哈工大-輕型鋼結(jié)構(gòu)講義1

輕型鋼結(jié)構(gòu)主講人：楊斌精品資料參考資料冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018－2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017－2003建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009－2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205－2001門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中國建筑工業(yè)(gōngyè)出版社冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中國建筑工業(yè)(gōngyè)出版社鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計陳驥編著科學(xué)出版社鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計張耀春主編高等教育出版社精品資料

第一章概述精品資料§1.1輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1-1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，是指以冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻(ɡāopín)焊接型鋼、薄鋼板、薄壁鋼管、輕型熱軋型鋼及以上各種構(gòu)件拼接、焊接而成的組合構(gòu)件等為主要受力構(gòu)件并且大量采用輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑。廠房、超市、綜合樓、倉庫、機(jī)庫、農(nóng)貿(mào)市場、飲食、娛樂、體育設(shè)施、候車室等。指10層以下的住宅、總高度小于24m的公共建筑。冷彎薄壁型鋼系由鋼板或鋼帶經(jīng)冷加工成型的?！独鋸澅”谛弯摻Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定鋼材壁厚不宜大于6mm。輕鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)低層建筑結(jié)構(gòu)：多層建筑結(jié)構(gòu)：精品資料冷彎薄壁型鋼具有較好的截面特性，與熱軋型鋼相比較，在相同截面的情況下，回轉(zhuǎn)半徑可增大50％～60％，截面慣性矩和抵抗矩可增大0.5～3.0倍，因而能更合理地利用(lìyòng)材料的強(qiáng)度，較普通鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省材料30％左右。隨著鋼材材質(zhì)及防腐涂料的改進(jìn)，我國已能生產(chǎn)壁厚12.5mm或更厚的冷彎型鋼。輕型鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.自重輕，約為磚混結(jié)構(gòu)的1/30，基礎(chǔ)處理費(fèi)用低；構(gòu)件截面小，使用面積和空間利用(lìyòng)率高；2.制造和安裝標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大大地縮短了建設(shè)周期；3.可多次拆裝，重復(fù)利用(lìyòng)，極大地減少了投資成本；4.布局靈活，可以靈活布置大開間、大跨度或大柱距的建筑平面；精品資料5.非承重墻體的設(shè)計靈活，便于布置室內(nèi)分區(qū)和設(shè)置全部或局部敞開區(qū)；6.保溫、隔熱、隔聲性能好，輕型屋面板、墻板導(dǎo)熱系數(shù)小，隔熱效果可達(dá)同等厚度磚墻的15倍以上，隔聲效果可達(dá)30～40分貝；7.屋面及墻面采用輕質(zhì)復(fù)合板或彩色壓型鋼板，整體性好，抗風(fēng)、抗震能力強(qiáng)，輕巧、大方、色彩多樣；8.經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，屋面采用輕質(zhì)復(fù)合板或彩色壓型鋼板，屋蓋結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為8～15kg/m2，接近相同條件(tiáojiàn)下鋼筋混凝土屋蓋結(jié)構(gòu)的用鋼量，減輕結(jié)構(gòu)自重70％～80％，總的造價較低。總投資成本投資回報期輕型鋼結(jié)構(gòu)投資少，見效快，具有廣闊的發(fā)展空間。輕鋼建筑綜合經(jīng)濟(jì)效益(jīnɡjìxiàoyì)評價指標(biāo)精品資料1-1.2結(jié)構(gòu)形式與應(yīng)用范圍輕型鋼結(jié)構(gòu)的用途廣泛，主要用于：1.屋面構(gòu)件屋面構(gòu)件包括檁條和屋面板。檁條的形式有實(shí)腹式、空腹(kōngfù)式和桁架式。檁條跨度為6m時，一般用鋼量為（3～7）kg/m2，隨檁距大小和檁條跨度的不同而不同。實(shí)腹式檁條常采用槽鋼、角鋼、以及Z形和C形冷彎薄壁型鋼，一般優(yōu)先采用冷彎薄壁型鋼檁條。當(dāng)屋面荷載和檁條跨度較小時，也可采用角鋼和綴板焊接而成的空腹(kōngfù)式檁條，但增加施工工作量，采用較少?？崭?kōngfù)式檁條精品資料當(dāng)屋面荷載和檁條跨度較大時，可采用桁架式檁條，但桁架式檁條制造較麻煩。2.屋架輕型鋼屋架按結(jié)構(gòu)形式(xíngshì)可分為三角形屋架、三角拱屋架和梭形屋架。用鋼量較省，制造、運(yùn)輸、安裝方便。三角形屋架廣泛應(yīng)用于中、小型工業(yè)房屋，倉庫及輔助性建筑物中。其用鋼量與三角形角鋼屋架相近，能充分利用圓鋼和角鋼，便于拆裝和運(yùn)輸。但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，特別是中間鉸處屋面處理復(fù)雜，整個結(jié)構(gòu)的剛度較差。三角形屋架(wūjià)三角拱屋架桁架式檁條三角形屋架：三角拱屋架：精品資料上弦為角鋼、雙下弦為圓鋼的空間桁架，屬于小坡度的屋蓋結(jié)構(gòu)體系，多采用無檁結(jié)構(gòu)。梭形屋架具有截面重心低，空間剛度較好的特點(diǎn)，但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，制造較費(fèi)工(fèiɡōnɡ)。3.門式剛架門式剛架結(jié)構(gòu)建筑造型簡捷美觀，構(gòu)件易標(biāo)準(zhǔn)化。門式剛架按結(jié)構(gòu)體系分為實(shí)腹式和格構(gòu)式。格構(gòu)式剛架屬于普通鋼結(jié)構(gòu)范疇，實(shí)腹式剛架多屬于輕型鋼結(jié)構(gòu)范疇。(a)梭形屋架(wūjià)立面圖(b)梭形屋架平面圖梭形屋架梭形屋架：精品資料輕型門式剛架承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1～A5工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)。輕型門式剛架剛度較大、安裝方便(fāngbiàn)，當(dāng)采用H型鋼時，制造工作更加簡化。單層輕型門式剛架承重結(jié)構(gòu)的用鋼量為（10～30）kg/m2。輕型門式剛架獲得了廣泛應(yīng)用，特別適合于設(shè)有較小起重量的多層工業(yè)廠房、超市、娛樂體育設(shè)施、車站候車室、碼頭等建筑。檁條屋面板剛架門式剛架精品資料4.墻架與龍骨輕質(zhì)墻通常采用壓型鋼板、夾心板、石棉瓦、石膏板等輕質(zhì)材料作為墻板，墻板單側(cè)或雙側(cè)掛在墻梁上。墻梁通常采用槽鋼、卷邊槽鋼和Z形鋼等截面型式。許多墻體和吊頂采用冷彎薄壁型鋼龍骨（又稱輕鋼龍骨），較熱軋型鋼制作的龍骨相比可節(jié)約鋼材30％左右。輕質(zhì)墻可減輕結(jié)構(gòu)自重、滿足各項(xiàng)使用要求、縮短施工周期(zhōuqī)、具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。5.輕型房屋輕鋼骨架住宅一般指6層以下房屋，特別是1～3層別墅式建筑。該類建筑可以采用輕鋼龍骨構(gòu)件作墻的骨架，用桁架和維護(hù)材料形成骨架系統(tǒng)和屋蓋系統(tǒng)。精品資料精品資料精品資料精品資料輕型房屋的特點(diǎn)為：（1）由于采用輕型屋頂和墻體結(jié)構(gòu)，用料省、自重輕，減少了運(yùn)輸和吊裝費(fèi)用，降低了基礎(chǔ)造價。（2）由于鋼材強(qiáng)度高，可建造開間、進(jìn)深較大的房屋，由于所需構(gòu)件的截面小，在相同建筑面積下的建筑空間利用率增加5％～7％。（3）抗震性能好且受損輕，且由于鋼材容易(róngyì)加工，災(zāi)后修復(fù)容易(róngyì)。（4）除基礎(chǔ)外，工業(yè)化程度高，構(gòu)件全部由專業(yè)工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，建筑質(zhì)量容易(róngyì)保證；施工作業(yè)受天氣及季節(jié)影響較小，施工速度快、周期短。（5）改建和拆遷容易(róngyì)，材料的回收和再生利用率高。（6）防火能力差，易銹蝕。精品資料6.網(wǎng)架與網(wǎng)殼網(wǎng)架和網(wǎng)殼是桿件按一定(yīdìng)規(guī)律合理組成的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，平板形的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)架，曲面形的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)殼。網(wǎng)架一般是雙層的，在某些情況下也可以做成三層的，而網(wǎng)殼分為單層和雙層。冷彎薄壁型鋼是網(wǎng)架與網(wǎng)殼的理想材料，較為常用的有冷彎薄壁圓鋼管、方（矩形）管以及冷彎卷邊槽鋼和冷彎卷邊Z形鋼。網(wǎng)架與網(wǎng)殼具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）空間受力、傳力簡捷，整體剛度好，不需設(shè)置屋蓋支撐系統(tǒng)，減小屋蓋結(jié)構(gòu)的支承點(diǎn)數(shù)。精品資料（2）可以利用小尺寸構(gòu)件組成大型結(jié)構(gòu)，能充分發(fā)揮材料的受力性能，以達(dá)到節(jié)約材料(cáiliào)的目的；構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的形式及尺寸比較統(tǒng)一，便于工廠化制作。（3）造型美觀、新穎，能適應(yīng)各種建筑平面而組合成不同的空間形體，以滿足建筑的美學(xué)要求。網(wǎng)架與網(wǎng)殼是大跨結(jié)構(gòu)常用的屋架結(jié)構(gòu)。關(guān)于此方面的專著較多，本課不再論述。輕型鋼結(jié)構(gòu)還廣泛用于平臺、樓梯、容器、管道等以及由冷彎薄壁型鋼組合而成的受力蒙皮結(jié)構(gòu)、貨架等多種新型結(jié)構(gòu)型式?？傊?，輕型鋼結(jié)構(gòu)相對于普通鋼結(jié)構(gòu)而言，輕型鋼結(jié)構(gòu)桿件截面較小、壁厚較薄。除具有普通鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)外，還具有用料更省、自重更輕等優(yōu)點(diǎn)。精品資料§1-2結(jié)構(gòu)材料與連接的特點(diǎn)1-2.1結(jié)構(gòu)材料用于承重的冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼和鋼板，應(yīng)采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700規(guī)定的Q235鋼和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591規(guī)定的Q345鋼。即鋼材(gāngcái)的力學(xué)性能指標(biāo)和化學(xué)元素的含量與普通鋼結(jié)構(gòu)所述完全相同。在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的壓型鋼板設(shè)計中，如由剛度條件而非強(qiáng)度條件起控制作用時，也允許采用Q215牌號的鋼材(gāngcái)。用于承重結(jié)構(gòu)的冷彎薄壁型鋼的帶鋼或鋼板，應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度、冷彎試驗(yàn)和硫、磷的合格保證；對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有含碳量的合格保證。精品資料1-2.2連接的特點(diǎn)焊接連接螺栓連接緊固件連接1.焊接連接手工焊自動焊或半自動焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊電阻焊手工焊接用的焊條，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼焊條》GB/T5117或《低合金鋼焊條》GB/T5118的規(guī)定(guīdìng)，選擇的焊條型號應(yīng)與主體金屬力學(xué)性能相適應(yīng)。自動焊接或半自動焊接用的焊絲和焊劑，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《熔化焊用鋼絲》GB/T14957的規(guī)定(guīdìng)，選擇的焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬力學(xué)性能相適應(yīng)。輕型(qīnɡxínɡ)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接常用的焊接方法精品資料二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊采用的焊絲，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110的規(guī)定。當(dāng)不同種類的鋼相焊接時，宜采用低組配方案，即采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條或焊絲。2.螺栓連接普通螺栓應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《六角頭(jiǎotóu)螺栓C級》GB/T5780的規(guī)定，其機(jī)械性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《緊固件機(jī)械性能、螺栓、螺釘和螺柱》GB/T3089.1的規(guī)定。高強(qiáng)螺栓分為大六角頭(jiǎotóu)型和扭剪型兩種，高