钢结构设计中钢梁截面高度和跨度比例是多少

楼主，像这种需要计算的问题，你还是给点分啊～

首先跨度太大，建议采用桁架式钢梁。

如果你必须采用H型钢来做的话，截面高度会很大。

设计方法如下：

1.初选截面

我估计热轧H型钢已经不能满足你的要求了，热轧的最高的也才900.

你先用HN900x300算一算，多半不够。（计算方法如下）。如果不够的话，只有采用焊接H型钢了。好处还可以根据你梁端约束情况考虑做成变截面的。

2.强度验算

3.整体稳定验算

4.局部稳定验算

5.刚度验算

6.加劲肋设计

7.节点设计

8.梁拼接设计

然后就OK了，画上图即可。

各步骤相关公式，我就不在这里打出来了（恐怕得打几千字）

请楼主自己翻阅《钢结构设计规范》《钢结构设计手册》

里面有各步骤详细的计算方法，公式。

上面是自己动手的方法。

实际上多采用软件设计，设计软件就多得不得了了。

我在这里就不一一打出来了。

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1.初步估算，不可能非常精确，还得后期仔细验算。

通常梁高取跨度的1/8～1/14。

很多时候梁要托住上面多层的墙和板或板荷载比较大（底框比较典型），这时候单靠跨度来算很难接近正确值，比如有的跨度只有3米，托一层的墙板，梁高只要350，而有的3米跨却要托五层墙板，那么梁高就要达到700。一般大概算下该梁承重上面多少墙板重，然后求出弯矩，翻钢筋混凝土结构计算图表，通过弯矩直接查到需要多高多宽的梁，这样得出的数据接近正确值。

很多有经验的老工程师，凭经验就可以估算得很正确，和正确值几乎差不离了。

2. 经验公式，在采用二级刚作为梁纵向钢筋时，梁高/弯矩＝4.2～4.6是最经济的，如：梁弯矩为120KN/m则梁高＝502～552是最省钱的，混凝土与钢筋最省。本经验公式是在C25造价为216元/方，二级钢3200元/t下统计的，如混凝土标号高于C25则可以取靠近4.2的经验值，如低于C25 可取靠近4.6的经验值。

在设计中，可以照平时建模方法先建模计算一遍，再把弯矩图提出来看看，以一个跨度内的最大弯矩为控制，参照上面的经验公式进行一遍调整，这样设计出来的梁会是最省的。注意不要发生次梁比主梁高的情况。

梁高的小幅度改变对梁线刚度改变很小，梁高调整后再计算的弯矩与第一次的弯矩差值很小，可以忽略。

最后，上述经验公式不适用与一级或三级钢作为梁纵筋的情况。

最后还要注意下，梁高的取值还受限于建筑净空要求等其他因素，要灵活处理。

关键词：

引言

与其他材料的结构相比,钢结构具有材料强度高、结构重量轻结构的塑性韧性较好钢结构的制造简单施工周期短等优点。我们在进行钢结构设计时,应当从工程实际出发,合理选用钢材,选择高强度、具有较好经济指标的钢材在结构方案选择上,应尽可能采用标准化、模数化的结构布置在连接设计中,应选用构造简单、传力直接的节点形式,并应满足构造要求另外,在钢结构设计中,还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求,并应针对钢结构的实际,满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件,减少制作、安装工作量。

1、存在的问题

门式刚架轻型房屋结构用于大跨度的单层工业厂房，其优越性越来越被业主接受，跨度也越做越大，30米以上跨度已屡见不鲜。然而由于钢材市场的价格波动，钢柱的用钢量大于钢梁的用钢梁，加上防火涂料价格的昂贵，不少业主提出采用传统的钢筋混凝土柱，H钢梁的结构形式，实际上，这已给设计人员提出了一种新的结构体系，由于目前现有的国家规范、规程没有针对这种结构进行专门的规定，譬如受力分析、变形限值等等，加上一些设计人员将其与门式刚架结构混淆，从而使设计导入误区，留下安全隐患，造成了较严重的后果，诸如钢粱挠度大大超过限值要求，甚至脱落砸伤人，因此有必要对这种结构体系有一个明确的描述，对它的受力特点有一个明确的认识，才能使设计做到合理，防患于未然

2、结构体系的描述

上述的结构形式如果钢筋混凝土柱顶与H人字形铜梁刚接，仍可定性为门式刚架体系，参照门式刚架的受力特点进行计算和设计。然而由于其柱顶与钢梁的结合上由两种完全不同的材料组成，其传力是否可靠，至关重要，钢梁为弹性材料，钢筋混凝土柱为弹塑性材料，钢筋混凝土柱顶混凝土节点区作为刚性节点，受力十分复杂，因此柱项节点的构造也较为复杂，这就给设计和施工造成了一定的难度，也增加了造价。实际上该类节点要做到完全刚性节点，也难以做到，设计时仍应适当提高钢梁跨中的弯矩系数。上述的结构形式，如果钢筋混凝土柱项与H人字形刚梁铰接，则不能定性为门式刚架体系，从其受力特点来分析，对H钢人字形钢梁应定性为两铰折线拱，应按照拱的受力特点进行计算和设计，拱脚提供的反力应能阻止拱的位移变形，在小跨度的情况下(一般为跨度18米及18米以下)，拱脚提供的反力取决于钢筋混凝土柱的抗推力(侧位移刚度)，在大跨度的情况下(一般为跨度18米以上)，则应设置拉杆或在梁、柱间采用刚接节点。对钢筋混凝土柱而言，应定性为跨变结构排架柱，按跨变排架进行受力分析和设计。

上述结构形式，如果H人字形钢梁接近于平拱或做成平拱，钢筋混凝土柱项仍与钢梁铰接，则结构体系演变为排架结构体系(无跨变排架)，可按排架进行受力分析和设计．

3、结构计算应考虑的问题

对于上述的双铰折线拱H钢屋梁和跨变钢筋混凝土排架柱的结构体系，若未设置拉杆，其计算较为繁琐，如果未予以认真对待或认识不清，仅采用通常平面杆系计算软件电算了事，不管其跨度多大都一样，则是一种不负责任的做法，也给结构留下安全隐患。实际上，目前通用的平面杆系计算软件是基于两个基本假设的基础上进行受力分析的，其一是平截面假设，即结构受力后杆件的截面保持不变，其二是杆件与杆件之间的夹角不变，即结构受力后梁，柱之间或折梁之间的夹角不变。这种假设对门式刚架而言，是符合其计算简图的，但这种假设对本文所针对的结构则不适用，也不符合实际受力的计算简图，首先人字型钢梁由于拱脚推力较大(跨度越大，推力就越大)，如果拱脚不设置拉杆或柱的抗推力(侧向刚度)不足，将产生较大水平位移，势必造成钢梁屋脊处夹角的改变，即杆件与杆件之间夹角的改变，不符合计算软件的基本假设，其次由于拱脚水平位移的加大，给钢筋混凝土柱增加了附加弯矩，即存在二阶效应问题，而软件计算又未考虑二阶效应，再者由于悬索效应，屋面钢梁内力将急剧增加，柱项的剪力也急剧增加．反过来又造成更不利的情况，这些都是目前计算软件没有考虑和解决的问题，因此电算的结果将产生较大的误差，直接用电算结果进行设计显然是不合理和错误的，势必留下安全隐患，要解决这个问题，首先应解决好计算问题。

4、大跨度房屋钢结构的设计要点

大跨度房屋主要按照荷载类型进行设计,其荷载主要分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。对于永久荷载,应采用标准值作为代表值。对于可变荷载,应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对于偶然荷载,应按照建筑结构使用的特点确定其代表值。

4.1 永久荷载

对大跨度房屋结构,永久荷载主要包括屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。屋盖结构的自重计算可采用经验公式或由计算机自动完成,在有擦体系中,还应计入擦条的自重。屋面覆盖材料自重主要是指屋面板、屋面保温层、找坡层及防水层等的自重。若有吊顶等装修构造或设备管道,按实际情况采用。

4.2 可变荷载

作用在大跨度房屋钢结构上的可变荷载有以下几种。

(1)屋面活荷载。屋面均布活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对于大跨度房屋钢结构,不上人屋面,屋面均布活荷载标准值采用0.5kN/m2,但当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用,或在施工中采取特殊措施上人屋面,屋面均布活荷载标准值采用2.0kN/m2。

(2)雪荷载。屋面雪荷载的大小主要与屋面的几何形状、朝向和风向等有关。大多数情况下,屋面雪荷载小于荃本雪压。这是因为雪可从坡度较大的曲面屋顶滑落,风可将松散的雪从平屋顶刮下,有时雪还可能被屋顶外皮的散热所融化。然而,有时也会产生积雪,如双坡屋面的背风一侧、双跨或多跨曲面屋顶的交接处等。此时必须考虑采用较大的雪荷载。

(3)风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍,就会在建筑物表面的法向形成压力或吸力,这些压力或吸力称为建筑物所受的风荷载。风荷载具有静力和动力作用的双重特点,其静力部分称为平均风或稳定风,动力部分称为脉动风。平均风对结构的作用可用静力学的方法求得脉动风对结构的作用应采用动力学的随机振动理论求得。

(4)温度作用。

跨度房屋钢结构在因温度变化而出现温差时,由于杆件不能自由变形,会在杆件中产生应力,即温度应力。温差的大小与结构合拢时的温度与当地年最高或最低气温相关,在设计中应考虑。关于温度应力的计算原则按空问结构的相关规程执行。

(5)支座位移。大跨度房屋钢结构由于位移的不均匀沉降而引起结构杆件内附加应力。

4.3 偶然荷载

在大跨度房屋钢结构分析中,偶然荷载主要是指地震作用。地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用,属于动力作用。它的大小既与结构的固有振动特性有关,又与地面运动的特性有关。地震作用与风荷载的区别在于:① 地震作用完全属于动力作用,而风荷载具有静力和动力作用的双重特点。②地震作用与建筑物的重量直接相关,重量越大,地震作用也越大而风荷载主要与体型(或流形)和开洞情况关系较大。③建筑物的自振周期越长,对承受地震作用越有利,而对承受风荷载却是很不利的。地震作用包括水平地震作用和竖向地震作用两类。一般情况下,应在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用,对于8度和9度区,还应计算大跨度房屋钢结构的竖向地震的作用。大跨度房屋钢结构的地震作用一般可采用振型分解反应谱法计算对于某些规则的网架和网壳结构还可采用简化计算方法对特别重要或体型特别复杂的空间结构,应采用时程分析法进行补充计算。

结束语

钢结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

这种屋架常见于街头巷尾的钢铁作坊。不是钢结构制作厂的产品。

焊接H钢梁可以通过把腹板下料成所需要的弧形来完成弧形大梁的制作。

钢管桁架可以通把冷弯或者热弯下下弦管来完成弧形大梁的制作。

钢结构设计3d建模操作顺序

一 、选择材料库，即构件截面和配件库，包括钢管截面库、球库、锥头库、封板库、螺栓库等；

二 、使用结构编辑中的新建网架网壳菜单，快速生成网架模型（如图一） ；生成的模型的高度方向为世界坐标系的z方向；

三 、利用 ACAD 的命令和 3D3S 提供的起坡、移动节点到直线、曲线、圆弧等命令，对网架进行编辑，形成异型模型 ；

四 、使用结构编辑—添加杆件菜单，在已有模型基础上添加其它构件，比如添加柱；在直接画杆件前双击列表中的截面名称，柱截面定义为矩形截面；构件全部添加完成后使用“删除重复单元节点”命令；

五 、使用构件属性－支座边界菜单，定义网架下弦周边点为铰接支座（X、Y、Z 约束） ，柱底节点刚接（X、Y、Z、绕x、绕y、绕z约束）；

六 、转换到 XZ 视图，使用部分显示命令，显示上弦平面所有杆件（如图五） ；

七 、使用荷载－添加杆件导荷载命令，双击输入恒载面荷载（工况 0） 、活载面荷载（工况 1） ，选择双向导到节点；选择受荷范围按钮，在屏幕中选择当前显示的上弦平面的所有杆件后，关闭退出；

八 、荷载—生成封闭面，在封闭面已生成后按继续执行自动导荷载；使用显示查询－按工况号显示导荷载菜单， 在屏幕中可以显示出面荷载作用的所有封闭面， 可以使用 ACAD 的 SHADE 命令来进行消隐观察（如图六） ；点击取消附加信息显示和全部显示开关，恢复整体模型的显示；

九 、使用显示查询－按显示节点荷载菜单，在屏幕中可以显示出最终作用的所有节点荷载；

十 、结构编辑—结构体系菜单，把默认的空间桁架修改为空间框架，使用构件属性－单元释放菜单，把网架部分的所有构件绕 2、3 轴转动释放；

十一 、使用构件属性—选择柱构件，把材性设定为混凝土 C30；

十二 、地震荷载输入：荷载—地震荷载参数，选择七度区；

十 三 、分析内容选择和计算，选中地震计算和线性分析，确定后进行地震荷载计算和结构线性内力计算：

十 四 、选择规范，选择所有网架构件为网架规范，设计验算中选中所有网架构件，使用构件优选；

十 五 、节点设计—焊接球设计，选择网架部分的所有节点进行焊接球设计；

十 六 、施工图—网架三维实体图，显示已经设计完成的网架和焊接球；

十 七 、施工图—进行球节点详图、网架布置图和材料表绘制。