截面選定后導入模型，計算結果查看，梁的強度應力，穩定性和撓度。強度應力不夠時，先調截面高度和腹板厚度，還不夠調整翼緣寬度和厚度；穩定性不足，調整截面跨度和翼緣后度更有效，撓度不夠時調整截面的高度。當梁的穩定性不夠時還可以通過增加側向支撐來保證結構梁的穩定性。2）受彎構件中的腹板主要用于抗剪，也主要發生剪切破壞。將腹板盡可能做的高而薄，并通過設置橫向加勁肋進行約束，使屈曲后形成拉力場框架，以大大的提高腹板的抗剪強度；而翼緣板為了對腹板形成足夠的邊緣支撐，以發揮腹板屈曲后的強度必須具有一定的厚度，同時腹板的高度又很大，這樣可以使翼緣獲得相當大的抗彎剛度，充分發揮翼緣的抗彎，腹板的抗剪的功能，使用材料性能得到充分應用。雙軸對稱焊接工字型鋼利用腹板屈曲后強度進行設計可收到經濟合理的效果。支撐的選用。1）支撐框架在兩個方向的布置均宜基本對稱，支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3.2）三、四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐，也可采用偏心支撐、屈曲約束支撐等消能支撐。3）柱間支撐一般是受壓或受拉，而支撐的截面一般是按長細比來確定的，如果是同截面的構件圓管的回轉半徑是最大的；因此受力不復雜的支撐一般選用圓管，當支撐應力較大時才選用用H型鋼。4）《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第8.4.1對支撐的長細比作了明確規定，表8.4.1對支撐的寬厚比（徑后比）作出明確規定。支撐選定后與最后選定的梁柱一起導入模型計算，根據軸壓比，和長細比作細微調整。計算模型調整。當柱子計算不滿足設計要求時，可以適當增加支撐和加大梁的截面來提高框架整體剛度；但是在一般框架中，鋼結構柱的長細比起控制作用。框架的層高比較高時，可通過設置層間梁和增加支撐來減小柱子的長細比。梁的截面根據跨度，和截面的受力情況來調整梁高。當建構筑物有樓板時，可多增設次梁減小梁的計算長度，保證梁的側向穩定性。最后以強柱弱梁的原則整體調整模型，梁柱應力的控制，柱長細比的，梁的撓度，結構位移等都應滿足規范設計的要求。結論1）柱子截面選用時一般長細比起控制作用，盡量減少柱子的計算長度，從而選用比較經濟的柱截面。2）梁盡量選用薄腹板的梁，高厚比和寬厚比都要用足，對于跨度不大的梁可選用型鋼截面減少了焊接工序。3）鋼結構截面的選型涉及剛度傳遞的問題，因此梁柱截面的調整都會使結構應力發生變化，一般先確定柱截面，然后來確定梁截面，最后做細微調整。參考文獻：GB50011-2010建筑抗震設計規范北京：中建筑工業出版社，2