鋼結(jié)構設計控制要點2015.12.11

鋼結(jié)構設計控制要點

2021/5/91總的原則整體把控，注重細部現(xiàn)實聯(lián)系理想強度，剛度，穩(wěn)定都重要強節(jié)點，弱構件2021/5/92主要章節(jié)1、鋼結(jié)構的應用范圍2、鋼結(jié)構常見的破壞形態(tài)3、鋼結(jié)構的材料性能4、鋼結(jié)構的連接5、鋼結(jié)構的有限元分析及實驗研究6、鋼結(jié)構的力學模型7、鋼結(jié)構常用的計算軟件8、鋼結(jié)構的防腐及防火2021/5/931.鋼結(jié)構的應用范圍1）大跨度結(jié)構2）重型廠房結(jié)構3）受動力荷載影響的結(jié)構4）可拆卸的結(jié)構5）高聳結(jié)構和高層結(jié)構6）容器和其它構筑物7）輕型鋼結(jié)構8）海洋平臺結(jié)構

2021/5/94（1）大跨度結(jié)構體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機庫等2021/5/95（2）重型廠房結(jié)構鋼鐵、化工、機械、發(fā)電等行業(yè)的廠房2021/5/96（3）受動力荷載影響的結(jié)構：公路，鐵路，跨江，跨海2021/5/97（4）可拆卸、移動的結(jié)構舞臺、展棚、軍用設施、溫室等2021/5/98（5）高聳結(jié)構和高層結(jié)構金茂、環(huán)球金融中心、迪拜塔2021/5/99（5）高聳結(jié)構和高層結(jié)構電視塔、天線、發(fā)射架、管道支架2021/5/910（6）容器和其它構筑物

油罐、儲氣罐密封性好、耐高壓2021/5/911（7）輕型結(jié)構廠房、住宅、公共建筑輕便、安裝迅速2021/5/912（8）海洋平臺2021/5/9132、鋼結(jié)構常見的破壞形態(tài)鋼結(jié)構的承載能力極限狀態(tài)可以出現(xiàn)于下列六種情況：（1）整個結(jié)構或其一部分作為剛體失去平衡（如傾覆）；（2）結(jié)構構件或連接因材料強度被超過而破壞；（強度破壞）（3）結(jié)構轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（倒塌）；（4）結(jié)構或構件喪失穩(wěn)定（屈曲等），網(wǎng)架倒塌；（5）結(jié)構出現(xiàn)過度的塑性變形，而不適用于繼續(xù)承載；（6）在重復荷載作用下構件疲勞斷裂。在這些極限狀態(tài)中，穩(wěn)定性、抗脆斷對鋼結(jié)構設計有重要的意義。2021/5/914整體把控定結(jié)構方案，選結(jié)構類型柱網(wǎng)的布置，抗側(cè)移構件的布置，支撐或剪力墻，力爭使結(jié)構平面布置規(guī)則。軟件計算，整體參數(shù)，周期比，整體側(cè)移，層間側(cè)移；構件的應力比，位移。應力比：主要傳力構件0.7-0.8，二級構件0.8-0.9，次要構件0.95以下?？捎玫能浖蠸AP2000，MIDAS，PKPM等軟件2021/5/915青島郵輪母港客運中心鋼屋蓋考慮行波效應的地震反應分析2021/5/916

注重細部2021/5/9173鋼結(jié)構的材料3.1對鋼結(jié)構用材的要求鋼材——鐵（Fe）、碳（C）及其它元素的合金。化學成分——碳素鋼，低合金鋼，不銹鋼，耐候鋼。結(jié)構鋼材——鋼板，型鋼。供貨鋼材鋼板型鋼熱軋冷成型2021/5/918結(jié)構用鋼：碳素鋼、合金鋼中少數(shù)幾種。鋼材的選用：Q235B，Q345B，Q345C等牌號（簡稱鋼號）：半鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量分級屈服強度，大小為235N/mm2☆屈服強度，基本反映含碳量高低?！钯|(zhì)量分級AD，表示質(zhì)量低高（根據(jù)沖擊韌性和冷彎性能劃分）3鋼結(jié)構的材料2021/5/919結(jié)構鋼須具備性能：較高的強度，塑性好，韌性好，良好的加工性能，適合冷、熱加工，良好的可焊性。一、單向拉伸時的工作性能3鋼結(jié)構的材料拉伸試驗鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現(xiàn)的性能強度指標變形性能2021/5/920ⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡⅢⅣⅤⅠ彈性階段Ⅱ彈塑性階段Ⅲ塑性階段Ⅳ應變硬化階段Ⅴ頸縮階段主要力學性能指標：彈性模量比例極限屈服點抗拉強度伸長率3鋼結(jié)構的材料2021/5/921二、冷彎性能判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標。

根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定彎心直徑將試樣彎曲180°，其表面及側(cè)面無裂紋或分層則為冷彎試驗合格。3鋼結(jié)構的材料2021/5/922三、沖擊韌性韌性是鋼材斷裂時吸收機械能力的量度。實際中用沖擊韌性衡量鋼材抗斷裂的性能。測量方法：梅氏方法夏比法缺口韌性值受溫度影響：常溫（20±5℃）0℃負溫（-20℃或-40℃）3鋼結(jié)構的材料2021/5/923碳素結(jié)構鋼質(zhì)量分級質(zhì)量分級沖擊韌性冷彎性能A不要求需要則進行BAKV≥27J（常溫）合格CAKV≥27J（0℃）合格DAKV≥27J（-20℃）合格改進韌性，保證可焊性注：表中沖擊韌性采用夏比V形缺口試驗。3鋼結(jié)構的材料2021/5/924對鋼材力學性能影響的因素一）、化學成分的影響二）、成材過程的影響1、生產(chǎn)過程冶煉，澆筑，軋制（鋼板厚?。瑹崽幚?、加工過程冷加工硬化（應變硬化），熱加工，使用過程，應力情況2021/5/925（3）應力①殘余應力：降低實際承載力；②應力集中：③復雜應力狀態(tài)：多向應力，降低延性。避免焊縫交叉應力狀態(tài)2021/5/9264鋼結(jié)構的連接一、鋼結(jié)構的連接方法

焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接

2021/5/9271、焊縫連接的特點●構造簡單，連接方便；●用料經(jīng)濟，不削弱截面；●加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；●密閉性好，結(jié)構剛度大；●缺點：焊接應力和焊接變形；熱影響區(qū)材質(zhì)變脆；對裂紋比較敏感；低溫冷脆；對動力荷載比較敏感，等。4鋼結(jié)構的連接2021/5/9282、鉚釘連接的特點●塑性和韌性較好；●連接緊密，傳力方便；●用于直接承受動力荷載的結(jié)構中（如橋梁）；●缺點：構造復雜，費工費料。很少使用。

3、螺栓連接的特點

分普通螺栓連接和高強螺栓連接（1）普通螺栓連接●A、B、C三級：A和B為精制螺栓，C級為粗制螺栓；●材料等級：A和B為8.8級，C級為4.6級或4.8；●加工：A、B級由毛坯在車床上精確加工而成——精制；C級為由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成——粗制；4鋼結(jié)構的連接2021/5/929●螺孔：A、B級需要鉆模鉆成（Ⅰ類孔），孔徑比螺桿大0.3mm左右；C級為一次沖成或不用鉆模鉆成（Ⅱ類孔）孔徑比螺桿大1.5~3.0mm。●受力：A、B級受力性能好，連接變形小，可以既受拉又受剪，用于重要的連接；C級螺栓連接性能不如A、B級好，主要受拉，用于承受靜力荷載和間接承受動力荷載的次要連接?！褓M用：A、B級成本昂貴，C級螺栓價格便宜，能用C級螺栓的地方不用A、B級螺栓。

（2）高強螺栓連接

高強螺栓分為摩擦型高強螺栓和承壓型高強螺栓4鋼結(jié)構的連接2021/5/930●摩擦型高強螺栓：只依靠構件接觸面之間的摩擦力來傳遞剪力，以剪力等于接觸面摩擦力為設計極限狀態(tài)?！癯袎盒透邚娐菟ǎ涸试S接觸面滑移（剪力超過摩擦力），以螺桿與構件之間的擠壓而發(fā)生的連接破壞作為承載力極限狀態(tài)?！袷芰Γ耗Σ列透邚娐菟羟凶冃涡?，彈性性能好，耐疲勞，特別適用動力荷載；承壓型高強螺栓的承載力高于摩擦型，剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構。

●材料等級：采用45號鋼、40B和20MnTiB鋼（熱處理），材料等級為8.8級或10.9級。●孔徑：摩擦型高強螺栓孔徑比螺栓大1.5~2.0mm；承壓型高強螺栓孔徑比螺栓大1.0~1.5mm。4鋼結(jié)構的連接2021/5/931

二、焊接方法和焊縫連接形式

1、鋼結(jié)構常用的焊接方法介紹●手工電弧焊。焊條選擇：Q235選擇E43型；Q345采用E50型焊條；Q390和Q420采用E55型焊條；不同鋼種之間（例Q235與Q345)宜選用低組配方案（E43型）●自動或半自動埋弧焊?！駳怏w保護焊。

2、焊縫缺陷及焊接質(zhì)量檢驗●焊縫缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、未熔合等4鋼結(jié)構的連接2021/5/9322021/5/933●焊縫質(zhì)量檢驗：外部檢驗外部（外部尺寸和缺陷）和內(nèi)部檢驗（內(nèi)部缺陷）。內(nèi)部檢驗方法：①超聲波（主要)；②磁粉（輔助）；③熒光檢驗（輔助）；④x射線、γ射線等（x射線應用廣）。

●焊縫質(zhì)量等級：《鋼結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》對焊縫分為一級、二級和三級。

三級焊縫只要求進行外觀檢驗并符合標準；一級、二級除了外觀檢查外，還必須進行一定量的超聲波檢驗并符合相應的標準。●焊縫等級的選用：①疲勞驗算的構件：垂至于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時為一級，受壓時為二級；4鋼結(jié)構的連接2021/5/934

②不進行疲勞計算的構件：對接焊縫要求等強時受拉焊縫不低于二級，受壓時宜為二級；③重級工作制吊車和Q≥50T的中級工作制的吊車，吊車梁腹板與上翼緣之間的T形焊透的對接與角接組合焊縫，不低于二級；④角焊縫一般為三級，只有直接承受動力荷載的焊縫應為二級。

3、焊縫連接形式和焊縫形式●焊縫連接形式：按照被連接構件的相對位置來分為對接（直接對接和蓋板對接）、搭接、T形連接和角部連接等4鋼結(jié)構的連接2021/5/9352021/5/936●焊縫形式：對接焊縫和角焊縫●對接焊縫：正對接焊縫和斜對接焊縫●角焊縫：正面角焊縫（端縫）、側(cè)面角焊縫（側(cè)縫）和斜角焊縫（斜縫）

連續(xù)角焊縫（重要構件）和間斷角焊（次要構件）：間斷角焊縫間斷距離l≤15t（受壓）和l≤30t（受拉），t為較薄件的厚度●按照施焊位置分：平焊（俯焊）、橫焊、立焊和仰焊四種。焊接質(zhì)量影響較大。4、焊縫代號、螺栓及其孔眼圖例●焊縫代號：●螺栓及其孔眼：4鋼結(jié)構的連接2021/5/9372021/5/9382021/5/939

三、焊接應力和焊接變形

1、焊接應力●焊接應力產(chǎn)生的原因。●焊接應力的類型：縱向焊接應力；橫向焊接應力；厚度方向的焊接應力?！窈附討Y(jié)構性能的影響：不影響結(jié)構的靜力強度；降低結(jié)構的剛度；降低結(jié)構的穩(wěn)定承載力；增加了結(jié)構在低溫下的脆斷傾向；對結(jié)構的疲勞強度有明顯的不利影響。

2、焊接變形●焊接變形：局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等，影響構件在正常使用條件下的承載能力。2021/5/9403、減少焊接應力和焊接變形的措施設計上：●焊件位置的安排要合理。盡量使焊縫對稱于構件截面的中心軸。●焊縫尺寸要適當。不得隨意增大焊縫的厚度?！窈缚p的數(shù)量宜少，且不宜過分集中。●應盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉。●盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。2021/5/941工藝上：●采取合理的施焊次序。例如分段退焊、分層焊和工字形截面的對角跳焊等?！癫捎梅醋冃畏ā！駥τ谛〕叽绾讣?，采取焊前預熱，焊后回火加熱至600度左右，然后慢慢冷卻，可以消除焊接應力和焊接變形?！癫扇傂怨潭ǚ▉砜刂坪附幼冃?，但增加了焊接應力。

2021/5/942

四、普通螺栓連接與構造

1、螺栓的排列●螺栓排列要求：受力要求；構造要求；施工要求。●螺栓排列方式：并列和錯列兩種?！衤菟ㄅ帕械淖畲蠛妥钚∪菰S距離。

2、螺栓的構造要求●每一構件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久螺栓的數(shù)目不少于2個?！駥χ苯映惺軇恿奢d的普通螺栓連接，應當采用雙螺帽或其它防止螺帽松動的有效措施。●由于C級螺栓與孔壁有較大間隙，一般只受拉力，不宜受剪，承受靜力荷載結(jié)構的次要連接、可拆卸結(jié)構和臨時結(jié)構，可采用C級螺栓受剪。重要結(jié)構中，優(yōu)先采用高強螺栓。2021/5/9432021/5/944

五、高強螺栓連接與構造●當型鋼構件的拼接采用高強度螺栓連接時，由于型鋼的抗彎剛度較大，不能保證摩擦面緊密貼和，故不能用型鋼作為拼接件，而應采用鋼板。●在高強度螺栓連接范圍內(nèi)，構件接觸面的處理方法應在施工圖中說明。

2021/5/945防止脆性斷裂影響鋼材脆斷的因素：鋼材的質(zhì)量，鋼板的厚度，加荷速度，應力性質(zhì)和大小，最低使用溫度，連接的方法，應力集中程度等。防止脆斷的措施有：

1）對低溫地區(qū)的焊接結(jié)構要注意選擇鋼材的材質(zhì)；

2）對焊接結(jié)構特別是低溫地區(qū)，設計時要注意焊縫的正確布置和施焊時注意焊縫的質(zhì)量；

3）力求避免應力集中；

4）結(jié)構在使用時應避免使其突然受力，要使加荷的速度不致過大。5）設置多道防線兩個重要細節(jié)：避免焊縫交叉；集中荷載處設加勁肋。鋼材脆斷2021/5/946兩個重要細節(jié)：避免焊縫交叉：避免三向受拉，防止斷裂。集中荷載處設加勁肋：防止局部屈曲。2021/5/947細部的設計方法：有限元計算或者試驗2021/5/948青島郵輪母港客運中心鋼屋蓋的特殊節(jié)點的有限元分析6.有限元分析