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    钢结构构件连接设计探讨.pdf

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    钢结构构件连接设计探讨.pdf

    从宁钢结构构件连接设计探讨 49 钢结构构件连接设计探讨 从宁 中国成达工程有限公司成都610041 摘要 探讨钢结构构件的连接设计方法和控制性原则。 关键词钢结构构件连接设计 钢结构在高层建筑和抗震建筑中的应用越来 越广l】】,伴随着我国钢材产量的日益增加和价格 的逐渐降低,钢材也逐渐成为房屋建设的普及材 料。从目前各类时尚的大型大跨建设项目如鸟 巢等,到一些中小跨度建设项目,钢材作为首选 建筑材料不仅保障了建筑预期目标,也满足了时 尚的需要。多样性的材料选择为建筑师展现灵感 提供了多种选择,同时对不同材料的设计也提出 了更多的挑战 J。 目前绝大多数钢结构构件连接的设计由制造 商完成,对钢结构构件的连接方法、控制性原则 和控制因素有清楚的认识,才能做好钢结构的 设计。 1钢结构构件及其特点 钢结构构件的特点是截面多样性一方面, 与木材的各向异性不同,钢材的各向同性使得它 可以被加工成各种形状,同为线性结构构件,木 结构无法做到截面多样性,而钢结构的截面多样 性是其优势和特征,杆件结构中连接构件几乎全 部是钢材料也说明了这一点;另一方面,钢结构 的连接设计在不同的构件截面形状有不同的选择。 使连接设计多样化,在受力范围允许的情况下, 不同形式的连接可以采用不同的型钢 。 2钢结构连接设计中受到的约束 钢材种类繁多,承受力也各不相同,连接设 计通常受到几个主要因素的约束。 2.1构件的选取 理论上钢结构构件或连接构件是可以任意加 工的,但在实际的设计中,总会有一些现实条件 约束着钢结构构件与连接构件。优秀的设计师会 设计简单有效的连接方式与连接构件,选用那些 容易获得、方便安装的型钢作为建筑材料。 2.2合理的连接手段 工厂加工、现场装配是钢结构的施工特点之 一,这是产生大量节点而与传统砌筑方式不同的 原因。各种型钢之间主要通过三种连接手段铆 接、焊接和栓接。铆接是早期钢结构建筑中主要 采用的连接方式,施工虽然简单,但必需在构件 上开洞,降低断面的强度,且易在节点处产生应 力集中。随着技术的进步,这种方式逐渐被其他 连接方式代替;焊接的连接方式使建筑的外观简 洁,且荷载传递效率连续,但不足之处是施工作 业要求较高;采用高强度螺栓连接,强度上可以 达到接近焊接的要求,因此广泛应用在现代钢结 构中 。 2.3连接构件的层级性 钢结构的结构体系之间存在复杂的层级关系, 这种关系体现在构件的尺寸上和安装的先后差异。 构件连接的目的是实现各层级之间的转换,也是 实现承载力由三维转向二维、最终再传递到一维 构件的关键。复杂的构件连接往往由平面连接构 件和立体连接构件组合完成。 2.4构件连接的平面 由于两个线性结构构件总是处于一个平面内, 该平面就是构件应力的发生平面,为了有效承载 这个平面内的应力、弯矩或剪力,连接构件往往 都设计在此平面内,如拉索和钢管的焊片总位于 这两者构成的平面中;当存在多个构件的连接时, 所组合的平面构件与立体的受力情况可以相 对应E3,4]。 }丛宁工程师。1994年毕业于四川大学工民建专业。从事结构设计工作。联系电话 02865531694,Emailcongning chengd&corn。 50 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,234 3钢结构连接类型 杆件与索是钢结构构件的两种基本类型,这 两种类型的连接方式可归结为杆件与杆件的连接, 索与索的连接,索与杆件的连接 J。无论是平面 结构还是空间结构,由于构件本身的线性特征, 再复杂的结构体系也不会有更多类型的连接,而 复杂的连接都可以分解为这三种基本的连接类型。 3.1杆件与杆件的连接 由于杆件既可受拉力也可受压力,因此杆件 之间的连接设计也复杂多变。决定杆件连接设计 的主要因素有两个方面①杆件与杆件之间的交 角;②各杆件的截面形式。结构体系决定杆件之 间的交角,而杆件的截面形式则在连接设计时选 择不同型钢,或进行组合以方便连接构件的设计。 3.2索与索的连接 索在结构中只能承受拉力,内力仅沿索的轴 线方向,索的截面在各段都保持一致。索与索的 连接特点①位于索端部的连接必须由索套实现; ②位于索中部的连接可由各类夹具实现;③多根 索的连接需要新的节点设计,根据索与索的结合 方式不同而有不同的特点。如最常见的单层或双 层索结构。根据不同的布置方式,可以有平行或 辐射等方式。索网的轻巧和高效,符合大众对透 明和轻巧的审美需要。 3.3索与杆件的连接 索是一种只能单向抗拉的柔性钢结构构件, 而杆件是一种既可受拉力也可受压力的刚性钢结 构构件,所以索与杆件相结合组成的钢结构体系 可以兼顾轻盈与稳定的优势,近年来索与杆件组 合的结构体系得到广泛采用。 索是否连续需要在连接设计中予以考虑,并 采用不同的连接件设计位于索端部的连接,由 索套、螺栓、焊片等一系列构件与杆件固定,该 类连接的构造简单合理,应用也很广泛,同时还 可以选择索套夹焊片,或焊片夹索套的另外两种 不同的方式连接。位于索中部的连接,由索夹, 索卡个别情况下也可采用焊接的方法固定索 与杆件的位置‘。J。 4钢结构连接设计方法 在相当多的钢结构建筑中,对于构件的形式 和尺寸,在结构上的要求并不十分严格,这就为 构件与连接的设计提供了很大的设计空间。不管 是构件的形式与尺寸的选择,还是连接设计或连 接形式,都是建筑师非常关注的。就许多设计师 的工作而言,实际的情况往往是面临选择有限的 型钢与为数不多的成型连接构件,所以设计思路 和方法就显得尤为重要。 4.1分解 结构设计概念中抽象的单一构件是最终分解 的结果,在实际连接中最多的表现是构件数量的 分解,或截面形式的分解。这一方法在钢结构的 杆件体系的连接设计中很常见。这些分解的目的 有的出于受力结构的需求,有的仅仅是为了在构 件中留出足够的间隙,方便连接。对于复杂的节 点采用分解设计,则有利于提炼出连接的最基本 形式,从而使连接概念简化,节点设计整合为一。 4.2转化 考虑截面形式和尺寸的转变也是连接设计的 主要问题。转变的目的是为了方便连接设计而缩 小构件截面。构件截面一般有两大类管状类截 面如圆钢管及非管状类截面如槽钢、工字 钢等。管状类截面之间的连接往往需要缩小截 面,如在网架球节点处就是缩小了的实心钢管。 非管状类截面之间的连接通常需要对构件做简化 处理,如去掉宽翼而只保留型钢的高度部分,而 且常常与分解设计结合起来。除了这类改变构件 截面形状和尺寸外,在垂直于构件轴线的面将构 件切断后,再设计新的节点连接起来,也是连接 设计常常使用的方法。 4.3整合 为了减少构件种类及数量,简化连接方式, 加强结构形式的整体性,使设计作品具有更优雅 的形象,最终的整合设计显得非常必要。这种设 计方法有两个条件①各节点有相同的受力方式; ②结构构件的截面尺度相近、形式相似。有相同 的受力方式保障了选择相似截面的科学性,截面 形式相似、尺度相近则保证了视觉的整体性。 5 结语 随着技术的发展,钢材的各种优异的性能在 建筑结构中不断地被挖掘出来;与此同时,对建 下转第43页 2013,234 智敏杰等 火灾圈对安全阀泄放量的影响43 其中,在计算安全阀泄放量时AE101和El02 的泄放面积均为0,这是因为AE101位于管廊上 方,其布置高度为22.5m,El02布置高度为 13.5m,二者均大于7.6m,并且设备布置的厂房 结构为格栅板,因此二者的火灾泄放面积均为0。 从表2可以看出,火灾圈1内发生火灾时,安 全阀PSV102的泄放量为30121 kg/hr;火灾圈2内 发生火灾时,安全阀PSV102的泄放量为6201 kg,/ hr。取二者中的较大值作为安全阀的泄放量,即 30121 kg/hr。 4 结语 通过安全阀泄放量的计算可知,火灾圈对安 全阀泄放量的影响比较明显。对于单台设备,如 果考虑了火灾圈内与设备相连的受热管道的影响, 那么计算出来的安全阀泄放量就大于传统方法计 算结果。对于联通的多个设备系统而言,如果设 备未处于同一火灾圈内,就可以按照不同火灾圈 计算安全阀的泄放量,并取最大值作为安全阀的 泄放量。 合理的利用火灾圈来计算安全阀的泄放量可 以更好的防止系统压力超过容器或管道的设计压 力而发生爆炸事故,合理的减小安全阀的泄放量, 减少设备投资。 参考文献 1张璐璐,李汉,王波等.多晶硅精馏塔系统中安全阀 泄放量的计算[J].化学工程,201l,3919497. 2王波,张璐璐,李汉等.塔系统安全阀配置与经济性 讨论[J].化工设计,2012,2231214. 3 王江峰.超临界压力下火灾工况安全阀泄放量的计算 [J].化工设计,2010,2012932. 4 Pressurerelieving and Depressuring Systems.ANSI/API STANDARD 521 FIFTH EDITION.JANUARY 2007. 5 HG/T20570.295,安全阀的设置和选用[s]. 收稿13期20130510 上接第50页 筑形式的创新追求也使得钢结构的应用方式不断 推陈出新,使钢结构连接设计含有大量的技术性 内涵。在钢结构连接构件的设计方法和思路不断 进步的同时,也需要与时俱进地掌握先进的连接 设计方法以完成不同寻常的设计构想。由于固定 钢材性质的主要连接方式,如铆接、焊接、拴接 等需要在钢材允许范围内进行设计并遵循一些特 定的定律,所以设计中要找到最佳的钢结构连接 形式。 参考文献 1 Suthedand,Master of StructureEngineering Todays Buildings [M].Laurence King,2002. 2 [芬兰]伊萨皮罗宁,钢的建筑造型[M].高 辉、 陈治国、王虹译,天津大学,2004. 3 [德国]舒立茨等,钢及结构手册[M].殷福新等译,大 连理工大学出版社,2004. 4 GB 500172003,钢结构设计规范[s]. 5全国民用建筑工程设计技术措施2009版结构结构 体系[M].中国建筑标准计划研究院. 6 GB 500112010,建筑抗震设计规范【s]. 收稿13期20130310

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