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毕业论文关于钢结构稳定问题的概述（门式钢架结构）部（系） 专 业 姓 名 学 号 指导教师 题目：关于钢结构稳定问题的概述（门式钢架结构）【摘要】：稳定问题一直是钢结构设计的关键问题之一，钢结构体系的广泛应用凸显了稳定问题研究的重要性和紧迫性。由于钢结构体系设计、建造以及使用当中存在着许多不确定性因素，所以引入可靠度分析必要的。本文从结构体系稳定的构造、设计要求的角度对这一领域的研究进行了评述。 【关键词】稳定性 钢结构体系 檩条布置 屋盖支撑 构造 目 录绪 论 4一构造要求 4（一）关于稳定问题的概述 4（二）檩条的布置、连接与构造 4（三）屋盖支撑 5-7二设计要求 7（一）选择正确的钢材质量等级和焊缝质量等级 7（二）房屋的温度区段内应按规范规定设置独立的空间稳定支撑体系 8（三）实腹式门式刚架应按规范规定设置隅撑 8（四）压型钢板轻型屋面的拉条的合理设置 8（五）抗震设计 9（六）建筑结构防护 9结论 9参考文献 10 绪论随着我国钢结构产业的迅速发展，人们对生活质量、生活要求的提高，一个日益壮大的产业结构也面临着在发展中的严肃要求，安全是结果，结构稳定是前提。因此，这些就要求我们在设计中把握更高的尺度，设计更安全的结构。一：构造要求1.1 关于稳定问题的概述钢结构及其构件除应满足强度及刚度条件外，还应满足稳定条件，所谓稳定，是指结构或构件受荷变形后，所处平衡状态的属性。一个构件或结构由外荷引起受压或受剪时，随着外荷的增加，构件或结构可能在丧失强度之前，就从稳定的平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定平衡状态，从而丧失稳定性。为保证结构安全，要求所设计的结构要处于稳定的平衡状态。稳定对于钢结构是一个极为重要的问题。这是因为钢材强度高，组成结构的构件相对较长细，所用板件也比较薄，设计常常不少由强度控制而是由稳定控制。工程史上，国内外曾多次发生由于构件失稳而导致结构倒塌的重大事故。其中许多就是因为对稳定问题认识不足，导致结构布置不合理。例如门式钢架的组成：柱、钢梁、屋面连梁、屋面檩条、墙面檩条、隅撑、拉条、撑杆等。而使门式钢架整体稳定的要素是让各个组成部分充分满足其各种构造要求。12 檩条的布置、连接与构造1.檩条在屋架上的布置和搁置：（1）为使屋架上弦杆不产生弯矩，檩条宜位于屋架上弦节点处。当采用内天沟时，边檩应尽量靠近天沟。（2）实腹式檩条的截面均宜垂直于屋面坡面。对槽钢和Z形钢檩条，宜将上翼缘肢尖（或卷边）朝向屋脊方向，以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩。（3）桁架式檩条的上弦杆宜垂直于屋架上弦杆，而腹杆和下弦杆宜垂直于地面。（4）脊檩方案：实腹式檩条应采用双檩方案，屋脊檩条应在跨度1/3处用槽钢、角钢或圆钢相互拉结。桁架式檩条在屋脊处采用单檩方案时，虽用钢量教省，但檩条型号增多，构造复杂，故一般采用双檩为宜。2檩条与屋面的连接：压型钢板，瓦楞铁和石棉瓦应与檩条可靠连接，以保证屋面能起阻止檩条侧向失稳和扭转的作用，这对一般不需要验算整体稳定性的实腹式檩条尤为重要。3.檩条与屋架的连接：檩条端部与屋架的连接应能阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性。（1）实腹式檩条与屋架的连接处可设置角钢檩托，以防止檩条在支座处的扭转变形和倾覆。檩条端部与檩托的连接螺栓应不少于两个，并沿檩条高度方向设置。当檩条高度较小（小于120mm），排列两个螺栓有困难时，也可改为沿檩条长度方向设置。螺栓直径根据檩条的截面大小，取M12-M16.当屋面坡度与屋面荷载较小时，也可用钢板直接焊于屋架上弦作为檩托。轻型H型钢檩条，当截面高度h200mm时，可直接用螺栓与屋架连接；当截面高度h200mm时，需将下翼缘切去半肢设檩托与屋架连接。实腹式檩条与屋架的连接处也可采用搭接，此时檩条连续构件设计。带斜卷边的Z形檩条可采用叠置搭接，卷边C形檩条可采用不同型号的卷边C形钢套置搭接。搭接长度2a及其连接螺栓直径，应根据连续梁中间支座处的弯矩确定。在同一工程中宜尽量减少搭接长度的类型。（2）桁架式檩条一般用螺栓直接与屋架上弦连接。4.檩条的拉条和撑杆（1）拉条的设置檩条的拉条设置与否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条有时不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹式和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证其整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为其侧向支承点。当檩条跨度4m时，应在檩条跨中受压翼缘设置一道拉条；当跨度6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条。在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。圆钢拉条的直径不宜小于10mm，可根据荷载和檩距大小取10mm或12mm。（2）撑杆的设置檩条撑杆的作用主要是限制檐口檩条和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆的长细比按压杆要求200，可采用钢管、方管或角铁做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法，它的构造简单。撑杆处应同时设置斜拉条。拉条和撑杆的截面应按计算确定。（3）拉条和撑杆的连接拉条和撑杆与檩条腹板的连接处一般应予弯折，弯折的直段长度不宜过大，以免受力后发生局部弯曲。斜拉条弯折点距腹板边距宜为10-15mm，如条件许可，斜拉条可不弯折，而采用斜垫板或角钢连接。斜拉条与屋架的连接，可在屋架上焊一短角钢与斜拉条用螺帽连接。当屋面坡度较小时，也可直接连接于檩条的檩托或端部的预留孔上（尽量靠近檩条底部）。为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减小屋架杆件在平面外的计算长度，应根据结构的形式、跨度、房屋高度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统。1.3 屋盖支撑：屋盖支撑系统包括横向支撑、竖向支撑、纵向支撑和系杆（刚性系杆和柔性系杆）。设计屋盖支撑时应遵守以下原则：1. 在设置有纵向支撑的水平面内必须设置横向支撑，并将二者布置为封闭型。2. 所有横向支撑、纵向支撑和竖向支撑均应与屋架、托架、天窗架等的杆件或檩条组成几何不变的桁架形式、3. 在房屋每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。4. 传递风力、吊车水平力和水平地震作用的支撑，应能使外力由作用点尽快传递到结构的支座。5. 柱距越大，吊车工作量越繁重，支撑的刚度应越大。6. 在地震区应适当增加支撑，并加强支撑节点的连接强度。支撑设置时可考虑大型屋面板（无檩体系）或檩条（有檩体系）的支撑作用，此时它们与屋架上弦应有可靠连接。大型屋面板至少与屋架上弦有三点可靠焊接，同时屋面板的支承长度不得小于60mm。檩条与焊接于屋架上弦的檩托用螺栓连接。各种支撑的布置和形式： 1.3.1横向支撑在所有屋架中均应设置上弦横向支撑。檩条一般可兼作支撑中的直撑，并与斜撑在交叉点处相连。由于屋架的下弦杆一般为拉杆，故当屋架的跨度18m和吊车吨位5t时,也可不设下弦横向支撑,此时,下弦杆在屋架平面外的长细比可用系杆来保证.凡属下列情况之一者,宜设置屋架下弦横向支撑:1. 房屋较高,风力较大,端墙风力宜由屋架下弦平面传至柱顶时;2. 房屋内设有10t及以上桥式吊车时;3. 屋架下弦杆可能出现压力,需设置系杆时;4. 屋架下弦有通长纵向支撑时;上、下弦横向支撑一般应设于房屋两端或伸缩缝区段两端的第一个开间内。当房屋墙部不设屋架而以山墙承重时，支撑可缩进第二开间设置。当房屋单元两端的横向支撑间距较大时，应根据具体情况在房屋的中间开间内增设支撑。支撑间的距离一般不宜大于60mm。1.3.2 纵向支撑纵向支撑一般设置在屋架下弦平面内，但三角形屋架也可设置在上弦平面内；当设于屋架上弦平面内时，可利用檩条兼作纵向支撑中的直撑。屋架纵向支撑可参照下列情况设置：1） 当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求较高时；2） 柱距大于6m时；3） 屋面刚度较差，吊车吨位Q20t时。1.3.3 竖向支撑所有房屋均应设置竖向支撑。竖向支撑应与上、下弦横向支撑设在同一开间内。当房屋跨度L30m时，可在屋架端部（梯形屋架）和中央设置一道，当L30m时可适当增加。竖向支撑当高度2.5m时，可采用图7-205（a）的形式；当高度2.5m时，应采用图7-205（b）的形式。图7-205 竖向支撑的形式1.3.4 系杆与上、下弦横向支撑或竖向支撑节点相连的系杆可作为屋架上、下弦的侧向固定点，以减小上、下弦杆在屋架平面外的长细比。上弦系杆有时可用檩条代替。系杆可按下列情况和部位设置：1） 竖向支撑所在平面的屋架下弦节点处；2） 当屋架下弦杆考虑以竖向支撑处的系杆作为支点后不能满足其容许长细比的要求时，应增设与下弦横向支撑节点相连的系杆；3） 当支撑设在房屋单元两端第二开间时，在端部第一开间的上、下弦应增设刚性系杆。 系杆有刚性（按压杆设计）和柔性（按拉杆设计）两种，除以上的端开间外：A：刚性系杆 横向和纵向支撑中的直杆，上弦屋脊处，屋架端部的上、下弦端节点处的系杆。B：柔性系杆 除上述以外与横向或竖向支撑相连节点处的系杆。二：设计要点1选择正确的钢材质量等级和焊缝质量等级 按照相关文件的要求，在钢结构的设计中，必须标明应该使用的钢材质量等级（还包括相应的焊接材料型号），并提出对焊缝的质量要求。在具体工程项目的审查中，有些工程在焊接钢结构材料的设计文件中，只注明材料采用Q235钢或Q345钢，却没有对钢材料的质量提出要求；有的工程项目对焊缝的质量不提出要求，还有部分项目提出的要求不科学不合理。 在建筑钢结构房屋时使用的钢材，必须具有国家关于钢材的相关指标的合格保证。在抗震设计中，当焊接钢结构的钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，还要保证板厚方向截面收缩率符合相关规定要求的不低于Z15级。在地震多发地区，钢结构所使用的钢材，除了必须具备以上合格保证外，还须具有很强的冲击韧性能力。对冲击韧性的合格保证，要根据不同结构情况提出不同要求。为了达到钢结构有安全储备和高度的变形能力的目的，建筑抗震设计规范（GB50011-2001）还对钢材的抗各项物理力学指标做出了详细而明确的规定，这些指标也必须写到设计文件中。通常来说，大部分钢结构均采用Q235B及以上等级的碳素结构和Q345B及以上等级的低合金高强度结构钢作为受力构件。这两种钢材有较强的冲击韧性和较好的延性性能，能保证钢结构工程的稳定性。对于其他的没有质量保证的钢材是不能使用的，因为这种型号的钢材冲击韧性和延性性能达不到国家的标准要求，而且有些钢材还保证不了焊接需要的要求。 在现代钢结构中，钢结构连接的最基本方法是焊接连接，焊缝质量的高低直接关系到整个钢结构工程的安全，所以在钢结构的施工中一定要重视焊接质量。一般来说，在一些重要的焊接方位焊接处的焊接质量不能低于二级。而剩下的位置，一般都可以使用角焊接。因为角焊缝会产生严重的应力集中现象，很难进行内部探伤，这种焊接只能算是三级焊接，在某些关键部位的角焊缝，其外观缺陷可以让其达到二级焊接的要求。 2房屋的温度区段内应按规范规定设置独立的空间稳定支撑体系 下面以门式刚架设计为例，探讨支撑体系的错误设置问题： 2.1 将屋面横向水平和柱间水平保持在同一个跨内，这样就能够形成一个独立的空间支撑体系，这样有很好的抗震效果污染而且施工难度低。 2.2 当屋面横向水平支撑的位置设在端部第二开间时，就需要设置刚性纵向系杆，设置的位置要保证可以使山墙风荷可靠传递。 2.3 合理安排屋面支撑应与山墙抗风柱的位置，使柱顶反力直接传到屋面横支撑节点上。 2.4 屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时，有必要设置张紧装置，在荷载较大的时候，这些柔性圆钢拉条可以用型钢去代替，这个问题在很多项目都没能引起注意。 3实腹式门式刚架应按规范规定设置隅撑 隅撑的作用是防止钢梁受压翼缘失稳，相关文件规定，隅撑的布置习惯是隔一檩条一道，但因为制造和施工的原因，施工时很有可能装不上，所以钢梁端部应加布一道，但平面外计算长度还是两个檩条间距，还有，钢梁跨中由于风吸的因素，下翼缘也有可能受压，因此，隅撑应沿梁満布。隅撑虽体积小但其作用很大，它能够保证斜梁下翼缘的受压或刚架柱内侧翼缘受压稳定。但是，但很多工程并没有按照规定设置隅撑，或者设置的数量不足甚至不设置，这对整个钢结构的稳定性有很大的不良影响。当山墙抗风柱与刚架斜梁下翼缘连接时，连接处的斜梁下翼缘亦应设置隅撑。 4压型钢板轻型屋面的拉条的合理设置 针对檩体系的压型钢板轻型屋面，为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转，通常在檩条间要设置拉条（包括斜拉条和撑杆，以下同）作为檩条的侧向支点，达到保证檩条的侧向稳定。当檩条跨度大于4m时，应在檩条跨中设置一道拉条；当檩条跨距大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设一道拉条。拉条按拉杆设计，当采用圆钢时直径不宜小于10mm。撑杆按压杆设计，多采用钢管或角钢制作。圆钢拉条通常设置在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。当风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面板宜采用自攻螺钉直接与檩条连接，拉条则宜设在檩条下翼缘附近；当屋面采用扣合式钢板时，宜分别在距檩条上下翼缘1/3腹板高度范围内同时设置拉条。有的项目虽设拉条，但不设斜拉条撑杆；有的项目的拉条靠檐口的一端拉节点设在檩条上1/3范围内，靠屋脊的一端，拉节点设在檩条下1/3范围内。这些都是不正确的做法，会影响到整个钢结构的稳定性和安全性。 5抗震设计 关于抗震，钢结构房屋并没有抗震等级的划分，这一点是与混凝土房屋不同的。抗震设计时，钢结构房屋应根据设防烈度、结构类型和房屋高度等各项工程数据，根据当地的实际情况调整不同的钢结构建筑参数，对不同的实际情况采取不同的抗震措施，达到抗震性能强的目的。钢结构工程的抗震主要是根据设防的等级和房屋的高度，控制框架柱和支撑的长细比，控制梁、柱及支撑杆件板件的宽厚比，控制钢结构建设中的各项参数，还包括焊缝连接的质量要求和其他具体施工的要求等。某些项目对板件宽厚比和支撑长细比控制不当是施工图设置中存在的主要问题，只按钢结构设计规范（GB1788）的要求去控制是不可以的，抗震设计时应按抗震规范第8章的要求控制。有的设计者并不清楚，规范GB178