建筑钢结构总复习

1、建筑钢结构设计建筑钢结构设计按用途按用途: : 工业建筑工业建筑民用建筑民用建筑第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 建筑结构的类型建筑结构的类型按层数按层数: :单层单层多层多层 高层高层超高层超高层按结构材料按结构材料按结构形式按结构形式工程设计基本要求工程设计基本要求功能要求功能要求美观要求美观要求经济要求经济要求环保要求环保要求1.2 1.2 结构设计的基本内容结构设计的基本内容结构设计过程结构设计过程方案方案设计设计结构结构分析分析构件构件设计设计绘施绘施工图工图1.1.结构选型结构选型2.2.结构布置结构布置3.3.尺寸估算尺寸估算方案方案设计设计结构结构分析分析构件构件设计设计

2、绘施绘施工图工图定位轴线定位轴线构件布置构件布置设置变形缝设置变形缝水平位置水平位置竖向位置竖向位置伸缩缝伸缩缝沉降缝沉降缝防震缝防震缝定位轴线定位轴线标高标高结构标高结构标高建筑标高建筑标高关系：关系： 沉降缝必须从基础分开，伸和防基础可连在一起；沉降缝必须从基础分开，伸和防基础可连在一起； 沉可替代伸。沉可替代伸。1.1.计算简图计算简图3.3.数学方法数学方法: : 解析解解析解数值解数值解2.2.计算理论计算理论: :线弹性线弹性 塑性塑性 非线性非线性材料非线性材料非线性几何非线性几何非线性结构分析结构分析结构计算内容结构计算内容承载能力极承载能力极限状态限状态正常使用极正常使用极限

3、状态限状态承载力承载力( (强度、稳定）强度、稳定）倾覆倾覆滑移滑移漂浮漂浮变形变形抗裂和裂缝宽度抗裂和裂缝宽度耐久性耐久性疲劳疲劳1 1 我国的抗震设防烈度为我国的抗震设防烈度为6969度，称为基本烈度。度，称为基本烈度。2 2 抗震设防有三个目标：抗震设防有三个目标：“小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震设计抗震设计1.3 1.3 建筑结构的作用建筑结构的作用 可变荷载的四个代表值，除标准值外，其余三项均是可变荷载的四个代表值，除标准值外，其余三项均是在标准值的基础上乘以某个系数，在标准值的基础上乘以某个系数，可变荷载的标准值称为可变荷载的标准值称为基本代表值。基

4、本代表值。楼面均布可变荷载楼面均布可变荷载 分类分类（按时间变异特点）（按时间变异特点）持久性（办公楼家具、设备等）持久性（办公楼家具、设备等）临时性（临时物品、临时集中等）临时性（临时物品、临时集中等）雪荷载雪荷载:0SSrk 屋面可变荷载屋面可变荷载屋面均布可变荷载屋面均布可变荷载屋面积灰荷载屋面积灰荷载1.1.屋面可变荷载均按水平投影面积计算；屋面可变荷载均按水平投影面积计算；2.2.屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑。屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑。注意注意 风荷载风荷载0wwrzszk1.4 1.4 结构的耐火设计结构的耐火设计 判定材料高温性能指标：判定材料高温性能指标：燃烧性

5、能、力学性能、发燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒气性和隔热性。烟性能、毒气性和隔热性。 结构耐火性能指标：结构耐火性能指标：燃烧性能和耐火极限。燃烧性能和耐火极限。耐火时间的影响因素：耐火时间的影响因素： 材料自身性能材料自身性能; ; 升温过程及受火条件升温过程及受火条件; ;失去失去稳定性、完整性和绝热性的判定条件。稳定性、完整性和绝热性的判定条件。依据耐火极限构件分成三类：依据耐火极限构件分成三类：u 分隔构件：隔墙，吊顶，门窗分隔构件：隔墙，吊顶，门窗（完整性，绝热性）（完整性，绝热性）u 承重构件：梁，柱，屋架承重构件：梁，柱，屋架（稳定性）（稳定性）u 分隔和承重构件：承重墙，楼板

6、分隔和承重构件：承重墙，楼板（三条件）（三条件）第第3 3章章 工业厂房钢结构工业厂房钢结构-单层排架结构单层排架结构 一、工业厂房的一、工业厂房的结构种类结构种类1. 1. 按结构材料分类按结构材料分类砌体混合结构砌体混合结构 钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构2. 2. 按结构型式分类按结构型式分类 排架结构排架结构 刚架结构刚架结构 3.1 3.1 结构组成与布置结构组成与布置二、工业厂房的二、工业厂房的结构组成结构组成长春佳禾钢结构生产车间长春佳禾钢结构生产车间1 1）维护结构）维护结构2 2）天沟）天沟3 3）天窗架）天窗架4 4）屋架）屋架5 5）托架）托架6 6）吊车梁）吊

7、车梁7 7）排架柱）排架柱9 9）抗风柱）抗风柱8 8）基础）基础1212）连系梁）连系梁1313）基础梁）基础梁1010）屋架支撑）屋架支撑1111）柱间支撑）柱间支撑三、工业厂房的三、工业厂房的布置布置柱网布置柱网布置墙柱构件与定位轴线的位置关系墙柱构件与定位轴线的位置关系变形缝设置变形缝设置2 2. .立面布置立面布置1.1.平面平面布置布置1 1）控制标高）控制标高 柱顶标高柱顶标高：300的倍数； 牛腿标高牛腿标高：300的倍数； 轨顶标高轨顶标高：600的倍数。3 3）净空要求净空要求 屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离屋架下弦与吊车架外轮廓线的距离 吊车架外缘与内缘的间距吊车架外缘与

8、内缘的间距 mmHC220)75(100)50(802tQmmtQmmB、2 2）轨道中心线与纵向轴线的距离轨道中心线与纵向轴线的距离mm7503.3.支撑布置支撑布置 支撑支撑：使厂房具有足够整体刚度和稳定性，：使厂房具有足够整体刚度和稳定性，减少构件平面外的计算长度和传递纵向水平荷载。减少构件平面外的计算长度和传递纵向水平荷载。 厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两部分。厂房支撑体系可分为屋盖支撑和柱间支撑两部分。2 2厂房结构的框架计算厂房结构的框架计算一、框架的一、框架的结构型式结构型式铰接与刚接铰接与刚接二、排架的二、排架的计算模型及主要尺寸计算模型及主要尺寸A AB B1 12

9、23 34 45 5计算单计算单元元三、排架的三、排架的荷载计算及内力分析荷载计算及内力分析q1q2F1F1F2F2F3F3F4 F4TmaxTmaxF5F5wDmaxDminF6F6（1 1）荷载计算）荷载计算（2 2）排架的内力分析）排架的内力分析1.1.柱的抗侧刚度柱的抗侧刚度D DEIEIC C3 30 01 1H Hu ul l= =D DD D = =EI33HD 2.2.柱顶作用集中荷载时柱顶作用集中荷载时FViinjjinjjiiuuDD11/1/1F1uiunu1uiunu1ViVnVniiVF1(1)(1)iiiuDV(2)(2)(3)(3)niuuu15M5MmaxMmi

10、nMmaxTW1q2q5M5MmaxMminMmaxTW1q2qR1.1.在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；在柱顶加上不动铰支座，利用图表求出内力和支座反力；2.2.将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；将支座反力反向作用于柱顶，求出内力；3.3.将上述两种情况的内力叠加。将上述两种情况的内力叠加。3.3.任意荷载作用时排架内力分析任意荷载作用时排架内力分析四、排架四、排架计算模型讨论及水平位移计算模型讨论及水平位移整体空间作用的产生条件整体空间作用的产生条件 或者结构不均匀，或者荷载不均匀或者结构不均匀，或者荷载不均匀 各排架之间有联系各排架之间有联系 排架与排架，排架与山墙之

11、间相互关联的作用称为排架与排架，排架与山墙之间相互关联的作用称为整体空整体空间作用间作用。排架结构考虑整体空间作用的计算排架结构考虑整体空间作用的计算maxTmaxTmax52TCR maxTmax5TCmax5TCmaxTmax5)1 (TCmkmax5)1 (TCmkmax5TCmkmax5TCmk 考虑整体作用后，上柱弯矩增大，下柱弯矩减小！考虑整体作用后，上柱弯矩增大，下柱弯矩减小！ maxmax5 52 2T TC CR R= =吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算吊车荷载作用下的考虑空间作用的计算 吊车梁顶处的水平位移吊车梁顶处的水平位移 应满足：应满足：mm10Ku且且1800KK

12、Hu2200KKHu（轻、中级工作制）（轻、中级工作制）（重、特重级工作制）（重、特重级工作制）A AB BHKHKmaxTmaxTKu当当mm5Ku时可不验算相对位移。时可不验算相对位移。Ku五、排架五、排架内力组合内力组合1. 1. 控制截面控制截面控制截面选择原则控制截面选择原则u 抗力最小的截面抗力最小的截面u 荷载效应最大的截面荷载效应最大的截面2.2.荷载组合荷载组合1)1.21)1.2S SGKGK+0.9+0.91.41.4( (S SQLKQLK+ +S SQWKQWK+ +S SQHKQHK) )2) 1.22) 1.2S SGKGK+0.9+0.91.41.4( (S S

13、QWKQWK + +S SQHKQHK) )3) 1.23) 1.2S SGKGK+0.9+0.91.41.4( (S SQLKQLK+ +S SQWKQWK) ) 4) 1.24) 1.2S SGKGK+1.4+1.4( (S SQLKQLK+ + S SQHKQHK) ) 5) 1.25) 1.2S SGKGK+1.4+1.4S SQWKQWK6) 1.26) 1.2S SGKGK+1.4+1.4S SQHKQHK 3. 3. 内力组合内力组合(1) +(1) +M Mmaxmax与相应的与相应的N N 和和V V。(2) -(2) -M Mmaxmax与相应的与相应的N N 和和V V。

14、(3) (3) N Nmaxmax与相应的与相应的M M 和和V V。(4) (4) N Nminmin与相应的与相应的M M 和和V V。3.3.屋架设计屋架设计一、屋架的结构型式一、屋架的结构型式3 3）满足制造、安装和运输要求）满足制造、安装和运输要求 构造简单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060； 杆件与节点数量少；杆件与节点数量少； 分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装；确定屋架形式的原则：确定屋架形式的原则：1 1）满足使用要求）满足使用要求 屋架外形应与屋架外形应与屋面材料的排水屋面材料的排水要求相适应。要求相适应。2 2）满足经济要求）满足经济要求 屋架外

15、形应尽量和屋架外形应尽量和弯矩图接近弯矩图接近，使上下弦杆，使上下弦杆 内内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小； 腹杆的布置宜使腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉短杆受压，长杆受拉； 荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。二、屋盖结构的主要尺寸二、屋盖结构的主要尺寸 主要尺寸包括屋架的跨度、跨中高度和端部高度主要尺寸包括屋架的跨度、跨中高度和端部高度（梯形屋架）。（梯形屋架）。 三角形屋架的中部高度主要取决于屋面坡度，当三角形屋架的中部高度主要取决于屋面坡度，当 i=1/2i=1/21/31/3时，时，h=h=（1/41/

16、41/61/6）L L。 梯形屋梯形屋架的中部高度主要取决于经济要求，一般取为架的中部高度主要取决于经济要求，一般取为h=h=（1/61/61/101/10）L L。 ，是与中部高度和屋面坡，是与中部高度和屋面坡度相关连的。度相关连的。一般陡坡梯形屋架取一般陡坡梯形屋架取h h0 0=0.5=0.51.0m1.0m；缓坡梯；缓坡梯形屋架取形屋架取h h0 0=1.8=1.82.1m2.1m。多跨厂房梯形屋架的端部高度应。多跨厂房梯形屋架的端部高度应力求统一。力求统一。 三、屋盖结构设计三、屋盖结构设计1 1、 屋架的内力分析屋架的内力分析 上弦杆上弦杆：按多跨折线连续梁：按多跨折线连续梁计算上

17、弦弯矩（主弯矩）；计算上弦弯矩（主弯矩）；下弦杆及腹杆下弦杆及腹杆：按铰接：按铰接桁桁架计算杆件轴力。架计算杆件轴力。11RP 22RP 22RP 11RP 33RP 1R2R3R1R2R 全跨恒载全跨恒载+ +全跨活载全跨活载 即全跨永久荷载即全跨永久荷载+ +全跨屋面活载或雪荷载（取较大全跨屋面活载或雪荷载（取较大值）值）+ +全跨积灰荷载全跨积灰荷载+ +悬挂吊车荷载。悬挂吊车荷载。 全跨恒载全跨恒载+ +半跨活载半跨活载 即全跨永久荷载即全跨永久荷载+ +半跨屋面活载（或半跨雪荷载）半跨屋面活载（或半跨雪荷载）+ +半跨积灰荷载半跨积灰荷载+ +悬挂吊车荷载。悬挂吊车荷载。 采用大型混

18、凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：能的半跨荷载：即屋架、支撑和天窗自重即屋架、支撑和天窗自重+ +半跨屋面板半跨屋面板自重自重+ +半跨屋面活荷载。半跨屋面活荷载。 实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移，从而实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移，从而使在上弦杆中引起附加弯矩，称为使在上弦杆中引起附加弯矩，称为次弯矩次弯矩。上弦节点为不动铰支座上弦节点为不动铰支座措施：措施： 将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土结构）适当增加。结构）适当增加。铰接铰接 计算屋架杆

19、件内力时，假定各节点均为铰接点计算屋架杆件内力时，假定各节点均为铰接点。实际上实际上用焊缝连接的各节点具有一定的刚度，在屋架杆件中引起了用焊缝连接的各节点具有一定的刚度，在屋架杆件中引起了次应力，根据理论和实验分析，由角钢组成的普通钢屋架，次应力，根据理论和实验分析，由角钢组成的普通钢屋架，由于杆件的线刚度较小，次应力对承载力的影响很小，设计由于杆件的线刚度较小，次应力对承载力的影响很小，设计时可以不予考虑。时可以不予考虑。3.3.计算模型的误差及措施计算模型的误差及措施项次项次弯曲方向弯曲方向弦杆弦杆腹杆腹杆支座斜杆和支座支座斜杆和支座竖杆竖杆其他杆件其他杆件1 1在屋架平在屋架平面内面内0

20、.80.82 2在屋架平在屋架平面外面外3 3斜平面斜平面0.90.94.4.屋架杆件的计算长度屋架杆件的计算长度5.5.杆件的截面形式杆件的截面形式v上弦杆：上弦杆： 有节间荷载时，可采用不等边角钢长肢相连或有节间荷载时，可采用不等边角钢长肢相连或TNTN型截面型截面。 无节间荷载时，宜采用不等边角钢短肢相连的截面；无节间荷载时，宜采用不等边角钢短肢相连的截面； 通常采用不等边角钢短肢相连的截面，或通常采用不等边角钢短肢相连的截面，或TWTW型截面以型截面以满足长细比要求。满足长细比要求。v下弦杆：下弦杆：v支座斜杆：支座斜杆：宜采用不等边角钢长肢相连或等边角钢的截面。宜采用不等边角钢长肢相

21、连或等边角钢的截面。v其他一般腹杆：其他一般腹杆：宜采用等边角钢相并的截面；宜采用等边角钢相并的截面； 由双角钢组成的由双角钢组成的T T形或十字形截面杆件按实腹式杆件进行计形或十字形截面杆件按实腹式杆件进行计算，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板。算，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板。v双角钢杆件的填板：双角钢杆件的填板： 填板的宽度一般取填板的宽度一般取50508080mmmm；填板的长度：对填板的长度：对T T形截面应形截面应比角钢肢伸出比角钢肢伸出10102020mmmm，对十字形截面则从角钢肢尖缩进对十字形截面则从角钢肢尖缩进10101515mmmm。填板的厚度与桁架节点板相同

22、。填板的厚度与桁架节点板相同。在压杆的桁架平面外计在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块填板。算长度范围内，至少应设置两块填板。6 . 钢桁架的节点设计钢桁架的节点设计 一般节点（下弦杆节点）一般节点（下弦杆节点） 腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承受腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。轴心力方法计算。 弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻节间内力之差相邻节间内力之差肢背焊缝：肢背焊缝： 1fhwfwflNk7 . 021 2fhwfwflNk7 . 022 肢尖焊缝：肢尖焊缝： 有集中荷载的节点（上弦杆节点）有集中荷载

23、的节点（上弦杆节点） 有集中荷载时，弦杆与节点板的连接焊缝需考虑弦有集中荷载时，弦杆与节点板的连接焊缝需考虑弦杆内力与集中荷载的共同作用。杆内力与集中荷载的共同作用。 上弦为了搁置屋面板，常将节点板缩进肢背而采用上弦为了搁置屋面板，常将节点板缩进肢背而采用塞焊。塞焊可作为两条塞焊。塞焊可作为两条 的角焊缝计算，因焊的角焊缝计算，因焊缝质量不易保证，焊缝强度设计值乘以缝质量不易保证，焊缝强度设计值乘以0.80.8的折减系数。的折减系数。2/thfwfwfflhPNK8 . 07 . 02)2/221（）（肢背：肢背：wfwfflhPNK（）（2227 . 02)2/肢尖：肢尖： 假定集中荷载由肢

24、背塞焊缝承担；上弦相邻节间内力差假定集中荷载由肢背塞焊缝承担；上弦相邻节间内力差 由肢尖焊缝承担。由肢尖焊缝承担。有集中荷载时，上弦节点亦可按下述方法计算。有集中荷载时，上弦节点亦可按下述方法计算。wfwfflhP8 . 07 . 02肢背塞焊缝肢背塞焊缝肢尖角焊缝肢尖角焊缝wfMfNff22)/()( 7 . 02ffNflhN6/7 . 022 ffMflhNe弦杆的拼接及拼接节点弦杆的拼接及拼接节点 拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定，拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定， ， 对对下弦杆取下弦杆取

25、d=1020mmd=1020mm，对上弦杆取，对上弦杆取d=3050mmd=3050mm，l l不宜小于不宜小于600mm600mm。dllw)10(2其中连接焊缝长度其中连接焊缝长度上弦按弦杆最大内力确定：上弦按弦杆最大内力确定：wffwfhNl7 . 04wffwfhAfl7 . 04下弦按下弦截面面积等强度确定：下弦按下弦截面面积等强度确定： 对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承担上弦内力的担上弦内力的15%15%，并考虑此力产生的偏心弯矩。，并考虑此力产生的偏心弯矩。弦杆与节点板的焊缝长度弦杆与节点板的焊缝长度: : 对于

26、下弦按两侧下弦较大内力的对于下弦按两侧下弦较大内力的15%15%和两侧下弦的内力差和两侧下弦的内力差两者中的大值计算；两者中的大值计算；支座节点支座节点 支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。 图所示桁架节点中图所示桁架节点中“A”A”焊缝是否满足要求，确定焊缝是否满足要求，确定“B”B”焊缝长度，钢材为焊缝长度，钢材为Q235Q235，E43E43型焊条，手工焊。其中：型焊条，手工焊。其中：N N1 1=150KN=150KN，N N2 2=489.41KN=489.41KN，N N3 3=230KN=230KN，N N4 4=14.1KN=14.1KN，N N5 5=250KN=250KNmm第二章第二章 多层框架结构多层框架结构一、框架结构基本概念一、框架结构基本概念二、框架结构分析二、框架结构分析三、竖向荷载下的分层法三、竖向荷载下的分层法 多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口框架进行计算。除底层柱子可以分解为一系列开口框架进行计算。除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以外，其余各层柱的线刚度乘以0.90.9的折减系数，弯矩的折减系数，弯矩传递系数取为传递系数取为1/31/3。四、水平荷载下的反弯点法四、水平荷载下