建筑结构原理及设计教学课件PPT钢结构.ppt

1 第七章 钢结构 建筑结构原理及设计 制作：重庆南方翻译学院 邹定祺 2 建筑结构原理及设计 第七章 钢结构 制作：重庆南方翻译学院 邹定祺 3 第七章 钢结构 一、钢结构的优点 1、具有很高的强度，因此它的构件截面较小，重量 较轻，适合于做超高层建筑和大跨度建筑。 2、质地均匀，其力学性能与计算假定的吻合程度高, 因而钢结构的计算准确，适于建造重要建筑结构。 3、具有良好的塑性和韧性，一般条件下，不会因超 载而发生脆断，即使有局部应力集中也可以通过塑 性发展而缓解，对动力荷载适应能力强，适于抗震和 动力作用厂房。 4、钢构件工业化程度高，可以在工厂成批预制，产 品质量稳定、精度高、，工地拼装简便，建造周期 4 短，能较快发挥投资的经济效益。钢构件的运输方便 ，适于在边远山区或恶劣环境下使用。 5、建造后还可以根据需要灵活进行改造，拆除和扩 建，拆除后的钢构件能够重复使用或回炉。 二、缺点 1、钢构件价格高。 2、耐腐蚀性差，须定期进行防蚀维护。 3、耐火性差，许多力学性能随温度升高而急剧下降 ，几乎丧失承载力。 4、由于钢构件一般壁薄，细长，在受压时容易失稳, 材料强度不能充分发挥，因此稳定问题在钢结构设 计中是一个重要问题。 重型结构及大跨度建筑结构重型结构及大跨度建筑结构 5 多层、高层及超高层建筑结构多层、高层及超高层建筑结构 6 塔桅等高耸结构塔桅等高耸结构 7 8 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构 深圳地王大厦 美国世贸大厦 9 10 2001年9月11日 11 7.1 钢结构材料 1、钢材 （1）钢材品种 建筑结构适用的承重钢材为碳素结构钢q235钢及 低合金钢q345、q390和q420钢 qq：表示：表示“ “屈屈” ”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“ “屈服强度屈服强度 （2）常用钢材规格 1）钢板 2）热轧型钢: 角钢、工字钢、槽钢、h型钢、t型钢和 钢管 3）冷弯薄壁型钢和压型钢 冷弯薄壁型钢是由1.56mm的薄钢板经冷弯或模压而 成型的，其截面各部分厚度相同，转角处均呈圆弧形（图 ai）。因其壁薄，截面几何形状开展，因而与面积相同的 热轧型钢相比，其截面惯性矩大，受力性能好，是一种高效 经济的截面；缺点是因为壁薄，对锈蚀影响较为敏感，故多 于跨度小，荷载轻的轻型钢结构中。 压型钢板（图j）是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚 度为0.42mm。其优缺点同冷弯薄壁型钢，主要用于围护 结构、屋面、楼板等。 12 冷弯薄壁型材的截面形式 13 （3）钢材强度设计值见表7.1.1。 （4）钢材的弹性模量：e=2.06105n/mm2 （5）钢材的选用 钢材的选用的基本要求：保证承重结构的承载力 、 防止一定条件下的脆性破坏和具有良好的加工性能（ 冷加工、热加工和可焊性能）。 2、连接材料 钢结构的连接方法有焊接、螺栓连接（普通螺栓 连接、高强螺栓连接）和铆钉连接。 。 7.2 钢结构的可能破坏型式 1、整体失稳破坏 必须进行稳定计算并采取适当的构造措施 14 15 16 17 18 2、结构和构件的局部失稳 防止的方法主要有限制板件的宽厚比和设置加劲肋 。 19 加强局部稳定的措施 *所选截面如不满足规定， 应调整板件厚度或宽度。 *对工形和箱形截面的腹板 也可采用设置纵向加劲肋 的方法予以加强，以缩减 腹板计算高度，纵向加劲 肋宜在腹板两侧成对配置， 其一侧外伸宽度不应小于 10tw。 3、结构的强度破坏 结构或构件的强度破坏，应通过计算和一定 的构造措施予以有效防止。 在杆件系统建筑钢结构中，受压构件一般发 生失稳 破坏，受拉构件或受弯构件一般发生强度破坏 。 7.3 钢结构连接 钢结构常用的几种连接方法的优缺点见表7.3.1。 20 21 . . . 钢结构的焊接连接 (a)焊缝对接连接(b)焊缝搭接连接(c)焊缝t形接连接 焊缝连接 22 螺栓连接 23 7.4 轴向受力构件 7.4.1 轴心受力构件 1、构件截面 界面分为型钢截面和组合截面。 组合截面又分实腹式截面和格构式截面。 2、强度和刚度 （1）强度 =n/anf (7.4.1) （2）刚度 最大长细比 =l0/i (7.4.2) 24 3、轴压杆件的整体稳定 轴心受压构件按截面型式分为a,b,c,d四类（见附录 g），按四类截面引入轴心受压构件的稳定系数。 则轴压杆件的整体稳定计算公式为： =n/(a)f (7.4.5) 4、轴压杆件的局部稳定 （1）翼缘 b t b/t (10+0.1)235/fy (7.4.6) tw （2）腹板 h0 h0/tw (25+0.5)235/fy (7.4.7) t 25 7.4.2 实腹式轴心受压柱 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 强度、整体稳定、局部稳定 刚度（控制长细比） 轴心受压构件的强度轴心受压构件的强度 整体稳定用用 欧拉临界力欧拉临界力 实腹轴心受压柱 整体失稳 26 实腹式轴心受压构件的局部稳定实腹式轴心受压构件的局部稳定 27 板件越宽越薄板件越宽越薄 板件越容易失稳板件越容易失稳 局部失稳局部失稳 促使构件整体破坏促使构件整体破坏 保证局部失稳不先于整体失稳保证局部失稳不先于整体失稳 . 28 控制板件局部失稳的方法控制板件局部失稳的方法 限制宽厚比限制宽厚比b/tb/t 处理处理h h、工字形腹板局部失稳的方法、工字形腹板局部失稳的方法 1 1、增加板件厚度、增加板件厚度 3 3、任其腹板局部失稳、任其腹板局部失稳 2 2、增加纵、横向加劲肋、增加纵、横向加劲肋 轧制的型钢构件一般都满足轧制的型钢构件一般都满足 局部稳定要求，无需进行局局部稳定要求，无需进行局 部稳定验算。部稳定验算。 29 7.4.3 格构示轴心受压柱 7.4.4 偏心受压柱 刚度刚度 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 强度、整体稳定、分肢稳定强度、整体稳定、分肢稳定 7.4.5 柱脚 30 柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受 的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。 7.5 钢梁 7.5.1 钢梁的型式和应用 钢梁是实腹式受弯构件。 梁的受弯可分为仅在主平面 内受弯的单向弯曲和在两个主平面内受弯的双向 受弯等两种受力状态。 钢结构中梁的布置称为梁格。梁格分三种型式： 简单梁格仅有主梁，适用于梁跨度较小的情况 。 31 32 普通梁格设置主梁和次梁，次梁支承于主梁。 适用于大多数的梁格尺寸和荷载情况。 复式梁格除了主梁和纵向次梁外，还在纵向次 梁间设置横向次梁，适用于荷载重、主梁跨度大情况。 钢梁的设计内容包括强度、刚度、整体稳定和局 部稳定。 7.5.2 梁的强度和刚度 1、强度 （1）抗弯强度 =ms/(swnx) f (7.5.1) （2）抗剪强度 =vs/(itw)f (7.5.2) （3）局部承压强度 （4）折算应力 33 2、刚度 梁的刚度按荷载标准值引起的最大挠度来衡量, 越小刚度越大。钢结构规范按全部荷载标准值作用、 可变荷载标准值作用两种情况分别规定了梁的最大挠 度值t和q，用与跨度l的比值（相对挠度限值） 表示。为保证梁的正常工作，挠度验算应满足： t和q 7.5.3 梁的整体稳定和局部稳定 1、整体稳定 （1）无需计算整体稳定的情况 34 （2）梁的整体稳定验算 mx/(bwx) f (7.5.5) 2、局部稳定 热轧工字钢的腹板较厚，不可能发生局部失稳，故 不必验算。组合截面钢梁由板件组成，应按计算和构 造要求分别保证翼缘和腹板的局部稳定。 7.5.4 主梁与次梁的连接 主梁与次梁的连接构造分为叠接和平接两类。 7.5.5 梁柱连接 梁与柱的铰接有两种做法：一种做法适用于顶层 梁；另一种是梁连接于柱侧的下部承托上。 多层框架结构中，梁与柱的连接点应为刚接。 35 7.6 钢桁架 1、桁架型式的选择 2、桁架的荷载和内力 （1）荷载 （2）桁架的内力 当桁架仅受节点荷载时，可按铰接珩架计