钢结构工程结构体系的特点及分类

1、1,钢结构工程结构体系介绍,2,目录 / Contents,钢结构的特点及分类 门式刚架结构 空间桁架结构 张弦梁结构 弦支穹顶结构 网架结构 多高层结构,3,1、钢结构特点及分类,什么是钢结构? 用型钢或钢板制成基本构件，根据使用要求，通过焊接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载机构叫钢结构。钢结构在各项工程建设中的应用极为广泛，如钢桥、钢厂房、钢闸门、各种大型管道容器、高层建筑和塔轨机构等。 钢结构因其强度高、自重轻、工期快、抗震性能好等优点，被越来越广泛应用于厂房、体育场馆、机场、火车站、会展中心、高层建筑等领域，钢结构建筑在建设中所占的比例越来越大； 钢结构建筑根据结构受力特点大致

2、可分为门式刚架结构、空间桁架结构、张弦梁结构、弦支穹顶结构、网架结构和多高层结构； 在一个工程中结构类型的界限并不是十分明确，往往包含有多种结构类型。,钢结构的特点及分类,4,1、钢结构特点分类,最能充分发挥材料受力性能的是受拉构件，整个构件在长度和截面都充分受力：=T/A； 其次是受压构件，截面受力均匀，但存在构件整体失稳的问题，需折减稳定系数： =N/（A）； 最不能发挥材料受力性能的是受弯构件，在构件长度方向上有此部位弯矩大，有些部位小，在截面上也是离中性轴远受力大，离中性轴近受力小； 因此最经济的结构应该是索结构，其次是桁架结构，最后是框架结构。,结构构件的受力特点及性能,5,2、门式

3、刚架结构,概念：在单层和多层房屋和一般构筑物中，以热轧型钢、焊接型钢、冷弯薄壁型钢、压型钢板和薄壁钢管等作为主要受力构件组成的，并采用轻型屋面和墙面的钢结构。门式刚架是轻钢结构中最常见一种结构形式。 门式刚架受力的主体结构是门式框架，可以是单跨、多跨，还可以是多层结构； 门式刚架的经济跨度约为24-30米；,门式刚架结构形式,6,2、门式刚架结构,门式刚架的主结构构件主要是H型钢，可根据受力部位设计为变截面，若受力较大还可采用格构式柱或屋面桁架等组合构件；,门式刚架的构件类型,7,2、门式刚架结构,门式刚架是一种平面受力体系，平面内刚性很大，承载能力强，但平面外是排架结构，是不稳定体系，框架间

4、需加支撑系统； 支撑系统一般由刚性系杆、屋面水平支撑、柱间支撑组成；,门式刚架结构支撑,8,2、门式刚架结构,屋面梁构件平面外刚度很差，需加在梁下翼缘加隅撑与屋面檩条组成支撑体系来保证受压翼缘的稳定性；,受压构件平面外稳定性,9,2、门式刚架结构,门式刚架结构构件之间通常采用高强螺栓连接，因此施工速度快且质量易于保证，应尽量避免现场焊接。,门式刚架结构的连接,10,2、门式刚架结构,门式刚架通过地脚锚栓与混凝土基础连接，根据螺栓的排布可分为铰接和刚接。没有桁车时一般采用铰接，有桁车采用刚接。,门式刚架结构的柱脚,11,2、门式刚架结构,门式刚架一般高度较小，构件较轻，现场都是采用螺栓连接，因此

5、该类工程安装都相对较简单； 门式刚架结构通常是采用汽车吊在地面直接吊装，吊车吨位一般不超过50T。,门式刚架的安装,12,3、空间桁架结构,空间桁架是由钢管组成，截面承载能力强，跨度大，截面可弯曲为曲线造型，外型优美，内部空间简洁，常用于公共建筑；,空间桁架结构的特点,13,3、空间桁架结构,空间桁架实际上是一种平面受力体系，类似框架结构，每个受力平面体系通过纵向桁架连接，作为纵向支撑，同时也保证对桁架受压的整体稳定性。,空间桁架结构的受力,14,3、空间桁架结构,空间桁架通常采用三角型截面，这样使得桁架双向都具有较好的刚度，又利于制作； 空间桁架腹杆与弦杆都是采用相贯线切割焊接连接，弦杆需事

6、先弯成设计所要求的曲线形；,空间桁架结构的制作,15,3、空间桁架结构,空间桁架截面通常都很大，构件超高超宽不能运输且很不经济，所以桁架都是在现场组立焊接，现场工作量大；,空间桁架结构的现场拼装,16,3、空间桁架结构,空间桁架跨度大，构件重，用作公共建筑如机场、会展一般都是在楼面上施工，大型机械不能进入，其它类型空间结构施工基本上都会受场地条件限制，因此施工较复杂，现场吊装、焊接工作量大； 常用管桁架施工方法有大型机械吊装法、高空散装法、高空滑移法、整体提升法等。,空间桁架结构的安装,17,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的支撑力以达到减小梁的受力

7、的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉；,弦支穹顶结构的特点,18,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的支撑力以达到减小梁的受力的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉； 弦支穹顶的作用原理：环形索张紧在节点处产生一个径向的拉力，支撑杆一根杆件受拉一根受压，受压杆对梁起到支撑作用可减小梁的跨度，重新分布弯矩，从而减小梁截面； 弦支穹顶索环形张拉因此这种结构体系适合做类似圆形的屋盖，如北京自行车馆、安徽大学体育馆等； 弦支穹顶的屋面梁可以是轮辐式的单根梁，也可以是单层网壳； 弦支穹

8、顶的节点构造； 弦支穹顶的施工；,弦支穹顶结构的特点,19,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的支撑力以达到减小梁的受力的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉； 弦支穹顶的作用原理：环形索张紧在节点处产生一个径向的拉力，支撑杆一根杆件受拉一根受压，受压杆对梁起到支撑作用可减小梁的跨度，重新分布弯矩，从而减小梁截面； 弦支穹顶索环形张拉因此这种结构体系适合做类似圆形的屋盖，如北京自行车馆、安徽大学体育馆等； 弦支穹顶的屋面梁可以是轮辐式的单根梁，也可以是单层网壳； 弦支穹顶的节点构造； 弦支穹顶的施工；,弦支穹顶结构

9、的特点,20,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的支撑力以达到减小梁的受力的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉； 弦支穹顶的作用原理：环形索张紧在节点处产生一个径向的拉力，支撑杆一根杆件受拉一根受压，受压杆对梁起到支撑作用可减小梁的跨度，重新分布弯矩，从而减小梁截面； 弦支穹顶索环形张拉因此这种结构体系适合做类似圆形的屋盖，如北京自行车馆、安徽大学体育馆等； 弦支穹顶的屋面梁可以是轮辐式的单根梁，也可以是单层网壳； 弦支穹顶的节点构造； 弦支穹顶的施工；,弦支穹顶结构的特点,21,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与

10、张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的支撑力以达到减小梁的受力的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉； 弦支穹顶的作用原理：环形索张紧在节点处产生一个径向的拉力，支撑杆一根杆件受拉一根受压，受压杆对梁起到支撑作用可减小梁的跨度，重新分布弯矩，从而减小梁截面； 弦支穹顶索环形张拉因此这种结构体系适合做类似圆形的屋盖，如北京自行车馆、安徽大学体育馆等； 弦支穹顶的屋面梁可以是轮辐式的单根梁，也可以是单层网壳； 弦支穹顶的节点构造； 弦支穹顶的施工；,弦支穹顶结构的特点,22,5、弦支穹顶结构,弦支穹顶结构与张弦梁结构类似，都是利用索的张力产生一个对梁的

11、支撑力以达到减小梁的受力的目的，但两者之间还是有显著的区别：张弦梁索是直线张拉，弦支穹顶索是环形张拉； 弦支穹顶的作用原理：环形索张紧在节点处产生一个径向的拉力，支撑杆一根杆件受拉一根受压，受压杆对梁起到支撑作用可减小梁的跨度，重新分布弯矩，从而减小梁截面； 弦支穹顶索环形张拉因此这种结构体系适合做类似圆形的屋盖，如北京自行车馆、安徽大学体育馆等； 弦支穹顶的屋面梁可以是轮辐式的单根梁，也可以是单层网壳； 弦支穹顶的节点构造； 弦支穹顶的施工；,弦支穹顶结构的特点,23,6、网架结构,网架结构是一种较成熟的体系，它是由单根构件通过球体连接成为一个整片的结构，具有用钢量省、空间刚度大、整体性好、

12、施工速度快的优点；但杆件过多显得委很零乱，不如桁架结构美观； 网架是一种高次超静定结构，施工时杆件初始应力不好控制，所以会出现实际受力与计算不符情况，容易出现质量问题； 网架按结构体系可分为平面桁架系和角锥体系。平面桁架系网架：两向正交正放网架、两向正交斜放网架；角锥体系网架：四角锥体网架、三角锥网架； 网架的连接可采用螺栓球和焊接球连接，螺栓球一般适合较小跨度网架，焊接球适合大跨度网架；,网架结构的特点,24,7、多高层结构,钢材延性大，结构抗震性能好； 自重轻，钢结构高楼的自重约为混凝土结构的60%，可大幅降低基础和结构的造价； 工期短，钢结构由于工厂化程度高，施工速度比钢筋混凝土结构约快

13、1.5倍； 结构面积小，钢构构柱面积约为混凝土柱的1/3，可节约3%的建筑面积； 降低层高，钢梁截面一般较混凝土矮，且管线可从钢梁腹板穿越，同样的高度可设计出更多的楼层增加建筑面积。,多高层结构的特点,25,7、多高层结构,由柱和梁组成框架，承受竖向力和侧向力； 刚框架抗侧力性能较差，结构侧向变形大，一般适合20层以下结构； 柱子一般采用箱型钢柱或钢管混凝土柱； 钢管混凝土柱是在圆管柱或箱型柱中灌入混凝土，既具有钢结构的优点，又充分利用了混凝土抗压好的特性。,框架结构,26,7、多高层结构,由柱和梁组成框架，在柱间设有支撑用于抵抗侧向力； 刚框架抗侧力性能较较好，结构侧向变形较大，一般适合40

14、层以下结构；,框架支撑结构,27,7、多高层结构,与框架支撑结构类似，只是支撑换成剪力墙用于抵抗侧向力； 剪力墙一般为混凝土板或钢板，或钢混组合结构，比支撑具有更好的抗侧刚度，布置更灵活，可适合更高的建筑结构。,框架剪力墙结构,28,7、多高层结构,框筒结构,此种结构体系一般是由钢筋混凝土核心筒与外圈钢框架组合而成; 核心筒主要是由四片以上的钢筋混凝土墙体围成的方形、矩形或多边形筒体，内部设置一定数量的纵、横向钢筋混凝土隔墙。当建筑很高时，核心筒墙体内可能设置一定数量的型钢骨架； 外圈钢框架是由钢柱与钢梁刚接而成； 建筑的侧向变形主要由核心筒来抵抗，这是高层中最常用的一种结构体系。,29,7、

15、多高层结构,高层钢结构的抗侧力措施-伸臂桁架,伸臂桁架是减小高层建筑侧向变形的一项重要措施； 伸臂桁架一般设在设备层或避难层，宽度贯通房屋全宽、高度为一层或两层楼高，一般在整个楼层高度上设置三到四道； 伸臂桁架的作用原理是当建筑侧向变形时外围钢柱的拉压轴向力对伸臂桁架施加一个反向的力矩，从而达到减小侧向变形的目的。,30,7、多高层结构,高层钢结构的抗侧力措施-大型支撑,框筒是用于高层的一种高效抗侧力构件，然而其框架所固有的剪力滞后效应，削弱了它的抗推刚度和抗倾覆能力； 贯通房屋全宽的斜杆与柱组成大型支撑体系，使外框形成一个支撑筒体，具有很好的抗侧刚度。,31,7、多高层结构,楼承板,高层钢结构一般都使用楼承板以突出钢结构施工速度快的优势; 使用楼承板不需要搭设脚手架支撑和模板，楼承板可作永久性模板，施工速度快，还可部分取代楼板配筋； 楼承板通常有开口型、闭口型、桁架式几种。,32,7、多高层结构,开口型楼承板,33,7、多高层结构,闭口型楼承板,34,7、多高层结构,桁架式楼承板,35,7、多高层结构,高层、超高层钢结构加工制作中的重难点,厚板(60mm以上）、高强钢的焊接； 精工所做过的工程中最大板厚为140mm（北京新保利大厦），最高强度为Q460