Desde que comencé a trabajar, he diseñado muchos edificios con estructura de acero, incluyendo pórticos, marcos de acero, estructuras de acero con pisos adicionales, estructuras de acero con ascensores, grandes vallas publicitarias, etc. Con la acumulación de experiencia en diseño, la comprensión de las especificaciones se ha profundizado gradualmente y se han resumido y presentado algunos conocimientos sobre el diseño de estructuras de acero para referencia y discusión de todos.
1 Marco rígido de portal
⑴ Para el marco rígido de portal, primero debe determinar si hay una grúa. Si el proceso de fábrica requiere una grúa, debe prestar atención a lo siguiente. puntos: ① Los pies de las columnas deben diseñarse como pies de columna rígidos; ② Las columnas deben diseñarse como columnas de sección igual ③ Los soportes entre columnas deben diseñarse para ser controlados por la carga horizontal longitudinal de la grúa, en lugar de un diseño estructural simple; Cuando exista un puente grúa de no menos de 5 t se deberán utilizar soportes de acero. Si el marco del pórtico no tiene grúa, se deberá diseñar según diseños convencionales como columnas de cuña, que no se describirán nuevamente.
⑵Disposición de los soportes entre columnas
Los soportes entre columnas y los soportes del techo deben disponerse entre las mismas columnas, de modo que el marco rígido forme un sistema estable longitudinalmente, lo que facilita la instalación del marco rígido y aumenta la rigidez longitudinal. El soporte debe disponerse entre la primera columna o la segunda columna. Cuando está dispuesto entre la segunda columna, se debe disponer un tirante rígido correspondientemente entre la primera columna, y el tirante rígido debe ser consistente con la columna resistente al viento. a lo largo de la posición longitudinal, de modo que la carga del viento se pueda transferir directamente. Se deben instalar tirantes rígidos a lo largo de toda la casa en los puntos de giro del marco rígido (las cimas y crestas de las columnas laterales de casas de un solo tramo y las cimas y crestas de algunas columnas intermedias de casas de varios tramos). Cuando la luz del pórtico es grande, el número de tirantes rígidos debe aumentarse adecuadamente entre las columnas donde se disponen los soportes, de modo que el ángulo incluido de los soportes sea de aproximadamente 45°. Cuando sea imposible disponer los soportes entre columnas debido a restricciones funcionales del edificio, se deben disponer marcos rígidos longitudinales. Una vez hice un proyecto en el que vigas de acero se conectaban rígidamente entre las columnas de los extremos, eliminando así el soporte entre las columnas, haciendo que el diseño del edificio fuera más flexible y logrando buenos resultados de aplicación.
⑶Estructura de techo y pared
Las medidas de estructura de techo y pared son medidas clave para aumentar la rigidez del marco rígido y evitar la inestabilidad fuera del plano del marco rígido. Las correas y las vigas de pared generalmente están hechas de componentes de paredes delgadas conformados en frío. Cuando el espaciamiento entre columnas es inferior a 6 m, se proporciona un arriostramiento y cuando la distancia entre columnas es mayor a 6 m, se proporcionan dos arriostramientos. Cabe hacer aquí una mención especial a las barras atirantadas. Durante el proceso de calibración del dibujo, a menudo se ve que muchos fabricantes o diseñadores de estructuras de acero instalan barras atirantadas en lugar de tirantes. La razón es que el concepto estructural no está muy claro, porque mediante el conocimiento de la mecánica estructural, se puede formar un sistema estable colocando tirantes entre los tirantes. En el diseño de techos y paredes, también se debe prestar atención a la disposición de los tirantes de las esquinas. Los tirantes de las esquinas no son prescindibles. Se colocan para evitar el pandeo de las alas de compresión. Las investigaciones muestran que la falla del marco del pórtico es causada primero por el pandeo máximo del ala bajo compresión. La conexión entre el ala inferior de la viga inclinada y el ala interior de la columna del marco rígido es una parte clave donde se produce el pandeo, y es muy importante colocar aquí tirantes de esquina. Además, las "Especificaciones técnicas para estructuras de acero de casas livianas de estructura rígida de pórtico" CECS102:2002 (en adelante CECS102:2002) estipulan que también se proporcionan tirantes de esquina en el área de compresión del ala inferior de la viga inclinada. , y el espaciamiento entre ellos no será mayor que el ala de compresión correspondiente 16(235/fy)0.5 veces el ancho. De acuerdo con el marco del pórtico general, cuando la distancia entre correas es de aproximadamente 1500 mm, colocar un refuerzo de esquina cada dos correas puede cumplir las condiciones anteriores.
⑷Clave de corte
"CECS102: 2002" estipula que los anclajes de pie de columna no deben usarse para soportar la fuerza de corte horizontal en la parte inferior del pie de la columna. La fuerza de corte horizontal puede ser. causado por la placa base y el hormigón. La fricción entre los cimientos (el coeficiente de fricción puede ser 0, 4) o las juntas de corte deben proporcionarse para soportarlo. Por eso, cuando calculamos el marco de la puerta, a menudo aparece una advertencia: "¡Los pies de la columna deben estar equipados con resistencia al corte!"
Analizando las razones anteriores, la razón principal es que la estructura del marco de la puerta generalmente tiene un peso liviano y hay un espacio entre la placa base del pie de la columna y el concreto de la base. La fuerza de fricción es pequeña y no es suficiente para resistir la carga del viento horizontal y la acción del terremoto, por lo que se deben instalar llaves de corte. Las llaves de corte generalmente están hechas de acero en ángulo o vigas en I. Se debe calcular la capacidad de carga de corte de la sección transversal y las soldaduras, y se debe volver a inyectar el espacio entre la placa base de la columna y la superficie de la base. Para conocer métodos específicos, consulte los métodos 1 y 2 en la página 30 del Atlas 01SG519 "Dibujo estructural detallado de nodos de estructura de acero para edificios civiles de varios pisos y de gran altura".
⑸ Instalación y posicionamiento de anclajes de pie de columna
Este es un problema que los diseñadores a menudo ignoran en proyectos reales, el posicionamiento incorrecto de los pernos de anclaje causa dificultades en la instalación de marcos o marcos rígidos. Los casos abundan, yo también me encontré con esta situación y luego tuve que fortalecer la solución. Al analizar las razones, la razón principal es que no hay conexión entre los pernos de anclaje y la rigidez general es deficiente. Los pernos de anclaje inevitablemente se desplazan durante el proceso de vertido del hormigón. En vista de las razones anteriores, el método consiste en incrustar pernos de anclaje de pie de columna y fijar soportes antes de verter el hormigón. El método específico se muestra en la Figura 1. El soporte fijo y el perno de anclaje forman una pequeña columna de celosía, de modo que el perno de anclaje se puede colocar de manera cómoda y precisa. ⑹ Conexión entre columnas resistentes al viento y marcos rígidos Actualmente existen dos enfoques incorrectos en el diseño de columnas resistentes al viento de pórticos: uno es hacer que las columnas resistentes al viento y los marcos rígidos sean iguales, y las columnas resistentes al viento. y las vigas de marco rígido están articuladas o conectadas rígidamente, las columnas resistentes al viento participan tanto en los efectos de resistencia al viento como de carga vertical, así como en los efectos transversales y horizontales. Los diseñadores a menudo no realizan cálculos de resistencia al viento longitudinal en marcos tan rígidos. Hacerlo omitirá el cálculo de carga y es un tabú importante en el diseño de ingeniería. Creo que una estructura de estantería con tensiones claras no debería complicar sus tensiones. Este enfoque es inapropiado; otro enfoque es colocar la columna resistente al viento y el marco rígido en el mismo eje, pero no considera la carga vertical sobre la columna resistente al viento. Se utiliza una placa de acero entre la columna resistente al viento y. la viga del marco rígido a través de costuras de soldadura. Este enfoque aún transfiere parte de la carga vertical a las columnas resistentes al viento, y la rigidez lateral de la placa de acero es muy pequeña después de pandearse bajo la acción de la carga vertical, es difícil garantizar que la carga del viento se transmita de manera efectiva. . Ambos enfoques anteriores tienen inconvenientes. Aquí se recomiendan los siguientes métodos:
Utilice el método de fábrica para determinar la red de ejes. El eje del primer marco rígido y la columna resistente al viento están escalonados de 500 a 600 mm. -La columna resistente pasa a través de la placa de conexión y el alma de la viga del marco rígido. Los refuerzos están conectados y se abren orificios redondos largos verticales en las placas de conexión y los pernos de conexión son pernos ordinarios. Figura 2: Ejemplo de conexión entre columnas resistentes al viento y marcos rígidos
2. Diseño de marcos de acero
⑴Selección de sistemas de marcos de acero
Marcos estructurales de acero de uso común Se puede dividir en Hay dos categorías: sistema de marco puro y sistema de soporte de marco. La elección del sistema está estrechamente relacionada con la altura y la función de uso del edificio. Esto requiere que los ingenieros estructurales trabajen estrechamente con los arquitectos. Cuando no se pueden colocar soportes debido a limitaciones funcionales del edificio, se debe utilizar un sistema de marco puro. Dado que el sistema de marco puro no tiene soporte antilateral, las direcciones vertical y horizontal deben cumplir con los requisitos de la Sección 5.5 del "Código de diseño sísmico para edificios" GB50011-2001 (en adelante, el "Código de resistencia") que el elástico el ángulo de desplazamiento entre pisos es menor o igual a 1/300 debe estar unido rígidamente con la columna tanto en sentido vertical como horizontal y porque el artículo 8.3.4 del “Reglamento de Resistencia” establece: “Cuando la columna esté rígidamente; conectadas con la viga en dos direcciones mutuamente perpendiculares, se debe utilizar una sección en forma de caja". Por lo tanto, cuando se utiliza un sistema de marco puro, las columnas a menudo se diseñan como columnas de caja. Sin embargo, la prevención de la oxidación interna y el mantenimiento de las columnas de caja durante su uso es bastante difícil, lo cual es un problema importante en el diseño de estructuras de acero. También intenté utilizar el método de vertido de hormigón en la columna en el diseño, pero debido a que la columna de caja está equipada con particiones de refuerzo en el área de los nodos, el vertido de hormigón es muy difícil, por otro lado, el hormigón con tubos de acero todavía está en el área; etapa de investigación en China y el software de diseño común no puede calcularlo, la teoría computacional no es la misma en cada revista. Por las razones anteriores, cuando se diseñan pórticos estructurales de acero puro, se siguen utilizando la mayoría de columnas de sección en caja sin hormigón. En el proceso de cálculo de prueba, utilicé el algoritmo de conectar rígidamente los ejes fuertes y débiles de columnas en forma de I. La base es que la palabra "debería" se usa en el Artículo 8.3.4 del "Reglamento de Resistencia" del diseño anterior. También se adopta haciendo referencia a los dibujos de los principales institutos de diseño del continente, pero los resultados del cálculo no son ideales. El ángulo de desplazamiento de la capa intermedia elástica en la dirección del eje débil aún no puede cumplir con los requisitos del Artículo 8.3.4 de la "Resistencia". Reglamento". Debido a algunas dificultades estructurales de las columnas de caja, se recomienda utilizar columnas en forma de I tanto como sea posible al diseñar casas con estructura de acero de varios pisos y diseñarlas en un sistema de soporte de marco. Los ingenieros estructurales y arquitectos intentan coordinarse lo más posible para hacer invisibles los soportes disponiendo las paredes de los edificios, salas de ascensores, etc. sin abrir grandes aberturas donde se necesita soporte. Los resultados reales de los cálculos de ingeniería muestran que el efecto de control de desplazamiento del soporte en el marco es muy bueno. Además, el uso de columnas en forma de I ahorra materiales y evita la oxidación y la conexión en el eje débil. La dirección es simple y fácil. Es realmente un método efectivo.
⑵Diseño de nodos
El diseño de nodos de estructura de acero es la clave para el diseño de estructuras de acero. Los nodos articulados son simples y tienen relaciones mecánicas claras. No entraré en detalles aquí y me centraré en el diseño de nodos conectados rígidamente. En el diseño de conexiones rígidas de vigas y columnas, se recomienda la forma de nodo que se muestra en la Figura 8.3.4-1 del Artículo 8.3.4 del "Reglamento de Resistencia". En la ingeniería real, se utilizan la mayoría de estos nodos. Existen dos bases de cálculo para este tipo de nodos: método de diseño preciso y método de diseño común. La diferencia entre los dos es que el primero considera la resistencia a la flexión y al corte del alma, mientras que el segundo considera únicamente la resistencia al corte del alma. Método de diseño preciso En el diseño real, la resistencia a la flexión de la red es difícil de cumplir con los requisitos y la red debe engrosarse en gran medida. El engrosamiento del alma es muy antieconómico, por lo que en ingeniería se utilizan los métodos de diseño más comunes. Este modelo de cálculo tiene relaciones mecánicas claras y es sencillo de calcular. Sin embargo, en el diseño se debe prestar atención a las medidas de refuerzo sísmico, como el uso de bisagras de plástico. para moverse hacia afuera. Conexiones reforzadas en los extremos de las vigas o conexiones en forma de hueso que debilitan las alas superior e inferior de la viga no lejos del extremo de la viga. Esto se debe a que, sin ningún refuerzo del ala del extremo de la viga, se considera que solo los pernos de conexión del alma soportan la fuerza cortante, y el momento flector lo soporta la soldadura del ala, entonces la capacidad de flexión de la soldadura del ala es solo aproximadamente 80 de la capacidad de flexión de la viga (es decir, el módulo de sección del ala de la viga es solo aproximadamente 80 del módulo de sección completa de la viga), y de acuerdo con el Artículo 3.2.2 del "Código de diseño de estructuras de acero", considerando las condiciones de construcción en el sitio, la El valor de diseño de la resistencia de la soldadura se multiplica por un factor de reducción de 0,9. Entonces la capacidad de carga a flexión de la conexión es solo del 70 al 75 de la capacidad de carga a flexión de la viga. Este tipo de nodo es 30 a 25 más bajo que la conexión de igual fuerza, lo que viola el principio antisísmico básico de "nodos fuertes, miembros débiles" y "no colapso en un gran terremoto". Con base en las razones anteriores, se deben adoptar las medidas de refuerzo sísmico que se muestran en las páginas 19 y 20 del "Dibujo estructural detallado de nodos de estructura de acero para edificios civiles de varios y altos pisos" 01SG519.
Además
mi país no estipula el grado de resistencia sísmica de las estructuras de acero en el "Reglamento de Resistencia" y el "Reglamento de Acero", sino que sólo los divide en dos normas: inferior a 12. Pisos y superiores a 12 pisos. El autor cree que esto es inapropiado dado el vasto territorio de nuestro país y las grandes diferencias en la intensidad de la fortificación entre regiones. El antiguo y el nuevo "Reglamento de acero" no estipulan el rango de instalación de juntas de dilatación para edificios de estructuras de acero de varios pisos y de gran altura, sino que solo establecen algunas disposiciones para plantas industriales de un solo piso. Los dos puntos anteriores son cuestiones conceptuales importantes y no es apropiado que el Reglamento del Acero no haga hincapié en estos dos puntos.