第一章概念設計,1.1鋼結構的適用范圍 1.2鋼材的選用 1.3建筑鋼結構荷載與作用的特點 1.4鋼結構的計算 1.5結構體系 1.6節點設計,提綱,1、鋼結構的適用范圍 優點：輕質高強，材質均勻，工業化生產，施工 工期短，韌性好，密封性好，抗震性好； 缺點：耐腐蝕性較差，耐火性差，單價高，維護 費用高。,鋼結構概念設計,1、鋼結構的適用范圍 鋼結構的適用性： 1）結構選材目標：技術性能和經濟性。（性價比） 2）選用鋼材的原因： a）基本原因 結構自重與全部荷載與作用之 比越大，采用鋼結構越合理。 b）強震地區（受力小，延性好） c）勞動力價格高（工業化生產， 現場勞動力少） d）軟土地基（基礎耗資小） e）大跨、超高結構,2、鋼材的選用 鋼材強度的選擇 1）變形控制選低強度等級 2）強度控制選高強度等級 3）長細比控制或應力水平較低選低強度等級 4）施工條件差選較低強度等級,鋼結構概念設計,2、鋼材的選用 鋼材沖擊韌性指標選擇：,表1-1 選擇鋼材沖擊韌性指標的影響因素及選擇因子,=1234,表1-2 選擇因子之積與材料沖擊韌性指標的關系表,鋼結構概念設計,建筑工程重要性等級劃分,一級工程，重要工程,后果很嚴重，重要工業、民用建筑;20層以上的高層建筑;體型復雜的14層以上高層;對地基變形有特殊要求的,單柱荷載在4000kn以上的 二級工程，一般工程,后果嚴重，一般的工業、民用建筑 三級工程，次要工程,后果不嚴重，次要的建筑物,3、建筑鋼結構荷載與作用的特點 風荷載 冰雪荷載 溫度作用 地震作用及抗震 荷載與結構的變異,鋼結構概念設計,1.3.1風荷載,（控制性荷載之一）,風對墻體的壓力、吸力 結構整體側向風力計算 維護結構的陣風系數 與主體結構的風振系數,鋼結構概念設計,空氣流動形成的風遇到建筑 物時，就在建筑物表面產生 壓力或吸力，這種風力作用 叫風荷載。,風的大小與 （1）近地風的性質、風速、風向有關 （2）建筑物所在地的地藐及周圍環境 （3）建筑本身的高度、形狀以及表面狀況有關,風的破壞力,“森拉克”肆虐浙閩 防波堤被沖垮百米 2003 七月 28 12:43 由于16號“森拉克”臺風的襲擊，投資1.2億元、總長達1837米的玉環縣坎門漁港防波堤遭受嚴重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個缺口，造成防波堤砌面下滑，總長達100多米。險情發生后，當地政府組織公安、邊防、民兵應急分隊和群眾及時進行搶修，力爭將損失降低到最低限度。,風的破壞力,風的破壞力,風的破壞力,風的破壞力,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多名工人僥幸逃過大難,8月18日臺風圣帕,建筑結構荷載規范 ： 規范正文 條文說明,7 風 荷 載 7.1 風荷載標準值及基本風壓 7.1.1 垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算： 2 當計算圍護結構時 (7.1.1-2) 7.1.2 基本風壓應按本規范附錄d.4中附表d.4給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于0.3knm2。,規范正文,風荷載標準值 nominal value of wind load,垂至于建筑物表面的風荷載標準值,(kn/m2),風壓高度變化系數,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、鄉村、叢林、丘陵、房屋稀少的鄉 鎮及城郊 c 有密集建筑群的城市市區 d 有密集建筑群且房屋較高的城市市區,風壓高度變化系數,總風載,（kn/m）,建筑物各個表面承受的風力的合力為總風載，是沿高度變化的分布荷載,1.3.2冰雪荷載,屋面外形設計的原則：快速排水，排向強處 覆冰荷載 覆冰荷載危害的產生過程 建筑結構荷載規范規定活荷載不與雪荷載同時組合。,鋼結構概念設計,第三節 雪荷載,積雪過重壓塌市場屋頂 莫斯科市場坍塌壓死48人,06年德國東南部阿爾卑斯山小鎮巴特賴興哈爾當地時間1月日發生慘劇，大雪壓塌當地一處溜冰館的屋頂，21人死亡3人失蹤,2005年威海12月8日訊(特派記者 黃強)今天凌晨3時58分，位于威海市崮山鎮的威海大峻金屬制品有限公司一車間發生坍塌，造成1人死亡、多人受傷。,基本雪壓,定義：當地空曠平坦地面上根據氣象記錄資料經統計 得到的在結構使用期間可能出現的最大雪壓值。 s =gh=h 雪壓（2 ） 雪重度（） 雪密度（kg） h 雪深（),屋面雪壓,屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算： skrs0 式中 sk-雪荷載標準值，kn/m2； r-屋面積雪分布系數；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： 風；屋面形式；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,使敞風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； 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：,在多跨坡屋面情況下，屋谷附近區域的積雪比屋脊區大,當屋面坡度大到某一角度時，積雪就會在屋面上產生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面雪載越小。 屋面坡度對屋面積雪分布系數的影響,2 屋面形式對積雪的影響滑落,“爬坡風”效應。風速越大，吹走的積雪越多。而且坡度越陡，這種效應越明顯。對雙坡屋面及曲線型屋面，風作用使總的屋面積雪減少，還會引起屋面的不平衡積雪荷載。,3 屋面散熱的影響 屋面散發的熱量使部分積雪融化，同時也使雪滑移更易發生，故采暖房屋的積雪一般比非采暖房屋小。,例1 某木屋架倉庫屋蓋，剖面圖如圖所示坡度為26.56度，該地區基本雪壓為0.55kn/m2,求作用在屋蓋上的雪荷載標準值（雪不均勻分布）。,r= 11.56*0.2/5=0.94 sk = 1.25 r s0=0.65kn/m2,1.3.3溫度作用,建筑結構的絕對溫度作用 （即時溫度與合龍溫度之最大差值） 建筑結構的相對溫度作用 （同一結構不同溫度下的溫差）,鋼結構概念設計,什么是溫度作用？,指結構或構件受外部或內部條件約束,當外界溫度變化時或在有功的條件下,不能自由脹縮而產生的作用.,當然對于靜定結構,通常溫度的改變不會引起構件內力的變化.但需要說明的是,這種結論是在結構的變形能夠自由充分發展的假設上的.而實際的結構或多或少與計算模型有一定的差異,因此需要在構造上保證結構的溫度變形不要受到約束. 例如橋梁結構的支座構造和伸縮縫的構造就是一個很好的例子. 對于超靜定結構,溫度引起的變形是受到約束的,會產生附加的內力.因此必須在結構分析中考慮溫度的作用,將其作為兩種工況來考慮(1.溫度升高 2.溫度降低),并參與荷載效應組合.,1.3.4地震作用及抗震,盡可能減小配套結構的重量-采用輕質圍護結構 提高鋼結構的延性變形能力-延性變形可促使結構內力重新分布 避免坍塌 利用一切附加因素提高阻尼比,1.3.5荷載與結構的變異,在鋼結構的建造及使用過程中，結構本身以及荷載的狀態都在不斷變化。,鋼結構概念設計,4、鋼結構的計算 鋼結構計算的兩種方法 （1）極限狀態設計法：強度、剛度、穩定 （2）許用應力法：疲勞、對變形敏感結構的穩定 1,鋼結構概念設計,結構極限狀態驗算,(1-2) 永久荷載效應控制,(1-3) 標準組合,(1-4) 頻遇組合,(1-5) 準永久組合長期效應,基本組合,承載能力極限狀態,正常使用極限狀態,（罕遇地震驗算）偶然組合,結構效應計算,短期效應,(1-1),可變荷載效應控制,=1.0,圖2 極限狀態驗算公式關系圖,4、鋼結構的計算,鋼結構概念設計,可變活荷載的組合值系數為 0.7 雪荷載組合值系數為 0.7 風荷載組合值系數為 0.6 積灰荷載組合值系數為 0.9,作業,結構抗力及正常使用極限： （1）鋼結構以強度表現的抗力，主要有以下幾種變化： a）隨鋼材尺寸（厚度、直徑）的不同，強度變化； b） 單角鋼受力（存在偏心），整體穩定抗力變化； c） 單角鋼單肢螺栓連接時連接強度變化； d）地震作用時強度的修正。,4、鋼結構的計算,鋼結構概念設計,（2）廣義變形限值 a）預拱的選擇 ）樓面鋼梁的預拱為恒載標準值引起的變形加1/2活載頻遇值引起的變形； ）屋面鋼梁的預拱為恒載標準值引起的變形； ）曲線型屋面鋼梁，當結構對變形不敏感時不必預起拱，當結構對變形較為敏感時應該預起拱。 ）懸臂梁應考慮排水坡度予以起拱。 b）各設計工種對限定的變形值應取得協調。,5、結構體系 結構體系與使用要求：,1）住宅建筑要求相對小跨度、小分隔、小高度多層重合空間，一般用框架結構； 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）一般工業建筑要求相對大跨度、大高度規整空間，一般用門式剛架； 4）公共建筑要求大跨度、大高度、異型空間，可用造型優美的拱、殼、索、膜或雜交結構。,鋼結構概念設計,5、結構體系 主體鋼結構的優化設計方向 ：,（1）框架結構 框架結構以梁受彎，柱受壓彎為主，它的優化主要是選擇合適的截面； （2）門式剛架結構 可以根據制造分段及內力狀況分段，每段均為直線變坡，優化構件的折線外形； （3）空間結構 使單個構件全截面應力趨于均勻，提高強度利用率。,鋼結構概念設計,5、結構體系 輔助結構與主體結構的關系 ：,1）兩者共同抵御水平荷載； 2）前者可減小后者的計算長度； 3）前者提高后者的整體性和剛度； 4）前者維持后者在施工過程中的穩定； 5）兩者可相互轉換； 6）后者為前者提供支座。,鋼結構概念設計,6、節點設計 單元的劃分與結合