钢结构设计手算及节点绘制：掌握力学仿真技术的关键要点

发财

[id_1[id_1579[id_607627043]9865]770031]

这一系列问题,都值得我们去深入探究呢,去好好思考呢,去详细分析呢,Engineering给我们带来了哪些启示呢,Mechanics又有着怎样独特于其他部分的内涵呢,Simulation又为整个概念结构增添了怎样的特殊之处呢,Engineering Mechanics Simulation到底是如何在万千同类概念中脱颖而出的呢,它的优势在哪呢,它的独特魅力又体现在哪呢（请忽略标点多寡，仅为达拗口目的）。

《钢结构设计手算及节点绘制》

|  掌握力学仿真技术，打造核心技术支撑点

（钢货架安装现场）

前言

钢结构设计方法重要性

在钢结构设计这个范围之内，有限元仿真技术快速地发展成了为工程师供给的厉害工具，然而这并不代表传统的手算以及精细化的节点绘制能够被替代，取而代之的是，手算是设计逻辑的“基石”，因为这能够帮我们形成对于结构受力本质的掌握，节点绘制是结构安全的”最后一道防线“，其直接地决定了力的有效传递以及结构的整体稳定性。今天，我们要深入阐述钢结构设计里手算的关键要点，从理论层面延展到实践范畴的那种，还要细致讲讲节点绘制的规范技巧，以及这两者与有限元仿真怎样协同配合，进而打造出更为可靠的钢结构设计方案。

（网源）

01

为什么手算仍是钢结构设计的 “必修课”？

1.节点

谈及钢结构设计，众多工程师的首个反应便是打开有限元软件予以建模分析，可手算的价值向来未曾被削弱，反倒于复杂项目里更具重要性。

挠度：5ql（4）/284EI

1. 手算是验证仿真结果的 “试金石”

有限元仿真准确性，依赖于建模参数设置，像单元类型、边界条件、荷载施加方式等，一旦参数有偏差，结果或许会与实际情形相差挺远。经由手算，比如简支梁弯矩计算、轴心柱稳定验算、受弯构件强度校核等，能快速获取关键部位受力数据，拿来与仿真结果做对比。如此有助于开展设计，同时予以校核，避免因输入错误致使设计有误，进而使工程项目出问题。

之前于我们内部群里，听闻小伙伴做分享，有个身为设计公司大拿之人，其对各式软件能熟练进行操作，然而力学基础却不太稳固，由此闹出了乌龙事件。在门式刚架设计过程当中，当手算得出檐口处梁的最大弯矩之后，要是发觉仿真结果偏差超出5%，那就需要回过头去查看模型是否存在错误情况（诸如忽略了节点刚接效应、荷载布置不合理等这般的状况），以此来避免“错算错用”的风险。这一点是非常关键的，要做到知其然并且知其所以然！

2. 手算能快速锁定设计核心矛盾

以下就是我们设计步骤：

我们平常碰到项目，第一步并非径直建模，而是处于项目方案阶段，我们常常不需要高精度的仿真结果，而是需要迅速判定结构形式的可行性。

此时，手算的优势显著呈现，通过使模型简便化（像把复杂刚架转变为平面桁架，把非对称荷载转化为等效均布荷载），能够于较短时间内估摸结构的关键尺寸（例如梁的截面高度，柱的截面面积），给后续的细微化设计以及仿真分析确定“合理范围”。

3. 手算培养工程师的 “结构思维”

于我们身旁诸多的大佬皆是隐形呈现的，他她们通常而言是不会崭露凸显其头角态势情况的呀，而名副其实甚为优秀的钢结构方面的工程师呢，不但其会将软件予以运用施展的，而且更是能够做到“看透”这结构的受力方面的逻辑情形状况的哟，那手算的整个过程呀，从本质上来予以剖析呢，实则就是针对结构力学以及材料力学那些知识内容的实际运用操作表现的呀，就好比呀，在针对螺栓连接的受剪承载力予以计算的过程当中呀，是需要去考量思虑螺栓的剪切面数量多少情形方面的，以及钢材的抗剪强度规划设计这个方面所对应的数值情况的呀，又比如呢，在针对梁的整体稳定性状况进行验算核查的时候呀，是需要去判断判定一下梁的受压翼缘是否存在有着可靠支撑的呀—— 。这些用于思考思考方面的这些过程，能够有助于工程师去建立对于 “力的传递路径” 的那种敏感度，还能建立对于 “结构的薄弱部位” 的那种敏感度，而这样的一种 “结构思维”，恰恰正是用来避免设计出现 “低级错误” 的那个最为关键性的因素，其中所说的 “低级错误” 包括像漏掉计算、荷载方面的计算出现差错，以及错误地运用规范条文这样的情况 。

02

1. 荷载计算：“全” 与 “准” 是关键

下面我们来聊聊荷载，荷载乃是设计的“源头”,如果出现对其进行漏算或者错算的情况，那么紧接着后续的所有计算都会由此失去相应意义的呢,原本是精心全力去好好做设计的，结果一不小心将其中关键的第一步给走错了方向呢，进而导致整个局面相当于在满盘阶段就走向了结束状态哟。依据《建筑结构荷载规范》这个（GB 50009 - 2012）规范，钢结构设计期间应给予考量的荷载基本上涵盖了这些内容：

手算技巧，建议制作 “荷载汇总表”，按 “永久荷载”“可变荷载”“偶然荷载” 分类列出各类荷载，标注荷载的作用位置，标注荷载的方向，标注荷载的计算依据，避免遗漏，同时注意荷载的组合原则，如基本组合、偶然组合，根据《钢结构设计标准》（GB 50017 - 2017）确定最不利的荷载组合，确保结构在所有可能的工况下都能安全工作。

2. 内力分析：简化模型需 “合理”，避免过度简化

以下内力分析，是手算的核心环节，需依据结构的实际受力特点，去选择合适的简化模型，简化模型，并非只是简化，更关键的是，把整体简化后，要和原来结构做对比分析，且要简化得合理。

常见的简化模型及适用场景包括：

注意事项：简化模型不能出现那种“过度简化”的情况，也就是会造成失真的状况。比如说，在计算门式刚架的柱内力这个时候，如果忽略梁对柱的约束作用，也就是把柱按照悬臂柱来计算，这样就会使得柱的弯矩计算值偏小，进而存在安全隐患；相反的情况是，如果把次梁与主梁的连接强行按照刚接来考虑，而实际是铰接，那么就会高估主梁的承载力，同样是不可取的。（转动刚度）

3. 截面验算：紧扣规范，不忽视 “细节”

那我要去做截面验算，截面验算可是用以判断所选的钢材截面能不能满足承载力要求的关键，得依据《钢结构设计标准》（GB 50017 - 2017）必备的要求，针对强度，刚度，稳定，（整体稳定以及局部稳定）展开一次一次的验算。

手算之中有一项技巧，那就是，如果想要清晰直观，便于去进行检查以及修改的话，建议使用 “验算表格”，把计算参数，也就是像截面尺寸、计算内力、钢材强度设计值这些内容，与其对应的计算公式，还有计算得出的结果，以及规范限值，一项一项全都列出来，与此同时，特别需要注意的要点是，钢材的强度设计值，此数值是需要依据钢材的牌号，例如 Q235、Q355 这些，以及受力的类型，具体是拉、压、剪、弯等哪种受力类型，由此这般去进行选取的，这样才能够避免出现错用的情况。

03钢结构节点绘制：细节决定安全：

04

总结：手算、节点绘制与仿真，三者协同才是 “王道”

打下良好的力学基础，节点设计须先起始于力学，具体主要涵盖结构力学，材料力学以及理论力学。明确受力状况后，才能够依照构造要求来开展节点设计；

规范以及图集的学习，建议刚开始学习的人去阅读像《钢结构节点设计手册》这类的参考书，以此去了解各种各样节点的构造方面的要求，还有计算的方法。

像ANSYS、ABAQUS等这样的有限元软件，同样是现代节点分析里的重要工具，手算为整体结构计算“定方向”。

05

进群请联系：

就算是于经验丰富的工程师之手，节点设计也时常会碰到各类挑战与各种误区。

我有一个内部群，这个群是供各位工程师使用的，其用途是用于学习，以及提供参考的，群里存在着很多比较详细的图纸，还有节点计算，另外也有计算书等 。

身为钢结构工程师，我们绝不可过度依赖软件，同时也不能一味坚守传统的手算方法，反倒是要将三者予以有机结合，具体是这般：运用手算来构建“结构思维”，借助节点绘制来稳固“安全防线”，通过仿真去提高“设计效率”，倘若并非如此，则无法设计出更加安全、更为经济且更加可靠的钢结构工程，为公司创造价值，替老板省时省心！

近期项目如下所示：