第一章鋼結構概念設計

第一章概念設計1.1鋼結構的適用范圍1.2鋼材的選用1.3建筑鋼結構荷載與作用的特點1.4鋼結構的計算1.5結構體系1.6節(jié)點設計提綱1、鋼結構的適用范圍優(yōu)點：輕質高強，材質均勻，工業(yè)化生產，施工工期短，韌性好，密封性好，抗震性好；缺點：耐腐蝕性較差，耐火性差，單價高，維護費用高。鋼結構概念設計1、鋼結構的適用范圍鋼結構的適用性：

1）結構選材目標：技術性能和經濟性。（性價比）

2）選用鋼材的原因：

A）基本原因結構自重與全部荷載與作用之比越大，采用鋼結構越合理。

B）強震地區(qū)（受力小，延性好）

C）勞動力價格高（工業(yè)化生產，現場勞動力少）

D）軟土地基（基礎耗資?。?/p>

E）大跨、超高結構2、鋼材的選用鋼材強度的選擇

1）變形控制選低強度等級

2）強度控制選高強度等級

3）長細比控制或應力水平較低選低強度等級

4）施工條件差選較低強度等級

鋼結構概念設計2、鋼材的選用鋼材沖擊韌性指標選擇：影響因素結構重要性μ1荷載狀況μ2連接狀況μ3使用溫度μ4選擇因子數值類別三類靜力全螺栓、無焊接不低于0℃1二類一般動力大部分工廠焊、工地螺栓不低于-20℃2一類疲勞動力大部分現場、高空焊不低于-40℃3表1-1選擇鋼材沖擊韌性指標的影響因素及選擇因子μ=μ1×μ2×μ3×μ4選擇因子之積μ23～1618～2424～54>54材料等級ABCDE表1-2選擇因子之積μ與材料沖擊韌性指標的關系表鋼結構概念設計建筑工程重要性等級劃分

一級工程，重要工程,后果很嚴重，重要工業(yè)、民用建筑;20層以上的高層建筑;體型復雜的14層以上高層;對地基變形有特殊要求的,單柱荷載在4000KN以上的

二級工程，一般工程,后果嚴重，一般的工業(yè)、民用建筑

三級工程，次要工程,后果不嚴重，次要的建筑物3、建筑鋼結構荷載與作用的特點風荷載冰雪荷載溫度作用地震作用及抗震荷載與結構的變異鋼結構概念設計1.3.1風荷載（控制性荷載之一）風對墻體的壓力、吸力結構整體側向風力計算維護結構的陣風系數與主體結構的風振系數鋼結構概念設計空氣流動形成的風遇到建筑物時，就在建筑物表面產生壓力或吸力，這種風力作用叫風荷載。風的大小與（1）近地風的性質、風速、風向有關（2）建筑物所在地的地藐及周圍環(huán)境（3）建筑本身的高度、形狀以及表面狀況有關風的破壞力“森拉克”肆虐浙閩防波堤被沖垮百米

[

2003七月2812:43

]由于16號“森拉克”臺風的襲擊，投資1.2億元、總長達1837米的玉環(huán)縣坎門漁港防波堤遭受嚴重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個缺口，造成防波堤砌面下滑，總長達100多米。險情發(fā)生后，當地政府組織公安、邊防、民兵應急分隊和群眾及時進行搶修，力爭將損失降低到最低限度。

風的破壞力風的破壞力風的破壞力風的破壞力廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過大難8月18日臺風圣帕建筑結構荷載規(guī)范：規(guī)范正文條文說明7風荷載7.1風荷載標準值及基本風壓7.1.1垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算：

2當計算圍護結構時

(7.1.1-2)

7.1.2基本風壓應按本規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于0.3kN／m2。規(guī)范正文風荷載標準值nominalvalueofwindload垂至于建筑物表面的風荷載標準值(kN/m2)風壓高度變化系數按照地面粗糙度類別和距地面高度確定地面粗糙度分類－A近海海面、海島、海岸、湖岸、沙漠－B田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵、房屋稀少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)及城郊－C有密集建筑群的城市市區(qū)－D有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)風壓高度變化系數離地面或海

平面高度地面粗糙度類別(m)ABCD5

10

15

20

30

40

50

601.17

1.38

1.52

1.63

1.80

1.92

2.03

2.121.00

1.00

1.14

1.25

1.42

1.56

1.67

1.770.74

0.74

0.74

0.84

1.00

1.13

1.25

1.350.62

0.62

0.62

0.62

0.62

0.73

0.84

0.93(m)ABCD70

80

90

100

150

200

250

300

350

400

≥4502.20

2.27

2.34

2.40

2.64

2.83

2.99

3.12

3.12

3.12

3.121.86

1.95

2.02

2.09

2.38

2.61

2.80

2.97

3.12

3.12

3.121.45

1.54

1.62

1.70

2.03

2.30

2.54

2.75

2.94

3.12

3.12L02

1.11

1.19

1.27

1.61

1.92

2.19

2.45

2.68

2.91

3.12總風載（kN/m）

建筑物各個表面承受的風力的合力為總風載，是沿高度變化的分布荷載1.3.2冰雪荷載屋面外形設計的原則：快速排水，排向強處覆冰荷載覆冰荷載危害的產生過程《建筑結構荷載規(guī)范》規(guī)定活荷載不與雪荷載同時組合。鋼結構概念設計第三節(jié)雪荷載積雪過重壓塌市場屋頂莫斯科市場坍塌壓死48人06年德國東南部阿爾卑斯山小鎮(zhèn)巴特賴興哈爾當地時間1月２日發(fā)生慘劇，大雪壓塌當地一處溜冰館的屋頂，21人死亡3人失蹤2005年威海12月8日訊(特派記者黃強)今天凌晨3時58分，位于威海市崮山鎮(zhèn)的威海大峻金屬制品有限公司一車間發(fā)生坍塌，造成1人死亡、多人受傷?；狙憾x：當地空曠平坦地面上根據氣象記錄資料經統(tǒng)計得到的在結構使用期間可能出現的最大雪壓值。

S=ρgh=γhＳ－雪壓（Ｎ／ｍ2）

γ－雪重度（Ｎ／ｍ３）

Ρ—雪密度（kg／ｍ３）

h－雪深（ｍ)屋面雪壓屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：Sk＝μrS0

式中

Sk-雪荷載標準值，kN/m2；

μr-屋面積雪分布系數；屋面雪載與地面雪載比值S0-基本雪壓，kN/m2。影響屋面雪壓的因素：①風；②屋面形式；③屋面散熱

漂積作用的影響：高低屋面上漂積雪的分布如右示①使敞風較好的平屋面或小坡度屋面上的雪壓小于鄰近地面上的雪壓；②在高低跨屋面的情況下，在低屋面形成局部較大的漂積荷載；高低屋面上漂積雪的分布如右示：③在多跨坡屋面情況下，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大①當屋面坡度大到某一角度時，積雪就會在屋面上產生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面雪載越小。

屋面坡度對屋面積雪分布系數的影響2屋面形式對積雪的影響—滑落②“爬坡風”效應。風速越大，吹走的積雪越多。而且坡度越陡，這種效應越明顯。對雙坡屋面及曲線型屋面，風作用使總的屋面積雪減少，還會引起屋面的不平衡積雪荷載。3屋面散熱的影響屋面散發(fā)的熱量使部分積雪融化，同時也使雪滑移更易發(fā)生，故采暖房屋的積雪一般比非采暖房屋小。例1某木屋架倉庫屋蓋，剖面圖如圖所示坡度為26.56度，該地區(qū)基本雪壓為0.55KN/m2,求作用在屋蓋上的雪荷載標準值（雪不均勻分布）。μr=1—1.56*0.2/5=0.94Sk

=1.25μr

S0=0.65KN/m21.3.3溫度作用建筑結構的絕對溫度作用（即時溫度與合龍溫度之最大差值）建筑結構的相對溫度作用（同一結構不同溫度下的溫差）鋼結構概念設計什么是溫度作用？指結構或構件受外部或內部條件約束,當外界溫度變化時或在有功的條件下,不能自由脹縮而產生的作用.當然對于靜定結構,通常溫度的改變不會引起構件內力的變化.但需要說明的是,這種結論是在結構的變形能夠自由充分發(fā)展的假設上的.而實際的結構或多或少與計算模型有一定的差異,因此需要在構造上保證結構的溫度變形不要受到約束.例如橋梁結構的支座構造和伸縮縫的構造就是一個很好的例子.

對于超靜定結構,溫度引起的變形是受到約束的,會產生附加的內力.因此必須在結構分析中考慮溫度的作用,將其作為兩種工況來考慮(1.溫度升高2.溫度降低),并參與荷載效應組合.1.3.4地震作用及抗震盡可能減小配套結構的重量---采用輕質圍護結構提高鋼結構的延性變形能力----延性變形可促使結構內力重新分布避免坍塌利用一切附加因素提高阻尼比1.3.5荷載與結構的變異在鋼結構的建造及使用過程中，結構本身以及荷載的狀態(tài)都在不斷變化。鋼結構概念設計4、鋼結構的計算鋼結構計算的兩種方法

（1）極限狀態(tài)設計法：強度、剛度、穩(wěn)定（2）許用應力法：疲勞、對變形敏感結構的穩(wěn)定

1鋼結構概念設計結構極限狀態(tài)驗算

(1-2)－－－－－永久荷載效應控制

(1-3)－－－－－標準組合

(1-4)－－－－－頻遇組合

(1-5)－－－－－準永久組合}長期效應

基本組合

承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)

（罕遇地震驗算）偶然組合結構效應計算短期效應

(1-1)可變荷載效應控制

γ=1.0圖2極限狀態(tài)驗算公式關系圖4、鋼結構的計算鋼結構概念設計荷載效應對結構有利于否計算內容

永久荷載分項系數rG不利可變荷載控制1.2永久荷載控制1.35有利一般結構計算1傾覆、滑移0.9可變荷載分項系數rQ一般情況1.4標準值大于4kN/m2工業(yè)房屋樓面1.3可變活荷載的組合值系數為0.7雪荷載組合值系數為0.7風荷載組合值系數為0.6積灰荷載組合值系數為0.9作業(yè)結構抗力及正常使用極限：（1）鋼結構以強度表現的抗力，主要有以下幾種變化：

A）隨鋼材尺寸（厚度、直徑）的不同，強度變化；

B）單角鋼受力（存在偏心），整體穩(wěn)定抗力變化；

C）單角鋼單肢螺栓連接時連接強度變化；

D）地震作用時強度的修正。

4、鋼結構的計算鋼結構概念設計（2）廣義變形限值

A）預拱的選擇

?。敲驿摿旱念A拱為恒載標準值引起的變形加1/2活載頻遇值引起的變形；

ⅱ）屋面鋼梁的預拱為恒載標準值引起的變形；

ⅲ）曲線型屋面鋼梁，當結構對變形不敏感時不必預起拱，當結構對變形較為敏感時應該預起拱。

ⅳ）懸臂梁應考慮排水坡度予以起拱。

B）各設計工種對限定的變形值應取得協(xié)調。5、結構體系結構體系與使用要求：1）住宅建筑要求相對小跨度、小分隔、小高度多層重合空間，一般用框架結構；2）辦公建筑與住宅相仿，僅要求平面空間略大且靈活，框架體系也較合適；3）一般工業(yè)建筑要求相對大跨度、大高度規(guī)整空間，一般用門式剛架；4）公共建筑要求大跨度、大高度、異型空間，可用造型優(yōu)美的拱、殼、索、膜或雜交結構。鋼結構概念設計5、結構體