《建筑钢结构设计》(同济大学第二版)课件.ppt
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- 建筑钢结构设计 建筑 钢结构 设计 同济大学 第二 课件
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1、2010年9月l内容l重点l考试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。 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)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
2、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 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 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
3、的变异风荷载 (控制性荷载之一)gZz冰雪荷载温度作用地震作用及抗震荷载与结构的变异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 (1-2) (1-2) 永久荷载效应控制永久荷载效应控制 (1-3) (1-3) 标准组合标准组合 (1-4) (1-4) 频遇组合频遇组合 (1-5) (1-5) 准永久组合准永久组合 长期效应长期效应 基本基本组合组合 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0112)
4、(,)nGGkQQ kQiciQikRkkiSSSRf (01)(,)nGGkQiQikRkkiSSRf (12nGkQ kciQikiSSSC112nGkfQ kqiQikiSSSC2nGkqiQikiSSC短期效应短期效应 (1-1)(1-1)可变荷载效应控制可变荷载效应控制 4、钢结构的计算、钢结构的计算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
5、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。4、钢结构的计算、钢结构的计算结构体系与使用要求: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。辅助结构与主体结构的关系
6、:单元的划分与结合节点的分类焊接和螺栓连接 柱柱支撑支撑Eflno243 . 15 3xWvwfhVmax2 . 1wxhWnxWxxM nxWxxM nyWyyM x y x y x y x y wItVS zwltF 222 ccf1 nIMxxWMb b xxWMb nyWyyM yf23513tb /y0f23540tb yf23515tb yw0f23580th /0c 0c 4h5h00/00h02h50.yw0f235250th /yw0f235160th /yw0yf235160thf23580 /cr 1ccrc、 cr 80ha00c./, /ccr cr 2ccrc、 c
7、r 1c /ccrc、 1c2a/acr 1cr 1crc、 1cr 1ha011c /, 1cr 11ha/ 1crc、 21 1crc、 21 1cr 1crc、 1cr 11ha50/. 2cr 2crc、 2cr mm4030hb0s 15btss/ 303wzthI 时时)当当850hath51I03w0y./(. 时时)当当850hathhaha45052I03w0200y./().( 3bs/2b2/fAN ywf235t15lhwt111nAIMyN 1y1nAMIIMww )75. 0/(0fNA xxxrl0 yyyrl0 x y yx ,min yx yx fAN min
8、 fANn yw0f2355025th).( yf2351010tb).( th0y0f23540tb yf235100tD fNfNA5 . 175. 02 300 xlh fAN 2120 xxxxxAA12027 max max2120 xx2120 yy maxxxxAA12040 yyyAA12040 maxA70l2y0y)( 1 xA1max x y max17 . 0 401 max15 . 0 50max 251 23585yfAfV ,)(a1a240NF1b 60NF21a1b ,/ cosnVN1t 1V fANRtttt Rt Rt Rt Rt cos1nV1V柱柱肢
9、肢中中心心距距缀缀板板中中心心距距 caTcaVM1 40ct mmt6 结构形式和布置 檩条设计 刚架设计 图3-1 门式刚架结构示意结构特点 1)梁、边柱承受较大弯矩 ,中柱以承受轴向力为主 2)梁、柱以H型钢截面为主,通常分段变截面 3)梁与柱为刚接 ,吊车影响较小时柱脚铰接,反之刚接 4)梁、柱由多个制造、运输单元组成,用法兰、摩擦型高强度 螺栓刚性连接而成 5)与屋架结构相比,占建筑高度小 6)屋面(墙面)由冷弯薄壁型钢檩条(墙梁)加压型钢板、保温棉 等组成结构适用范围 轻型门式刚架适用于跨度小于36m,柱高小于12m,吊车起重量不大于20t(轻级工作制)的单层工业厂房、仓库、超市等
10、结构形式:(d)带挑檐架 (e)带毗屋刚架(f)单坡刚架 (a)单跨刚架 (b)双跨刚架(c)多跨刚架结构布置 1)门式钢架柱距一般取69m 2)温度区段布表3-1 温度区段长度 3)伸缩缝设置 )伸缩缝两旁设置双柱 )吊车梁及檩条连接采用长圆孔 )每个温度区间形成独立的支撑体系支撑体系布置 1)柱间支撑布置 ) 柱间支撑的间距应根据受力情况和安装条 件确定 ,设在结构两端,间距不 大于60m ) 柱高较大或有吊车时宜分两层设置柱间支撑, 以吊车梁为分界,支撑的角度取30度60度 )轻型结构可采用柔性预应力圆钢交叉支撑。当设有 起重量不小于5的吊车时,柱间宜采用刚性交叉支撑 )柱间支撑受一面山
11、墙传来的风压力和吊车纵向刹车力, 受力由单 片支撑承受 图3-3 柱间支撑布置支撑体系布置 2)屋面水平支撑布置 ) 与柱间支撑同时布在 第一个或第二个开间, 形成连续的传力体系。 当设在第二个开间时, 应在第一个开间设置 刚性系杆 图3-4 柱屋面水平支撑布置 支撑体系布置 2)屋面水平支撑布置 ) 在刚架转折处(屋脊、边柱柱顶等)沿房屋全长设置刚性系杆 )屋面交叉支撑按柔性杆设计,并施加预拉力;若为单斜杆应按 压杆设计 )双檩条可兼做刚性系杆 )屋盖横向水平支撑支点设在靠近上翼缘处 )吊车起重量大于15t时,宜在屋盖边缘设置纵向支撑 )刚架斜梁上横向水平支撑的内力,应根据纵向风荷载按支承于
12、 柱顶的水平桁架计算支撑体系布置3)隅撑布置 ) 作用:保证钢梁下翼缘及柱的内翼缘的稳定 ) 间距:不大于13b(Q345)或16b(Q235),b为 梁受压翼缘的宽度 )计算: 图3-5 隅撑构造隅撑与檩条夹角支撑体系布置4)实腹屋面梁 图3-5实腹式屋面梁 支撑体系布置5)托梁 图3-7 托梁的形式和尺寸檩条截面形式 图3-8 实腹式檩条截面形式檩条布置 1) 减小对剪力中心的偏心矩 2) 屋脊檩条应对拉 3)边缘檩条应与天沟匹配 图3-9 檩条间距局部调整檩条的连接 图3-10 檩条连接构造拉条与撑杆 1) 作用:为给檩条提供侧向支承,减小檩条沿屋面 坡度方向的跨度 图3-11 拉条与撑
13、杆构造 (a)直拉条 (b)斜拉条 (c)撑杆拉条与撑杆 2) 布置 A 檩条跨度不大于6m,中间加一道拉条 B 檩条跨度大于6m,三分点处各加一道拉条 C 天窗两侧檩条之间设置斜拉条和直撑杆 D 拉条一般设置在离檩条上翼缘1/3高度处 E 撑杆和拉条共同受力,限制屋脊、檩条 和天窗边檩条的侧向弯曲图3-13 斜拉条和直撑杆的布置 图3-12 拉条的布置 荷载 1) 永久荷载:建筑材料自重 2) 可变荷载:检修荷载、积灰荷载和雪荷载;对坡度 小于15屋面,仅计风吸力,坡度大于15的屋 面,同时有风吸和风压 3) 兼做刚性系杆 的檩条按压弯计算 4) 对设有隅撑的檩条 ,要考虑隅撑的作用 计算
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