В области строительства стальные конструкции стали важным выбором для современных зданий благодаря своим эффективным механическим свойствам и гибким возможностям моделирования. Освоение основных конструктивных форм стальных конструкций и логики их выбора — ключ к началу профессиональной деятельности в этой области. Давайте рассмотрим пять типичных конструкций: лёгкую стальную портальную раму, стальной каркас, стальную решётку, вантовую мембрану и трубчатую ферму, чтобы быстро сформировать систему знаний.

1. Легкая стальная портальная каркасная конструкция — экономичный выбор для зданий малого и среднего размера

Основная структура и механические характеристики
Легкая стальная портальная конструкция состоит из портальной рамы (жёсткое соединение двутавровой балки с колонной), системы прогонов (C/Z-образная сталь) и системы связей стальных конструкций, образующих плоскую несущую систему стальных конструкций. Её основное преимущество заключается в переменном сечении: сечения балок и колонн оптимизированы в соответствии с изменением внутренних усилий для эффективного использования материалов; стальные конструкции крыши и стен выполнены из лёгких профилированных стальных листов (собственный вес всего 0,1–0,3 кН/м2), что снижает нагрузку на фундамент на 40–60% по сравнению с бетонными конструкциями.

Типичные сценарии применения
Подходит для промышленных зданий (стальные конструкции легкие мастерские, складирование и логистика) и коммерческие объекты (выставочные залы, гаражи) с одним пролётом 20–30 метров и высотой карниза до 10 метров. Типичные проекты включают в себя склады и производственные цеха Дж.Д. Логистика для малых и средних предприятий, срок строительства которых составляет всего 4–8 недель, а стоимость на 20–30% ниже стоимости бетонных конструкций.

Три ключевых фактора выбора
Регулирование пролета: если пролет превышает 30 метров, следует применять жесткие рамы решетчатого типа или связи в середине пролета, чтобы избежать чрезмерного увеличения поперечного сечения балок и колонн.
Адаптация к нагрузке: для крановых нагрузок ≤20 тонн предпочтительны жесткие рамы со сплошной стенкой; для грузов большего веса перейдите на стальные каркасные системы.
Конструкция соединений: жесткие соединения балок и колонн требуют проверки способности передавать изгибающий момент; шарнирные соединения подходят только для случаев без кранов или с небольшими нагрузками. 

2. Стальная каркасная конструкция — космический маг для многоэтажных зданий

Конструктивные характеристики и преимущества системы
Состоит из стальных колонн (стальные конструкции из двутаврового профиля/круглых стальных труб) и стальных балок (стальные конструкции из двутаврового профиля/композитные балки) через жёсткие соединения (стальные конструкции из цельносварных/гибридных болтовых сварных соединений), образуя пространственную несущую систему, позволяющую достигать большого шага колонн – более 9 метров (например, сетка колонн стальных конструкций с шагом 8,4 метра, обычно используемая в офисных зданиях). В сочетании с шарнирными соединениями и системами распорок она может гибко адаптироваться к различным требованиям сейсмостойкости (до 8 баллов).

Применимые типы зданий
Многоэтажные коммерческие здания: офисные здания из стальных конструкций в 5–15 этажей (например, серии СОХО) со свободно разделяемыми плоскостями для удовлетворения потребностей в открытых офисах.
Промышленные здания: стальные конструкции. Тяжелые цеха (например, цеха механической обработки), которые могут поднимать мостовые краны грузоподъемностью 50 тонн и более.
Сейсмостойкие здания: высокая пластичность делает его лучшим выбором для сейсмоопасных районов (например, Сычуань, Япония).

Ключевые параметры выбора
Предел соотношения высоты и ширины: при превышении 1:5 стержневые трубы/связующие фермы должны быть установлены так, чтобы контролировать соотношение смещения между этажами ≤1/250.
Форма стыка: В сейсмических зонах приоритет отдается конструкции слабого элемента стыка "strong, а способность рассеивания энергии улучшается за счет пластин жесткости в зоне стыка.
Композитные плиты перекрытия: Профилированные стальные листовые композитные плиты перекрытия (толщиной 80–150 мм) позволяют уменьшить высоту стальных балок и улучшить использование высоты этажа.

3. Стальная сетчатая конструкция – пространственная силовая несущая модель для большепролетных зданий

Геометрическая композиция и механические преимущества
Состоит из стальных трубных элементов (φ48–φ325) посредством сферических соединений (сварные полые шары/сферы на болтах), расположенных в регулярной сетке (квадратные пирамиды, треугольные пирамиды и т.д.), образуя пространственную несущую систему стальных конструкций, обеспечивающую сбалансированную двустороннюю изгибную жесткость. Толщина плоских сеток составляет около 1/10–1/15 пролета, а высота криволинейных сеток (например, куполов) – 1/6–1/8 пролета. Общий расход стали составляет всего 30–50 кг/м2.

Сценарии применения Достопримечательность
Спортивные сооружения: стальные конструкции гимнастических залов (например, внешняя конструкция технического обслуживания «Птичьего гнезда»), стальные конструкции плавательных бассейнов, перекрывающие сверхбольшие пролеты длиной 80–150 метров.
Транспортные узлы: стальные конструкции Терминалы аэропорта (крыша коридора в пекинском международном аэропорту Дасин), достижение прозрачного пространства без колонн.
Промышленные цеха: стальные конструкции. Цеха по производству самолетов (требующие свободного пролета более 300 метров), совмещенные с подвесными крановыми системами.

Технические моменты для выбора
Адаптация к плоскости: для прямоугольных плоскостей выбираются квадратные пирамидальные сетки; для круглых плоскостей выбираются трехмерные сетки или купольные структуры.
Выбор стыков: Для пролетов ≤60 метров применяются болтовые сферические стыки (изготавливаются на заводе, просты в монтаже), для сверхбольших пролетов применяются сварные сферические стыки (с повышенной несущей способностью).
Нагрузка на крышу: для крыш со стеклянными фасадами необходимо проверять нагрузку от сползания снега; для металлических крыш со стальными конструкциями следует учитывать ветровую нагрузку (местное отрицательное давление до -1,5 кПа).