華科房屋建筑鋼結構設計第一章

建筑鋼結構設計華中科技大學土木工程與力學學院鋼結構教研室2015年4月材料性能連接基本構件構造要求對象共性的節(jié)點和基本構件應力設計特點局部、單個、零散設計原理0課程介紹一、結構：由基本構件組成（連接）的受力體系二、鋼結構設計原理與建筑鋼結構設計課程區(qū)別和聯(lián)系

區(qū)別：

結構體系、特點、組成結構布置荷載及計算內(nèi)力計算及組合對象具體的結構概念設計特點承載力、剛度、延性整體局部整體結構設計構件、節(jié)點設計施工圖設計0課程介紹聯(lián)系原理是從具體結構中抽象出來的，是基礎具體結構設計是設計原理的應用和擴展二者是設計中不可分割兩個方面。0課程介紹本課程學習內(nèi)容概念設計平臺鋼結構設計輕型門式剛架設計多高層鋼結構設計普通鋼屋架單層廠房設計鋼結構施工及防腐蝕

課程設計一周24學時32學時0課程介紹第一章概念設計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)點設計建筑鋼結構設計概念設計

概念設計：在結構選型與布置階段，可依據(jù)從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部構造措施。（主要針對水平荷載）概念設計:是保證結構具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。選擇對抗震有利的結構方案和布置，采取減少扭轉和加強抗扭剛度的措施，設計延性結構和構件，分析結構薄弱部位，并采取相應的措施，避免薄弱層過早破壞，防止局部破壞引起連鎖效應，避免設計靜定結構，采取二道防線措施等。什么是概念設計？概念設計力學關系破壞機理震害試驗現(xiàn)象工程經(jīng)驗結構選型與布置全局的角度來確定控制結構的布置及細部構造措施設計思想地震、風概念設計

減少扭轉、增加抗扭剛度延性結構和構件避免薄弱層多道設防、剛柔結合承載力、剛度、延性為主導概念設計

1、概念設計不僅用于一些大的原則,如確定結構方案,結構布置等，而是貫穿整個設計過程中。2、結構設計不是“規(guī)范+計算”更不是“規(guī)范+一體化計算機結構設計程序”。概念設計是在總體上把握抗震設計的主要原則，彌補由于地震作用及結構地震反應的復雜性而造成抗震計算不正確的不足；抗震計算為建筑抗震設計提供定量保證；構造措施則為保證抗震概念與抗震計算的有效性提供保障。它們是一個不可割裂的整體。概念設計、結構計算、構造措施關系概念設計

1.1鋼結構的適用范圍輕質(zhì)高強；材質(zhì)均勻、穩(wěn)定；生產(chǎn)工業(yè)化程度高，施工周期短；塑性韌性好；密封性好；耐腐蝕性差；耐火性差；單價較高（？）。高大重動輕大跨度鋼結構重型廠房鋼結構受動力荷載影響的結構可拆卸的結構高聳結構和高層建筑容器和其他構筑物輕型鋼結構鋼結構特點鋼結構的適用范圍1.2鋼材選用選用原則結構或構件的重要性荷載性質(zhì)（靜載或動載）連接方法（焊接、鉚接或螺栓連接）工作條件（溫度及腐蝕介質(zhì)）鋼板的厚度對于重要結構、直接承受動載的結構、處于低溫條件下的結構及焊接結構，應選用質(zhì)量較高的鋼材。注意焊接結構選用B級以上的鋼材（如Q235B)鋼材強度選擇剛度控制時，選低等級強度控制時，選高等級桿系（如支撐）穩(wěn)定控制時（如長細比控制），選低等級。影響因數(shù)結構重要性荷載狀況連接狀況使用溫度選擇因子值類別三級靜力全螺栓、無焊接不低于0°C1二級一般動力大部分工廠焊、工地螺栓不低于-20°C2一級疲勞動力大部分現(xiàn)場、高空焊不低于-40°C3表1-1選擇鋼材沖擊韌性指標的影響因數(shù)選擇因子表1-2選擇因子之積u與質(zhì)量等級關系選擇因子之積u22~1818~2424~54>54質(zhì)量等級ABCDEμ=μ1×μ2×μ3×μ4

1.3鋼結構荷載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

1.3鋼結構荷載一、風荷載

一般指標準值，由基本風壓，風振系數(shù)（或陣風系數(shù)），體型系數(shù)，及風壓高度變化系數(shù)組成。鋼結構對風敏感、往往成為控制荷載。注意風吸力和風壓力。二、冰、雪、積灰的自重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(chǎn)生過程雪荷載與屋面活荷載不同時考慮，取兩者中較大者。積灰荷載與屋面活荷載或雪荷載兩者中較大者同時考慮。

1.3鋼結構荷載豎向荷載應乘以動力系數(shù)1.05(吊車工作制A1~A5)或1.1(A6~A8)。水平荷載見規(guī)范。吊車荷載工作制等級輕級中級重級特重級工作級別

A1～A3

A4,A5

A6,A7

A8

1.3鋼結構荷載三、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）例：一天24小時，溫度不斷變化。氣溫每上升或下降1攝氏度，受熱脹冷縮影響，鋼結構桁梁就會伸長或縮短一些。合龍段長度隨溫度的變化而變化，需要通過測量距離及溫度來確定。建筑結構的相對溫度作用（同一結構不同溫度下的溫差）相對不敏感，大跨和超長結構考慮

1.3鋼結構荷載三、溫度作用（1）溫差大時，鋼結構安裝要考慮施工時段；（2）超出下表中數(shù)值時,應考慮溫度應力和溫度變形的影響

結構情況縱向溫度區(qū)段(垂直屋架或構架跨度方向)橫向溫度區(qū)段(屋架或構架跨度方向)柱頂為剛接柱頂為鉸接采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋露天結構220120150180100125120----

1.3鋼結構荷載四、地震荷載按《抗震設計規(guī)范》GB50011-2010采用。盡可能減小配套結構的重量（采用輕質(zhì)維護材料的板材）提高鋼結構的延性變形能力利用一切附加因素提高阻尼比五、荷載及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。1.4鋼結構的遇計算鋼結構確計算的葛兩種方森法1、極限狀態(tài)叫設計法：強度師、剛度葡、穩(wěn)定2、許用應力抱法：疲勞、瞎對變形敏深感結構的朝穩(wěn)定結構極飲限狀態(tài)漠驗算1.4鋼結構廳的計算活載組掏合系數(shù)典：雪載傾：0.坑7；積全灰：0檔.9;吊車：技0.7憑或0.傳95(霜硬鉤和戒A8軟德鉤）；升風載：洋0.6（1）永久答荷載分殖項系數(shù)當其效譽應對結損構不利因時--對可變荷臺載效應控夫制的組合幫，應取1.2;--對永久荷瞇載效應控跪制的組合茅，應取1.3論5;當其效應古對結構有慢利時--一般情況看下應取1.0；--對結構的還傾覆、滑舍移或漂浮勿驗算，應竿取0.9。（2）可變行荷載的轎分項系痰數(shù)--一般情況嶄下應取1.4；--對標準值廚大于4kN駝/m2的工業(yè)房害屋樓面結餓構的活荷載花標準值靠應取1.3。1.4鋼結構的勸計算（3）軋、結構特效應一般滿足（1呼-1）、細（1-3養(yǎng)）常遇地震誰作用時秩取腿1.0唯，此時沫風組合盞系數(shù)取澡0.2罕遇地震作盡用時所有膚的分項系驕數(shù)均為1假.0正常使用極限遺狀態(tài)實為針廣義變形桑：線位移缺、角位移定、加速茄度、沉降隸、長細練比等。（4）抖、結構雹抗力R晝及正常枝使用限凱值C鋼材強度倍變化：鋼慌材厚度不酒同、強度胖不同；單齒角鋼受力仁，整體按蠅軸壓構件勝計算時，駁強度修正間；單角鋼納單肢連接閃時，連接按強度修正計；地震作傷用時強度悄的提高修老正。正常使用藝極限狀態(tài)叮下變形限售值C：按嗓GB50肚017-耽2003編查找。預拱問題湖：樓面、圍屋面、曲扯梁、懸臂填梁等取拱墨，荷載啟絮用合喝適。變形結限值應通臥知其它工役種的設計永人員。1.5.域1結構豎體系與使恥用要求結構需份滿足建恨筑功能大和空間臨要求框架結待構：住原宅、辦探公樓門式剛旅架：輕釋工廠房空間結構還（拱、殼濤、索、膜變或雜交結滾構）：公賽共建筑1.5.躍2主車體鋼結構茂的優(yōu)化設磁計方向框架結構妄：選擇合機適的截面占，盡可能肢大的慣性況矩和抗彎饞模量，同盟時滿足局駱部穩(wěn)定要糾求門式剛險架：根森據(jù)制造圖分段及明內(nèi)力狀潔況分段防確定各梅段兩端硬截面的嬸高度和頃尺寸。懂一般直最線變坡詳?？臻g結給構：單廢個構件繩軸心受偶力，截擺面尺寸目優(yōu)化；厭整體幾叨何尺寸蜓或形態(tài)堤優(yōu)化（劇找形分陽析）。1.5結構體系1.5結構體蒜系1.5.田3輔助結泰構與主體蓬結構的關院系主體結卻構：梁迷、柱、燙桁架、瓶拱、殼萍、索、渠膜或雜峰交結構輔助結澡構：支含撐關系：支撐與恭桁架或從框架結似構共同菠受力。支撐減健小主要妥受力構掏件的計詳算長度提高結雁構體系客的整體班性，提慎高結構柜的整體叛剛度在施工過挑程中保持殲結構的穩(wěn)撞定性支撐結物構與主哪體結構蒙相互轉貨換主體結構雪是支撐結圾構的支座除。1.6節(jié)點設爸計1.6騾.1單有元的劃驅分與結軋合計算單元倡：根據(jù)構柔件的不同剝種類、計瞎算精度要確求制作單溜元：便起于制作眼分工，植提高標溫準化、麻機械化福，提高盜工廠化庫及效率指。運輸單耳元：提向高運輸匆效率，量節(jié)約運買輸成本港。安裝單君元：考型慮安裝我時間過盛程、空伸間狀態(tài)晚、設備定能力、彈效率。所有的柴單元用貪節(jié)點連凍接成整權體。1.6每.2噸節(jié)點分刮類受力分：醫(yī)剛接、半疫剛接、鉸昆接1.剛接位:抵抗和瘦傳遞M酷、N、老V；變具形連續(xù)極限狀詠態(tài)下，槐有一定需的塑性嗽變形能力，掩產(chǎn)生內(nèi)力逐重分布和員抗震耗能1.6節(jié)點設吸計2.半績剛性連墾接：有一定的朝抗彎能力羽，但抗彎悟剛度不連憐續(xù)處理：整體計算老時，鉸接犯。局部分析蓮時：取合但適的計算形模型，如屯剛接或承前受一半的覺彎矩等。梁腹板與萬翼緣傳遞貧剪力和部規(guī)分彎矩梁柱半肺剛接1.6節(jié)點設計3.鉸接儲：只承受和果傳遞剪力鄙，對結構偽變形不敏蒜感。類型：銷闖連接、支蔥座端板的籍洗平頂緊女、專用鉸饒支座、普舅通螺栓連臉接。固定鉸迅和滑動意鉸1.6宣.3焊登接和螺潤栓連接1.選池擇：塔架：患螺栓連央接其它：焊金接和螺栓優(yōu)并用原則：俘工廠焊釘接、現(xiàn)蛙場螺栓敏連接，曬盡量避聲免現(xiàn)場杯高空焊欄接。趨勢：工等廠化生產(chǎn)梅、高效率憂安裝、節(jié)撐約資源和數(shù)成本。梁柱鉸普接1.6節(jié)點設努計2.焊鮮接和螺細栓連接蜓中具體桂方法及紅質(zhì)量等蹄級的選魔擇焊接：疲勞動節(jié)力荷載觀：全熔乘透的一椒級對接售焊縫一般動力杠荷載：全與熔透的二幟級對接焊學縫，并采上用引弧板其他：陪三級對蒙接焊縫蘆或角焊講縫螺栓焊董接：疲勞、動沙力荷載：樓摩擦型高恥強螺栓一般動斃力荷載剃、較大亞靜力荷希載：承卷壓型高場強螺栓蔑或高強我度配套宜螺栓（綁加防松扎措施）其他：普躁通螺栓C僅級（加防湯松措施）陸，A、B厭級僅用于器單個銷連祖接且長度梨可調(diào)的構粱件連接。鑄鋼連郊接：復予雜節(jié)點套。鋼結構駁設計簡舌單步驟螞和設計販思路1、端判斷草結構是蓋否適合獵鋼結構高、大、青重、動、悅輕、體形格復雜、可野持續(xù)發(fā)展械住宅2、結吼構選型與芽結構布置頓(結構方莖案)(1)對對結構定性皺,在經(jīng)驗播豐富的工恭程師下進仰行.(2)“概念設箏計”在結構蓋選型與鈴結構布士置階段午尤其重王要.(3)可慣避免多次融修改和試剪算,提高慚世紀設計箏效率鋼結構設僅計簡單步腳驟和設計翁思路3、擴預估截籌面:確定梁餓柱和支反撐的斷永面與尺填寸．梁截面高課度通常真在跨度遞的1/澆20~桃1/4尋0之間各選擇,說根據(jù)梁激側向支注撐點間排的距離瘡[l/泡b]限怎值確定撿翼緣寬樂度（整仇體穩(wěn)定子），根悟據(jù)局部眨穩(wěn)定確澆定翼緣驕厚度．柱：長脅細比預攜估，通垮常只，簡單野選擇在犯80左零右，４、結輔構分析:購線彈性分饒析，可考濤慮二階效應．系電算或盲手算．鋼結構槳設計簡架單步驟藥和設計鏟思路５、工程判師定：評估各向埋周期、總多剪力、變鼓形特征等醬，根據(jù)判街定結果，授確定選擇偉修改模型違重新分析哄還是修正作計算結果鹿．不同的軟姻件會有不的同的實用他條件，初者學者應充指分明了．肥此外，工姜程設計計放算與精確屆的力學計造算通常有旬一定誤差蠻，為了獲測得實用的劃設計方法掙，有時會粒用誤差較善大的假定半，但對這辮種誤差，擾要通過“適用條漫件、概膜念及構不造”的方式末保證結甚構的安沫全，這必比定量嫩計算更遭重要．注重概念捕設計、工獅程判定和龜構造措施鋼結構設艇計簡單步匪驟和設計頸思路６、吼構件設顯計材料：蠶Ｑ２３寧５、俱Ｑ３４鵲５，強烈度控制轎是可選掠擇Ｑ３淘４５，蜜穩(wěn)定和獅變形控墾制時，藝宜選擇錫Ｑ２３客５，焊槳接時宜奧選擇選刻擇Ｑ２?。常?之Ｂ或Ｑ屢３４５啄-Ｂ（１）軟平件在做構角件（柱）記的截面驗衣算時，計算長度滿系數(shù)的取定有腫時不符合儉規(guī)范的規(guī)市定．對于肢節(jié)點連接迫情況復雜肢或變截面束的構件，掩應該逐個忙檢查．（２）截敘面不滿足斃：強度不井足時，通常加披大組成截搞面的板件浴厚度，其矛中，抗彎殼不足加大猾翼緣厚度略，抗剪不矛足加大腹肌板厚度．變形超限粱：通常不應物加大板件泛厚度而應天考慮加大驅截面高度鋼結構設厘計簡單步健驟和設計厭思路7、節(jié)點菌設計(1)是鋼結掠構設計室中重要堂的內(nèi)容永之一,在分析市之前,應該對節(jié)栗點形式有譜充分的思令考和確定.最終設計畢的節(jié)點與萍模型中的擾形式不完碧全一致,應控制揀在5%內(nèi),否則應樹避免.節(jié)點分剛結、鉸接和膨半剛接.連接節(jié)粗點的不涉同對結驢構影響攪較大.有的剛咸接節(jié)點紋雖然承戶受彎矩丈沒問題,但會產(chǎn)生屆較大的轉棟動,不符合結笛構分析中柜的假定,會導致實瓣際變形大轎于計算數(shù)改據(jù)的不利捐結果.鋼結構設遠計簡單步熊驟和設計象思路(2)設計方省法有等強設計和實際受瘦力設計,初學者可稠偏安全選芹前者.(3)焊接:對焊縫的狀尺寸及形娘式、質(zhì)量不等級,規(guī)范有強殼制規(guī)定,應該嚴格復執(zhí)行.焊條的政選用應染與被連晃接金屬歲材質(zhì)相脖適應.E43與Q23掠5,E開50對Q34悲5,Q合235與Q345連接是選窩用E43熊.設計中不鼠得任意加午大焊縫.焊縫重心尚應盡量與剩被連接構筋件接近.質(zhì)量等級謙不宜要求由太高,不要一融律按一桐級或二棟級質(zhì)量充要求,應根據(jù)結鎮(zhèn)構重要性乏、受力性恐質(zhì)、焊縫梢形式、工群作環(huán)境及據(jù)應力狀態(tài)取等情況區(qū)摩別對待.鋼結構此設計簡妹單步驟醉和設計患思路(4)焊接:鉚接很少用,普通螺表栓抗剪性能巨差用在次雁要結構部槐位,高強螺栓甜使用廣泛,分8.8級和10.9級,設計分承彎壓型和摩述擦型,計算方邊法不同,最小規(guī)格棟為M12救,常用規(guī)格戶為M16畢~M3鋒0;自攻螺釘爭用于板材軍與薄壁型渣鋼間的次點要連接.鋼結構設述計簡單步躲驟和設計輛思路(5)連到接板:凈截面抗托剪和抗拉憐計算.連療接板厚度氣可簡單取齡為梁腹板汽厚度加4仿MM,除惰短梁或有朽較大集中蝕荷載的梁算外,常不哄須驗算抗復剪(6)梁森腹板:應驗算副栓孔處去梁腹板