项目9-钢结构设计

道路桥梁工程技术专业钢筋混凝土结构计算CalculationofReinforcedConcreteStructures钢结构设计2项目任务钢结构的特点；钢结构的发展；钢结构对材料的要求及主要性能；钢结构的连接方式。目标１能够了解钢结构的特点能够认识钢结构的发展方向及主要性能目标２能够掌握钢结构的连接方法及各自的特点目标３3能力目标重点和难点识别钢结构与砼结构异同下图是什么？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9.12008北京奥运会国家体育场“鸟巢”１.钢结构有哪些特点？２.钢结构与砼结构有何区别？5任务一：认识钢结构钢材的强度高于砼67制造简单，施工方便，装配性好8钢桥9埃菲尔铁塔位于香港九龙综合开发区，建筑面积51.09万平方米，101层，高度490米，钢结构总重3.2万吨。中国香港第一高楼。10香港环球贸易广场中央电视台新台址建设工程CCTV主楼建筑高度234m，地上52层，总建筑面积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L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36.955m。外框筒由双向倾斜6°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。11钢材特点钢材强度高塑性好、韧性高材料匀质各向同性，计算可靠焊接性能好制造简单，施工方便，宜于装配密闭不渗漏易于锈蚀，应采取防护耐热性好，防火性差。答案解析12２.砼特点：就地取材造价低耐久性好耐火性好可模性好整体性好自重大抗裂性差１.钢结构的发展趋势有哪些？２.能否举例说出几种代表建筑？13任务二：了解钢结构的发展趋势钢结构的特发展趋势高效能钢材的研究和应用结构和构件计算的研究和改进结构形式的革新预应力钢结构的应用空间结构的发展钢—混凝土组合结构的应用高层钢结构的研究和应用优化原理的应用新型节点的应用高效能钢材的研究和应用南京大胜关长江大桥是世界首座六线铁路大桥，钢结构总量高达三十六万吨，首次采用了Q420qE级高强度、高韧性与良好焊接性能的新型钢材，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。15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概率理论为基础的极限状态设计方法，用可靠指标度量结构的可靠度，以分项系数的设计表达式进行计算。运用各种工程计算软件。16结构形式的革新薄壁型钢结构悬索结构膜结构树状结构开合结构折叠结构悬挂结构等17预应力钢结构的应用张弦梁18弦支穹顶空间结构的发展19国家大剧院钢—混凝土组合结构的应用20高层钢结构的研究和应用21优化原理的应用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。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、空间结构设计等方面。22新型节点的应用23图9.6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１.钢材的主要性能有哪些？２.钢结构连接方式有哪些，各有何特点？24任务三：了解钢材的主要性能及掌握钢结构连接方式【钢结构材料的要求】强度要求塑性、韧度要求耐疲劳及适用性要求冷、热加工性能及焊接要求生产与价格要求解析【钢材破坏形式及主要性能】破坏形式塑性破坏脆性破坏主要性能力学性能焊接性能耐久性能钢结构的连接26(a)焊缝连接;(b)铆钉连接;(c)螺栓连接图9.7钢结构的连接方法焊缝连接优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。27铆钉连接铆钉连接由于构造复杂、费钢费工，现已很少采用。但是铆钉连接的塑性较好、韧度较高，传力可靠，质量易于检查，在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。28螺栓连接（1）普通螺栓连接普通螺栓分为A、B、C三级：A级与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓4.6级：抗拉强度不小于400N/mm2，屈服点与抗拉强度之比为0.6。29螺杆公称直径/mm12162022242730螺栓孔公称直径/mm13.517.52224263033表9－1C级螺栓孔径螺栓连接（2）高强螺栓连接类型：一种是只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则，称为摩擦型连接；另一种是允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则，称为承压型连接。适用性摩擦型连接螺栓的剪切变形小，弹性性能好、施工较简单、可拆卸、耐疲劳，特别适用于承受动力荷载的结构。承压型连接的承载力高于摩擦型的，连接紧凑，但剪切变形大，故不得用于承受动力荷载的结构中。30焊接方法和焊缝连接形式1.钢结构常用焊接法手工电弧焊埋弧焊气体保护焊31焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式32(a)对接连接;(b)用拼装盖板的对接连接;(c)搭接连接;(d)、(e)T形连接；(f)、(g)角部连接图9.10焊缝连接的形式焊缝连接形式及焊缝形式焊缝形式33(a)正对接焊缝(b)斜对接焊缝(c)角焊缝图9.11焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式焊缝形式34图9.12连续角焊缝和间断角焊缝焊缝连接形式及焊缝形式焊缝形式35(a)平焊(b)横焊(c)立焊(d)仰焊图9.13焊缝施焊位置焊缝缺陷及焊缝质量检验

（1）焊缝缺陷常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等36(a)裂纹(b)焊瘤(c)烧穿(d)弧坑(e)气孔(f)夹渣(g)咬边(h)未熔合(i)未焊透图9.14焊缝缺陷焊缝缺陷及焊缝质量检验

（2）焊缝质量检验焊缝质量检验一般包括外观检查和内部无损检验，前者检验外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。检验方法：内部无损检验目前广泛采用超声波检验，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。有时还采用磁粉检验、荧光检验等较简单的方法作为辅助检验方法。此外还可采用X射线或

射线透照或拍片方法，其中X射线方法应用较广。37焊缝缺陷及焊缝质量检验

焊缝等级：一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。38焊缝缺陷及焊缝质量检验

（3）焊缝质量等级的选用①需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。②在不需要进行疲劳计算的构件中，由于三级对接焊缝的抗拉强度有较大变异性，其设计值为主体钢材的85%左右，所以，凡要求与母材等强度的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时难免在其他因素影响下使焊缝中有拉应力存在，故宜为二级。39焊缝缺陷及焊缝质量检验

（3）焊缝质量等级的选用③重级工作制和起重量

的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。④由于角焊缝的内部质量不易探测，故规定其质量等级一般为三级，只对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量

的中级工作制吊车梁才规定角焊缝的外观质量为二级。40角焊缝的构造1.角焊缝的形式和强度41图9.16直角角焊缝截面角焊缝的构造角焊缝的形式和强度42图9.17斜角角焊缝截面图9.18侧面角焊缝的应力状态角焊缝的构造2.角焊缝的构造要求（1）最大焊脚尺寸要求43角焊缝的构造2.角焊缝的构造要求（2）最小焊脚尺寸44（3）侧面角焊缝的最大计算长度角焊缝的构造2.角焊缝的构造要求（4）角焊缝的最小计算长度不得小以