钢结构概念设计.ppt
1.1钢结构的适用范围1.2钢材的选用1.3建筑钢结构荷载与作用的特点1.4钢结构的计算1.5结构体系1.6节点设计优点：轻质高强，材质均匀，工业化生产，施工 工期短，韧性好，密封性好，抗震性好；缺点：耐腐蚀性较差，耐火性差，单价高，维护 费用高。钢结构的适用性：1）结构选材目标：技术性能和经济性。（性价比）2）选用钢材的原因：A）基本原因 结构自重与全部荷载与作用之比越大，采用钢结构越合理。B）强震地区（受力小，延性好）C）劳动力价格高（工业化生产，现场劳动力少）D）软土地基（基础耗资小）E）大跨、超高结构2、钢材的选用、钢材的选用钢材强度的选择 1）变形控制选低强度等级）变形控制选低强度等级 2）强度控制选高强度等级）强度控制选高强度等级 3）长细比控制或应力水平较低选低强度等级）长细比控制或应力水平较低选低强度等级 4）施工条件差选较低强度等级）施工条件差选较低强度等级 2、钢材的选用、钢材的选用钢材冲击韧性指标冲击韧性指标选择：影 响 因影 响 因素素结构重结构重要性要性1 1荷载状荷载状况况2 2连接状况连接状况3 3使用温度使用温度4 4 选择因选择因子数值子数值类别类别三类三类静力静力全螺栓、无焊全螺栓、无焊接接不低于不低于01二类二类一般动一般动力力大部分工厂焊、大部分工厂焊、工地螺栓工地螺栓不低于不低于-202一类一类疲劳动疲劳动力力大部分现场、大部分现场、高空焊高空焊不低于不低于-403表表1-1 1-1 选择钢材冲击韧性指标的影响因素及选择因子选择钢材冲击韧性指标的影响因素及选择因子 =1234 选择因选择因子之积子之积23161824245454材料等材料等级级ABCDE表表1-2 1-2 选择因子之积选择因子之积与材料冲击韧性指标的关系表与材料冲击韧性指标的关系表 l 一级工程一级工程，重要工程，重要工程,后果很严重，重后果很严重，重要工业、民用建筑要工业、民用建筑;20层以上的高层建层以上的高层建筑筑;体型复杂的体型复杂的14层以上高层层以上高层;对地基变对地基变形有特殊要求的形有特殊要求的,单柱荷载在单柱荷载在4000KN以以上的上的 二级工程，二级工程，一般工程一般工程,后果严重，一后果严重，一般的工业、民用建筑般的工业、民用建筑 三级工程三级工程，次要工程，次要工程,后果不严重，后果不严重，次要的建筑物次要的建筑物3、建筑钢结构荷载与作用的特点、建筑钢结构荷载与作用的特点风荷载风荷载冰雪荷载冰雪荷载温度作用温度作用地震作用及抗震地震作用及抗震荷载与结构的变异荷载与结构的变异1.3.1风荷载（控制性荷载之一）gZz建筑结构荷载规范：规范正文条文说明0wwzsgzkl垂至于建筑物表面的风荷载标准值垂至于建筑物表面的风荷载标准值0gwwzszk1.5.7,g表高度处的风振系数 Zz1.3.7,表风荷载体型系数s1.2.7,表风压高度变换系数zzl按照按照地面粗糙度类别和距地面高度地面粗糙度类别和距地面高度确定确定l地面粗糙度分类地面粗糙度分类A 近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B 田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡 镇及镇及城郊城郊C 有密集建筑群的城市市区有密集建筑群的城市市区D 有密集建筑群且房屋较高的城市市区有密集建筑群且房屋较高的城市市区z离地面或海平面高度地面粗糙度类别(m)ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.251.350.620.620.620.620.620.730.840.93(m)ABCD7080901001502002503003504004502.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.121.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.12L021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12s01coswBwiinisizgzk1.3.2冰雪荷载 1.3.3温度作用l指结构或构件受外部或内部条件约束指结构或构件受外部或内部条件约束,当当外界温度变化时或在有功的条件下外界温度变化时或在有功的条件下,不能不能自由胀缩而产生的作用自由胀缩而产生的作用.l当然对于当然对于静定结构静定结构,通常温度的改变不会引起构件内力通常温度的改变不会引起构件内力的变化的变化.但需要说明的是但需要说明的是,这种结论是在结构的变形能够这种结论是在结构的变形能够自由充分发展的假设上的自由充分发展的假设上的.而实际的结构或多或少与计而实际的结构或多或少与计算模型有一定的差异算模型有一定的差异,因此需要在构造上保证结构的温因此需要在构造上保证结构的温度变形不要受到约束度变形不要受到约束.例如桥梁结构的支座构造和伸缩例如桥梁结构的支座构造和伸缩缝的构造就是一个很好的例子缝的构造就是一个很好的例子.l l对于超静定结构对于超静定结构,温度引起的变形是受到约束的温度引起的变形是受到约束的,会产生会产生附加的内力附加的内力.因此必须在结构分析中考虑温度的作用因此必须在结构分析中考虑温度的作用,将将其作为两种工况来考虑其作为两种工况来考虑(1.温度升高温度升高 2.温度降低温度降低),并参并参与荷载效应组合与荷载效应组合.1.3.4地震作用及抗震1.3.5荷载与结构的变异4、钢结构的计算、钢结构的计算钢结构计算的两种方法 （1）极限状态设计法：强度、刚度、稳定 （2）许用应力法：疲劳、对变形敏感结构的稳定 1 (1-2)(1-2)永久荷载效应控制永久荷载效应控制 (1-3)(1-3)标准组合标准组合 (1-4)(1-4)频遇组合频遇组合 (1-5)(1-5)准永久组合准永久组合 长期效应长期效应 基本基本组合组合 承载能承载能力极限力极限状态状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 （罕遇地震验算）偶然组合（罕遇地震验算）偶然组合结构效应计算0112)(,)nGGkQQ kQiciQikRkkiSSSRf （01)(,)nGGkQiQikRkkiSSRf（12nGkQ kciQikiSSSC112nGkfQ kqiQikiSSSC2nGkqiQikiSSC短期效应短期效应 (1-1)(1-1)可变荷载效应控制可变荷载效应控制 4、钢结构的计算、钢结构的计算荷载效应对结构有利荷载效应对结构有利于否于否计算内容计算内容 永久荷载分项系数永久荷载分项系数rG不利可变荷载控制1.2永久荷载控制1.35有利一般结构计算1倾覆、滑移0.9可变荷载分项系数可变荷载分项系数rQ一般情况1.4标准值大于4kN/m2工业房屋楼面1.3cicicici结构抗力及正常使用极限：（1）钢结构以强度表现的抗力，主要有以下几种变化：A）随钢材尺寸（厚度、直径）的不同，强度变化；B）单角钢受力（存在偏心），整体稳定抗力变化；C）单角钢单肢螺栓连接时连接强度变化；D）地震作用时强度的修正。4、钢结构的计算、钢结构的计算（2）广义变形限值 A）预拱的选择 ）楼面钢梁的预拱为恒载标准值引起的变形加1/2活载频遇值引起的变形；）屋面钢梁的预拱为恒载标准值引起的变形；）曲线型屋面钢梁，当结构对变形不敏感时不必预起拱，当结构对变形较为敏感时应该预起拱。）悬臂梁应考虑排水坡度予以起拱。B）各设计工种对限定的变形值应取得协调。结构体系与使用要求：主体钢结构的优化设计方向：（1 1）框架结构）框架结构 框架结构以梁受弯，柱受压弯为主，它的优化主要是框架结构以梁受弯，柱受压弯为主，它的优化主要是选择合选择合适的截面适的截面；（2 2）门式刚架结构）门式刚架结构 可以根据制造分段及内力状况分段，每段均为直线变坡，可以根据制造分段及内力状况分段，每段均为直线变坡，优优化构件的折线外形化构件的折线外形；（3 3）空间结构）空间结构 使单个构件全截面应力趋于均匀使单个构件全截面应力趋于均匀，提高强度利用率。，提高强度利用率。辅助结构与主体结构的关系：单元的划分与结合节点的分类焊接和螺栓连接
