项目9-钢结构设计

1、道路桥梁工程技术专业道路桥梁工程技术专业钢结构设计钢结构设计陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院2项目任务项目任务 钢结构的钢结构的特点特点； 钢结构的钢结构的发展；发展； 钢结构对材料的要求及钢结构对材料的要求及主要性能主要性能； 钢结构的钢结构的连接方式连接方式。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院目标目标目标目标目标目标3能力目标能力目标识别钢识别钢结构与结构与砼结构砼结构异同异同陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院下图是什么？ 钢结构是将钢板、圆钢、钢管、钢索、各种型钢等钢材，经加工、连接、安装而组成的工程结构。4思考图图9.1 2008北京奥运会国

2、家体育场北京奥运会国家体育场“鸟巢鸟巢”陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院. .钢结构有哪些特点？钢结构有哪些特点？. .钢结构与砼结构有何区别？钢结构与砼结构有何区别？5陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢材的强度高于砼6陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院7陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院制造简单，施工方便，装配性好8陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢桥9陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院埃菲尔铁塔位于香港九龙综合开发区，建筑面积位于香港九龙综合开发区，建筑面积51.09万平方米，万平方米，101层，高度

3、层，高度490米，钢结构总米，钢结构总重重3.2万吨。中国香港第一高楼。万吨。中国香港第一高楼。10香港环球贸易广场陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院中央电视台新台址建设工程中央电视台新台址建设工程CCTV主楼建筑高度主楼建筑高度234m，地上，地上52层，总建筑面层，总建筑面积积50万。主楼由两座整体向内双向倾斜的塔楼通过底部裙楼和顶部的万。主楼由两座整体向内双向倾斜的塔楼通过底部裙楼和顶部的L型型悬臂连成一体，构成一个折角门式建筑，塔楼从底部到顶部倾斜距离达悬臂连成一体，构成一个折角门式建筑，塔楼从底部到顶部倾斜距离达36.955m。外框筒由双向倾斜。外框筒由双向倾斜6的重型

4、钢柱、边梁和支撑形成的以蝶形节点的重型钢柱、边梁和支撑形成的以蝶形节点为主的三角形网状结构体系。为主的三角形网状结构体系。 11陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢材特点钢材特点 钢材强度高钢材强度高 塑性好、韧性高塑性好、韧性高 材料匀质各向同性，计材料匀质各向同性，计算可靠算可靠 焊接性能好焊接性能好 制造简单，施工方便，制造简单，施工方便，宜于装配宜于装配 密闭不渗漏密闭不渗漏 易于锈蚀，应采取防护易于锈蚀，应采取防护 耐热性好，防火性差。耐热性好，防火性差。答案解析12. .砼特点：砼特点：就地取材就地取材造价低造价低耐久性好耐久性好耐火性好耐火性好可模性好可模性好整体性

5、好整体性好自重大自重大抗裂性差抗裂性差陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院. .钢结构的发展趋势有哪些？钢结构的发展趋势有哪些？. .能否举例说出几种代表建筑？能否举例说出几种代表建筑？13陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢结构的特发展趋势陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院高效能钢材的研究和应用 南京大胜关长江大桥南京大胜关长江大桥是世界首座六线铁路大桥，是世界首座六线铁路大桥，钢结构总量高达三十钢结构总量高达三十六万吨六万吨，首次采用了，首次采用了Q420qE级高强度、高韧性与良好焊接性能的新型级高强度、高韧性与良好焊接性能的新型钢材钢材，主桥钢梁首

6、次采用了三片主桁承重结构、正交异性钢桥面板，主桥钢梁首次采用了三片主桁承重结构、正交异性钢桥面板，研制使用了四百吨全回转浮吊、大扭矩钻机、七十吨变坡爬行架梁吊研制使用了四百吨全回转浮吊、大扭矩钻机、七十吨变坡爬行架梁吊机和高七十余米、重两千余吨的三层吊索塔架等大量新材料、新结构机和高七十余米、重两千余吨的三层吊索塔架等大量新材料、新结构、新设备、新工艺。、新设备、新工艺。15陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院结构和构件计算的研究和改进 现行钢结构设计规范采用以现行钢结构设计规范采用以概率理论概率理论为基础的极限状态设计方法为基础的极限状态设计方法，用，用可靠可靠指标度量结构的可靠

7、度指标度量结构的可靠度，以，以分项系数分项系数的设计表达式进行计算的设计表达式进行计算。 运用各种工程计算软件。运用各种工程计算软件。16陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院结构形式的革新17陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院预应力钢结构的应用 张弦梁张弦梁18 弦支穹顶弦支穹顶陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院空间结构的发展19国家大剧院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢混凝土组合结构的应用20陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院高层钢结构的研究和应用21陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院优化原理的应用 由于电

8、子计算机的逐步普及，促使结构由于电子计算机的逐步普及，促使结构优化设计得到相应的发展。优化设计得到相应的发展。 我国编制的钢吊车梁标准图集，就是把我国编制的钢吊车梁标准图集，就是把耗钢量最小的条件作为目标函数，把强耗钢量最小的条件作为目标函数，把强度、刚度、稳定性等作为约束条件，用度、刚度、稳定性等作为约束条件，用计算解得优化的截面尺寸，比过去的标计算解得优化的截面尺寸，比过去的标准设计节省钢材准设计节省钢材5%10%。 目前优化设计已逐步推广到塔桅结构、目前优化设计已逐步推广到塔桅结构、空间结构设计等方面。空间结构设计等方面。22陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院新型节点的应用

9、23图图9.6 新型节点的应用新型节点的应用(a) 螺栓球节点(b) 焊接球节点(c) 铸钢节点(d) 树状结构节点(e) 相贯节点陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院. .钢材的主要性能有哪些？钢材的主要性能有哪些？. .钢结构连接方式有哪些，各有何特点？钢结构连接方式有哪些，各有何特点？24陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院强度要求强度要求塑性、韧度要求塑性、韧度要求耐疲劳及适用性要求耐疲劳及适用性要求冷、热加工性能及焊接要求冷、热加工性能及焊接要求生产与价格要求生产与价格要求 破坏形式破坏形式u塑性破坏塑性破坏u脆性破坏脆性破坏 主要性能主要性能u力学性能力学性

10、能u焊接性能焊接性能u耐久性能耐久性能陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢结构的连接26(a)焊缝连接焊缝连接; (b)铆钉连接铆钉连接; (c)螺栓连接螺栓连接图图9.7 钢结构的连接方法钢结构的连接方法陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝连接27陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院铆钉连接28陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院螺栓连接29螺杆公称直径螺杆公称直径/mm12162022242730螺栓孔公称直径螺栓孔公称直径/mm13.517.52224263033表表91 C级螺栓孔径级螺栓孔径陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业

11、技术学院螺栓连接30陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式 1. 钢结构常用焊接法钢结构常用焊接法手工电弧焊手工电弧焊埋弧焊埋弧焊气体保护焊气体保护焊31陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 焊缝连接形式及焊缝形式 焊缝连接形式焊缝连接形式32(a) 对接连接对接连接; (b) 用拼装盖板的对接连接用拼装盖板的对接连接; (c) 搭接连接搭接连接; (d)、(e) T形连接；形连接； (f)、(g) 角部连接角部连接图图9.10 焊缝连接的形式焊缝连接的形式陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 焊缝连接形式及焊缝形式

12、 焊缝形式焊缝形式33(a)正对接焊缝正对接焊缝 (b)斜对接焊缝斜对接焊缝 (c)角焊缝角焊缝图图9.11 焊缝形式焊缝形式陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 焊缝连接形式及焊缝形式 焊缝形式焊缝形式34图图9.12 连续角焊缝和间断角焊缝连续角焊缝和间断角焊缝陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 焊缝连接形式及焊缝形式 焊缝形式焊缝形式35(a)平焊平焊 (b)横焊横焊 (c)立焊立焊 (d) 仰焊仰焊图图9.13 焊缝施焊位置焊缝施焊位置陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝缺陷及焊缝质量检验 （1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿

13、、弧坑、气孔常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等36(a)裂纹裂纹 (b)焊瘤焊瘤 (c) 烧穿烧穿 (d) 弧坑弧坑 (e)气孔气孔 (f) 夹渣夹渣 (g) 咬边咬边 (h) 未熔合未熔合 (i) 未焊透未焊透 图图9.14 焊缝缺陷焊缝缺陷陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝缺陷及焊缝质量检验 （2 2）焊缝质量检验）焊缝质量检验 焊缝质量检验一般包括焊缝质量检验一般包括外观检查外观检查和和内部无损检验内部无损检验，前者检验外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部，前者检验外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。缺陷。

14、 检验方法：检验方法：内部无损检验目前广泛采用内部无损检验目前广泛采用超声波检超声波检验验，其使用灵活、经济，对内部缺陷反应灵敏，其使用灵活、经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质。有时还采用但不易识别缺陷性质。有时还采用磁粉检验磁粉检验、荧荧光检验光检验等较简单的方法作为辅助检验方法。此外等较简单的方法作为辅助检验方法。此外还可采用还可采用X X射线或射线或 射线透照射线透照或或拍片方法拍片方法，其中，其中X X射射线方法应用较广线方法应用较广。37陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝缺陷及焊缝质量检验38陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝缺陷及焊缝质

15、量检验39陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊缝缺陷及焊缝质量检验40陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院角焊缝的构造角焊缝的构造 1. 角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度41图图9.16 直角角焊缝截面直角角焊缝截面陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院角焊缝的构造角焊缝的构造 角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度42图图9.17 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面图图9.18 侧面角焊缝的应力状态侧面角焊缝的应力状态陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院角焊缝的构造角焊缝的构造 2. 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 （1）最大焊脚尺寸要求）最大焊

16、脚尺寸要求43mmt6mmth)21 (fmmt6th ftt f2 . 1 th 陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院角焊缝的构造角焊缝的构造 2. 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 （2）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸44th5 . 1f （3）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度f60hlw陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院角焊缝的构造角焊缝的构造 2. 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 （4）角焊缝的最小计算长度不得小以下值）角焊缝的最小计算长度不得小以下值：45mmh4080f和陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院焊接焊接铆钉连接铆钉连接螺栓连接螺栓连接 手工电弧焊手工电弧焊 埋弧焊埋弧焊 气体保护焊气体保护焊陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程