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1、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 l 内容l 重点l 考试课程介绍 概念设计 概念设计（2 2节）节）平台钢结构设计 平台钢结构设计（6 6节）节）轻型门式刚架钢结构设计 轻型门式刚架钢结构设计（8 8节）节）多层框架钢结构设计 多层框架钢结构设计（10 10节）节）单层（重型）钢结构厂房设计 单层（重型）钢结构厂房设计（10 10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：2 2次 次*1
2、5%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 第一章 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 1、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 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 1、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
3、）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 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 2、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 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 2、钢材的选用 钢材冲
4、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0 1二类 一般动力大部分工厂焊、工地螺栓不低于-20 2一类 疲劳动力大部分现场、高空焊不低于-40 3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2 316 1824 2454 54材料等级A B C D E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 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 3、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
5、结构的变异第一章 第一章 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 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 A A）一般屋面风的体型系数；一般屋面风的体型系数；B B）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；C C）风压与结构自重的组合；风压与结构自重的组合；D D）风吸对结构的破坏作用。风吸对结构的破坏作用。第一章 第
6、一章 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 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 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 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
7、章 第一章 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 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 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 4、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、
8、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 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(1-2)永久荷载效应控制(1-3)标准组合(1-4)频遇组合(1-5)准永久组合长期效应 基本组合 承载能力极限状态 正常使用极限状态（罕遇地震验算）偶然组合l 结构效应计算短期效应(1-1)可变荷载效应控制=1.0=1.0图 图2 2 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 概念设计 概念设计 建筑钢结构设计 建筑钢结构设计4、钢结构的计算同济大学土木工程学院 同济大学土木工程学院 结构抗
9、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 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
10、计算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：1 1）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；2 2）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；3 3）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；4 4）公共建筑要求大跨度、大高度、异型空间，可用造型优美的）公共建筑要求大跨度、大高度、异型
11、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 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 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 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 5、结构体系 辅助结构与主体结构的关系
12、：1 1）两者共同抵御水平荷载；）两者共同抵御水平荷载；2 2）前者可减小后者的计算长度；）前者可减小后者的计算长度；3 3）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；4 4）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；5 5）两者可相互转换；）两者可相互转换；6 6）后者为前者提供支座。）后者为前者提供支座。第一章 第一章 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 6、节点设计 单元的划分与结合 节点的分类（1 1）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：A A）能传递内力；）能传
13、递内力；B B）具有连续的刚度；）具有连续的刚度；C C）具有变形可容性及）具有变形可容性及耗能能力。耗能能力。（2 2）半刚接）半刚接 半刚性节点的两面性：半刚性节点的两面性：A A）在整体计算中可按）在整体计算中可按铰接计算；铰接计算；B B）局部计算时可按实）局部计算时可按实际刚度。际刚度。（3 3）铰接）铰接 A A）铰接对变形不敏感；）铰接对变形不敏感；B B）铰接的实现；）铰接的实现；C C）固定铰与滑动铰。）固定铰与滑动铰。第一章 第一章 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 6、节点设计焊接和螺栓连接 1.1.焊接和螺栓连
14、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。s s第一章 第一章 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）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：竖向荷载 竖向荷载 板 板 次梁 次梁 主梁 主梁 柱 柱 水平荷载 水平荷载 板 板 次梁 次梁 主梁 主梁 基础 基础）受力特点：）受力特点：a)a)竖向荷载为主要荷载；竖向荷载为主要荷载；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
15、向之分，钢板常以变形控制；c)c)梁分次梁、主梁，可连续或单跨；梁分次梁、主梁，可连续或单跨；d)d)柱两端常用铰接，为轴压杆。柱两端常用铰接，为轴压杆。1 1、平台钢结构的构成、传力线路和受力特点：、平台钢结构的构成、传力线路和受力特点：第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 建筑钢结构设计 建筑钢结构设计一）一）结构布置及结构形式：结构布置及结构形式：第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 2 2、平台构件的形式：、平台构件的形式：）板：板：a)a)花纹钢板焊接连接 花纹钢板焊接连接b)b)轻型预制钢
16、铺板螺栓连接 轻型预制钢铺板螺栓连接第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 2 2、平台构件的形式：、平台构件的形式：）板：板：c)c)压 压型 型钢 钢板 板钢 钢砼 砼复 复合 合板 板抗 抗剪 剪销 销连 连接 接 第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 2 2、平台构件的形式：、平台构件的形式：ii)ii)梁 梁 a)a)一般用型钢，主梁一般用 一般用型钢，主梁一般用“I I”型钢或焊接 型钢或焊接“H H”型钢。型钢。b)
17、b)支 支座 座方 方式 式有 有连 连续 续梁 梁叠 叠接 接或 或简 简支 支梁 梁平 平接 接，与 与柱 柱连 连接 接时 时一 一般为铰接。般为铰接。iii)iii)柱：柱：a)a)实腹柱；实腹柱；b)b)格构柱 格构柱第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 二）二）板的计算（略）板的计算（略）（分单向板、双向板，计算正应力和变形）（分单向板、双向板，计算正应力和变形）三）三）梁的计算：梁的计算：1 1、截面选择、截面选择 A A 梁高估算：梁高估算：h h应满足三个条件 应满足三个条件 hh hhs s
18、 经济高度：经济高度：h hs s3W 3Wx x2/5 2/5或 或h hs s=7=7 hh hhmin min 由梁的刚度条件确定：由梁的刚度条件确定：h hmin min hh hhmax max 由建筑高度确定 由建筑高度确定-30 30cm cm B B 腹板厚度估算：腹板厚度估算：t tw w 按抗剪计算，按钢板规格 按抗剪计算，按钢板规格 C C 翼缘尺寸确定：翼缘尺寸确定：A A1 1=-1/6t 1/6tw wh hw w（近似公式）近似公式）第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 三）三）梁
19、的计算：梁的计算：2 2、强度计算：、强度计算：A A 正 正应 应力 力 a)a)单 单向 向弯 弯曲 曲：=b)b)双向弯曲：双向弯曲：=+式中 式中W Wnx nx,W,Wny ny相对于 相对于M Mx x,M,My y处的对 处的对x x轴，轴，y y轴的净截面抗弯模量。轴的净截面抗弯模量。:塑性截面发展系数。对 塑性截面发展系数。对I I形截面：形截面：=1.05,=1.2=1.05,=1.2。对 对箱 箱形 形截 截面 面：1.05 1.05；其 其他 他截 截面 面查 查规 规范 范，有 有疲 疲劳 劳荷 荷 载者：载者：1.0 1.0 f fv v B B 剪应力：剪应力：f
20、 f f f 式中：式中：S S计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；V V剪力 剪力 t tw w 腹板厚度 腹板厚度 I I毛截面惯性矩 毛截面惯性矩 f fv v 抗剪强度设计值 抗剪强度设计值第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 三）三）梁的计算：梁的计算：2 2、强度计算：、强度计算：C C 局部压应力：（有集中荷载，无加劲肋）局部压应力：（有集中荷载，无加劲肋）c c=F F 集中荷载（考虑动力系数）集中荷载（考虑动力系数）集 集中 中荷 荷载 载增 增大
21、大系 系数 数，对 对重 重级 级工 工作 作制 制吊 吊车 车梁 梁=1.35=1.35，其 其它 它=1.0=1.0；l lz z=a+5h=a+5hy y+2h+2hk k,a=50mm,a=50mm,h hy y：梁 梁顶 顶至 至腹 腹板 板计 计算 算高 高度 度之 之距离，距离，h hk k轨道高度，对无轨梁 轨道高度，对无轨梁h hk k=0=0 D D 折算应力：折算应力：f f 式 式中 中、x x、c c腹 腹板 板计 计算 算高 高度 度边 边缘 缘同 同一 一点 点上 上同 同时 时产 产生 生的 的正 正应 应力 力，剪 剪应力和局部压应力。应力和局部压应力。和 和
22、 c c以拉应力为正，压应力为负。以拉应力为正，压应力为负。=y=y1 1,式中 式中I In n 梁净截面惯性矩；梁净截面惯性矩；y y1 1 所计算点至中和轴距离；所计算点至中和轴距离；1 1 强度增大系数：当 强度增大系数：当 与 与 c c异号时，异号时，1 1=1.2=1.2，同号或 同号或 c c=0=0时 时 1 1=1.1=1.1第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 三）三）梁的计算：梁的计算：3 3、刚度计算：、刚度计算：V VT T V VT T，V VQ Q V VQ Q V VT T 全
23、部荷载标准值产生的挠度（减去预拱值）的容许值；全部荷载标准值产生的挠度（减去预拱值）的容许值；V VQ Q 可变荷载标准值产生的挠度容许值；可变荷载标准值产生的挠度容许值；预拱值一般为恒载 预拱值一般为恒载1/2 1/2活载下的挠度值。活载下的挠度值。A A 符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。4 4、梁的整体稳定、梁的整体稳定 a)a)在最大刚度平面受弯时，应满足 在最大刚度平面受弯时，应满足 B B 不符合条件 不符合条件A A时，则：时，则：a)a)梁上翼缘有连接牢固的铺板，能阻止其侧移时；梁上翼缘有连接牢固的铺板，能阻止其侧移时；b)
24、b)梁受压翼缘的自由长度 梁受压翼缘的自由长度l l1 1与宽度 与宽度b b1 1之比不超过表 之比不超过表2-4 2-4的规定时；的规定时；c)c)箱形梁高 箱形梁高h h与两腹板间隔宽度 与两腹板间隔宽度b b0 0之比 之比h/b h/b0 06 6时，若 时，若l l1 1/b/b0 095(235/f 95(235/fy y)；f f；梁的整体稳定系数，按附录 梁的整体稳定系数，按附录D D2 2定：定：b)b)在两个主平面内受弯时，在两个主平面内受弯时，H H型截面构件应满足：型截面构件应满足：f f；+C.C.无论何种情况，均要求梁的支座处应能防止截面扭转。无论何种情况，均要求
25、梁的支座处应能防止截面扭转。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 三）三）梁的计算：梁的计算：5 5、梁的局部稳定：、梁的局部稳定：A A 组合梁翼缘板的局部稳定应符合下列要求 组合梁翼缘板的局部稳定应符合下列要求：a)a)工字型 工字型 b)b)箱形 箱形 B.B.组合梁腹板的局部稳定：组合梁腹板的局部稳定：a)a)加劲板的配置：加劲板的配置：)当 当 时，当 时，当 时宜设构造加劲肋，时宜设构造加劲肋，时不设加劲肋；时不设加劲肋；第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 建筑钢结构设计 建筑钢结构设计
26、同济大学土木工程学院 同济大学土木工程学院 a)a)加劲板的配置：加劲板的配置：)纵向加劲肋布置在腹板高度 纵向加劲肋布置在腹板高度 处（受压区）处（受压区）)横向加劲肋间距一般为 横向加劲肋间距一般为)须满足 须满足（国外限制标准为（国外限制标准为300 300）（抵抗弯曲引起压力）（抵抗弯曲引起压力）)梁的支座处和上翼缘受较大固定集中力处，宜设支承加劲肋；梁的支座处和上翼缘受较大固定集中力处，宜设支承加劲肋；)当 当，应配纵向加劲肋和横肋；，应配纵向加劲肋和横肋；)当 当 时，应配横向加劲肋，并作抵抗剪力计算。时，应配横向加劲肋，并作抵抗剪力计算。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构
27、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）仅 仅用 用横 横向 向 加 加 劲 劲肋 肋（复 复合 合 型 型 受 受力 力）计 计算 算 式 式 用 用（2-2-38 38a a）式 式（2-38 2-38b b）表 表2-5 2-5（2-38 2-38c c）（2-38 2-38d d）条件（条件（1 1）非条件（）非条件（2 2）者）者 条件（条件（2 2）：）：不小于表 不小于表2-6 2-6值 值（以一个半波屈曲）（以一个半波屈曲）（2-38 2-38e e）；）；（2-38d 2-38d）表 表2-5 2-5；（2-38 2-38c c）（2-
28、38 2-38b b）表 表2-5 2-5（2-38 2-38c c）小于表 小于表2-6 2-6值 值（以两个半波屈曲）（以两个半波屈曲）但查 但查 时以 时以 代 代（2-38 2-38d d）b)b)加劲肋的计算：（分三种类型）加劲肋的计算：（分三种类型）第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 同 时 时 加 加横 横肋 肋和 和纵 纵肋 肋 区 区 格 格（纵 纵向 向压 压力 力较 较大 大）计 计算 算式 式：（2-39 2-39a a）（2-39 2-39b b）（2-39 2-39c c）（2
29、-38 2-38d d）条件（条件（1 1）非条件（）非条件（2 2）条件（条件（2 2）：）：一个半波屈曲 一个半波屈曲（2-39 2-39d d）取 取（2-38 2-38d d）取 取（2-39 2-39b b）（2-39 2-39c c）取 取 两个半波屈曲 两个半波屈曲（2-38 2-38d d）（2-39 2-39c c）注其中 注其中 时 时 区格 区格（弯曲应力和剪应力为主）计算式：（弯曲应力和剪应力为主）计算式：（2-40 2-40a a）（2-40 2-40b b）（2-40 2-40c c）（2-38 2-38d d）同时加横肋，纵肋和短柱时，仅在计算区格）同时加横肋，纵
30、肋和短柱时，仅在计算区格 时用短肋间距 时用短肋间距a a，代替横加劲肋间距 代替横加劲肋间距a a，其余同 其余同。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 c c）加劲肋的构造和截面尺寸：加劲肋的构造和截面尺寸：)加劲肋一般双面对称配置；加劲肋一般双面对称配置；）横肋外伸宽度 横肋外伸宽度，厚度，厚度；）在同时有纵、横向肋时；在同时有纵、横向肋时；横肋截面对梁轴（横肋截面对梁轴（z z轴）应满足：轴）应满足：，纵肋截面对腹板中心（纵肋截面对腹板中心（y y轴）应满足：轴）应满足：）横肋内侧上、下端切斜角，宽 横
31、肋内侧上、下端切斜角，宽，高，高，但不大于，但不大于4060 4060；）支承加劲肋应作端面承压验算 支承加劲肋应作端面承压验算:）支承加劲肋应作整体稳定计算：支承加劲肋应作整体稳定计算：,其中 其中A A加劲肋和两侧 加劲肋和两侧 范围内腹板面积，范围内腹板面积，取 取。）支承加劲肋下伸自由高度不大于厚度的 支承加劲肋下伸自由高度不大于厚度的2 2倍。倍。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 6 6梁的拼接：梁的拼接：焊接拼接：焊接拼接：a)a)对接焊 对接焊）翼缘对接焊缝与腹板对接焊缝尽可能错开距离；）翼缘
32、对接焊缝与腹板对接焊缝尽可能错开距离；）腹板对接焊缝离开加劲板距离大于）腹板对接焊缝离开加劲板距离大于10 10；）焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用斜焊缝；）焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用斜焊缝；）上、下翼缘对接焊缝开）上、下翼缘对接焊缝开V V型坡口，便于俯焊；型坡口，便于俯焊；）预留一段翼缘与腹板间的焊缝到工地焊，以减少焊接应力。）预留一段翼缘与腹板间的焊缝到工地焊，以减少焊接应力。a1)a1)对接焊 对接焊 a2)a2)对接焊翼缘 对接焊翼缘 第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 6 6梁的
33、拼接：梁的拼接：焊接拼接：焊接拼接：b)b)拼接焊：拼接焊：）翼缘拼接板及周边焊缝受力；）翼缘拼接板及周边焊缝受力；）腹板拼接板受全部剪力；）腹板拼接板受全部剪力；）腹板拼接板受弯矩）腹板拼接板受弯矩。高强螺栓拼接：高强螺栓拼接：）拼接应用夹板，螺栓双剪；）拼接应用夹板，螺栓双剪；）受力同拼接焊。）受力同拼接焊。，式中，式中 梁翼缘板中心到梁中和轴的距离，梁翼缘板中心到梁中和轴的距离，翼缘板净截面积；翼缘板净截面积；7 7主、次梁连接：主、次梁连接：叠接（叠接（P29 P29图 图2 2 26 26）：）：设计不需验算，安装方便，可做连续次梁，占建筑空间高度大；设计不需验算，安装方便，可做连续
34、次梁，占建筑空间高度大；平接（平接（P30 P30图 图2 2 27 27）：）：要验算、构造复杂，不能传递弯矩，不占建筑空间。要验算、构造复杂，不能传递弯矩，不占建筑空间。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 8 8主梁的支座设计要求 主梁的支座设计要求 传递压力 传递压力）主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力；第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 建筑钢结构设计 建筑钢
35、结构设计同济大学土木工程学院 同济大学土木工程学院 8 8主梁的支座设计要求 主梁的支座设计要求 传递压力 传递压力）主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力；第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 8 8主梁的支座设计要求 主梁的支座设计要求 传递压力 传递压力）主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；主梁支座处有加劲肋，突缘；加劲肋要保持稳定；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力
36、；）要有足够的接触面传递钢钢，钢砼的压力；第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 8 8主梁的支座设计要求 主梁的支座设计要求 传递压力 传递压力 铰接支座转动或滚动符合设计要求 铰接支座转动或滚动符合设计要求;要能够传递一定的侧向水平推力，并维持侧向稳定；要能够传递一定的侧向水平推力，并维持侧向稳定；要便于安装。要便于安装。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 8 8主梁的支座设计要求 主梁的支座设计要求 传递压力 传递压力 铰
37、接支座转动或滚动符合设计要求 铰接支座转动或滚动符合设计要求;要能够传递一定的侧向水平推力，并维持侧向稳定；要能够传递一定的侧向水平推力，并维持侧向稳定；要便于安装。要便于安装。计算 计算 支座加劲肋宽度、厚度 支座加劲肋宽度、厚度 支撑加劲肋（有突缘）计算：轴压柱、突缘断面承压、焊缝、支撑加劲肋（有突缘）计算：轴压柱、突缘断面承压、焊缝、柱加劲肋 柱加劲肋第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 四）平台柱网及柱间支撑四）平台柱网及柱间支撑1 1、柱网布置原则 柱网布置原则）按使用空间要求；）按使用空间要求；）考
38、虑标准化及建筑模数要求；）考虑标准化及建筑模数要求；3.6.9 3.6.9）考虑综合经济指标的合理。）考虑综合经济指标的合理。（大、小）（大、小）第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 四）平台柱网及柱间支撑 四）平台柱网及柱间支撑2 2、平台结构支撑 平台结构支撑 柱间支撑设计原则：柱间支撑设计原则：）用双向柱间支撑抵抗水平力。（柱按轴压设计）；）用双向柱间支撑抵抗水平力。（柱按轴压设计）；）支撑布置在柱列中部以减小温度效应；（注意使用要求）支撑布置在柱列中部以减小温度效应；（注意使用要求）支撑常按柔性交叉设计
39、。）支撑常按柔性交叉设计。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 四）平台柱网及柱间支撑 四）平台柱网及柱间支撑2 2、平台结构支撑 平台结构支撑 平台水平支撑设计原则：平台水平支撑设计原则：）平台水平支撑一般为柔性交叉支撑；平台水平支撑一般为柔性交叉支撑；（角钢）（角钢）安装时用水平支撑调节梁的相对位置；）安装时用水平支撑调节梁的相对位置；）当 当平 平台 台平 平面 面内 内刚 刚度 度较 较弱 弱时 时，平 平台 台支 支撑 撑将 将平 平台 台水 水平 平力 力传 传至 至柱 柱间支撑。间支撑。第二章 第
40、二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 五）轴压实腹柱设计五）轴压实腹柱设计1 1、设计原则 设计原则 选择回转半径相对较大的对称截面，提高柱的整体稳定和刚度；选择回转半径相对较大的对称截面，提高柱的整体稳定和刚度；使两个主轴方向的计算长细比尽可能接近，提高经济性；使两个主轴方向的计算长细比尽可能接近，提高经济性；便于连接；便于连接；构造简便，制造省工；构造简便，制造省工；尽可能选用可直接采购的型材，以 尽可能选用可直接采购的型材，以H H型钢及钢管、方管为好。型钢及钢管、方管为好。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结
41、构设计 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 五）轴压实腹柱设计 五）轴压实腹柱设计2 2、设计步骤 设计步骤 选择截面类型，截面面积 选择截面类型，截面面积 由此定截面规格；由此定截面规格；确定柱高，柱支座点位置、形式；确定柱高，柱支座点位置、形式；计算 计算，验算，验算，；150 150柱，吊车梁下支撑 柱，吊车梁下支撑 200 200支撑 支撑 查表求 查表求，选较小者，选较小者；（注意当；（注意当 时不一定 时不一定 验算整体稳定 验算整体稳定；有截面削弱时验算强度 有截面削弱时验算强度；第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 建筑钢结构设计
42、 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 2 2、设计步骤：设计步骤：验算局部稳定：验算局部稳定：）工型：）工型：腹板：腹板：翼缘：翼缘：）箱型）箱型 或 或）钢管：）钢管：第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 六）格构柱设计 六）格构柱设计1 1、截面选择：截面选择：单肢截面面积：单肢截面面积：（假定长细比为（假定长细比为70 70左右）；左右）；2 2、整体稳定验算：、整体稳定验算：公式：公式：，（式中按查表求得）；，（式中按查表求得）；对虚轴，取换算长细比查表取 对虚轴，取换算长细比查表
43、取；）对双肢组合件：）对双肢组合件：单肢截面选定：按 单肢截面选定：按A A取型钢，并使 取型钢，并使(注意格构柱体及单肢的轴线变化 注意格构柱体及单肢的轴线变化)，（考虑折算长细比修正）。，（考虑折算长细比修正）。a)a)缀板：缀板：b)b)缀条：缀条：）对四肢组合件：）对四肢组合件：a)a)缀板：缀板：b)b)缀条：缀条：第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 对单肢长细比的构造要求：对单肢长细比的构造要求：式中：式中：为单肢对 为单肢对1 1 1 1轴的长细比；缀件焊接取净距，螺接取中距；轴的长细比；缀件焊
44、接取净距，螺接取中距；构件截面中垂直于 构件截面中垂直于x x轴的各缀条毛面积之和。轴的各缀条毛面积之和。）缀条柱：）缀条柱：为 为，中较大值，中较大值，；）缀板柱：）缀板柱：，但当，但当 时，时，。3 3、抗剪计算：、抗剪计算：剪力 剪力V V沿构件全长不变：沿构件全长不变：，剪力由缀材面承担；，剪力由缀材面承担；轴压杆位于距柱端 轴压杆位于距柱端al al处（处（0 0a1 a1）的支撑力 的支撑力 当 当(a(a不能过分接近 不能过分接近0 0、1 1，因规范：为了减小长细比，因规范：为了减小长细比)4 4、缀条验算：、缀条验算：缀条内力：缀条内力：分配到一个缀面上的剪力：分配到一个缀面
45、上的剪力：缀条与水平面的交角：缀条与水平面的交角 单缀条：单缀条：n=1;n=1;交叉缀条：交叉缀条：n=2 n=2。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 缀条稳定计算：缀条稳定计算：考虑单面连接时强度折减系数；考虑单面连接时强度折减系数；当 当 1 1时取 时取 1 1，当，当 20 20时，取 时，取 20 20，为缀条最大长细比。，为缀条最大长细比。计算缀条连接时，强度折减系数 计算缀条连接时，强度折减系数0.85 0.85，受力取，受力取；横缀条受力 横缀条受力，截面一般同斜缀条。，截面一般同斜缀条。5
46、 5、缀板计算：、缀板计算：假定反弯点在各杆件之中点；假定反弯点在各杆件之中点；0.6+0.0015 0.6+0.0015（等边角钢）（等边角钢）0.5+0.0025 0.5+0.0025（短边相连的不等边角钢）（短边相连的不等边角钢）0.7 0.7（长边相连的不等边角钢）（长边相连的不等边角钢）缀板内力：剪力：缀板内力：剪力：弯矩：弯矩：构造要求：构造要求：）缀板厚度）缀板厚度 且 且；）同一截面处缀板线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度）同一截面处缀板线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度6 6倍。倍。第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 建筑钢结构设计 建筑钢结构设计同济大学土木工程
47、学院 同济大学土木工程学院 七）柱头柱脚：七）柱头柱脚：1 1、柱头设计要求：、柱头设计要求：2 2、柱头分类：、柱头分类：）顶接（用于单层结构）顶接（用于单层结构）（1 1）梁的支承加劲肋对准柱的腹板）梁的支承加劲肋对准柱的腹板（P52.P52.图 图2 2 48 48）侧接（用于多层结构，柱连续）侧接（用于多层结构，柱连续）满足各传力步骤的强度要求；）满足各传力步骤的强度要求；（1 1）侧接于柱翼缘）侧接于柱翼缘（2 2）侧接于柱腹板）侧接于柱腹板）直承式：柱脚端部铣平，压在底板上，焊接）直承式：柱脚端部铣平，压在底板上，焊接（P53.P53.图 图2 2 51 51（a a）靴梁式：柱与
48、靴梁焊、靴梁再与底板焊，扩散压力）靴梁式：柱与靴梁焊、靴梁再与底板焊，扩散压力（P53.P53.图 图2 2 51 51（b b、e e）应尽可能减小偏心；）应尽可能减小偏心；）为施工留有调节余地。）为施工留有调节余地。（2 2）梁的支承加劲肋对线柱的翼缘）梁的支承加劲肋对线柱的翼缘（有偏心）（有偏心）（P52.P52.图 图2 2 49 49）（P52.P52.图 图2 2 50 50）3 3、柱脚的形式：、柱脚的形式：第二章 第二章 平台钢结构设计 平台钢结构设计 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 4 4、柱脚的设计要求：、柱脚的设计要求：）底板大小
49、要满足基础砼的抗压强度及边缘构造要求；）底板大小要满足基础砼的抗压强度及边缘构造要求；）柱脚设计要便于靴梁焊接；）柱脚设计要便于靴梁焊接；）底 底板 板与 与基 基础 础顶 顶面 面之 之摩 摩擦 擦力 力抵 抵抗 抗柱 柱间 间支 支撑 撑的 的水 水平 平分 分力 力。锚 锚栓 栓不 不受 受剪 剪，摩 摩擦 擦系数为 系数为0.4 0.4）底板厚度要满足双向板（四边或三边支承）的抗弯要求；）底板厚度要满足双向板（四边或三边支承）的抗弯要求；（表（表2-7 2-7，2-8 2-8，P54 P54）八）平台钢结构设计例题：八）平台钢结构设计例题：P57.P57.例 例2 2 5 5）靴梁要满
50、足抗弯要求；）靴梁要满足抗弯要求；）靴梁和柱、靴梁和底板的焊缝连接要满足强度要求；）靴梁和柱、靴梁和底板的焊缝连接要满足强度要求；）锚栓与锚孔设计要考虑安装调节余地，又要传递剪力。锚栓与锚孔设计要考虑安装调节余地，又要传递剪力。P61.P61.例 例2 2 7 7 第三章 轻型门式刚架设计 结构形式和布置 檩条设计 刚架设计 结构形式和布置 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