《建筑钢结构设计》(第二版)-讲义全文新.ppt

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建筑钢结构设计建筑钢结构设计2010年9月同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院l内容l重点l考试课程介绍课程介绍概念设计概念设计（22节）节）平台钢结构设计平台钢结构设计（66节）节）轻型门式刚架钢结构设计轻型门式刚架钢结构设计（88节）节）多层框架钢结构设计多层框架钢结构设计（1010节）节）单层（重型）钢结构厂房设计单层（重型）钢结构厂房设计（1010节）节）结构体系设计（布置和计算）结构体系设计（布置和计算）节点设计（计算及与主体结构协调）节点设计（计算及与主体结构协调）构造设计（综合满足全寿命各种要求）构造设计（综合满足全寿命各种要求）平时作业：

平时作业：

22次次*15%15%考试：

考试：

70%70%同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院第一章第一章概念设计概念设计钢结构的适用范围钢材的选用建筑钢结构荷载与作用的特点钢结构的计算结构体系节点设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院1、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围特点：

轻质高强，材质均匀，工业化生产，施工工期短，韧性好，密封性好；耐腐蚀性较差，耐火性差，单价高。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院1、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围钢结构的适用性：

1）结构选材目标：

技术性能和经济性。

（性价比）2）选用钢材的原因：

A）基本原因结构自重与全部荷载与作用之比越大，采用钢结构越合理。

B）强震地区（受力小，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）第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院2、钢材的选用、钢材的选用钢材强度的选择1）变形控制选低强度等级2）强度控制选高强度等级3）长细比控制或应力水平较低选低强度等级4）施工条件差选较低强度等级第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院2、钢材的选用、钢材的选用钢材冲击韧性指标选择：

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第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院3、建筑钢结构荷载与作用的特点、建筑钢结构荷载与作用的特点风荷载冰雪荷载温度作用地震作用及抗震荷载与结构的变异第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院风荷载（控制性荷载之一）（控制性荷载之一）风对墙体的压力、吸力风对墙体的压力、吸力结构整体侧向风力计算结构整体侧向风力计算维护结构的阵风系数维护结构的阵风系数与主体结构的风振系数与主体结构的风振系数风对屋面的作用力风对屋面的作用力AA）一般屋面风的体型系数；一般屋面风的体型系数；BB）几何与物理形态与风压的关系；几何与物理形态与风压的关系；CC）风压与结构自重的组合；风压与结构自重的组合；DD）风吸对结构的破坏作用。

风吸对结构的破坏作用。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院冰雪荷载屋面外形设计的原则：

快速排水，排向强处屋面外形设计的原则：

快速排水，排向强处覆冰荷载覆冰荷载覆冰荷载危害的产生过程覆冰荷载危害的产生过程第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院温度作用建筑结构的建筑结构的绝对温度绝对温度作用作用（即时温度与合龙温度之最大差值）（即时温度与合龙温度之最大差值）建筑结构的建筑结构的相对温度相对温度作用作用（同一结构不同温度下的温差）（同一结构不同温度下的温差）第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院地震作用及抗震尽可能减小配套结构的重量尽可能减小配套结构的重量提高钢结构的延性变形能力提高钢结构的延性变形能力利用一切附加因素提高阻尼比利用一切附加因素提高阻尼比荷载与结构的变异在钢结构的建造及使用过程中，结构本身以在钢结构的建造及使用过程中，结构本身以及荷载的状态都在不断变化。

及荷载的状态都在不断变化。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院4、钢结构的计算、钢结构的计算钢结构计算的两种方法

（1）极限状态设计法：

强度、刚度、稳定

（2）许用应力法：

疲劳、对变形敏感结构的稳定结构极限状态验算第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院（1-2）（1-2）永久荷永久荷载效效应控制控制（1-3）（1-3）标准准组合合（1-4）（1-4）频遇遇组合合（1-5）（1-5）准永久组合准永久组合长期效应长期效应基本基本组合合承载能承载能力极限力极限状态状态正常使用极限状态正常使用极限状态（罕遇地震验算）偶然组合（罕遇地震验算）偶然组合结构效应计算短期效应短期效应（1-1）（1-1）可可变荷荷载效效应控制控制=1.0=1.0图图22极限状态验算公式关系图极限状态验算公式关系图第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计4、钢结构的计算、钢结构的计算同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院结构抗力及正常使用极限：

（1）钢结构以强度表现的抗力，主要有以下几种变化：

A）随钢材尺寸（厚度、直径）的不同，强度变化；B）单角钢受力（存在偏心），整体稳定抗力变化；C）单角钢单肢螺栓连接时连接强度变化；D）地震作用时强度的修正。

（2）广义变形限值A）预拱的选择）楼面钢梁的预拱为恒载标准值引起的变形加1/2活载频遇值引起的变形；）屋面钢梁的预拱为恒载标准值引起的变形；）曲线型屋面钢梁，当结构对变形不敏感时不必预起拱，当结构对变形较为敏感时应该预起拱。

）悬臂梁应考虑排水坡度予以起拱。

B）各设计工种对限定的变形值应取得协调。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计4、钢结构的计算、钢结构的计算同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院5、结构体系结构体系与使用要求：

11）住宅建筑住宅建筑要求相对小跨度、小分隔、小高度多层重合空间，要求相对小跨度、小分隔、小高度多层重合空间，一般用一般用框架结构框架结构；22）办公建筑办公建筑与住宅相仿，仅要求平面空间略大且灵活，与住宅相仿，仅要求平面空间略大且灵活，框架体框架体系系也较合适；也较合适；33）一般工业建筑一般工业建筑要求相对大跨度、大高度规整空间，一般用要求相对大跨度、大高度规整空间，一般用门门式刚架式刚架；44）公共建筑要求大跨度公共建筑要求大跨度、大高度、异型空间，可用造型优美的、大高度、异型空间，可用造型优美的拱、壳、索、膜或杂交结构。

拱、壳、索、膜或杂交结构。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院5、结构体系主体钢结构的优化设计方向：

（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。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院5、结构体系辅助结构与主体结构的关系：

11）两者共同抵御水平荷载；）两者共同抵御水平荷载；22）前者可减小后者的计算长度；）前者可减小后者的计算长度；33）前者提高后者的整体性和刚度；）前者提高后者的整体性和刚度；44）前者维持后者在施工过程中的稳定；）前者维持后者在施工过程中的稳定；55）两者可相互转换；）两者可相互转换；66）后者为前者提供支座。

）后者为前者提供支座。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院6、节点设计单元的划分与结合节点的分类（11）刚接）刚接刚接节点应满足如下要刚接节点应满足如下要求：

求：

AA）能传递内力；）能传递内力；BB）具有连续的刚度；）具有连续的刚度；CC）具有变形可容性及）具有变形可容性及耗能能力。

耗能能力。

（22）半刚接）半刚接半刚性节点的两面性：

半刚性节点的两面性：

AA）在整体计算中可按）在整体计算中可按铰接计算；铰接计算；BB）局部计算时可按实）局部计算时可按实际刚度。

际刚度。

（33）铰接）铰接AA）铰接对变形不敏感；）铰接对变形不敏感；BB）铰接的实现；）铰接的实现；CC）固定铰与滑动铰。

）固定铰与滑动铰。

第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院6、节点设计焊接和螺栓连接1.1.焊接和螺栓连接的选择；焊接和螺栓连接的选择；2.2.焊接和螺栓连接不同等级的选择。

焊接和螺栓连接不同等级的选择。

ss第一章第一章第一章第一章概念设计概念设计概念设计概念设计建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院）构成：

板、次梁、主梁、柱、支撑；）构成：

板、次梁、主梁、柱、支撑；）构成：

板、次梁、主梁、柱、支撑；）构成：

板、次梁、主梁、柱、支撑；）传力路线：

）传力路线：

）传力路线：

）传力路线：

竖向荷载竖向荷载竖向荷载竖向荷载板板板板次梁次梁次梁次梁主梁主梁主梁主梁柱柱柱柱水平荷载水平荷载水平荷载水平荷载板板板板次梁次梁次梁次梁主梁主梁主梁主梁基础基础基础基础）受力特点：

）受力特点：

）受力特点：

）受力特点：

a）a）a）a）竖向荷载为主要荷载；竖向荷载为主要荷载；竖向荷载为主要荷载；竖向荷载为主要荷载；b）b）b）b）板有单向和双向之分，钢板常以变形控制；板有单向和双向之分，钢板常以变形控制；板有