第一章鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

第一章概念設(shè)計(jì)1.1鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍1.2鋼材的選用1.3建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載與作用的特點(diǎn)1.4鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算1.5結(jié)構(gòu)體系1.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提綱1、鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)，材質(zhì)均勻，工業(yè)化生產(chǎn)，施工工期短，韌性好，密封性好，抗震性好；缺點(diǎn)：耐腐蝕性較差，耐火性差，單價(jià)高，維護(hù)費(fèi)用高。鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)1、鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍鋼結(jié)構(gòu)的適用性：

1）結(jié)構(gòu)選材目標(biāo)：技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性。（性價(jià)比）

2）選用鋼材的原因：

A）基本原因結(jié)構(gòu)自重與全部荷載與作用之比越大，采用鋼結(jié)構(gòu)越合理。

B）強(qiáng)震地區(qū)（受力小，延性好）

C）勞動(dòng)力價(jià)格高（工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力少）

D）軟土地基（基礎(chǔ)耗資小）

E）大跨、超高結(jié)構(gòu)2、鋼材的選用鋼材強(qiáng)度的選擇

1）變形控制選低強(qiáng)度等級(jí)

2）強(qiáng)度控制選高強(qiáng)度等級(jí)

3）長(zhǎng)細(xì)比控制或應(yīng)力水平較低選低強(qiáng)度等級(jí)

4）施工條件差選較低強(qiáng)度等級(jí)

鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)2、鋼材的選用鋼材沖擊韌性指標(biāo)選擇：影響因素結(jié)構(gòu)重要性μ1荷載狀況μ2連接狀況μ3使用溫度μ4選擇因子數(shù)值類別三類靜力全螺栓、無(wú)焊接不低于0℃1二類一般動(dòng)力大部分工廠焊、工地螺栓不低于-20℃2一類疲勞動(dòng)力大部分現(xiàn)場(chǎng)、高空焊不低于-40℃3表1-1選擇鋼材沖擊韌性指標(biāo)的影響因素及選擇因子μ=μ1×μ2×μ3×μ4選擇因子之積μ23～1618～2424～54>54材料等級(jí)ABCDE表1-2選擇因子之積μ與材料沖擊韌性指標(biāo)的關(guān)系表鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)建筑工程重要性等級(jí)劃分

一級(jí)工程，重要工程,后果很?chē)?yán)重，重要工業(yè)、民用建筑;20層以上的高層建筑;體型復(fù)雜的14層以上高層;對(duì)地基變形有特殊要求的,單柱荷載在4000KN以上的

二級(jí)工程，一般工程,后果嚴(yán)重，一般的工業(yè)、民用建筑

三級(jí)工程，次要工程,后果不嚴(yán)重，次要的建筑物3、建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載與作用的特點(diǎn)風(fēng)荷載冰雪荷載溫度作用地震作用及抗震荷載與結(jié)構(gòu)的變異鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)1.3.1風(fēng)荷載（控制性荷載之一）風(fēng)對(duì)墻體的壓力、吸力結(jié)構(gòu)整體側(cè)向風(fēng)力計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)系數(shù)與主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)空氣流動(dòng)形成的風(fēng)遇到建筑物時(shí)，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用叫風(fēng)荷載。風(fēng)的大小與（1）近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)（2）建筑物所在地的地藐及周?chē)h(huán)境（3）建筑本身的高度、形狀以及表面狀況有關(guān)風(fēng)的破壞力“森拉克”肆虐浙閩防波堤被沖垮百米

[

2003七月2812:43

]由于16號(hào)“森拉克”臺(tái)風(fēng)的襲擊，投資1.2億元、總長(zhǎng)達(dá)1837米的玉環(huán)縣坎門(mén)漁港防波堤遭受?chē)?yán)重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個(gè)缺口，造成防波堤砌面下滑，總長(zhǎng)達(dá)100多米。險(xiǎn)情發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣M織公安、邊防、民兵應(yīng)急分隊(duì)和群眾及時(shí)進(jìn)行搶修，力爭(zhēng)將損失降低到最低限度。

風(fēng)的破壞力風(fēng)的破壞力風(fēng)的破壞力風(fēng)的破壞力廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過(guò)大難8月18日臺(tái)風(fēng)圣帕建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：規(guī)范正文條文說(shuō)明7風(fēng)荷載7.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本風(fēng)壓7.1.1垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：

2當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)

(7.1.1-2)

7.1.2基本風(fēng)壓應(yīng)按本規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于0.3kN／m2。規(guī)范正文風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值nominalvalueofwindload垂至于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照地面粗糙度類別和距地面高度確定地面粗糙度分類－A近海海面、海島、海岸、湖岸、沙漠－B田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵、房屋稀少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)及城郊－C有密集建筑群的城市市區(qū)－D有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)風(fēng)壓高度變化系數(shù)離地面或海

平面高度地面粗糙度類別(m)ABCD5

10

15

20

30

40

50

601.17

1.38

1.52

1.63

1.80

1.92

2.03

2.121.00

1.00

1.14

1.25

1.42

1.56

1.67

1.770.74

0.74

0.74

0.84

1.00

1.13

1.25

1.350.62

0.62

0.62

0.62

0.62

0.73

0.84

0.93(m)ABCD70

80

90

100

150

200

250

300

350

400

≥4502.20

2.27

2.34

2.40

2.64

2.83

2.99

3.12

3.12

3.12

3.121.86

1.95

2.02

2.09

2.38

2.61

2.80

2.97

3.12

3.12

3.121.45

1.54

1.62

1.70

2.03

2.30

2.54

2.75

2.94

3.12

3.12L02

1.11

1.19

1.27

1.61

1.92

2.19

2.45

2.68

2.91

3.12總風(fēng)載（kN/m）

建筑物各個(gè)表面承受的風(fēng)力的合力為總風(fēng)載，是沿高度變化的分布荷載1.3.2冰雪荷載屋面外形設(shè)計(jì)的原則：快速排水，排向強(qiáng)處覆冰荷載覆冰荷載危害的產(chǎn)生過(guò)程《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定活荷載不與雪荷載同時(shí)組合。鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)第三節(jié)雪荷載積雪過(guò)重壓塌市場(chǎng)屋頂莫斯科市場(chǎng)坍塌壓死48人06年德國(guó)東南部阿爾卑斯山小鎮(zhèn)巴特賴興哈爾當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月２日發(fā)生慘劇，大雪壓塌當(dāng)?shù)匾惶幜锉^的屋頂，21人死亡3人失蹤2005年威海12月8日訊(特派記者黃強(qiáng))今天凌晨3時(shí)58分，位于威海市崮山鎮(zhèn)的威海大峻金屬制品有限公司一車(chē)間發(fā)生坍塌，造成1人死亡、多人受傷?；狙憾x：當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔细鶕?jù)氣象記錄資料經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到的在結(jié)構(gòu)使用期間可能出現(xiàn)的最大雪壓值。

S=ρgh=γhＳ－雪壓（Ｎ／ｍ2）

γ－雪重度（Ｎ／ｍ３）

Ρ—雪密度（kg／ｍ３）

h－雪深（ｍ)屋面雪壓屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計(jì)算：Sk＝μrS0

式中

Sk-雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；

μr-屋面積雪分布系數(shù)；屋面雪載與地面雪載比值S0-基本雪壓，kN/m2。影響屋面雪壓的因素：①風(fēng)；②屋面形式；③屋面散熱

漂積作用的影響：高低屋面上漂積雪的分布如右示①使敞風(fēng)較好的平屋面或小坡度屋面上的雪壓小于鄰近地面上的雪壓；②在高低跨屋面的情況下，在低屋面形成局部較大的漂積荷載；高低屋面上漂積雪的分布如右示：③在多跨坡屋面情況下，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大①當(dāng)屋面坡度大到某一角度時(shí)，積雪就會(huì)在屋面上產(chǎn)生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面雪載越小。

屋面坡度對(duì)屋面積雪分布系數(shù)的影響2屋面形式對(duì)積雪的影響—滑落②“爬坡風(fēng)”效應(yīng)。風(fēng)速越大，吹走的積雪越多。而且坡度越陡，這種效應(yīng)越明顯。對(duì)雙坡屋面及曲線型屋面，風(fēng)作用使總的屋面積雪減少，還會(huì)引起屋面的不平衡積雪荷載。3屋面散熱的影響屋面散發(fā)的熱量使部分積雪融化，同時(shí)也使雪滑移更易發(fā)生，故采暖房屋的積雪一般比非采暖房屋小。例1某木屋架倉(cāng)庫(kù)屋蓋，剖面圖如圖所示坡度為26.56度，該地區(qū)基本雪壓為0.55KN/m2,求作用在屋蓋上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（雪不均勻分布）。μr=1—1.56*0.2/5=0.94Sk

=1.25μr

S0=0.65KN/m21.3.3溫度作用建筑結(jié)構(gòu)的絕對(duì)溫度作用（即時(shí)溫度與合龍溫度之最大差值）建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)溫度作用（同一結(jié)構(gòu)不同溫度下的溫差）鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)什么是溫度作用？指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受外部或內(nèi)部條件約束,當(dāng)外界溫度變化時(shí)或在有功的條件下,不能自由脹縮而產(chǎn)生的作用.當(dāng)然對(duì)于靜定結(jié)構(gòu),通常溫度的改變不會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)力的變化.但需要說(shuō)明的是,這種結(jié)論是在結(jié)構(gòu)的變形能夠自由充分發(fā)展的假設(shè)上的.而實(shí)際的結(jié)構(gòu)或多或少與計(jì)算模型有一定的差異,因此需要在構(gòu)造上保證結(jié)構(gòu)的溫度變形不要受到約束.例如橋梁結(jié)構(gòu)的支座構(gòu)造和伸縮縫的構(gòu)造就是一個(gè)很好的例子.

對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu),溫度引起的變形是受到約束的,會(huì)產(chǎn)生附加的內(nèi)力.因此必須在結(jié)構(gòu)分析中考慮溫度的作用,將其作為兩種工況來(lái)考慮(1.溫度升高2.溫度降低),并參與荷載效應(yīng)組合.1.3.4地震作用及抗震盡可能減小配套結(jié)構(gòu)的重量---采用輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)提高鋼結(jié)構(gòu)的延性變形能力----延性變形可促使結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分布避免坍塌利用一切附加因素提高阻尼比1.3.5荷載與結(jié)構(gòu)的變異在鋼結(jié)構(gòu)的建造及使用過(guò)程中，結(jié)構(gòu)本身以及荷載的狀態(tài)都在不斷變化。鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)4、鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算的兩種方法

（1）極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定（2）許用應(yīng)力法：疲勞、對(duì)變形敏感結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定

1鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)驗(yàn)算

(1-2)－－－－－永久荷載效應(yīng)控制

(1-3)－－－－－標(biāo)準(zhǔn)組合

(1-4)－－－－－頻遇組合

(1-5)－－－－－準(zhǔn)永久組合}長(zhǎng)期效應(yīng)

基本組合

承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)

（罕遇地震驗(yàn)算）偶然組合結(jié)構(gòu)效應(yīng)計(jì)算短期效應(yīng)

(1-1)可變荷載效應(yīng)控制

γ=1.0圖2極限狀態(tài)驗(yàn)算公式關(guān)系圖4、鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利于否計(jì)算內(nèi)容

永久荷載分項(xiàng)系數(shù)rG不利可變荷載控制1.2永久荷載控制1.35有利一般結(jié)構(gòu)計(jì)算1傾覆、滑移0.9可變荷載分項(xiàng)系數(shù)rQ一般情況1.4標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2工業(yè)房屋樓面1.3可變活荷載的組合值系數(shù)為0.7雪荷載組合值系數(shù)為0.7風(fēng)荷載組合值系數(shù)為0.6積灰荷載組合值系數(shù)為0.9作業(yè)結(jié)構(gòu)抗力及正常使用極限：（1）鋼結(jié)構(gòu)以強(qiáng)度表現(xiàn)的抗力，主要有以下幾種變化：

A）隨鋼材尺寸（厚度、直徑）的不同，強(qiáng)度變化；

B）單角鋼受力（存在偏心），整體穩(wěn)定抗力變化；

C）單角鋼單肢螺栓連接時(shí)連接強(qiáng)度變化；

D）地震作用時(shí)強(qiáng)度的修正。

4、鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)（2）廣義變形限值

A）預(yù)拱的選擇

?。敲驿摿旱念A(yù)拱為恒載標(biāo)準(zhǔn)值引起的變形加1/2活載頻遇值引起的變形；

ⅱ）屋面鋼梁的預(yù)拱為恒載標(biāo)準(zhǔn)值引起的變形；

ⅲ）曲線型屋面鋼梁，當(dāng)結(jié)構(gòu)對(duì)變形不敏感時(shí)不必預(yù)起拱，當(dāng)結(jié)構(gòu)對(duì)變形較為敏感時(shí)應(yīng)該預(yù)起拱。

ⅳ）懸臂梁應(yīng)考慮排水坡度予以起拱。

B）各設(shè)計(jì)工種對(duì)限定的變形值應(yīng)取得協(xié)調(diào)。5、結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系與使用要求：1）住宅建筑要求相對(duì)小跨度、小分隔、小高度多層重合空間，一般用框架結(jié)構(gòu)；2）辦公建筑與住宅相仿，僅要求平面空間略大且靈活，框架體系也較合適；3）一般工業(yè)建筑要求相對(duì)大跨度、大高度規(guī)整空間，一般用門(mén)式剛架；4）公共建筑要求大跨度、大高度、異型空間，可用造型優(yōu)美的拱、殼、索、膜或雜交結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)5、結(jié)構(gòu)體