钢结构设计7大核心流程详解：从规范依据到构件设计全解析

一、钢结构设计核心流程

钢结构设计是遵循“安全、经济、高效”原则的，其分为以下 7 个关键步骤：

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规范体系的核心是《建筑结构荷载规范》（GB50009）和《钢结构设计标准》（GB50017），并且会结合地方性的抗风抗震要求。

2. 结构选型与体系设计

常用体系有框架结构，其经济性高；有框架 - 支撑结构，其抗侧移强；有空间网架，它是大跨度的首选。

抗风设计的原则是：设置抗风柱，以此来增强整体刚度；设置斜撑，以达到增强整体刚度的目的；设置剪力墙，进而增强整体刚度。通过这些方式，能够避免局部失稳的情况发生。

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重点：风荷载计算

根据GB50009，风荷载标准值公式为：

4. 内力计算与构件设计

软件应用会使用 SAP2000 和 MIDAS 等工具来进行静力分析以及动力分析，同时会对弯矩、剪力以及变形进行校核。

截面优化的方式如下：根据受力的特点来选择 H 型钢（主要用于抗弯）以及圆管（主要用于抗压）等。同时，要对长细比进行控制，以避免出现屈曲的情况。

5. 节点设计与稳定性验算

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屋盖与柱顶连接处增设了加劲板，这样做是为了抵抗风吸力所引起的上拔力，从而实现抗风节点的加强。

6. 施工图绘制要点

结

构

设

计

让生活变得更美好

LIXIANGZHIDI

“

设计应做到材尽其用，力尽其效，安全与经济并重。

强节点，弱构件！

失稳先于强度破坏，稳定是钢结构的灵魂。

”

01

钢结构设计及节点

近年来，使用 PKPM 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形；近年来，使用 3D3S 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形；近年来，使用 SAP2000 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形；近年来，使用 MIDAS 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形；近年来，使用 Abaqus 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形；近年来，使用 ANSYS 进行静力/动力分析，校核弯矩、剪力及变形。

安全是底线，稳定是根基，经济性是目标

01

必备基础

材料力学方面的知识、理论力学方面的知识、结构力学方面的知识、有限元仿真的基础知识、高等数学、线性代数、C++等。

02

设计建模软件

PKPM 以及盈建科（YJK）、STAAD.Pro、SAP2000、3D3S 与广厦结构、犀牛等。

03

项目经验

大项目有百余个，小项目数量不计其数，超大型项目有十余个，结构仿真库架一体设计的有几十个，并且已经落地 1 个。

IN THE GARDEN

02

项目图纸展示

在这个项目的设计期间，对美标、欧标以及国标进行了充分的对比运用。该项目的条件较为复杂，其风荷载达到了 270 千米/小时（美标）。风荷载换算成国标很大。通过查询资料得知，美标与国标在风速测量方式上存在差异，即 60s 和 3s 的区别。对客户提出的风速进行了统一换算，以设计验算强度及稳定性。通过有限元仿真以及与设计院对接，对节点进行了分析。运用 Abaqus 及 ANSYS 软件对节点强度进行了仿真分析计算，在此期间还寻找了美国力学博士进行校核。

XIANGMUPEITAO

项目图纸展示

项目总平面图

立面图

轴侧图

GRVAITATION

未来已来,将至已至

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节点图纸

节点设计1

节点设计原则—强

节点设计2

享受田园风光

有序设计步骤

01

钢结构设计最主要是设计步骤及设计方案、设计理念等。

02

方案具有新颖性，其使用的材料钢量较少，能够为客户和业主节省费用，在节约成本的同时还能确保结构安全。

03

通用化模块，计算出图方便，施工、设计计算受力传力简洁明确。

设计的核心思想在于，这三句语录分别从材料效率、节点可靠性以及整体稳定性这三个不同的维度，对钢结构设计的精髓进行了概括。其中，安全被视为底线，稳定是其根基，而经济性则是目标。

二、典型案例：某物流仓库抗风设计项目背景设计方法及策略

荷载组合包括恒载，恒载为屋面板加上檩条，每平方米为 1.1kN；还包括活载，活载为 0.5kN/m²；以及风载，风载按最不利工况组合，且不同项目有不同的分析。

体型系数修正：

2.结构措施：

三、常见问题与解决思路

风振效应显著：

对策：增加阻尼器或采用TMD（调谐质量阻尼器）。

局部风压过大：

结语

钢结构设计将力学与工程经验进行了深度融合。风荷载的取值必须严格按照规范来进行，并且要根据不同的地方情况进行调整。通过进行精细化的计算以及对构造进行优化，就能够实现“轻量化”和“高抗风”之间的平衡。