房屋钢结构概念设计(ppt)课件

1、同济大学房屋钢结构概念设计(ppt)优选同济大学房屋钢结构概念设计第1节发展现状和发展趋势1.1 发展历史 20世纪5070年代：应用较少 受钢产量限制，仅用于重型厂房和大跨公建 20世纪80年代以来：飞速发展，广泛应用 1996年以后，钢产量世界第一 如：网架结构的飞速发展 如：轻型门式刚架结构的飞速发展1.2 发展现状 应用范围扩张 高层建筑 体育场馆 机场航站楼 会展中心 剧院 火车站 飞机库 工业厂房 电视塔 结构体系丰富 纯框架 带支撑框架 框筒 网架网壳 空间桁架 刚架、拱架 悬索、张弦梁 索膜结构 塔桅结构1.2 发展现状高层建筑1.2 发展现状金贸大厦框筒结构；地上88层；地下

2、3层；结构顶高420m；环球金融中心框筒结构；地上101层；地下3层；结构顶高492m；高层建筑1.2 发展现状上海中心框筒结构；劲性混凝土柱；地上118层；地下5层；结构顶高580m；高层建筑1.2 发展现状高层建筑央视大厦框筒结构；两座倾斜塔楼；悬挑75m；地上52层；地下3层；结构顶高234m；1.2 发展现状高层建筑同济综合楼带支撑框架；钢管混凝土柱；粘滞阻尼支撑；地上21层；地下1层；结构顶高98m；1.2 发展现状多层建筑同济土木楼带支撑框架；H型钢柱；粘滞阻尼支撑；地上8层；地下1层；1.2 发展现状体育场馆上海八万人体育馆马鞍形；长轴288m；短轴274m；最大悬挑73.5m；

3、空间结构1.2 发展现状体育场馆南京奥林匹克体育中心360m跨钢拱 + 空间梁格体系1.2 发展现状体育场馆鸟巢马鞍型；长轴332m；短轴296m；空间桁架结构1.2 发展现状体育场馆鸟巢结构骨架24跟桁架柱；22榀桁架梁；1.2 发展现状体育场馆水立方长宽177m；高度31m；空间刚架结构1.2 发展现状体育场馆水立方结构体系1.2 发展现状机场航站楼浦东国际机场 张弦梁结构；最大跨度83m1.2 发展现状机场航站楼浦东国际机场 1.2 发展现状机场航站楼浦东国际机场张弦梁吊装1.2 发展现状机场航站楼重庆江北机场 桁架结构；最大跨度90m1.2 发展现状机场航站楼重庆江北机场 1.2 发展

4、现状机场航站楼成都双流机场 曲线型空间钢管桁架1.2 发展现状会展中心上海国际会议中心单层网壳结构；大球直径48m；小球直径37m；杆件为矩形管；铸钢节点；1.2 发展现状会展中心广州国际会展中心 张弦立体桁架结构，跨度127m1.2 发展现状会展中心1.2 发展现状会展中心世博轴阳光谷单层网壳结构；倒喇叭形；高度约42m；1.2 发展现状剧院平面尺寸100m*90m；正交空间桁架结构；上海大剧院 1.2 发展现状剧院椭球面双层空腹肋环形网壳；长轴212m；短轴142m；国家大剧院 1.2 发展现状剧院1.2 发展现状火车站草帽形空间结构；圆形平面；直径270m；上海南站 1.2 发展现状火车

5、站新武汉火车站 1.2 发展现状工业厂房中国船舶馆 1.2 发展现状电视塔广州电视塔结构高450m；总高度610m；1.2 发展现状电视塔广州电视塔结构体系 1.3 发展趋势第2节特点和适用范围2.1 特点1. 轻质高强，材性均匀稳定；2. 工业化程度高，施工周期短；3. 密闭性好；4. 塑性好；抗震及抗动力性能好；5. 稳定性问题突出；6. 耐火性较差；7. 易腐蚀；8. 单价高。2.1 特点1. 轻质高强2.1 特点4. 塑性变形能力好2.1 特点7. 耐火性较差2.1 特点7. 耐火性较差2.1 特点7. 耐火性较差2.2 适用范围A）恒载占比越大，采用钢结构越合理。B）强震地区（地震作

6、用小，延性好）C）劳动力价格高（工业化生产，现场劳动力少）D）软土地基（基础耗资小）E）大跨、超高结构（结构效应函数值大）第3节材料选用3.1 结构用钢碳素结构钢：Q235低合金高强度结构钢：Q345、Q390、Q420高层建筑结构用钢：GJZ向钢：Z15、Z25耐候钢：NH钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级( 四级 )脱氧方法Q235（屈服强度的含义）016mm:2351640mm:2254060mm:21560100mm:195A无冲击韧性规定冷弯试验需方要求时提供F (沸腾钢)b (半镇静钢)Z (镇静钢)B规定 20 冲击功Ak 27J提供冷弯试验合格证书C规定 0 冲击功Ak 2

7、7J提供冷弯试验合格证书Z (镇静钢)D规定 -20 冲击功Ak 27J提供冷弯试验合格证书TZ (特殊镇静钢)3.1 结构用钢3.1 结构用钢钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级( 五级 )脱氧方法Q345（屈服强度的含义）016mm: 3451635mm:3253550mm:29550100mm:275A级 无冲击韧性规定冷弯试验需方要求时提供Z (镇静钢)B级 规定 20 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书C级 规定 0 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书TZ (特殊镇静钢)D级 规定 - 20 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书E级 规定 - 40 冲击功Ak 27J提供

8、冷弯试验合格证书3.1 结构用钢钢材代号屈服强度数值(MPa)质量等级( 五级 )脱氧方法Q345GJ016mm: 3451635mm:3453550mm:33550100mm:325B级规定 20 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书Z (镇静钢)C级规定 0 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书D级规定 - 20 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书TZ (特殊镇静钢)E级规定 - 40 冲击功Ak 34J提供冷弯试验合格证书3.1 结构用钢【例01】某车间用钢牌号选择某工业厂房生产车间；重型吊车；强腐蚀环境；柱截面为H型；翼缘厚度为50mm；梁柱连接节点如下图；最低温度零下20度；

9、最终设计选用的钢种：Q345 GJC NH Z253.1 结构用钢结构的重要性荷载特征结构形式应力状态连接方法钢材厚度工作环境钢材选用应考虑的因素3.2 强度选择1）变形控制选低强度等级 如跨度大荷载轻的简支梁；2）强度控制选高强度等级 如楼面梁，有铺板时，强度可充分发挥；3）长细比控制或应力水平较低选低强度等级 如网架的腹杆；4）施工条件差选较低强度等级3.3 冲击韧性选择影响因素结构重要性1荷载状况2连接状况3使用温度4 选择因子数值类别三类静力全螺栓、无焊接不低于01二类一般动力大部分工厂焊、工地螺栓不低于-202一类疲劳动力大部分现场、高空焊不低于-403表1-1 选择钢材冲击韧性指标

10、的影响因素及选择因子 =1234 选择因子之积23161824245454材料等级ABCDE表1-2 选择因子之积与材料冲击韧性指标的关系表 3.3 冲击韧性选择【例02】呼伦贝尔艺术馆重要建筑;梁柱节点为栓焊连接；承受静力荷载；最低温度零下50度；第4节荷载与荷载组合4.1 风荷载主体结构围护结构【注意点1】阵风系数和风振系数【思考】阵风系数和风振系数有何不同？计算墙板和墙梁时，应采用阵风系数还是风振系数？4.1 风荷载【注意点2】对风敏感性结构四面开敞及双面开敞的屋面外挑雨棚等要考虑体型系数变号的情况4.1 风荷载4.1 风荷载4.1 风荷载4.2 雪荷载【注意点】积雪的不均匀分布双坡屋面

11、四坡屋面4.2 雪荷载【例03】不均匀积雪对某门式刚架结构的影响双坡单脊；门式刚架结构；柱脚铰接；柱顶刚接；不均匀积雪的影响？4.2 雪荷载【例04】某两连跨网壳的积雪某双跨拱形网壳；两跨间积雪分布系数如何取值？4.2 雪荷载4.2 雪荷载4.2 雪荷载4.2 雪荷载4.3 覆冰荷载出现在湿度大、风速低、温度低的区域覆冰后构件截面增加，加大挡风面积高耸结构设计规范GB50135-20064.4 温度作用建筑结构的绝对温度作用 工作环境温度与结构合龙温度之最大差值 温度分区与温度应力释放（与约束的关系） 结构合龙温度的选择 预应力构件（索）对温度的敏感性建筑结构的相对温度作用 同一结构或部件、同

12、一结构同时处于不同的温度场 （室内外、向阳与背阳）4.4 温度荷载【例05】柱间支撑布置某门式刚架的纵向柱列，柱间支撑布置方式如下，哪种方式更好？4.4 温度荷载【例06】某大尺寸平台结构某平台钢结构，长150m，次梁两端铰接；工作温差较大；计算发现，两边主梁应力比超限，加大截面也不能降低应力比；试分析其原因和解决办法？4.4 温度荷载【例07】某空间结构某空间网壳结构，周边支承；工作温差较大；计算发现，底边钢圈梁应力比超限，加大截面也不能降低应力比；试分析其原因和解决办法？4.5 地震作用尽可能减小非结构构件的重量提高钢结构的延性变形（材料、节点）能力利用一切附加因素加大阻尼，提高耗能能力4

13、.5 地震作用【注意点】抗震规范中阻尼的取值多高层钢结构：多遇地震：H200m，取0.02；罕遇地震： 取0.05；单层厂房钢结构：根据围护结构情况，取0.0450.05；大跨度钢结构屋盖：下部为钢结构：取0.02；下部为混凝土结构：取0.0250.035；第5节设计方法5.1 设计方法5.2 极限状态表达式1） 非抗震设计 承载能力极限状态表达式2） 抗震设计小震大震可变荷载控制永久荷载控制5.2 极限状态表达式1） 非抗震设计 正常使用极限状态表达式2） 抗震设计小震标准组合准永久组合【例08】列出高层结构承载能力极限状态的常见荷载组合5.2 极限状态表达式1） 非抗震设计1.2*恒+1.

14、4*活+1.4*0.6*风1.2*恒+1.4*0.7*活+1.4*风1.35*恒+1.4*0.7*活+1.4*0.6*风2） 抗震设计：小震1.2*重力荷载代表值+1.4*0.2*风+1.3*水平地震3） 抗震设计：大震第6节结构体系6.1 常见结构体系空间桁架刚架、拱架悬索、张弦梁索膜结构塔桅结构门式刚架纯框架带支撑框架框筒网架网壳6.2 优化设计方向（1）框架结构 框架结构以梁受弯，柱受压弯为主，它的优化主要是选择合适的截面；（2）门式刚架结构 可以根据制造分段及内力状况分段，每段均为直线变坡，优化构件的折线外形；（3）空间结构 使单个构件全截面应力趋于均匀，提高强度利用率。6.2 优化设

15、计方向【例09】讨论下列各种结构体系的受力性能。6.3 辅助结构与主体结构1）两者共同抵御水平荷载；2）辅助结构可减小主体结构的计算长度；3）辅助结构提高主体结构的整体性和刚度；4）辅助结构维持主体结构在施工过程中的稳定；5）两者可相互转换；6）主体结构为辅助结构提供支座。第7节节点设计7.1 单元的划分与结合1）计算单元划分要考虑计算精度要求；2）制作单元划分要考虑便于制作分工；3）运输单元划分要考虑提高运输效率；4）安装单元划分要考虑安装顺序、安装设备的能力和安装效率；5）所有单元都要用节点连接；7.1 单元的划分与结合【例10】框架柱的现场拼接点方案A方案B拼接节点思考：哪种分段点方案更合理？7.1 单元的划分与结合【例11】 门式刚架屋面梁分段点某轻型门式刚架结构；跨度24m；屋面梁划分为3段；7.2 节点分类1）刚接节点A）能可靠传递内力；B）具有连续的刚度；C）内力重分布能力（塑性铰）。7.2 节点分类2）铰接节点A）对变形不敏感；B）杆端可转动；7.2 节点分类【例12】刚架的沉降两种刚架；坐落于软土地基；两柱脚有不同沉降；哪种结构对沉降