华科房屋建筑钢结构设计第一章

建筑钢结构设计华中科技大学土木工程与力学学院钢结构教研室2015年4月材料性能连接基本构件构造要求对象共性的节点和基本构件应力设计特点局部、单个、零散设计原理0课程介绍一、结构：由基本构件组成（连接）的受力体系二、钢结构设计原理与建筑钢结构设计课程区别和联系

区别：

结构体系、特点、组成结构布置荷载及计算内力计算及组合对象具体的结构概念设计特点承载力、刚度、延性整体局部整体结构设计构件、节点设计施工图设计0课程介绍联系原理是从具体结构中抽象出来的，是基础具体结构设计是设计原理的应用和扩展二者是设计中不可分割两个方面。0课程介绍本课程学习内容概念设计平台钢结构设计轻型门式刚架设计多高层钢结构设计普通钢屋架单层厂房设计钢结构施工及防腐蚀

课程设计一周24学时32学时0课程介绍第一章概念设计1.1钢结构的适用范围1.2钢材的选用1.3建筑钢结构荷载与作用的特点1.4钢结构的计算1.5结构体系1.6节点设计建筑钢结构设计概念设计

概念设计：在结构选型与布置阶段，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。（主要针对水平荷载）概念设计:是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。选择对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等。什么是概念设计？概念设计力学关系破坏机理震害试验现象工程经验结构选型与布置全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施设计思想地震、风概念设计

减少扭转、增加抗扭刚度延性结构和构件避免薄弱层多道设防、刚柔结合承载力、刚度、延性为主导概念设计

1、概念设计不仅用于一些大的原则,如确定结构方案,结构布置等，而是贯穿整个设计过程中。2、结构设计不是“规范+计算”更不是“规范+一体化计算机结构设计程序”。概念设计是在总体上把握抗震设计的主要原则，弥补由于地震作用及结构地震反应的复杂性而造成抗震计算不正确的不足；抗震计算为建筑抗震设计提供定量保证；构造措施则为保证抗震概念与抗震计算的有效性提供保障。它们是一个不可割裂的整体。概念设计、结构计算、构造措施关系概念设计

1.1钢结构的适用范围轻质高强；材质均匀、稳定；生产工业化程度高，施工周期短；塑性韧性好；密封性好；耐腐蚀性差；耐火性差；单价较高（？）。高大重动轻大跨度钢结构重型厂房钢结构受动力荷载影响的结构可拆卸的结构高耸结构和高层建筑容器和其他构筑物轻型钢结构钢结构特点钢结构的适用范围1.2钢材选用选用原则结构或构件的重要性荷载性质（静载或动载）连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）工作条件（温度及腐蚀介质）钢板的厚度对于重要结构、直接承受动载的结构、处于低温条件下的结构及焊接结构，应选用质量较高的钢材。注意焊接结构选用B级以上的钢材（如Q235B)钢材强度选择刚度控制时，选低等级强度控制时，选高等级杆系（如支撑）稳定控制时（如长细比控制），选低等级。影响因数结构重要性荷载状况连接状况使用温度选择因子值类别三级静力全螺栓、无焊接不低于0°C1二级一般动力大部分工厂焊、工地螺栓不低于-20°C2一级疲劳动力大部分现场、高空焊不低于-40°C3表1-1选择钢材冲击韧性指标的影响因数选择因子表1-2选择因子之积u与质量等级关系选择因子之积u22~1818~2424~54>54质量等级ABCDEµ=µ1×µ2×µ3×µ4

1.3钢结构荷载风荷载冰雪荷载温度作用地震作用及抗震荷载与结构的变异

1.3钢结构荷载一、风荷载

一般指标准值，由基本风压，风振系数（或阵风系数），体型系数，及风压高度变化系数组成。钢结构对风敏感、往往成为控制荷载。注意风吸力和风压力。二、冰、雪、积灰的自重荷载屋面外形设计的原则：快速排水，排向强处覆冰荷载覆冰荷载危害的产生过程雪荷载与屋面活荷载不同时考虑，取两者中较大者。积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载两者中较大者同时考虑。

1.3钢结构荷载竖向荷载应乘以动力系数1.05(吊车工作制A1~A5)或1.1(A6~A8)。水平荷载见规范。吊车荷载工作制等级轻级中级重级特重级工作级别

A1～A3

A4,A5

A6,A7

A8

1.3钢结构荷载三、温度作用建筑结构的绝对温度作用（即时温度与合龙温度之最大差值）例：一天24小时，温度不断变化。气温每上升或下降1摄氏度，受热胀冷缩影响，钢结构桁梁就会伸长或缩短一些。合龙段长度随温度的变化而变化，需要通过测量距离及温度来确定。建筑结构的相对温度作用（同一结构不同温度下的温差）相对不敏感，大跨和超长结构考虑

1.3钢结构荷载三、温度作用（1）温差大时，钢结构安装要考虑施工时段；（2）超出下表中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响

结构情况纵向温度区段(垂直屋架或构架跨度方向)横向温度区段(屋架或构架跨度方向)柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋露天结构220120150180100125120----

1.3钢结构荷载四、地震荷载按《抗震设计规范》GB50011-2010采用。尽可能减小配套结构的重量（采用轻质维护材料的板材）提高钢结构的延性变形能力利用一切附加因素提高阻尼比五、荷载及结构的变异在钢结构的建造及使用过程中，结构本身以及荷载的状态都在不断变化。1.4钢结构的遇计算钢结构确计算的葛两种方森法1、极限状态叫设计法：强度师、刚度葡、稳定2、许用应力抱法：疲劳、瞎对变形敏深感结构的朝稳定结构极饮限状态漠验算1.4钢结构厅的计算活载组掏合系数典：雪载倾：0.坑7；积全灰：0档.9;吊车：技0.7凭或0.传95(霜硬钩和戒A8软德钩）；升风载：洋0.6（1）永久答荷载分殖项系数当其效誉应对结损构不利因时--对可变荷台载效应控夫制的组合帮，应取1.2;--对永久荷眯载效应控跪制的组合茅，应取1.3论5;当其效应古对结构有慢利时--一般情况看下应取1.0；--对结构的还倾覆、滑舍移或漂浮勿验算，应竿取0.9。（2）可变行荷载的轿分项系痰数--一般情况崭下应取1.4；--对标准值厨大于4kN驼/m2的工业房害屋楼面结饿构的活荷载花标准值靠应取1.3。1.4钢结构的劝计算（3）轧、结构特效应一般满足（1呼-1）、细（1-3养）常遇地震谁作用时秩取腿1.0唯，此时沫风组合盏系数取澡0.2罕遇地震作尽用时所有肤的分项系骄数均为1假.0正常使用极限遗状态实为针广义变形桑：线位移缺、角位移定、加速茄度、沉降隶、长细练比等。（4）抖、结构雹抗力R昼及正常枝使用限凯值C钢材强度倍变化：钢慌材厚度不酒同、强度胖不同；单齿角钢受力仁，整体按蝇轴压构件胜计算时，驳强度修正间；单角钢纳单肢连接闪时，连接按强度修正计；地震作伤用时强度悄的提高修老正。正常使用艺极限状态叮下变形限售值C：按嗓GB50肚017-耽2003编查找。预拱问题湖：楼面、围屋面、曲扯梁、悬臂填梁等取拱墨，荷载启絮用合喝适。变形结限值应通卧知其它工役种的设计永人员。1.5.域1结构竖体系与使耻用要求结构需份满足建恨筑功能大和空间临要求框架结待构：住原宅、办探公楼门式刚旅架：轻释工厂房空间结构还（拱、壳涛、索、膜变或杂交结滚构）：公赛共建筑1.5.跃2主车体钢结构茂的优化设磁计方向框架结构妄：选择合机适的截面占，尽可能肢大的惯性况矩和抗弯馋模量，同盟时满足局骆部稳定要纠求门式刚险架：根森据制造图分段及明内力状洁况分段防确定各梅段两端硬截面的婶高度和顷尺寸。懂一般直最线变坡详。空间结给构：单废个构件绳轴心受偶力，截摆面尺寸目优化；厌整体几叨何尺寸蜓或形态堤优化（剧找形分阳析）。1.5结构体系1.5结构体蒜系1.5.田3辅助结泰构与主体蓬结构的关院系主体结却构：梁迷、柱、烫桁架、瓶拱、壳萍、索、渠膜或杂峰交结构辅助结澡构：支含撑关系：支撑与恭桁架或从框架结似构共同菠受力。支撑减健小主要妥受力构掏件的计详算长度提高结雁构体系客的整体班性，提慎高结构柜的整体叛刚度在施工过挑程中保持歼结构的稳撞定性支撑结物构与主哪体结构蒙相互转货换主体结构雪是支撑结圾构的支座除。1.6节点设爸计1.6骡.1单有元的划驱分与结轧合计算单元倡：根据构柔件的不同剥种类、计瞎算精度要确求制作单溜元：便起于制作眼分工，植提高标温准化、麻机械化福，提高盗工厂化库及效率指。运输单耳元：提向高运输匆效率，量节约运买输成本港。安装单君元：考型虑安装我时间过盛程、空伸间状态晚、设备定能力、弹效率。所有的柴单元用贪节点连冻接成整权体。1.6每.2吨节点分刮类受力分：医刚接、半疫刚接、铰昆接1.刚接位:抵抗和瘦传递M酷、N、老V；变具形连续极限状咏态下，槐有一定需的塑性嗽变形能力，掩产生内力逐重分布和员抗震耗能1.6节点设吸计2.半绩刚性连垦接：有一定的朝抗弯能力羽，但抗弯悟刚度不连怜续处理：整体计算老时，铰接犯。局部分析莲时：取合但适的计算形模型，如屯刚接或承前受一半的觉弯矩等。梁腹板与万翼缘传递贫剪力和部规分弯矩梁柱半肺刚接1.6节点设计3.铰接储：只承受和果传递剪力鄙，对结构伪变形不敏蒜感。类型：销闯连接、支葱座端板的籍洗平顶紧女、专用铰饶支座、普舅通螺栓连脸接。固定铰迅和滑动意铰1.6宣.3焊登接和螺润栓连接1.选池择：塔架：患螺栓连央接其它：焊金接和螺栓优并用原则：俘工厂焊钉接、现蛙场螺栓敏连接，晒尽量避声免现场杯高空焊栏接。趋势：工等厂化生产梅、高效率忧安装、节撑约资源和数成本。梁柱铰普接1.6节点设努计2.焊鲜接和螺细栓连接蜓中具体桂方法及红质量等蹄级的选魔择焊接：疲劳动节力荷载观：全熔乘透的一椒级对接售焊缝一般动力杠荷载：全与熔透的二帜级对接焊学缝，并采上用引弧板其他：陪三级对蒙接焊缝芦或角焊讲缝螺栓焊董接：疲劳、动沙力荷载：楼摩擦型高耻强螺栓一般动毙力荷载剃、较大亚静力荷希载：承卷压型高场强螺栓蔑或高强我度配套宜螺栓（绑加防松扎措施）其他：普躁通螺栓C仅级（加防汤松措施）陆，A、B厌级仅用于器单个销连祖接且长度梨可调的构粱件连接。铸钢连郊接：复予杂节点套。钢结构驳设计简舌单步骤蚂和设计贩思路1、端判断草结构是盖否适合猎钢结构高、大、青重、动、悦轻、体形格复杂、可野持续发展械住宅2、结吼构选型与芽结构布置顿(结构方茎案)(1)对对结构定性皱,在经验播丰富的工恭程师下进仰行.(2)“概念设筝计”在结构盖选型与铃结构布士置阶段午尤其重王要.(3)可惯避免多次融修改和试剪算,提高惭世纪设计筝效率钢结构设仅计简单步脚骤和设计翁思路3、扩预估截筹面:确定梁饿柱和支反撑的断永面与尺填寸．梁截面高课度通常真在跨度递的1/浇20~桃1/4寻0之间各选择,说根据梁激侧向支注撑点间排的距离疮[l/泡b]限怎值确定捡翼缘宽乐度（整仇体稳定子），根悟据局部眨稳定确浇定翼缘骄厚度．柱：长胁细比预携估，通垮常只，简单野选择在犯80左零右，４、结辅构分析:购线弹性分饶析，可考涛虑二阶效应．系电算或盲手算．钢结构桨设计简架单步骤药和设计铲思路５、工程判师定：评估各向埋周期、总多剪力、变鼓形特征等酱，根据判街定结果，授确定选择伟修改模型违重新分析哄还是修正作计算结果鹿．不同的软姻件会有不的同的实用他条件，初者学者应充指分明了．肥此外，工姜程设计计放算与精确届的力学计造算通常有旬一定误差蛮，为了获测得实用的划设计方法挣，有时会粒用误差较善大的假定半，但对这辫种误差，扰要通过“适用条漫件、概膜念及构不造”的方式末保证结甚构的安沫全，这必比定量嫩计算更遭重要．注重概念捕设计、工狮程判定和龟构造措施钢结构设艇计简单步匪骤和设计颈思路６、吼构件设显计材料：蚕Ｑ２３宁５、俱Ｑ３４鹊５，强烈度控制轿是可选掠择Ｑ３淘４５，蜜稳定和狮变形控垦制时，艺宜选择锡Ｑ２３客５，焊桨接时宜奥选择选刻择Ｑ２怠３５-之Ｂ或Ｑ屡３４５啄-Ｂ（１）软平件在做构角件（柱）记的截面验衣算时，计算长度满系数的取定有肿时不符合俭规范的规市定．对于肢节点连接迫情况复杂肢或变截面束的构件，掩应该逐个忙检查．（２）截叙面不满足毙：强度不井足时，通常加披大组成截搞面的板件浴厚度，其矛中，抗弯壳不足加大猾翼缘厚度略，抗剪不矛足加大腹肌板厚度．变形超限粱：通常不应物加大板件泛厚度而应天考虑加大驱截面高度钢结构设厘计简单步健骤和设计厌思路7、节点菌设计(1)是钢结掠构设计室中重要堂的内容永之一,在分析市之前,应该对节栗点形式有谱充分的思令考和确定.最终设计毕的节点与萍模型中的扰形式不完碧全一致,应控制拣在5%内,否则应树避免.节点分刚结、铰接和膨半刚接.连接节粗点的不涉同对结驴构影响搅较大.有的刚咸接节点纹虽然承户受弯矩丈没问题,但会产生届较大的转栋动,不符合结笛构分析中柜的假定,会导致实瓣际变形大轿于计算数改据的不利捐结果.钢结构设远计简单步熊骤和设计象思路(2)设计方省法有等强设计和实际受瘦力设计,初学者可稠偏安全选芹前者.(3)焊接:对焊缝的状尺寸及形娘式、质量不等级,规范有强壳制规定,应该严格复执行.焊条的政选用应染与被连晃接金属岁材质相脖适应.E43与Q23掠5,E开50对Q34悲5,Q合235与Q345连接是选窝用E43熊.设计中不鼠得任意加午大焊缝.焊缝重心尚应尽量与剩被连接构筋件接近.质量等级谦不宜要求由太高,不要一融律按一桐级或二栋级质量充要求,应根据结镇构重要性乏、受力性恐质、焊缝梢形式、工群作环境及据应力状态取等情况区摩别对待.钢结构此设计简妹单步骤醉和设计患思路(4)焊接:铆接很少用,普通螺表栓抗剪性能巨差用在次雁要结构部槐位,高强螺栓甜使用广泛,分8.8级和10.9级,设计分承弯压型和摩述擦型,计算方边法不同,最小规格栋为M12救,常用规格户为M16毕~M3锋0;自攻螺钉争用于板材军与薄壁型渣钢间的次点要连接.钢结构设述计简单步躲骤和设计辆思路(5)连到接板:净截面抗托剪和抗拉怜计算.连疗接板厚度气可简单取龄为梁腹板汽厚度加4仿MM,除惰短梁或有朽较大集中蚀荷载的梁算外,常不哄须验算抗复剪(6)梁森腹板:应验算副栓孔处去梁腹板