Les principes de conception des structures en acier font référence aux principes de base qui doivent être suivis lors de la conception de bâtiments à structure en acier. Les principes les plus fondamentaux sont la sécurité et la fiabilité, ce qui signifie que la conception structurelle doit garantir la stabilité et la résistance de la structure sous la charge de travail spécifiée. En outre, l’économie et l’esthétique du système doivent également être prises en compte.

Une analyse structurelle et des calculs complets sont nécessaires pendant le processus de conception pour garantir que la structure peut résister aux charges et forces externes nécessaires, telles que les forces sismiques. Les codes et normes de conception de structures en acier pertinents doivent également être respectés. La conception de structures en acier nécessite des outils et des technologies de conception avancés, tels que des logiciels de conception assistée par ordinateur et une technologie de modélisation tridimensionnelle, pour améliorer l’efficacité et la précision de la conception.

Conception de structures en acier

Load for Steel Structure Design

La charge de la structure en acier est la force externe et d’autres facteurs qui provoquent une pression interne et une déformation de la structure ou du composant. Ou divers effets directs exercés sur le bâtiment à structure métallique pour produire l’impact sur le système ou les pièces. Les plus courants incluent le poids propre structurel, la surcharge du sol, la surcharge du toit, la charge de poussière sur la zone du toit, la charge du véhicule, la charge de la grue, la charge dynamique de l’équipement et le vent, la neige, la glace, les vagues et d’autres charges naturelles.

Les charges comprennent principalement les types suivants :

Charge morte : La charge morte est un type de charge permanente dont la valeur ne change pas avec le temps, ou son changement ne peut être ignoré par rapport à la valeur moyenne. Il comprend le poids propre de la structure, la pression des terres, la précontrainte, le tassement des fondations, le retrait du béton, la déformation par soudage, etc. Lors de la conception d’une structure, ses effets à long terme doivent être pris en compte, tels que son poids, le poids des charges permanentes, éléments de structure et de décoration du bâtiment non porteurs, pression des terres, etc.

Charge vive : la charge vive, ou charge variable, est la charge d’utilisation ou d’occupation et la charge naturelle naturelle imposée à la structure causée par les personnes, les matériaux et les véhicules, comme la charge vive du plancher du bâtiment de structure en acier, la charge vive du toit, les cendres de la zone du toit. charge, charge du véhicule, charge de la grue, etc.

Charge de vent : La charge de vent, également connue sous le nom de pression dynamique du vent, est la pression produite par le flux d’air sur les structures d’ingénierie. La charge de vent est liée à la pression du vent, à la topographie, à la rugosité du sol, à la hauteur par rapport au sol et à la forme du bâtiment.

Charge de neige : La charge de neige fait référence à la pression de la neige agissant sur la surface supérieure d’un bâtiment ou d’une structure pour le calcul. La charge de neige est formée par l’accumulation de neige et constitue une charge météorologique spontanée. La valeur de la charge de neige dépend principalement de la quantité de neige tombée dans chaque région en fonction des données météorologiques, de la forme du toit, de la taille géométrique du bâtiment et de l’utilisation régulière du bâtiment.

Charge sismique : La charge sismique est également appelée force sismique. Terme général désignant la force d’inertie, la pression des terres et la pression de l’eau qu’une structure subit en raison d’un tremblement de terre. Étant donné que les vibrations horizontales ont l’impact le plus important sur les bâtiments, seules les vibrations horizontales sont généralement prises en compte.

Formule de calcul de la force sismique : force sismique = poids propre × coefficient sismique

En termes de poids du bâtiment, les structures en acier sont plus légères que les structures en béton. Le poids propre des structures en acier représente généralement environ les deux tiers ou la moitié de celui des systèmes acier-béton. Selon les règles de calcul ci-dessus, un bâtiment à structure métallique légère réduira et atténuera considérablement les forces sismiques, protégeant ainsi la stabilité de l’ensemble du bâtiment.

Le but de l’analyse des charges est de garantir que le bâtiment peut fonctionner en toute sécurité sous divers facteurs de force externes et qu’aucun dommage structurel ou effondrement ne se produira, même dans des situations extrêmes. Cela peut également aider les concepteurs à choisir les matériaux en acier appropriés pour la conception.

Stabilité structurelle pour la conception de structures en acier

Le coefficient de stabilité d’une structure en acier (également appelé coefficient de flambement) fait référence au rapport entre la charge maximale qu’un composant peut supporter lorsqu’il est soumis à des forces externes par rapport à la charge ultime. D’une manière générale, plus le coefficient de stabilité est élevé, meilleure est la stabilité de l’élément. Voici quelques considérations critiques en matière de stabilité structurelle :

Forme en coupe transversale

La forme de la section transversale est l’un des facteurs essentiels affectant le coefficient de stabilité. Selon la théorie de la stabilité, le coefficient de stabilité d’une poutre est lié à son moment d’inertie transversal. Dans les structures en acier, les formes transversales courantes comprennent les rectangles, les cercles, la forme en T, la forme en H et les formes tubulaires. Chaque forme de section transversale a un moment d’inertie différent, de sorte que l’ampleur de l’influence sur le coefficient de stabilité est également différente.

Résistance du matériau

Un autre facteur qui affecte le facteur de stabilité est la résistance du matériau. Plus précisément, le coefficient de stabilité des structures en acier est lié à la limite d’élasticité du matériau composant. Plus la puissance est élevée, plus le coefficient de stabilité est élevé et vice versa.

Dimensions transversales

La taille de la section affecte également le facteur de stabilité. Dans les structures en acier, lorsque la dimension de la section transversale du composant est petite, le coefficient de stabilité est relativement faible car il est facile de provoquer un flambage local. Au contraire, lorsque la taille de la section est plus étendue, il est plus difficile pour le composant de subir un flambage local, le coefficient de stabilité est donc relativement élevé.

Longueur du membre

La longueur de la barre est également un facteur essentiel affectant le coefficient de stabilité. Selon la formule d’Euler, le coefficient de stabilité est élevé lorsque la longueur de la barre est petite. Néanmoins, le coefficient de stabilité diminuera fortement lorsque la longueur de la barre augmente dans une certaine mesure. Par conséquent, dans les structures en acier, la taille des composants doit être raisonnablement conçue en fonction de la situation réelle pour garantir les exigences en matière de coefficient de stabilité.

Principes de conception pour la stabilité structurelle :

La stabilité de la structure globale du bâtiment doit être prise en compte.

Dans la conception architecturale, nous considérons généralement d’abord la disposition plane du bâtiment, comme la conception de la charpente sur les dessins architecturaux. Mais pour garantir que l’installation ne s’effondrera pas, nous devons organiser raisonnablement le système de support dans la conception de la structure en acier. Cela signifie que la conception plane du bâtiment doit être cohérente avec la structure tridimensionnelle du bâtiment, en tenant compte non seulement de la stabilité du plan mais également de la stabilité des fondations du bâtiment.

Les dessins de calcul doivent être cohérents avec les calculs réels.

Lors de la conception de bâtiments à plusieurs étages ou de grande hauteur, les calculs de données sont généralement effectués à l’aide de structures à ossature plutôt que de partir de la stabilité de la structure en acier. Dans les calculs réels, nous devons utiliser les coefficients des poteaux du cadre virtuel pour garantir la résistance globale de la structure en acier. Pour garantir la stabilité de la conception des structures en acier, nous devons définir des modèles de calcul spécifiques, qui peuvent être utilisés dans les calculs ultérieurs pour obtenir des données fiables.

Le calcul de stabilité de la structure en acier doit être cohérent avec les détails internes.

Nous devons garantir la cohérence des résultats de conception structurelle et de calcul lors de l’exécution de calculs de données spécifiques. En plus des calculs de la structure principale du cadre, nous devons également prêter attention aux détails de la structure en acier, tels que la capacité de flexion des points de connexion et l’excentricité des tiges. Ces détails sont tout aussi importants.

Esthétique pour la conception de structures en acier

Outre la stabilité des charges et les considérations fonctionnelles les plus élémentaires, la conception esthétique du bâtiment est également l’un des principes pris en compte par les concepteurs lors de la conception.

L’apparence d’un bâtiment est la première impression donnée aux gens. La belle forme et les proportions appropriées contribuent à l’attrait du bâtiment pour les gens. Bien entendu, le choix de différents matériaux aura également un impact significatif sur la structure globale.

La lumière et la vue sur le bâtiment sont également un facteur important qui teste les concepteurs. Une architecture raisonnable doit être intégrée à l’environnement naturel, offrir une lumière et une vision parfaites et peut offrir aux gens une expérience de vie plus agréable.

Contexte culturel et historique. Différents pays ont des cultures, des histoires et des styles architecturaux différents. Le concepteur doit se conformer au style architectural local pour intégrer le bâtiment dans la communauté locale.

En conclusion

La conception de la structure en acier doit prendre la stabilité comme contenu principal, prendre en compte de manière exhaustive les ressources et les facteurs existants, planifier raisonnablement les dessins de la structure en acier et bien gérer chaque structure et chaque cadre pour éviter les problèmes et améliorer l’effet de stabilité. Le contexte culturel et historique local doit également être pris en compte pour créer des œuvres architecturales sûres, durables et impressionnantes.