鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

郭小農(nóng)同濟(jì)大學(xué)建筑工程系第01章概念設(shè)計(jì)提綱1.建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和適用范圍3.建筑鋼結(jié)構(gòu)的材料選用4.建筑鋼結(jié)構(gòu)的荷載5.建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法6.建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系7.建筑鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)第1節(jié)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1發(fā)展歷史20世紀(jì)50~70年代：應(yīng)用較少受鋼產(chǎn)量限制，僅用于重型廠房和大跨公建

20世紀(jì)80年代以來：飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用

1996年以后，鋼產(chǎn)量世界第一

如：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展如：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展1.2發(fā)展現(xiàn)狀

應(yīng)用范圍擴(kuò)張高層建筑體育場館機(jī)場航站樓會(huì)展中心劇院火車站飛機(jī)庫工業(yè)廠房

電視塔

結(jié)構(gòu)體系豐富純框架帶支撐框架框筒網(wǎng)架網(wǎng)殼空間桁架剛架、拱架懸索、張弦梁索膜結(jié)構(gòu)塔桅結(jié)構(gòu)1.2發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑1.2發(fā)展現(xiàn)狀金貿(mào)大廈框筒結(jié)構(gòu)；地上88層；地下3層；結(jié)構(gòu)頂高420m；環(huán)球金融中心框筒結(jié)構(gòu)；地上101層；地下3層；結(jié)構(gòu)頂高492m；高層建筑1.2發(fā)展現(xiàn)狀上海中心框筒結(jié)構(gòu)；勁性混凝土柱；地上118層；地下5層；結(jié)構(gòu)頂高580m；高層建筑1.2發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑央視大廈框筒結(jié)構(gòu)；兩座傾斜塔樓；懸挑75m；地上52層；地下3層；結(jié)構(gòu)頂高234m；1.2發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑同濟(jì)綜合樓帶支撐框架；鋼管混凝土柱；粘滯阻尼支撐；地上21層；地下1層；結(jié)構(gòu)頂高98m；1.2發(fā)展現(xiàn)狀多層建筑同濟(jì)土木樓帶支撐框架；H型鋼柱；粘滯阻尼支撐；地上8層；地下1層；1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館上海八萬人體育館馬鞍形；長軸288m；短軸274m；最大懸挑73.5m；空間結(jié)構(gòu)1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館南京奧林匹克體育中心360m跨鋼拱+空間梁格體系1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館鳥巢馬鞍型；長軸332m；短軸296m；空間桁架結(jié)構(gòu)1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館鳥巢結(jié)構(gòu)骨架24跟桁架柱；22榀桁架梁；1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館水立方長寬177m；高度31m；空間剛架結(jié)構(gòu)1.2發(fā)展現(xiàn)狀體育場館水立方結(jié)構(gòu)體系1.2發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)場航站樓浦東國際機(jī)場張弦梁結(jié)構(gòu)；最大跨度83m1.2發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)場航站樓浦東國際機(jī)場1.2發(fā)展朋現(xiàn)狀機(jī)場航付站樓浦東膚國際擔(dān)機(jī)場終張弦挽梁吊嘴裝1.2發(fā)展現(xiàn)鉤狀機(jī)場航突站樓重慶江嬸北機(jī)場桁架結(jié)徒構(gòu)；最急大跨度90m1.屆2發(fā)展烤現(xiàn)狀機(jī)場匆航站謙樓重慶江副北機(jī)場1.文2發(fā)展現(xiàn)夢(mèng)狀機(jī)場航礎(chǔ)站樓成都雙巾流機(jī)場曲線議型空昌間鋼醫(yī)管桁鵝架1.2發(fā)展攜現(xiàn)狀會(huì)展振中心上海泡國際趴會(huì)議他中心單層網(wǎng)閑殼結(jié)構(gòu)雅；大球冤直徑48m；小球直埋徑37謙m；桿件竹為矩備形管息；鑄鋼銳節(jié)點(diǎn)壯；1.仇2發(fā)展帶現(xiàn)狀會(huì)展中因心廣州國陣際會(huì)展豬中心張弦立壤體桁架呼結(jié)構(gòu)，燭跨度12穿7m1.聞2發(fā)展貪現(xiàn)狀會(huì)展中左心1.減2發(fā)展現(xiàn)艱狀會(huì)展簽中心世博軸鑼陽光谷單層橫網(wǎng)殼夏結(jié)構(gòu)尊；倒喇叭葵形；高度皺約42驢m；1.2發(fā)展薯現(xiàn)狀劇院平面婆尺寸100尼m*9叔0m；正交達(dá)空間桁家架結(jié)構(gòu)捕；上海乏大劇識(shí)院1.博2發(fā)展胳現(xiàn)狀劇院橢球拔面雙異層空肚腹肋孕環(huán)形猶網(wǎng)殼政；長棋軸21檢2m；短軸142芝m；國家畫大劇釀院1.2發(fā)展現(xiàn)智狀劇院1.2發(fā)展現(xiàn)歲狀火車站草帽滋形空薪間結(jié)孤構(gòu)；悉圓形賺平面掌；直牌徑27即0m；上海維南站1.龜2發(fā)展現(xiàn)違狀火車世站新武螺漢火蹄車站1.薦2發(fā)展現(xiàn)囑狀工業(yè)濫廠房中國船樣舶館1.宿2發(fā)展忍現(xiàn)狀電視透塔廣州勞電視視塔結(jié)構(gòu)高45扶0m；總高損度610錘m；1.2發(fā)展現(xiàn)豬狀電視塔廣州幅電視創(chuàng)塔結(jié)聲構(gòu)體口系1.3發(fā)展丘趨勢(shì)第2節(jié)特點(diǎn)和溪適用范盡圍2.羊1特點(diǎn)1.輕質(zhì)高查強(qiáng)，材水性均勻杠穩(wěn)定；2.工業(yè)扶化程逆度高摘，施譜工周微期短膀；3.密閉麥性好蹄；4.塑性好陸；抗震費(fèi)及抗動(dòng)啟力性能冊(cè)好；5.穩(wěn)定性乓問題突枕出；6.耐火性修較差；7.易腐愚蝕；8.單價(jià)像高。2.衰1特點(diǎn)1.輕質(zhì)高視強(qiáng)2.店1特點(diǎn)4.塑性首變形溫能力堵好2.中1特點(diǎn)7.耐火杜性較侮差2.1特點(diǎn)7.耐火性嬸較差2.局1特點(diǎn)7.耐火慌性較皂差2.奴2適用階范圍A）恒載占比幣越大鑄，采們用鋼位結(jié)構(gòu)粥越合此理。B）強(qiáng)震地區(qū)（彈地震作兄用小，史延性好晌）C）勞揮動(dòng)力仁價(jià)格殘高（績工業(yè)憤化生俊產(chǎn)，肌現(xiàn)場狂勞動(dòng)平力少礎(chǔ)）D）軟棟土地藍(lán)基（梯基礎(chǔ)株耗資天小）E）大蛙跨、考超高雖結(jié)構(gòu)堵（結(jié)屢構(gòu)效黃應(yīng)函舅數(shù)值歸大）第3節(jié)材料槳選用3.滅1結(jié)構(gòu)大用鋼碳素妄結(jié)構(gòu)賀鋼：Q23啄5低合金睛高強(qiáng)度辭結(jié)構(gòu)鋼：Q34織5、Q39炮0、Q4愈20高層始建筑智結(jié)構(gòu)諒用鋼鳥：GJZ向鋼：Z1班5、Z25耐候具鋼：NH鋼材代號(hào)屈服強(qiáng)度數(shù)值(MPa)質(zhì)量等級(jí)(四級(jí))脫氧方法Q235屈服強(qiáng)度2350~16mm:23516~40mm:22540~60mm:21560~100mm:195A無沖擊韌性規(guī)定冷彎試驗(yàn)需方要求時(shí)提供F

(沸騰鋼)b

(半鎮(zhèn)靜鋼)Z

(鎮(zhèn)靜鋼)B規(guī)定20℃沖擊功Ak≥27J提供冷彎試驗(yàn)合格證書C規(guī)定0℃沖擊功Ak≥27J提供冷彎試驗(yàn)合格證書Z

(鎮(zhèn)靜鋼)D規(guī)定-20℃沖擊功Ak≥27J提供冷彎試驗(yàn)合格證書TZ

(特殊鎮(zhèn)靜鋼)3.1結(jié)構(gòu)刃用鋼3.絹1結(jié)構(gòu)冠用鋼鋼材代號(hào)屈服強(qiáng)度數(shù)值(MPa)質(zhì)量等級(jí)(五級(jí))脫氧方法Q345屈服強(qiáng)度3450~16mm:34516~35mm:32535~50mm:29550~100mm:275A級(jí)無沖擊韌性規(guī)定冷彎試驗(yàn)需方要求時(shí)提供Z(鎮(zhèn)靜鋼)B級(jí)規(guī)定20℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書C級(jí)

規(guī)定0℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書TZ(特殊鎮(zhèn)靜鋼)D級(jí)

規(guī)定-20℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書E級(jí)

規(guī)定-40℃沖擊功Ak≥27J提供冷彎試驗(yàn)合格證書3.序1結(jié)構(gòu)用什鋼鋼材代號(hào)屈服強(qiáng)度數(shù)值(MPa)質(zhì)量等級(jí)(五級(jí))脫氧方法Q345GJ0~16mm:34516~35mm:34535~50mm:33550~100mm:325B級(jí)規(guī)定20℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書Z

(鎮(zhèn)靜鋼)C級(jí)規(guī)定0℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書D級(jí)規(guī)定-20℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書TZ

(特殊鎮(zhèn)靜鋼)E級(jí)規(guī)定-40℃沖擊功Ak≥34J提供冷彎試驗(yàn)合格證書3.逗1結(jié)構(gòu)斑用鋼【例01絕】某車間斤用鋼牌磚號(hào)選擇某工業(yè)驢廠房生腥產(chǎn)車間搜；重型織吊車陣；強(qiáng)腐蝕拘環(huán)境；柱截膽面為H型；翼緣謹(jǐn)厚度憶為50m歸m；梁柱便連接塞節(jié)點(diǎn)堪如下純圖；最低位溫度臺(tái)零下20度；最終蚊設(shè)計(jì)剩選用鍬的鋼芝種：Q3敬45指G解JC令N寒H妄Z2去53.1結(jié)構(gòu)用蘋鋼結(jié)構(gòu)呢的重口要性荷載抖特征結(jié)構(gòu)形漿式應(yīng)力稠狀態(tài)連接娘方法鋼材厚搞度工作環(huán)千境鋼材選壤用應(yīng)考慮岡的因雕素3.擾2強(qiáng)度選悠擇1）變形控傅制選低強(qiáng)姑度等級(jí)如跨坦度大彼荷載車輕的據(jù)簡支昆梁；2）強(qiáng)度控瓣制選高強(qiáng)征度等級(jí)如樓面迫梁，有唐鋪板時(shí)餃，強(qiáng)度栗可充分錯(cuò)發(fā)揮；3）長細(xì)比都控制或應(yīng)客力水量平較鉆低選年低強(qiáng)爪度等讀級(jí)如網(wǎng)域架的錯(cuò)腹桿帥；4）施工畝條件長差選較百低強(qiáng)瓦度等激級(jí)3.載3沖擊扯韌性耕選擇影響因素結(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、高空焊不低于-40℃3表1-周1選擇鋼嗓材沖擊解韌性指紡標(biāo)的影藝響因素須及選擇判因子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選擇因核子之積μ與材第料沖雖擊韌厚性指潑標(biāo)的宮關(guān)系斑表3.3沖擊韌毛性選擇【例02從】呼倫秧貝爾刑藝術(shù)扒館重要襪建筑昏；鋼繞框架振結(jié)構(gòu)計(jì)；梁柱電節(jié)點(diǎn)康為栓蓬焊連抹接；承受查靜力桑荷載析；最低放溫度挪零下50度；第4節(jié)荷載取與荷倒載組惕合4.沫1風(fēng)荷秀載主體的結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)廣構(gòu)【注意點(diǎn)1】陣風(fēng)系捎數(shù)和風(fēng)津振系數(shù)【思考】陣風(fēng)系朋數(shù)和風(fēng)級(jí)振系數(shù)云有何不句同？計(jì)轎算墻板聚和墻梁棍時(shí)，應(yīng)鳴采用陣掙風(fēng)系數(shù)轉(zhuǎn)還是風(fēng)洋振系數(shù)蟻？4.1風(fēng)荷載【注意點(diǎn)2】對(duì)風(fēng)敏罩感性結(jié)竹構(gòu)四面拔開敞字及雙史面開豈敞的球屋面外挑濫雨棚照等要考慮撒體型系柏?cái)?shù)變號(hào)車的情況4.選1風(fēng)荷載4.讀1風(fēng)荷載4.喚1風(fēng)荷暑載4.糕2雪荷載【注意坊點(diǎn)】積雪的臣不均勻啦分布雙坡屋撕面四坡屋晚面4.祥2雪荷載【例03閑】不均步勻積倚雪對(duì)噴某門刊式剛五架結(jié)章構(gòu)的址影響雙坡津單脊旋；門從式剛剃架結(jié)堤構(gòu)；行柱腳毅鉸接面；柱場頂剛黑接；不均粉勻積輩雪的沿影響耽？4.繪2雪荷陣載【例04負(fù)】某兩醒連跨聲網(wǎng)殼潔的積徑雪某雙跨蕉拱形網(wǎng)韻殼；兩跨濱間積蚊雪分冬布系黨數(shù)如提何取含值？4.2雪荷混載4.2雪荷載4.2雪荷商載4.灑2雪荷劉載4.舟3覆冰荷問載出現(xiàn)球在濕構(gòu)度大闖、風(fēng)梢速低商、溫籌度低贈(zèng)的區(qū)親域覆冰后咱構(gòu)件截攀面增加茶，加大倒擋風(fēng)面綢積《高聳結(jié)振構(gòu)設(shè)計(jì)剝規(guī)范》GB武50杯13絕5-2冒00幟64.宜4溫度仍作用建筑結(jié)且構(gòu)的絕對(duì)落溫度作用工作環(huán)惹境溫度年與結(jié)構(gòu)苗合龍溫碧度之最寸大差值溫度毒分區(qū)烤與溫勁度應(yīng)阿力釋叮放（驗(yàn)與約忠束的均關(guān)系價(jià)）結(jié)構(gòu)合熄龍溫度忌的選擇預(yù)應(yīng)奏力構(gòu)圈件（毛索）鐘對(duì)溫攀度的罪敏感峽性建筑鞏結(jié)構(gòu)守的相對(duì)膚溫度作用同一結(jié)蜜構(gòu)或部里件、同手一結(jié)構(gòu)祖同時(shí)處夸于不同貍的溫度療場（室內(nèi)有外、向黨陽與背緣瑞陽）4.監(jiān)4溫度荷幻玉載【例05】柱間赤支撐肝布置某門式疏剛架的表縱向柱肺列，柱巡壽間支撐衡布置方恩式如下炭，哪種再方式更痕好？4.4溫度社荷載【例06】某大環(huán)尺寸傍平臺(tái)柴結(jié)構(gòu)某平切臺(tái)鋼冬結(jié)構(gòu)蜓，長150貨m，次梁陡兩端鉸從接；工妨作溫差逐較大；計(jì)算軟發(fā)現(xiàn)秩，兩斃邊主批梁應(yīng)精力比背超限午，加濱大截墻面也獲不能賣降低跑應(yīng)力康比；試分眨析其普原因虛和解欄決辦和法？4.駕4溫度哲荷載【例07擦】某空鏟間結(jié)顧構(gòu)某空系間網(wǎng)易殼結(jié)樂構(gòu)，周邊支叼承；工作釣溫差朵較大墳；計(jì)算窮發(fā)現(xiàn)憲，底僑邊鋼爸圈梁患應(yīng)力罷比超勵(lì)限，坑加大裳截面勸也不已能降賞低應(yīng)主力比中；試分絡(luò)析其賠原因勿和解還決辦梁法？4.敞5地震院作用盡可能減小非結(jié)構(gòu)咽構(gòu)件的重量提高鋼結(jié)構(gòu)鬧的延性變形（逢材料、浙節(jié)點(diǎn)）論能力利用一丘切附加脹因素加大阻輝尼，提高舍耗能能反力第5節(jié)設(shè)計(jì)豬方法5.1設(shè)計(jì)方厲法5.認(rèn)2極限狀寺態(tài)表達(dá)伙式1）傘非抗蘿震設(shè)油計(jì)承載甜能力極限狀作態(tài)表達(dá)諸式2）抗瓶震設(shè)計(jì)小震大震可變荷載控制永久荷載控制5.2極限捆狀態(tài)妄表達(dá)耍式1）非測抗震設(shè)踏計(jì)正常使虛用極限狀槳態(tài)表達(dá)落式2）姨抗震溉設(shè)計(jì)小震標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合【例08奪】列出怪高層廚結(jié)構(gòu)承載能殃力極限款狀態(tài)避的常潤見荷陷載組夢(mèng)合5.2極限增狀態(tài)頌表達(dá)行式1）務(wù)非抗筒震設(shè)侍計(jì)1.斃2*恒+1.釣4*活+1別.4驕*0顏.6階*風(fēng)1.2稼*恒+1的.4若*0源.7毛*活+1.翅4*風(fēng)1.3這5*恒+1.醫(yī)4*0剝.7*活+1鎮(zhèn).4深*0判.6分*風(fēng)2）抗蘆震設(shè)計(jì)音：小震1.2全*重力荷貿(mào)載代表戴值+1左.4寒*0玻.2掠*風(fēng)+1斑.3反*水平砌地震3）抗鞠震設(shè)計(jì)詞：大震第6節(jié)結(jié)構(gòu)婦體系6.真1常見強(qiáng)結(jié)構(gòu)白體系空間桁渴架剛架、甩拱架懸索絕、張廊弦梁索膜結(jié)有構(gòu)塔桅蔑結(jié)構(gòu)門式剛紀(jì)架純框筋架帶支搞撐框救架框筒網(wǎng)架拳網(wǎng)殼6.秤2優(yōu)化猶設(shè)計(jì)否方向（1）框架輸結(jié)構(gòu)框架炎結(jié)構(gòu)原以梁規(guī)受彎賽，柱看受壓滾彎為施主，葵它的邁優(yōu)化艙主要應(yīng)是選擇合棚適的截浴面；（2）門秧式剛軟架結(jié)盾構(gòu)可以根攔據(jù)制造飾分段及蹈內(nèi)力狀象況分段便，每段燒均為直績線變坡假，優(yōu)化構(gòu)滅件的折閑線外形；（3）空僻間結(jié)掀構(gòu)使單個(gè)轟構(gòu)件全鴉截面應(yīng)援力趨于畏均勻，提高犯強(qiáng)度利強(qiáng)用率。6.甘2優(yōu)化設(shè)執(zhí)計(jì)方向【例09】討論沿下列敗各種江結(jié)構(gòu)請(qǐng)?bào)w系釋的受紐奉力性悟能。6.3輔助結(jié)膚構(gòu)與主陷體結(jié)構(gòu)1）兩沉者共坐同抵扯御水行平荷稈載；2）輔鋒助結(jié)荒構(gòu)可墾減小祥主體患結(jié)構(gòu)屑的計(jì)除算長良度；3）輔助逼結(jié)構(gòu)提惰高主體誓結(jié)構(gòu)的擾整體性因和剛度攔；4）輔助和結(jié)構(gòu)維公持主體跑結(jié)構(gòu)在鄙施工過妨程中的夫穩(wěn)定；5）兩身者可財(cái)相互皺轉(zhuǎn)換誕；6）主體簽結(jié)構(gòu)為咽輔助結(jié)律構(gòu)提供廊支座。第7節(jié)節(jié)點(diǎn)設(shè)沾計(jì)7.村1單元撈的劃暢分與迎結(jié)合1）計(jì)算俗單元?jiǎng)澐忠炜紤]計(jì)柏算精度繭要求；2）制作戀單元?jiǎng)澐轴炓汲虘]便墊于制橡作分拾工；3）運(yùn)輸單案元?jiǎng)澐忠幙紤]提燦高運(yùn)輸極效率；4）安裝單能元?jiǎng)澐珠T要考娛慮安朱裝順繪序、健安裝冬設(shè)備貸的能朽力和年安裝股效率劍；5）所有栽單元都怒要用節(jié)點(diǎn)連接；7.耗1單元炒的劃震分與荷結(jié)合【例10】框架素柱的銅現(xiàn)場浩拼接控點(diǎn)方案A方案B拼接益節(jié)點(diǎn)思考至：哪興種分倘段點(diǎn)珠方案脆更合泡理？7.漆1單元孔的劃低分與芽結(jié)合【例11】門式剛筋架屋面縣梁分段控點(diǎn)某輕型擺門式剛坊架結(jié)構(gòu)活；跨度24喘m；屋面梁訴劃分為3段；7.2節(jié)點(diǎn)分趟類1）剛浴接節(jié)進(jìn)點(diǎn)A）能劈燕可靠婆傳遞高內(nèi)力咐；B）具有襯連續(xù)的近剛度；C）內(nèi)力神重分布套能力（舍塑性鉸句）。7.存2節(jié)點(diǎn)絮分類2）鉸接味節(jié)點(diǎn)A）對(duì)變飛形不敏犁感；B）桿端翠可轉(zhuǎn)動(dòng)鵝；7.2節(jié)點(diǎn)分楚類【例12纖】剛架季的沉夕降兩種包剛架抬；坐落煮于軟自土地堡基；兩柱享腳有翼不同雕沉降高；哪種結(jié)應(yīng)構(gòu)對(duì)沉粗降更為告敏感？7.判2節(jié)點(diǎn)忌分類【例13】某拱擺形連欺廊的予設(shè)計(jì)兩個(gè)方單體刷建筑球之間膏設(shè)置壟有拱百