钢结构(第三版)第三章经典讲义.ppt

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1、第七章 单层房屋钢结构第一节 概述一、钢结构设计一般步骤1、判断结构是否适合用钢结构；2、结构选型与结构布置 考虑不同结构形式的特点。当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载工业厂房，可采用网架。雪载大时屋面曲线应有利于积雪滑落(切线50o不考虑雪载)，如采用网壳。在框架中布置支撑比节点刚接框架经济性更好。大跨度建筑可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层建筑采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。结构布置 根据体系特征、荷载分布和性质等综合考虑。要刚度均匀，符合力学模型，尽量限制大或移动荷载的影响范围，以最直接的线路传递到基础。柱间

2、支撑的分布均匀，形心尽量靠近侧向力(风、震)的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构抗侧应有多道防线，有支撑框架的柱子应单独承受1/4的总水平力以上。框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。次梁沿短向布置时截面小，会使主梁截面加大，减少了楼层净高；把次梁支撑在较短的主梁上，次梁截面加大，但主梁截面减小，应综合分析。3、预估截面 根据受力情况合理选择安全经济美观的截面。钢梁梁高H=l/20l/50。翼缘宽度b按l/b限值确定时，不作整体稳定计算。板件厚度可按局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估，通常50150。4、结构分析 目前钢结构设计结构分析通常为线弹性分

3、析,条件允许时考虑P-，p-效应。典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形，结构通过手算进行分析，复杂结构需要建模运行程序并做详细的结构分析。完全依赖结构软件有可能带来结构灾难，注重概念设计、工程判定（评估各向周期、总剪力、变形特征等，修改模型重新分析,或修正计算结果。）和构造措施有助于避免这种灾难。5、构件设计 材料的选择：强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235。使用结构软件应注意：（1）构件的截面验算时，计算长度系数的取值有时会不符合规范的规定。尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，应该逐个检查。（2）预估的截面不满足时，加大截面方法：抗弯和抗剪强度不满足

4、，分别加大翼缘和腹板厚度。变形超限加大截面的高度。6、节点设计 （1）焊接 焊接焊缝尺及形式规范有强制规定。焊缝重心尽量与被连接构件重心接近。（2）栓接（3）梁腹板高强螺栓常用M16M30。要验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型连接还需验算孔壁局部承压。考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等，方便现场定位与临时固定。钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成。（4）便于施工（5）制作条件7、图纸编制 钢结构工程应按方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段进行设计。小型和技术要求简单的钢结构工程经有关主管部门同意，方案设计可代替初步设计，经审批后可直接转入施工图设计。1）方

5、案设计 根据设计任务书及建(构)筑物的建筑设计方案进行编制，由设计说明书、设计图纸及投资估算等三部分组成。深度应满足建筑工程设计招投标及业主向规划部门送审的要求。（1）方案设计文件的编排顺序 封面：写明方案名称、编制单位、编制年月；扉页：写明方案编制单位行政及技术负责人、具体编制设计负责人；方案设计文件目录；设计说明书；设计图纸；工程投资估算。（2）设计说明书 设计依据及设计要求：设计与施工应依据的规范、规程及规定；所在场地地震基本烈度、建筑场地类别；荷载选用。设计主要阐述内容：结构选型概述；结构抗震设防情况；新结构、新材料采用情况；条件许可时阐述基础选型及钢结构连接方式；其它需要阐述的问题。

6、（3）设计图纸 有建筑方案设计图的工程，结构方案可通过建筑设计图进行表达，不另行提供图纸。对无建筑方案设计图的钢结构工程应画出反映上部结构的构件平立面布置图并标注出柱网平面、立面高度等主要尺寸，以及构件的主要断面形式。（4）投资估算 投资估算文件包括投资估算的编制说明、投资估算表及用钢量估算表。2）初步设计 由设计说明书、设计图纸、工程概算书（包括钢材估算书）三部分组成。（1）初步设计文件的编排顺序 封面：写明方案名称、编制单位、编制年月；扉页：写明方案编制单位行政及技术负责人、具体编制设计负责人；初步设计文件目录；设计说明书；设计图纸；工程概算书。（2）深度 应满足建筑工程审批的要求。原则上

7、应符合已审定的方案设计；应提供工程设计的概算，作为审批、确定项目投资的依据；能据以进行施工图设计；业主能据以进行施工招标准备。（3）设计说明书设计说明书包括：设计依据与设计要求 设计与施工依据的规范、规程及规定；所在场地地震基本烈度、建筑场地类别；地质初勘报告；荷载选用；设计的其它要求（防腐、防火要求等）。设计说明应包括以下内容 工程地质和水文地质概况，特殊地质应加以说明；基础方案选择、地基处理方案及基础形式确定（桩基应说明桩类型，选定桩基持力层及进入深度）；上部结构选型；抗震设防烈度；伸缩缝、沉降缝抗震缝的设置；特殊结构处理；钢材及连接材料的选用与说明；高层钢结构的主要结构特征参数；防腐和防

8、火处理办法；新技术、新结构、新材料的采用；其它需说明的内容。（4）设计图纸反映结构特征的图纸，包括：桩位（对桩基础）及基础平面布置图；上部结构主要钢构件平立面布置图，应标注出柱网平面、立面高度等尺寸及构件断面形式、规格等。内部作业文件（结构简图、计算书、文字说明）均应经过校审并妥善保存以供查对和进行施工设计时使用。（5）概算 单项钢结构工程的设计概算文件包括概算编制说明、工程概算书、其它工程和费用概算书及钢材、水泥等主要材料表。3）施工图设计（1）内容 根据已批准的初步设计进行编制，包括封面、图纸目录、设计施工说明、图纸以及结构计算书、工程预算书等。（2）分类 一般可为施工图设计和详图设计二个

9、阶段，设计图纸的名称相应为施工图和施工详图。施工图是编制施工详图的依据、施工详图则 是施工图的深化和补充。（3）施工图深度 能据以编制施工图预算和施工招标；能据以进行备料；能满足加工制作单位据以完成施工详图的要求；能据以进行工程验收。（4）施工详图深度（5）结构计算书 应满足据以完成构件制作、安装的要求。节点详图的连接形式和方式是否符合施工图要求、结构关键部位是否符合施工图要求应得到施工图设计者的确认。应采用经鉴定的软件，注明软件名称、代号及版本。荷载简图、原始数据和电算结果应注明来龙去脉。计算书手算时，应绘出平面布置和计算简图，标出构件编号、计算公式及计算过程。计算步骤要条理分明，引用数据要

10、有可靠依据。内容与图纸一致，若图纸作修改，应在计算书中反映，以供查核。采用标准图集时，应结合工程作必要的选用和核算工作；采用重复利用图时，应作因地制宜的修改及进行必要的核算，以切合工程实际。计算书（电算书）应经认真校审，留有痕迹，并装订成册，设计人、校审人应在计算书封面分别签字，封面上应注明项目名称编号和计算日期。计算书成品稿应作为设计技术文件归档。（6）钢结构施工图内容图纸目录 工程编号及名称、图纸版本号、图纸（包括套用标准图）编号及名称、规格大小、张数、出图日期等。设计施工总说明 设计依据及设计要求：设计与施工应依据的规范、规程及规定；工程地质详细勘察报告；设计抗震设防烈度、近震及远震、建

11、筑场地类别；设计上0000相当的绝对标高值；长度计量单位；荷载选用；其它设计依据与设计要求。材料选用：包括钢材牌号（必要时提出的具体要求）、型钢成材方式（热轧、冷弯、焊接等）；连接材料或焊接材料的名称规格要求。除锈、涂装及防火要求；构造、制作和安装技术要求；连接焊缝质量等级及无损检测的要求；其它必要的设计施工说明。基础平面图及基础详图 除常规的钢筋混凝土基础表示内容外，应有钢柱与基础连接的平面位置、连接方式及构造要求等内容（预埋螺栓的方式、位置、规格、数量或预留杯口大小、深度、位置及预留钢筋等）。结构的构件平面布置图 构件平、立面布置图上的构件可用单线（粗实线）表示。内容包括：构件几何轴线在平

12、、立面（或空间）的位置、标高及与建筑相互关系；构件轴线尺寸及构件相互间的几何关系；构件的编号或规格；需进一步表达的节点、构件断面等部位的详图索引编号。构件设计图 构件设计图应有构件名称及编号，必要的平、立、剖视图及外形尺寸，组成构件的零件规格、尺寸、位置及加工要求，各零件间焊缝的形式和尺寸或螺栓的规格、数量、位置等。构件设计图难以表达清楚的节点详图和说明。平面或空间杆系结构的设计图应有构件名称及编号，杆件内力、杆件几何轴线尺寸、杆件编号或规格的杆件布置图。节点设计详图 详图名称或索引详图编号；标有构件编号及构件间相互关系的节点构造详图；节点间的连接形式和方式（焊接、螺栓连接等），节点内力；节点

13、连接件的设置要求；节点设计计算要求。（7）钢结构施工详图内容图纸目录施工详图说明 在直接操作过程中所依据的规范、规程、标准及规定；选用钢材、焊接材料、连接件、焊接坡口形式、焊接工艺评定、无损检测、构件几何尺寸允许偏差、除锈、涂装、防火、包装、运输、保管、组件预拼装、现场安装等要求。构件平（立）面布置图（注明构件位置、编号、构件清单、图例等）。构（组）件施工详图 施工详图应清晰显示构件几何形状和断面尺寸。包括构件在平、立面图中所处安装位置、编号、轴线、标高；构件材料表，其内容包括构件名称、数量、材质、品种、规格、单重、总重；构件连接件品种、规格、数量；构件开孔及焊接要求（开孔位置，大小、数量、焊

14、缝、坡口形式、焊缝尺寸、衬垫）；相关件连接尺寸、方向、标志等。节点施工详图 在施工图节点设计详图的基础上确定连接件（节点板、预埋件等）连接材料（焊缝、螺栓、栓钉等）的型式、材质、规格、位置、数量、重量等要求。施工安装图和预拼装图（如需要）内容应包括：构件平、立面布置图（可用单线绘制），标明构（部）件位置、编号、标高、方向等要求以及螺栓、栓钉、预埋件等布置要求。4）工程施工预算书 由原设计单位或具有相应资质的工程造价咨询单位编制工程施工预算书，并与已批准的初步设计概算进行核对，其造价应控制在批准的初步设计概算造价之内。加工程预算书超过初步设计概算时，应分析原因，提出建议。二、桁架的特点和应用 桁

15、架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架等）三、平面桁架的外形和腹杆体系 影响桁架外形选择的因素：1.满足使用要求；2.受力合理；3.便于制做和安装；4.综合技术经济效果好。常用的平面桁架的外形如图三角形屋架：受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，用于中、小跨度轻屋面结构。梯形钢屋架：外形与弯矩图较接近，受力好，省材料。矩形钢屋架：腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托架、

16、支撑体系。桁架应具有适当的中部高度H和端部高度H0。H取决于运输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高度要求的最大限值、刚度要求的最小限值、以及使弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高度。简支梯形和平行弦桁架，通常H=（1/6 1/10）L,钢屋架中常用H0=1.82.2m。屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上 四门式刚架一）特点和应用1.定义 门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于300kN的中、轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。2门式刚架的特点(1)结构自重轻,基础造价低。(2)外形简洁、美观。(3)对抗震非常有利。(4)建造速度快，装拆方便。3适用范围 门式刚架通常用于跨度为936m（我国单跨门式刚架的跨度已达到72m）；柱距为4.512m；柱高为4.59m；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑。二）门式刚架的结构形式1按选材分普通和薄壁型钢、钢管刚架等；2按跨度分单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。3按截面形式分等截面和变截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。4 横梁与柱刚接，柱