钢结构概念设计

郭小农同济大学建筑工程系第01章概念设计提纲1.建筑钢结构的发展现状和发展趋势2.钢结构的特点和适用范围3.建筑钢结构的材料选用4.建筑钢结构的荷载5.建筑钢结构的设计方法6.建筑钢结构的结构体系7.建筑钢结构的节点设计第1节发展现状和发展趋势1.1发展历史20世纪50~70年代：应用较少受钢产量限制，仅用于重型厂房和大跨公建

20世纪80年代以来：飞速发展，广泛应用

1996年以后，钢产量世界第一

如：网架结构的飞速发展如：轻型门式刚架结构的飞速发展1.2发展现状

应用范围扩张高层建筑体育场馆机场航站楼会展中心剧院火车站飞机库工业厂房

电视塔

结构体系丰富纯框架带支撑框架框筒网架网壳空间桁架刚架、拱架悬索、张弦梁索膜结构塔桅结构1.2发展现状高层建筑1.2发展现状金贸大厦框筒结构；地上88层；地下3层；结构顶高420m；环球金融中心框筒结构；地上101层；地下3层；结构顶高492m；高层建筑1.2发展现状上海中心框筒结构；劲性混凝土柱；地上118层；地下5层；结构顶高580m；高层建筑1.2发展现状高层建筑央视大厦框筒结构；两座倾斜塔楼；悬挑75m；地上52层；地下3层；结构顶高234m；1.2发展现状高层建筑同济综合楼带支撑框架；钢管混凝土柱；粘滞阻尼支撑；地上21层；地下1层；结构顶高98m；1.2发展现状多层建筑同济土木楼带支撑框架；H型钢柱；粘滞阻尼支撑；地上8层；地下1层；1.2发展现状体育场馆上海八万人体育馆马鞍形；长轴288m；短轴274m；最大悬挑73.5m；空间结构1.2发展现状体育场馆南京奥林匹克体育中心360m跨钢拱+空间梁格体系1.2发展现状体育场馆鸟巢马鞍型；长轴332m；短轴296m；空间桁架结构1.2发展现状体育场馆鸟巢结构骨架24跟桁架柱；22榀桁架梁；1.2发展现状体育场馆水立方长宽177m；高度31m；空间刚架结构1.2发展现状体育场馆水立方结构体系1.2发展现状机场航站楼浦东国际机场张弦梁结构；最大跨度83m1.2发展现状机场航站楼浦东国际机场1.2发展朋现状机场航付站楼浦东肤国际担机场终张弦挽梁吊嘴装1.2发展现钩状机场航突站楼重庆江婶北机场桁架结徒构；最急大跨度90m1.届2发展烤现状机场匆航站谦楼重庆江副北机场1.文2发展现梦状机场航础站楼成都双巾流机场曲线议型空昌间钢医管桁鹅架1.2发展携现状会展振中心上海泡国际趴会议他中心单层网闲壳结构雅；大球冤直径48m；小球直埋径37谦m；杆件竹为矩备形管息；铸钢锐节点壮；1.仇2发展带现状会展中因心广州国阵际会展猪中心张弦立壤体桁架呼结构，烛跨度12穿7m1.闻2发展贪现状会展中左心1.减2发展现艰状会展签中心世博轴锣阳光谷单层横网壳夏结构尊；倒喇叭葵形；高度皱约42驴m；1.2发展薯现状剧院平面婆尺寸100尼m*9叔0m；正交达空间桁家架结构捕；上海乏大剧识院1.博2发展胳现状剧院椭球拔面双异层空肚腹肋孕环形犹网壳政；长棋轴21检2m；短轴142芝m；国家画大剧酿院1.2发展现智状剧院1.2发展现岁状火车站草帽滋形空薪间结孤构；悉圆形赚平面掌；直牌径27即0m；上海维南站1.龟2发展现违状火车世站新武螺汉火蹄车站1.荐2发展现嘱状工业滥厂房中国船样舶馆1.宿2发展忍现状电视透塔广州劳电视视塔结构高45扶0m；总高损度610锤m；1.2发展现猪状电视塔广州幅电视创塔结声构体口系1.3发展丘趋势第2节特点和溪适用范尽围2.羊1特点1.轻质高查强，材水性均匀杠稳定；2.工业扶化程逆度高摘，施谱工周微期短膀；3.密闭麦性好蹄；4.塑性好陆；抗震费及抗动启力性能册好；5.稳定性乓问题突枕出；6.耐火性修较差；7.易腐愚蚀；8.单价像高。2.衰1特点1.轻质高视强2.店1特点4.塑性首变形温能力堵好2.中1特点7.耐火杜性较侮差2.1特点7.耐火性婶较差2.局1特点7.耐火慌性较皂差2.奴2适用阶范围A）恒载占比币越大铸，采们用钢位结构粥越合此理。B）强震地区（弹地震作兄用小，史延性好晌）C）劳挥动力仁价格残高（绩工业愤化生俊产，肌现场狂劳动平力少础）D）软栋土地蓝基（梯基础株耗资天小）E）大蛙跨、考超高虽结构堵（结屡构效黄应函舅数值归大）第3节材料桨选用3.灭1结构大用钢碳素妄结构贺钢：Q23啄5低合金睛高强度辞结构钢：Q34织5、Q39炮0、Q4愈20高层始建筑智结构谅用钢鸟：GJZ向钢：Z1班5、Z25耐候具钢：NH钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级(四级)脱氧方法Q235屈服强度2350~16mm:23516~40mm:22540~60mm:21560~100mm:195A无冲击韧性规定冷弯试验需方要求时提供F

(沸腾钢)b

(半镇静钢)Z

(镇静钢)B规定20℃冲击功Ak≥27J提供冷弯试验合格证书C规定0℃冲击功Ak≥27J提供冷弯试验合格证书Z

(镇静钢)D规定-20℃冲击功Ak≥27J提供冷弯试验合格证书TZ

(特殊镇静钢)3.1结构刃用钢3.绢1结构冠用钢钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级(五级)脱氧方法Q345屈服强度3450~16mm:34516~35mm:32535~50mm:29550~100mm:275A级无冲击韧性规定冷弯试验需方要求时提供Z(镇静钢)B级规定20℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书C级

规定0℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书TZ(特殊镇静钢)D级

规定-20℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书E级

规定-40℃冲击功Ak≥27J提供冷弯试验合格证书3.序1结构用什钢钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级(五级)脱氧方法Q345GJ0~16mm:34516~35mm:34535~50mm:33550~100mm:325B级规定20℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书Z

(镇静钢)C级规定0℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书D级规定-20℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书TZ

(特殊镇静钢)E级规定-40℃冲击功Ak≥34J提供冷弯试验合格证书3.逗1结构斑用钢【例01绝】某车间斤用钢牌砖号选择某工业驴厂房生腥产车间搜；重型织吊车阵；强腐蚀拘环境；柱截胆面为H型；翼缘谨厚度忆为50m归m；梁柱便连接塞节点堪如下纯图；最低位温度台零下20度；最终蚊设计剩选用锹的钢芝种：Q3敬45指G解JC令N寒H妄Z2去53.1结构用苹钢结构呢的重口要性荷载抖特征结构形浆式应力稠状态连接娘方法钢材厚搞度工作环千境钢材选壤用应考虑冈的因雕素3.扰2强度选悠择1）变形控傅制选低强姑度等级如跨坦度大彼荷载车轻的据简支昆梁；2）强度控瓣制选高强征度等级如楼面迫梁，有唐铺板时饺，强度栗可充分错发挥；3）长细比都控制或应客力水量平较钻低选年低强爪度等读级如网域架的错腹杆帅；4）施工亩条件长差选较百低强瓦度等激级3.载3冲击扯韧性耕选择影响因素结构重要性µ1荷载状况µ2连接状况µ3使用温度µ4选择因子数值类别三类静力全螺栓、无焊接不低于0℃1二类一般动力大部分工厂焊、工地螺栓不低于-20℃2一类疲劳动力大部分现场、高空焊不低于-40℃3表1-周1选择钢嗓材冲击解韧性指纺标的影艺响因素须及选择判因子µ=µ1×µ2×µ3×µ4选择因子之积µ23～1618～2424～54>54材料等级ABCDE表1-2选择因核子之积µ与材第料冲虽击韧厚性指泼标的宫关系斑表3.3冲击韧毛性选择【例02从】呼伦秧贝尔刑艺术扒馆重要袜建筑昏；钢绕框架振结构计；梁柱电节点康为栓蓬焊连抹接；承受查静力桑荷载析；最低放温度挪零下50度；第4节荷载取与荷倒载组惕合4.沫1风荷秀载主体的结构围护结广构【注意点1】阵风系捎数和风津振系数【思考】阵风系朋数和风级振系数云有何不句同？计轿算墙板聚和墙梁棍时，应鸣采用阵挣风系数转还是风洋振系数蚁？4.1风荷载【注意点2】对风敏罩感性结竹构四面拔开敞字及双史面开岂敞的球屋面外挑滥雨棚照等要考虑撒体型系柏数变号车的情况4.选1风荷载4.读1风荷载4.唤1风荷暑载4.糕2雪荷载【注意坊点】积雪的臣不均匀啦分布双坡屋撕面四坡屋晚面4.祥2雪荷载【例03闲】不均步匀积倚雪对喷某门刊式刚五架结章构的址影响双坡津单脊旋；门从式刚剃架结堤构；行柱脚毅铰接面；柱场顶刚黑接；不均粉匀积辈雪的沿影响耽？4.绘2雪荷阵载【例04负】某两醒连跨声网壳洁的积径雪某双跨蕉拱形网韵壳；两跨滨间积蚊雪分冬布系党数如提何取含值？4.2雪荷混载4.2雪荷载4.2雪荷商载4.洒2雪荷刘载4.舟3覆冰荷问载出现球在湿构度大闯、风梢速低商、温筹度低赠的区亲域覆冰后咱构件截攀面增加茶，加大倒挡风面绸积《高耸结振构设计剥规范》GB武50杯13绝5-2冒00帜64.宜4温度仍作用建筑结且构的绝对落温度作用工作环惹境温度年与结构苗合龙温碧度之最寸大差值温度毒分区烤与温劲度应阿力释叮放（验与约忠束的均关系价）结构合熄龙温度忌的选择预应奏力构圈件（毛索）钟对温攀度的罪敏感峡性建筑巩结构守的相对肤温度作用同一结蜜构或部里件、同手一结构祖同时处夸于不同狸的温度疗场（室内有外、向党阳与背缘瑞阳）4.监4温度荷幻玉载【例05】柱间赤支撑肝布置某门式疏刚架的表纵向柱肺列，柱巡寿间支撑衡布置方恩式如下炭，哪种再方式更痕好？4.4温度社荷载【例06】某大环尺寸傍平台柴结构某平切台钢冬结构蜓，长150货m，次梁陡两端铰从接；工妨作温差逐较大；计算软发现秩，两毙边主批梁应精力比背超限午，加滨大截墙面也获不能卖降低跑应力康比；试分眨析其普原因虚和解栏决办和法？4.驾4温度哲荷载【例07擦】某空铲间结顾构某空系间网易壳结乐构，周边支叼承；工作钓温差朵较大坟；计算穷发现宪，底侨边钢爸圈梁患应力罢比超励限，坑加大裳截面劝也不已能降赏低应主力比中；试分络析其赔原因勿和解还决办梁法？4.敞5地震院作用尽可能减小非结构咽构件的重量提高钢结构闹的延性变形（逢材料、浙节点）论能力利用一丘切附加胀因素加大阻辉尼，提高舍耗能能反力第5节设计猪方法5.1设计方厉法5.认2极限状寺态表达伙式1）伞非抗萝震设油计承载甜能力极限状作态表达诸式2）抗瓶震设计小震大震可变荷载控制永久荷载控制5.2极限捆状态妄表达耍式1）非测抗震设踏计正常使虚用极限状桨态表达落式2）姨抗震溉设计小震标准组合准永久组合【例08夺】列出怪高层厨结构承载能殃力极限款状态避的常润见荷陷载组梦合5.2极限增状态颂表达行式1）务非抗筒震设侍计1.毙2*恒+1.钓4*活+1别.4骄*0颜.6阶*风1.2稼*恒+1的.4若*0源.7毛*活+1.翅4*风1.3这5*恒+1.医4*0剥.7*活+1镇.4深*0判.6分*风2）抗芦震设计音：小震1.2全*重力荷贸载代表戴值+1左.4寒*0玻.2掠*风+1斑.3反*水平砌地震3）抗鞠震设计词：大震第6节结构妇体系6.真1常见强结构白体系空间桁渴架刚架、甩拱架悬索绝、张廊弦梁索膜结有构塔桅蔑结构门式刚纪架纯框筋架带支搞撑框救架框筒网架拳网壳6.秤2优化犹设计否方向（1）框架输结构框架炎结构原以梁规受弯赛，柱看受压滚弯为施主，葵它的迈优化舱主要应是选择合棚适的截浴面；（2）门秧式刚软架结盾构可以根拦据制造饰分段及蹈内力状象况分段便，每段烧均为直绩线变坡假，优化构灭件的折闲线外形；（3）空僻间结掀构使单个轰构件全鸦截面应援力趋于畏均匀，提高犯强度利强用率。6.甘2优化设执计方向【例09】讨论沿下列败各种江结构请体系释的受纽奉力性悟能。6.3辅助结肤构与主陷体结构1）两沉者共坐同抵扯御水行平荷秆载；2）辅锋助结荒构可垦减小祥主体患结构屑的计除算长良度；3）辅助逼结构提惰高主体誓结构的扰整体性因和刚度拦；4）辅助和结构维公持主体跑结构在鄙施工过妨程中的夫稳定；5）两身者可财相互皱转换诞；6）主体签结构为咽辅助结律构提供廊支座。第7节节点设沾计7.村1单元捞的划畅分与迎结合1）计算俗单元划分要伸考虑计柏算精度茧要求；2）制作恋单元划分钓要考程虑便垫于制橡作分拾工；3）运输单案元划分要药考虑提灿高运输极效率；4）安装单能元划分门要考娱虑安朱装顺绘序、健安装冬设备贷的能朽力和年安装股效率剑；5）所有栽单元都怒要用节点连接；7.耗1单元炒的划震分与荷结合【例10】框架素柱的铜现场浩拼接控点方案A方案B拼接益节点思考至：哪兴种分倘段点珠方案脆更合泡理？7.漆1单元孔的划低分与芽结合【例11】门式刚筋架屋面县梁分段控点某轻型摆门式刚坊架结构活；跨度24喘m；屋面梁诉划分为3段；7.2节点分趟类1）刚浴接节进点A）能劈燕可靠婆传递高内力咐；B）具有衬连续的近刚度；C）内力神重分布套能力（舍塑性铰句）。7.存2节点絮分类2）铰接味节点A）对变飞形不敏犁感；B）杆端翠可转动鹅；7.2节点分楚类【例12纤】刚架季的沉夕降两种包刚架抬；坐落煮于软自土地堡基；两柱享脚有翼不同雕沉降高；哪种结应构对沉粗降更为告敏感？7.判2节点忌分类【例13】某拱摆形连欺廊的予设计两个方单体刷建筑球之间膏设置垄有拱百