钢结构PPt初步整合

1、钢结构设计课程内容 单层厂房钢结构 轻型门式刚架钢结构 多、高层钢结构 大跨钢结构一、钢结构设计单厂PPT内容1. 钢材的特性及其对结构的影响 (1) 强度与重量之比 正面：轻质高强，节约材料，减轻结构自重； 负面：截面减少，稳定问题、变形问题加重；(2) 材质的均匀性 正面：均质性好，各向受力同性好，提高结构 安全度，便于节点受力转换； 负面：当钢材厚度较大时，有横向分层问题；(3) 韧性 正面：一般条件下韧性好，能承受冲击作用； 负面：在低温条件下或焊接结构下，韧性降低.(4) 塑性（延性） 正面：塑性（延性）好，使结构超载时，可作 应力重分布，并增加耗能； 负面：结构变形的非线性效应明显

2、； (5) 可加工性 正面：加工性能较稳定，可成复杂形状； 负面：对加工设备及技术要求高，专业化； (6) 耐久性 正面：材料力学性能改变较少； 负面：防腐蚀处理要求高，有少量时效； (7) 耐热、耐火性 正面：耐热较好（150以内），材性不变； 负面：耐火性差，要求加防火涂料；钢材特点的两重性：是优点也是缺点，解决了一些问题，激化了另一些问题。钢材特点的有条件性：性能与自身特征（如厚度、温度等）环境因素有关2. 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 (1) 厂房及仓库 工程受力特点：表面活荷载小、跨度大工程外形特点：简单、标准化(2)大跨度公共建筑屋面工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程外形

3、特点：造型复杂多变（3）超高层建筑工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之势。（4）高耸结构工程受力特点同超高层建筑3 适于钢结构发展的重要影响因素1）活荷载与全部竖向荷载之比越小，采用钢结构越优越2）跨度大、结构效应大，采用钢结构优越3）地震烈度大，采用钢结构优越4）软土地基条件，采用钢结构优越5）劳动力价格高，采用钢结构优越6）造型越复杂，用钢结构越优越4 、钢结构设计的流程设计准备阶段 设计阶段钢结构设计流程图 5 钢结构验算的内容6 钢材的选择1）钢材的品种及质量等级2）钢材强度选择的原则 A.  变形控制，构造控制，长细比

4、控制，选低强度钢材； B. 强度控制，长细比、宽厚比较小的稳定性控制，选高强度钢材； C.  焊接条件差的不宜用高强度等级钢材；3） 钢材质量等级选择的实用方法（选择因子乘积法）4）（4）特殊品种钢材的应用 20无缝钢管；35圆钢锚栓；耐候钢；大口径直焊缝焊接管；高强度钢索；钢绞线。 特殊品种钢材应用关键点：a.强度、韧性、杂质含量限制三保证；b.从实际出发控制质量和进度。7 钢结构布置-结构体系设计1）结构体系应满足建筑使用的要求；其本身同时也 是一种建筑体系、施工体系。2）结构体系应有明确合理的传力途径 如单层钢结构厂房结构体系的传力途径下图。单层厂房钢结构的

5、受力主要有三类：吊车荷载、风荷载、其它竖向荷载。地震区还有地震作用。 （1） 吊车荷载的传力过程图（二）风荷载的传力过程图（三）其它竖向荷载的传力过程图3）构件和连接是结构体系的基本单元，为体系提供了承载能力和刚度； 结构体系刚度也对基本单元的受力产生影响（如框架的刚度对柱的稳定计算长度的影响）。 4）主要受力构件，稳定支撑和建筑构件在结构体系中的相互依存和转换关系：5）结构体系的形成过程、稳定状态的变化与施工过程的关系。6）结构体系的特殊受力状态与稳定的关系。例：屋面风吸时桁架下弦由拉转为压，稳定问题 柔性斜拉杆加预应力后用于承受压力。8 连接对结构体系的影响1） 连接的主要方法：(2) 连

6、接的受力和约束类别铰接（固定铰、滑动铰，该放则放）刚接（强度等效，刚度连续）半刚接（要明确，刚度简化与实际受力安全的关系）(3) 锚栓钢结构与混凝土连接的特殊方式施工标准的兼容性施工质量保证措施的必要性受力特点与刚度要求的关系2、 钢结构-轻钢PPT内容1、 结构体系与结构布置2、 横向框架及框架柱设计3、 吊车梁结构体系设计1、结构体系及结构布置 主要结构构件 框架柱 钢屋架 支撑构件 吊车梁 制动梁 天窗架 托架墙架 抗风柱 结构体系横向平面框架 由框架柱和横梁/钢屋架构成 承受全部竖向荷载和横向水平荷载纵向平面框架 由框架柱、柱间支撑、吊车梁等构成 承受全部纵向水平荷载 屋盖结构 由横梁

7、/钢屋架、屋盖支撑、天窗架、 天窗支撑、托架和檩条等构成 承受屋盖竖向荷载吊车梁结构体系 由吊车梁和制动系统构成 承受吊车竖向荷载和吊车水平荷载墙架结构 由墙架/抗风柱等构成 山墙墙体重量和墙面风荷载支撑系统 由屋盖支撑、柱间支撑和天窗支撑等构成 保证结构空间刚度和稳定性单层厂房钢结构用钢量 厂房类型 轻型 3580kg/m2 中型 75170kg/m2 重型 200400kg/m2主要构件用钢量百分比 框架柱 30%50% 钢屋架 10%40% 吊车梁 15%35%结构形式与布置柱网布置(横向框架和纵向框架的柱形成柱网) 考虑因素 工艺要求地上设备/地下设备/功能变动 结构要求所有柱列采用相

8、等柱间距/设置托架(标准化) 经济要求 柱距的取值: 一般地，在跨度不小于 30m、高度 不小于14m、吊车额定起重量不小于 50t时，柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构， 则取大柱距15m，18m及24m较适宜。 拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。在纵向轴线与横向轴线相交处不设柱子，因而导致轴线之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。 托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。 温度缝设置 温度缝做法 横向温度缝 在温度缝两侧设置两榀横向框架 插入距（基础是否断开？） 纵向温度缝 板铰支座/活动支座横向框架形式 a、铰接框架 柱脚弯矩

9、大；横向刚度差；受力明确，计算简单；安装方便；对基础沉降适应性强;适用于吊车起重量不很大的轻型维护结构 b、刚接框架 柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构造麻烦；对基础沉降适应性差;适用于设有双层吊车，装备硬钩吊车等的单跨重型厂房柱间支撑柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部， 以减少纵向温度应力的影响。 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。 柱间支撑的作用： 1）承受并传递纵向水平荷载： 作

10、用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。 2）减少柱在平面外的计算长度。 3) 保证厂房的纵向刚度。墙架体系（墙架梁/墙架柱/水平抗风桁架等构成）整体式墙架、分离式墙架砌体自承重墙、大型混凝土墙板、轻型墙皮轻型墙皮（抗剪薄膜作用、应力蒙皮效应）墙架布置承受墙体自重/墙面风荷载柱距<12m时，可不设墙架柱中间墙架柱（支撑式和悬吊式）P72端墙墙架不承受屋面竖向荷载，应采用板铰等柔性连接墙架柱设置应与横向支撑节点对应，否则设分布梁2 横向框架和框架柱设计横向框架的结构体系A、单层单跨厂房的横向框架 铰接框架：横向刚度差/无吊车或有轻型吊车/地基不均匀沉降影响小/三角形屋架 刚接

11、框架：横向刚度好/有吊车/对地基不均匀沉降敏感/梯形屋架/跨度较大框架/高度较大框架B、单层多跨厂房的横向框架等高多跨/不等高多跨C、*锯齿形厂房的横向框架采光、通风的玻璃窗+屋面板/框架式和桁架式*带有横向天窗的横向框架：天窗-采光通风/天窗架、屋架与柱形成横向框架框架尺寸横向框架的跨度： 厂房纵向定位轴线间的距离，一般采用6m的倍数，12m/18m/24m/30m/36m L = Lk +1+2 其中Lk为吊车梁的跨度；为柱轴线到吊车轨道中心的距离= A + B + C横向框架的高度： 厂房室内地坪至屋架下弦的净空尺寸 He = Hu + Hr + (200300mm) 计算高度：柱顶刚接

12、 柱顶铰接 平面框架假定横向框架承受结构的竖向力和横向水平力，一般情况下，各榀横向框架受力及位移情况基本相同，结构空间作用不明显，因此，为计算方便，以平面框架为横向框架计算的基本单元，忽略结构的空间作用。有必要时，才对结构进行空间分析。横向框架的计算：计算简图 纵向柱距相等时，仅需取一榀框架计算 钢屋架可简化为实腹梁 格构式框架柱可等效为实腹柱荷载种类a.屋面荷载：汇集为线荷载均布在框架横梁上永久荷载（屋架、支撑、天窗、檩条、悬挂吊车等自重/屋面板/设备管道等）；b.可变荷载（悬挂吊车/积灰/施工）c.下部荷载：永久荷载（柱、吊车梁系统、墙架等结构自重/墙板）d.风荷载：墙面风荷载折算为均布荷

13、载作用在框架柱上；屋架及天窗风荷载按集中力作用在框架柱顶e.吊车荷载竖向荷载/横向水平制动荷载/纵向水平制动荷载（由支撑系统承受）一般按两台满载吊车并排运行的最不利情况考虑 竖向荷载：最大最小轮压Pkmax/Pkmin：n(Pkmax+Pkmin) = Q+G横向水平制动荷载： Tk=K(Q+G)/n吊车梁一般简支于框架柱上，作用在框架柱上的最大、最小竖向吊车荷载及横向水平力设计值可根据吊车梁支反力影响线计算：Dmax=1.4Pkmaxyi；Mmax=DmaxeDmin=1.4Pkminyi；Mmin=DmineT = 1.4 Tkyi横向框架构件刚度比超静定体系内力分布与各构件刚度比有关。设

14、计时一般可假定：上、下柱截面惯性矩之比为：边柱I1:I3=4.515；中柱I2:I4=825；中柱、边柱下柱惯性矩之比：I2:I1=1.212；横梁与边柱下柱惯性矩之比：IB:I1=1.212；最终选定截面若与初选截面相差较大，应按最终选定截面重新进行内力分析 内力分析可采用力学方法：力法/位移法/弯矩分配法/矩阵位移法/有限元法/简化计算方法为便于组合，应对各种荷载作用分别进行内力分析 内力组合内力组合的目的是确定各构件截面及连接可能的最不利内力。框架柱设计：考虑控制截面的最大正弯矩及相应的轴力和剪力；最大负弯矩及相应的轴力和剪力；最大轴力及相应的负弯矩和剪力；最大轴力及相应的正弯矩和剪力；

15、上下柱连接设计：上柱柱底截面锚拴设计：锚拴最大拉力/柱底截面的小轴力、大弯矩及相应的剪力组合柱与屋架刚接时，屋架杆件及屋架与柱连接设计：屋架上弦最大拉力、下弦最大压力；屋架上弦最大压力、下弦最大拉力；屋架腹杆最大拉力或压力 可变荷载组合应按规范选用组合系数；两台或以上吊车荷载参与组合时应根据吊车台数和吊车工作制，乘以折减系数，如两台，轻、中，0.9；重，0.95；任何组合应包括永久荷载，其它荷载当其对所设计构件或连接不利时才加以考虑 横向框架的框架柱:框架柱形式等截面柱：构造简单，无吊车或吊车起重量20t阶形柱：根据吊车层数分为单阶柱和双阶柱，吊车梁支承在截面改变处，偏心小，构造合理，应用广泛

16、；分离式柱：由屋盖肢和吊车肢构成，前者和横梁形成框架，后者仅承受吊车竖向荷载，按轴心受压构件设计，构造、制作及安装简单方便，但刚度较差，用钢量大，通常在扩建厂房中采用。框架柱构造等截面柱牛腿连接构造： 实腹柱/格构柱；阶形柱上下柱连接：实腹柱/格构柱；阶形柱与吊车梁的连接：平台板分离式柱：屋盖肢与等截面柱相同；吊车肢平台构造与阶形柱相同框架柱验算框架柱一般按双向受弯的压弯构件设计强度、刚度和稳定性框架柱平面内计算长度等截面柱：H0=H有侧移框架柱平面内计算长度系数，根据相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与框架柱线刚度之和的比值（k=IB/L:IC/H）查表确定框架柱平面内计算长度单阶柱：上段

17、柱H01=1H1/下段柱H02=2H2；1/2为上/下段柱计算长度系数，框架柱平面外计算长度：侧（纵）向支撑点间的距离，柱脚/吊车梁/托梁/支撑等吊车梁与框架柱连接节点不能保证沿柱轴线传递反力时，应考虑可能的平面外弯矩对格构式构件，应对吊车肢按轴心受压构件进行补充验算，偏于安全地认为吊车竖向荷载完全由吊车肢承担，吊车肢受到的总压力为框架柱柱脚厂房框架柱一般设计为刚接柱脚，传递轴力、弯矩和剪力。实腹柱柱脚：单臂式靴梁/靴梁上顶板/锚栓/柱腹板水平加劲肋/肋板或隔板格构柱柱脚：双臂式靴梁/靴梁上角钢/锚栓/加劲肋/隔板剪力由摩擦力或抗剪件传递 3 吊车梁结构体系设计3、 钢结构设计多高层ppt内容

18、1、 类别和结构布置2、 楼盖的布置方案和设计3、 柱和支撑的设计4、 结构分析和设计计算1 多、高层钢结构的类别和结构布置结构类型框架结构、框剪结构、筒体结构框筒结构 框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒中筒）适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）结构及受力特点：1）内部设置剪力墙式的内筒，与及其他竖向构件 主要承受竖向荷载；2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚 接，形成一个悬臂筒（竖直方向）以承受侧向 荷载；3） 同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。剪力滞后（Shear Lag）简单的说，墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒，开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正

19、应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后现象。剪力滞后现象使框筒结构的角柱应力集中。 1、剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱； 2、剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关。梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小，剪力滞后越小； 3、框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。在框筒结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变形，即为剪力滞后。为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大，通常可采取两个措施： 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比 芯筒体系亦称悬挂结构；打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏；实现优势互补（充分发挥钢结构抗拉强度高和钢筋混凝土结构抗

20、压性能好的优势）；通常设置一些称为帽桁架和腰桁架的水平桁架。多层结构房屋单纯采用框架结构或斜撑(或剪力墙)体系；1）框架体系： 未必所有的梁柱都刚性连接2）斜撑体系： 少数柱之间设斜撑（梁柱连接可做成铰接）少数柱参与抗侧力体系；梁柱刚性连接构造复杂，应 该尽量少用；抗侧力体系也可混合使用。多层房屋应首选由光滑曲线构成的平面形式；(为了减少风压作用)尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；(以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动)避免以狭长形作平面形式；(因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象)需抗震设防时平面尺寸关系应符合要求。抗侧力构件设置部位 抗侧力构件布置状况水平荷载下出现扭转? 1)抗侧

21、力刚度中心应和水平合力线尽量接近； 2)度量抗侧力构件布置状况的力学参量: 任一层的偏心率大于0.15时， 称为平面不规则结构。平面不规则结构任一层的偏心率大于0.15时；结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的尺度，超过该方向建筑总尺寸的25；楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的50；抗水平力构件既不平行又不对称于侧力体系的两个互相垂直的主轴。结构竖向布置使结构各层的抗侧力刚度中心与竖向合力中心接近重合；各层的刚度中心应接近在同一竖直线上；要强调建筑开间、进深的尽量统一；多高层房屋的横向刚度、风振加速度还和其高宽比有关，竖向布置的不规则结构 楼层刚度小于其相邻上层刚度的7

22、0%，且连续三层总的刚度降代超过50%相邻楼层质量之比超过1.5立面收进尺寸的比例为L1/L < 0.75竖向抗侧力构件不连续任一楼层抗侧力构件的总剪承载力 小于其相邻上层的80框筒结构布置时的注意事项框筒结构高宽比不宜小于4；（更好地发挥框筒的立体作用）内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；框筒柱距一般为1.53.0m，且不宜大于层高；框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50；内外筒之间的进深一般控制在1016m之间；内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；控制角柱截面积为非角柱的1.52.0倍；外框筒为矩形平面时，宜将其作成切角矩形；（以

23、削减角柱应力）为提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，可设置帽桁架和腰桁架；腰桁架一般布置于设备层；帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁架构成，等距满布于建筑物的横(纵)向。基础埋深的考虑设地下室；（补偿基础、增大结构抗侧倾能力）有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、不宜采用局部地下室；基础埋深： （从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度） 1）采用天然地基时，不宜小于H15 2）采用桩基时，不宜小于H20 H ：室外地坪至屋顶檐口的高度当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。2 楼盖的布置方案和设计2.1 楼盖布置原则和方案 楼盖结构的作用直接承受竖向荷载的作用，并将其传递

24、给竖向构件；起横隔作用。楼盖布置方案和设计的影响 影响到整个结构的性能； 影响到施工进程； 影响到建筑的经济效益梁系布置时考虑的因素 钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取23m）主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥整体空间作用）为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接方式。梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递到竖向构件； （如，设置斜向主梁）斜向主梁压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式依靠压型钢板的纵向波槽传递 依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的不闭合的孔眼传递依靠压型钢板上焊接的横向钢筋传递依靠设置于端部的锚固件传递(任何情形下都应当设置端部锚固件) 栓钉受剪承载力设计值的折减位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的程度不如受压区，按上式算得的栓钉受剪承载力设计值应予折减： (a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时： 取折减系数0.9 (b)位于悬臂梁负弯矩段时： 取折减系数0.8组合楼板设计时的基本原则组合楼板的设计考虑两个受力阶段： 1)施工阶段:对作为浇