大跨度鋼結構設計的案例
大跨度拱形鋼結構施工技術
▼ 現場實施圖
結語
（1）本工程中央站房66m跨大跨度鋼結構桁架采用分段吊裝、高空合攏的吊裝方案進行吊裝，C、D兩個流水段共用時4個月完成了12000t鋼結構的吊裝工作，為確保工程總體施工進度打下了堅實的基礎。
（2）本工程大跨度鋼結構桁架施工過程中，結構最大變形36mm，最大應力45.51Mpa，結構變形和應力均滿足規范和設計要求。分段吊裝施工與結構一次成型相比，附加變形1.9mm，附加應力1.2MPa，附加變形和附加應力均較小，滿足施工要求。分段吊裝、高空合攏吊裝方案安全合理。
來源： 科技建工 （crceg-science）
展開 大跨度鋼結構地震過程仿真分析
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
近期，人們被日本九州地震和南美厄瓜多爾地震給震怕了，有人調侃“地球進入振動模式”，實際上從長期來看，世界范圍內的地震出現頻率和級別并無異常。在我們的科技水平還無法準確預測地震的時候，防震救災工作就顯得很重要，例如建筑設備的抗震能力能否抵抗住某次大級別地震，關系到人們生命安全問題。
以某個大跨度鋼結構為例，介紹一下CAE方法在地震分析中的應用。
地震分析方法一般分為底部剪力法、反應譜法和時程分析法。CAE領域常用反應譜法或時程分析法，時程分析法采用的載荷是某次具體的地震波，反應譜法是多個地震波的統計結果，由時域轉換成頻域而來，從計算的經濟性和通用性考慮，最常采用的是反應譜法。
地震波反應譜
學過力學的朋友都知道，地震波分為橫波和縱波，由于縱波的傳輸速度比橫波快，從振源首先到達地表，因此震中地區的人們首先感到的是上下震動，然后是橫向振動，豎向地震的加速度值比橫向要小，國標規定取橫向數值的65%，因此對地面設備造成最大破壞的是橫波的剪切作用。CAE分析過程也分為豎向地震和橫向地震。
在abaqus中采用反應譜法進行地震分析，需要先提取結構的頻率，然后再進行反應譜分析，同時輸入定義好的反應譜和阻尼，反應譜可以是加速度譜、位移譜、速度譜等內容：
提交計算后就可以得到結構在地震作用下的響應：
今年7月28日是家鄉唐山抗震40周年紀念日，在技術落后的年代，自然災害帶來的后果是慘痛的。
文章轉載自微信公眾號：SmartFEA
旨在分享知識，若侵即刪
展開 大跨度輕鋼屋架吊裝參數設計與施工
目前工業廠房多采用排架結構，屋架采用輕鋼屋架，為減少高空作業和高處墜落風險，施工中應盡量在地面作業，采用起重機吊裝屋架。起重設備規格型號、吊繩規格型號、吊點位置及吊繩角度是吊裝的重要參數，吊裝前必須進行吊裝設計，選擇最優方案，確保吊裝過程安全。
1?工程概況
云南某海綿鈦項目還原蒸餾工段，總長度為310?m。采用現澆排架結構，獨立基礎。屋架為輕鋼屋架,共49榀，跨度為27?m，柱頂標高為27.000?m，柱距有6?m，10?m，12?m三種。屋架高度為1.5?~2.85?m。 GWJ?27—1和GWJ?27—3屋架上弦支撐桿件重1.263?t，下弦支撐桿件重0.808?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總重5.648?t；型號GWJ?27—5A改的屋架上弦支撐桿件重4.066?t，下弦支撐桿件重1.853?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總重11.684?t；型號為GWJ?27—5?B改的屋架上弦支撐桿件重3.702?t，下弦支撐桿件重2.589?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總 重12.075?t。
本工程~/軸有4?m×4?m的基坑，其底標高為–1.700?m，~/軸有1?m×1?m短柱和柱腳螺栓，短柱頂標高為–0.500?m，跨內地坪標高約–0.500??m。
2?吊裝方案
本工程地處山坡風口處，常年吹東南風，且風力較大。施工時處于冬季，因晨霧較大導致能見度低，輕鋼屋架上易結露，構件表面濕滑。構件采用CO2氣體保護焊，在30?m高空焊接作業安全隱患大。因風大且濕度較大，難以保證焊接質量。 為減少高空作業，在現場的制作場集中制作輕鋼屋架，完成后用平板車運至車間內進行組裝，將兩榀屋架組裝為一個單元進行吊裝，屋架上下弦支撐桿件、屋面檁條等桿件焊接作業均在地面進行。
2.1?
展開 大跨度橋梁設計中對開口肋正交異性鋼橋面板的認識誤區
因正交異性鋼橋面板的重量輕且強度高，使其更多地用于大跨度橋和開合橋。如圖1所示，正交異性鋼橋面板主要有兩大類型：閉口肋橋面板（CRD）和開口肋橋面板（ORD）。CRD已被廣泛用于世界各地的橋梁建設中，過去幾十年中尤為普遍。
圖1 正交異性鋼橋面板的典型類型
近年來，人們通過詳細的有限元建模，對CRD進行了廣泛的分析，并且利用全尺寸橋面板原型進行了疲勞試驗。目前，雖存在許多關于CRD的設計指南和規范規定。但仍有許多與CRD相關的制造難題和性能問題，尤其是縱肋—橋面板接縫部分焊透（PJP）焊縫的質量控制，這些PJP焊縫根部的橋面板疲勞性能較差，以及無法檢查內肋和修復起始于PJP焊縫根部的潛在疲勞裂紋。
在過去，盡管人們通常認為ORD的扭轉剛度低得多，并且需要兩倍于CRD的焊接長度，因此ORD雖不太受歡迎，但還是被廣泛采用。許多人還認為，ORD要比CRD重很多，才能達到相同水平的結構性能。不過，使用ORD還是有許多好處，例如消除縱肋彎曲，縱肋—橋面板連接使用角焊縫代替PJP焊縫，以及不存在無法檢查的封閉空間。
展開 
五大鋼結構之三“網架”建筑如何深化設計？
支托節點深化設計需要注意以下幾點：
（1）在滿足受力要求的前提下，支托與球間連接盡量采用高強螺栓以減少現場高空焊接量。
（2）支托頂板宜設置成圓形，以保證支托沿桿軸心旋轉360度均可定位安裝。
（3）支托高度較大時，宜設置斜撐以保證支托的側向穩定性。
4檁條天溝圍護系統深化設計
屋面檁條天溝圍護系統深化建模
網架檁條圍護系統常采用主次檁連接的形式，主檁常采用工字鋼、矩形管截面，次檁常采用C型截面。
檁條圍護系統深化設計需要注意以下幾點：
（1）主檁與支托、主檁與次檁連接宜采用螺栓連接。
（2）采用矩形管截面時，應注意檁條端部封堵，避免因內部不便于進行防腐處理而造成銹蝕。
經過以上幾點工作
網架的深化設計階段工作到此完成
網架結構形式多樣，能呈現各種形狀的建筑平面，而且建筑造型輕巧美觀、空間感實足同時又能以較低的用鋼量滿足大的跨度要求，因此被廣泛應用于車站、機場、展館等大型建筑。網架結構的深化設計不同于其他鋼結構類型，需要結合Tekla、3D3S、MST等不同軟件來共同完成，要求設計人員更加全面，能利用不同的工具軟件對各細部的深化設計無縫對接。
來源： 建筑工程魯班聯盟
展開 大跨度橋梁結構理論計算
大跨度橋梁結構理論計算
大跨度橋梁結構計算理論.part1.rar
大跨度橋梁結構計算理論.part2.rar
大跨度橋梁結構計算理論.part3.rar
基于OptiStruct的拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用
一、研究背景
桁架結構廣泛運用于大跨度建筑結構中，如體育場、體育館，演藝中心、會議中心、超高層連廊等等。研究桁架的最優受力形態對工程有極大的意義。
二、研究內容
?支座約束形式對桁架拓撲形式的影響
?荷載形式對桁架拓撲形式的影響
?跨高比對桁架拓撲形式形式的影響
三、研究模型
?本桁架跨度30米，桁架跨高比分別為1/5，1/10，1/15；約束條件分別為上部約束，下部約束，上下約束；荷載分別為均布荷載，跨中集中荷載，1/3跨集中荷載。
模型一
模型二
模型三
模型四
模型五等共十八個模型
四、結論
基于以上分析可以得到:
?拓撲優化的形狀較我們平常設計的桁架形式有較大的區別。
?支座形式、荷載形式、跨高比都很大程度影響桁架的最優拓撲形狀，在具體項目實踐中應該根據實際條件分析最優的拓撲形狀。
拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用.ppt
展開 基于Python的Hyperstudy二次開發 大跨度屋面結構樹形柱的優化
基于HyperStudy大跨屋面結構樹形柱的優化.pptx
本次優化案例來源為本團隊正在進行的一個項目中的電影院入口鋼結構雨棚，該雨棚的跨度為40mx40m，屋頂結構形式為雙向桁架，由12根樹形柱支撐。
1、本團隊通過python語言編制了Hyperstudy與SAP2000之間的接口hyperstudy-sap2000.exe
使Hyperstudy 可以應用到土木工程領域。
2、本團隊對一個實際的工程項目“大跨度鋼結構雨棚樹形柱”進行了優化分析，驗證了接口的可用性以及Hyperstudy 可以應用到土木行業的設計分析中。
3、優化的結果驗證了Hyperstudy其優化算法的高效性以及對土木結構設計的適用性。
4、本次課題重點是實現了Hyperstudy的多學科應用，在后續的過程中可以不斷豐富hyperstudy-sap2000.exe ，使其功能更加強大，將Hyperstudy的優化算法更好的應用到土木領域中。
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grasshopper參數化建模+SAP2000結構分析
鋼結構網格結構支座節點設計詳解
剛重比不滿足規范上限要求，說明重力二階效應的影響較大，應該予以考慮。規范下限主要是控制重力荷載在水平作用位移效應引起的二階效應不致過大，避免結構的失穩倒塌。見高規5.4.4及相應的條文說明。剛重比不滿足規范下限要求，說明結構的剛度相對于重力荷載過小。但剛重比過分大，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構件的截面面積。
剛重比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：剛重比不滿足規范上限要求，在SATWE的“設計信息”中勾選“考慮P-Δ效應”，程序自動計入重力二階效應的影響。
2、結構調整：剛重比不滿足規范下限要求，只能通過調整增強豎向構件，加強墻、柱等豎向構件的剛度。
四、層間位移角：主要為限制結構在正常使用條件下的水平位移，確保高層結構應具備的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用要求。見高規 4.6.1、4.6.2和4.6.3及相應的條文說明。層間位移角不滿足規范要求，說明結構的上述要求無法得到滿足。但層間位移角過分小，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構件的截面面積。
層間位移角不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整增強豎向構件，加強墻、柱等豎向構件的剛度。
1）由于高層結構在水平力的作用下將不可避免地發生扭轉，所以符合剛性樓板假定的高層結構的最大層間位移往往出現在結構的邊角部位，因此應注意加強結構外圍對應位置抗側力構件的剛度，減小結構的側移變形。同時在設計中，應在構造措施上對樓板的剛度予以保證。
2）利用程序的節點搜索功能在SATWE的“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”中快速找到層間位移角超過規范限值的節點，加強該節點對應的墻、柱等構件的剛度。節點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。
展開 建筑結構設計和鋼結構軟件有哪些？
PKPM（原只能做框架、廠房、2008版本后新增了空間管桁結構的計算等等）
3D3S（也是一款空間結構、平面結構、空間桁架、平面桁架都能計算的程序，一些規則性的結構我們都用PKPM計算、另外一些不規則的3D3S首選）
MTS（多高層空間計算軟件、里面的高層分析比PKPM詳細，MTS的好處很多，里面所有的計算都有詳細的計算步驟，采取規范、運用的公式等等，MTS還自帶一個工具箱、很多節點計算在里面都能有詳細的計算過程和計算步驟）
MST（浙江大學的空間結構計算軟件，多用于網架結構的計算出圖）
SAP2000（這是一款和3D3S差不多的計算軟件，但是這款軟件在國外的權威性比3D3S要好很多，若你要進入一些從事國際工程的單位，這個軟件還是希望能學會）
理正工具箱（這是一款綜合性的節點計算軟件、多偏向于混凝土這一塊，和廣夏有異曲同工之妙）
若您是初學者，那首選PKPM和3D3S，PKPM對平面的感覺要求比較高，3D3S對空間感覺要求比較高，2款軟件你能學的差不多的話，混跡于設計院或者鋼結構設計公司沒大的問題！
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鋼結構設計簡單步驟和設計思路
轉自：中國機械CAD論壇
鋼結構設計簡單步驟和設計思路
(一) 判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
(二) 結構選型與結構布置
結構選型及布置是對結構的定性，由于其涉及廣泛,應該在經驗豐富的工程師指導下進行。此處僅簡單介紹. 詳請參考相關專業書籍.
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計",它在結構選型與布置階段尤其重要. 對一些難以作出精確理性分析或規范未規定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部構造措施。 在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇，所得結構方案往往易于手算、力學行為清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規劃結構方案的方法，以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。
鋼結構通常有框架、平面桁架、網架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構形式。
其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法，比如網殼的穩定等。
結構選型時，應考慮不同結構形式的特點。在工業廠房中，當有較大懸掛荷載或大范圍移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網架。基本雪壓大的地區，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線50度外不需考慮雪載 ），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網殼，總雪載和坡屋面相比釋放近一半。
展開 某鋼結構構筑物檢測鑒定和加固設計
與傳統建筑設計院結構工程師的工作模式大不相同，通過提供檢測鑒定，衍生到下游的加固設計、施工等一站式工程結構技術服務，已成為面向既有建筑結構加固改造技術服務公司的共同發展方向。在這個領域里，檢測、鑒定、設計、施工不是割裂的各自為戰的一方，而是同一個結構工程師從頭到尾統籌的整體。
下面是我們做的一個某電廠鋼結構構筑物加固項目：
一、檢測鑒定結結論：
1、鋼支架部分：
（1）鋼柱
標高6.540m（B軸、C軸、F軸、G軸）12根鋼柱強度應力、平面內、外穩定比值大于1，不滿足計算要求；標高10.247m（B軸、C軸、F軸、G軸）20根鋼柱強度應力、平面內、外穩定比值大于1，不滿足計算要求；其余鋼柱均滿足計算要求。
（2）連系鋼梁
標高6.540m（B軸、C軸、F軸、G軸）16根橫梁強度應力、平面內、外穩定比值大于1，不滿足計算要求；其余連系鋼梁均滿足計算要求。
（3）柱間支撐
標高2.200m（3軸、5軸交B~C軸、F~G軸）柱間支撐強度應力、平面內、外穩定比值大于1，不滿足計算要求，部分斜撐長細比超限；標高4.340m（BCDFGH軸）、10.247m（1、3、5軸）柱間支撐強度應力、平面內、外穩定比值大于1，不滿足計算要求，斜撐長細比均超限；其余斜撐均滿足計算要求。
2、灰斗及連接部分：
（1）壁板
壁板滿足計算要求。
（2）垂直加勁肋
所有垂直加勁肋應力均小于 Q235 鋼材強度設計215N/mm2，滿足計算要求。
（3）水平加勁肋
第三、四、五道水平加勁肋應力大于 Q235 鋼材強度設計值215N/mm2，不滿足計算要求；其余水平加勁肋應力均小于 Q235 鋼材強度設計值215N/mm2，滿足計算要求。
展開 鋼結構怎么進行抗震設計？
1、鋼結構房屋結構類型
常見的鋼結構房屋的結構體系有框架結構、框架一支援結構、框架一抗震墻板結構、簡體結構以及巨型框架結構等。鋼結構房屋的抗震性能的優劣取決于結構的選型，進行實際工程設計時，需要綜合考慮多種因素進行方案的優化，在優化過程中確定其適宜的結構體系。
2、鋼結構房屋結構布置原則
鋼結構房屋的結構體系和結構布置的選擇關系到結構的安全性、適用性和經濟性。和其他類型的建筑結構一樣，多高層鋼結構房屋應盡量采用規則的建筑方案。當結構體型復雜、平立面特別不規則時，可按實際需要在適當部位設置防震續，從而形成多個較規則的抗側力結構單元。由于鋼結構可耐受的結構變形大于混凝土結構，一般來說，不宜設抗震縫，必須設置時，抗震縫寬應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。
3、 鋼結構房屋適用的最大高度和高寬比
根據結構總體高度和抗震設防烈度確定結構類型和最大適用高度。結構的高寬比是影響結構整體穩定性和抗震性能的重要參數，它對結構剛度、側移和振動形式有直接影響。高度比指房屋總高度與平面較小寬度之比。高寬比值較大時，一方面使結構產生較大的水平位移及P—A效應，還由于傾覆力矩使柱產生很大的軸向力。因此，需要對鋼結構房屋的最大高寬比制定限值，不宜大于合理的限值，超過時應進行專門研究，采取必要的抗震措施。
抗震設計的一般方法
鋼材基本屬于各向同性的均質材料，且質輕高強、延性好，是一種很適合于建筑抗震結構的材料，在地震作用下，高層鋼結構房屋由于鋼材材質均勻，強度易于保證，所以結構的可靠性大；輕質高強的特點使得鋼結構房屋的自重輕，從而所受地震作用減小；良好的延性使結構在很大的變形下仍不致倒塌，從而保證結構在地震作用下的安全性。
展開 中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
項目信息
建設地點：大連市東港區
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
所獲榮譽：中國鋼結構金獎
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
D10地塊概況
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
結構難點與挑戰
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
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