钢结构怎么计算？计算公式一览~

钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，因其自重较轻，且施工简单，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。

一、强度设计值
为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。
承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。

对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。
对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。
当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。
钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表1采用。钢铸件的强度设计值应按表2采用。连接的强度设计值应按表3~5采用。
1.钢材的强度设计值（N/mm2） 表1

注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。
2.钢铸件的强度设计值（N/mm2） 表2

3.焊缝的强度设计值（N/mm2） 表3

注：
1．自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T 5293和《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470中相关的规定；
2．焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。其中厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不宜用超声波探伤确定焊缝质量等级；
3．对接焊缝抗弯受压区强度设计值取fcw，抗弯受拉区强度设计值取ftw。
4.螺栓连接的强度设计值（N/mm2） 表4

注：
1．A级螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm（按较小值）的螺栓；B级螺栓用于d＞24mm或l＞10d或l＞150mm（按较小值）的螺栓。d为公称直径，l为螺杆公称长度；
2．A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的要求。
5.铆钉连接的强度设计值（N/mm2） 表5

注：
1．属于下列情况者为I类孔：
1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；
2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；
3）在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。
2．在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于II类孔。
计算下列情况的结构构件或连接时，上述强度设计值应乘以相应的折减系数：
1．单面连接的单角钢
1）按轴心受力计算强度和连接0.85；
2）按轴心受压计算稳定性
等边角钢0.6＋0.0015δ，但不大于1.0：
短边相连的不等边角钢0.5＋0.0025δ，但不大于1.0；
长边相连的不等边角钢0.70；
几为长细比，对中间无连接的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当δ＜20时，取δ＝20；
2．无垫板的单面施焊对接焊缝0.85；
3．施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接0.90；
4．沉头和半沉头铆钉连接0.80。
注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。
6.钢材和钢铸件的物理性能指标 表6

吊车梁、楼盖梁、屋盖梁、工作平台梁以及墙架构件的挠度不宜超过表7所列的容许值。
7.受弯构件挠度允许值 表7

注：
1．l为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2倍）。
2．[νT]为全部荷载标准值产生的挠度（如有起拱应减去拱度）允许值；[νQ]为可变荷载标准值产生的挠度允许值。
框架结构的水平位移允许值：在风荷载标准值作用下框架柱顶水平位移和层间相对位移不宜超过下列数值：
1．无桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/150
2．有桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/400
3．多层框架的柱顶位移H/500
4．多层框架的层间相对位移h/400
H为自基础顶面至柱顶的总高度；h为层高。
注：1．对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构，层间相对位移宜适当减小。无墙壁的多层框架结构，层间相对位移可适当放宽。
2．对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。
8.桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l0 表8

注：
1．l为构件的几何长度（节点中心间距离）；l1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。
2．斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。
3．无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度（钢管结构除外）。
9.受拉构件的允许长细比 表9

注：
1．承受静力荷载的结构中，可仅计算受拉构件在竖向平面内的长细比。
2．在直接或间接承受动力荷载的结构中，单角钢受拉构件长细比的计算方法与表10注2相同。
3．中、重级工作制吊车桁架下弦杆的长细比不宜超过200。
4．在设有夹钳或刚性料耙等硬钩吊车的厂房中，支撑（表中第2项除外）的长细比不宜超过300。
5．受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时，其长细比不宜超过250。
6．跨度等于或大于60m的桁架，其受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或250（直接承受动力荷载）。
10.受压构件的允许长细比 表10

注：
1．桁架（包括空间桁架）的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的50%时，允许长细比值可取为200。
2．计算单角钢受压构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径，但在计算交叉杆件平面外的长细比时，可采用与角钢肢边平行轴的回转半径。
3．跨度等于或大于60m的桁架，其受压弦杆和端压杆的允许长细比值宜取为100，其他受压腹杆可取为150（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或120（直接承受动力荷载）。
11.单层厂房阶形柱计算长度的折减系数 表11

注：有横梁的露天结构（如落锤车间等），其折减系数可采用0.9。
摩擦型高强度螺栓中摩擦面抗滑移系数见表12。一个高强度螺栓的预拉力见表13。
12.摩擦面的抗滑移系数μ 表12

13.一个高强度螺栓的预拉力P（kN） 表13

14.螺栓或铆钉的最大、最小允许距离 表14

注：
1．d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2．钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、钢结构计算分析解决方案
以下四款以STAAD.Pro为核心的钢结构计算分析软件组成的结构解决方案，能帮助您全方面进行钢结构工程计算，省去人工计算的繁杂，提高工作效率。
本结构解决方案是从结构计算、基础设计、节点设计再到布置图、详图及材料表生成的全生命周期解决方案。

1.上部结构设计分析
STAAD.Pro 是一款综合性强和功能性齐全的有限元分析设计软件，它包含熟悉的操作界面、可视化工具和国际通用的设计代码等；同时，该软件还可以对多种不同的荷载进行分析校验，例如动静态分析、基础分析、风荷载、地震荷载、移动荷载等。它适用于塔楼建筑、电缆管道、工厂、桥梁、体育场馆、海洋工程等多种行业的结构分析设计。

在功能的应用上，它有以下特点：
1．能对复杂、异形（包括一些带板壳的单元）等结构进行计算分析；
2．可计算出杆件的内力（弯矩、轴力）、各节点内力、基础反力、板单元应力等;
3．可根据不同国家的检验规范进行验证，包括：中国。美国、英国、印度、加拿大等一些主要国家的规范。

2.三维建模与详图深化
Prostructure 是一款新型的三维建模与详图深化软件，分为钢结构 Prosteel 和混凝土Proconcrete两个模块，能够帮助结构工程师、详图绘制人员和制造商轻松创建混凝土结构和钢结构三维模型。

它有以下特点：
1．基于 Autocad 或者 Microstation平台，无须更换现有平台，更容易上手操作；
2．通过 STAAD 计算后的模型可以直接导入Prostructure 中生成相应的布置图、节点图等，更方便生成详图及材料表，提高工作效率；
3．操作灵活，能建立多种异形钢构；

3.基础设计分析
Foundation 是一款综合的基础设计程序，能够构建复杂或简单的基础模型，包括那些特定于工厂设施的基础，也可用于大型结构的设计，或使用参数化向导进行设计。
具体一些功能特点如下：
1．可进行独立基础、联合基础、板筏基础等通用基础的设计，也可以进行一些压力容器、换热器等设备基础的设计；
2．可生成基础的布置图、配筋图，可导出CAD文件；
3．不仅仅是一个设计软件，并且可以进行不同基础方案的经济性比较；
4．可通过与STAAD.Pro集成简化工作流程，也可以独立使用。

4.节点设计分析
RAM Connection 是一款钢结构连接设计应用程序，它几乎可为所有的节点连接类型提供全面的分析和设计，包括繁琐的抗震规范设计。通过与三维软件和详图绘制模型相集成且利用程序定制功能可以实现工作流程的优化。

以下是该软件的优点：
1．三维可视化节点设计模式，更加直观；
2．可设计节点的螺栓大小、 尺寸及布置，焊缝的大小，长度、加肋板的尺寸等；
3．可按中国、美国、英国的节点及规范进行节点设计；
4．可生成节点详图（导出CAD格式）、按规范生产相应报告书（导出 Word 格式）。