钢结构设计钢结构建筑的适用范围及结构类型课件

《钢结构设计》主讲：张扬钢结构建筑的适用范围及结构类型《钢结构设计》

钢结构建筑的适用范围及结构类型

钢结构由于其轻质高强、造价偏高的特点，主要适用于大跨度、大高度的建筑。尽管钢结构建筑的结构主材都是采用钢材，但根据结构构件的截面形状不同、结构构件的空间组成不同、结构构件之间的连接方式不同，我们将钢结构分为框架结构、门式刚架结构、桁架结构、网架结构等多种结构形式。《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

门式刚架结构是工业厂房采用的主要结构形式，其主要跨度方向采用梁柱刚接形成大跨度刚架，刚架承受竖向荷载和对应方向的水平荷载作用，另一方向则采用小跨度连系梁与柱铰接，辅以竖向支撑承担该方向的水平荷载作用。采用门式刚架结构建造单层工业厂房，其造价较低，单位面积造价约为混凝土框架结构的1/2~1/3，并且跨度远大于混凝土结构，是当前工业厂房结构选型的主要方向。一、门式刚架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

门式刚架结构用作厂房时，跨度一般为15米~45米，其最优跨度约为30米，可做成单跨，也可做成多跨。柱子上也可以设计牛腿用于固定吊车梁，并在厂房中增加吊车。厂房内部也可增加部分夹层，做成局部多层结构。屋面可增加天窗架或气楼，用于屋面空气流通。总而言之，门式刚架结构不仅可以营造大空间，也可通过适当组合和变形，使其更适合于工业生产。一、门式刚架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

门式刚架结构除了用于厂房和仓库，也可用于其他中小跨度的体育馆、展览厅等，一些跨度不大的火车站台、候车厅等，也可采用门式刚架结构。绝大部分跨度不超过30米的单层建筑，均是门式刚架结构的适用范围。一、门式刚架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

网架结构分为是由指多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构，所有杆件只承受轴向力，材料力学性能利用充分。网架结构适合于建造大跨度屋面，其重量轻，支点少，常用于看台雨棚、加油站顶棚、小型体育馆屋面、展览馆屋面、大型会议室屋面、候车厅屋面等等，最优跨度约为18米~24米。二、网架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

经过多年的应用和改进，网架结构的杆件组合已经发展得丰富多样，如四角锥体系网架、三角锥体系网架、平面桁架系网架等等。杆件之间的连接一般是通过螺栓球过渡，杆件与螺栓球之间可采用焊接连接，也可采用螺栓连接。为保证良好的排水性能，网架结构自身可以起拱，也可通过在网架球上方设置不同长度的小立柱实现屋面坡度。二、网架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

平面桁架结构是钢结构桥梁的主要结构类型，著名的武汉长江大桥就是采用的平面桁架结构，其跨度达128米，按6车道设计，载重量不小于50吨，是其他结构类型无法实现的。

在水平平面中，也通过组建水平桁架增强桥梁整体的水平抗弯能力，预防桥梁的失稳和侧向荷载作用下的水平晃动。三、平面桁架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

平面桁架结构在其平面内，即竖向平面中，各杆件仅承受轴向力作用。在杆件整体稳定性满足的条件下，杆件承受轴力的能力远远大于承受弯矩和剪力的能力，因此能极大的节约钢材、降低造价。值得注意的是，根据当下的理论研究，我们也可以认为：平面桁架受力特性近似于挖掉一部分腹板的蜂窝梁。三、平面桁架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

对于跨度更大的结构，可以结合“桁架”和“拱”的跨度优势，将钢结构做成带拱桁架结构其跨度非常可观，造价也得到一定的控制。四、曲面桁架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

由于曲面桁架结构跨度太大，其平面外稳定性难以保证，容易发生左右方向的晃动，晃动变形严重时可能导致结构整体失效，危害及其严重。因此，曲面桁架结构常常具有3根或4根弦杆，以提高桁架整体的截面尺寸，增强其稳定性。四、曲面桁架结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

与“拱”的受力特征相似，“壳”也具有将外部荷载转化为轴力的功能。古代由于没有能够承受拉力的钢筋，在建造大跨度建筑时，常常采用“拱”式屋顶或“壳”式屋顶，屋顶用砖块建造，砖块之间只有压力没有弯矩，正常使用状况下不会发生开裂甚至断裂现象。位于英国伦敦的圣保罗大教堂大型穹顶的跨度达到34米，就算是当前的普通钢筋混凝土梁也难以达到这种跨度，由此可以看出，“壳”式屋顶具有极优良的受力性能。。五、壳体结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

当“壳”式屋顶的材料由强度低的砖改为强度高的钢材时，其跨度更为可观。近年来，我国建筑钢结构得到了快速、长足的发展，壳体结构层出不穷。著名的中国国家大剧院，是新“北京十六景”之一的地标性建筑，位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，外观呈半椭球形，东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米。五、壳体结构《钢结构设计》

钢结构设计理念与方法

与“拱”的受力特征相似，“壳”也具有将外部荷载转化为轴力的功能。古代由于没有能够承受拉力的钢筋，在建造大跨度建筑时，常常采用“拱”式屋顶或“壳”式屋顶，屋顶用砖块建造，砖块之间只有压力没有弯