1、福建工程學院繼續(xù)教育學院成人高等學歷教育課程自學指導書課程名稱 建筑鋼結構設計 適用專業(yè) 土木工程專業(yè) 適用層次 專升本函授 學習形式 自學 編 寫 者 洪芳 審 定 人 福建工程學院繼續(xù)教育學院目錄第一章 緒論1一、目的和要求3二、重點和難點3三、內容提要3第二章 平臺鋼結構設計4一、目的和要求4二、重點和難點4三、內容提要41、型鋼梁設計步驟42、組合梁設計步驟43、實腹式軸心受壓構件設計步驟104、格構式軸心受壓構件設計步驟115、柱節(jié)點設計12四、典型例題12五、思考題及習題18第三章 輕型門式剛架設計19一、目的和要求19二、重點和難點19三、內容提要191、門式剛架結構形式及支撐體

2、系192、檁條設計193、剛架設計步驟和過程20四、思考題21第四章 多層框架鋼結構設計22一、目的和要求22二、重點和難點22三、內容提要221、鋼框架結構形式的分類222、鋼框架的設計內容和設計步驟223、多層多跨框架支撐的類型及布置234、實腹式壓彎構件設計235、樓蓋設計246、框架節(jié)點構造及計算26四、典型例題32五、思考題及習題33第五章 普通鋼屋架單層廠房設計34一、目的和要求34二、重點和難點34三、內容提要341、廠房結構橫向框架342、支撐體系353、普通鋼屋架設計354、吊車梁的設計38四、思考題及習題39第一章 緒論一、目的和要求1、掌握鋼結構的主要優(yōu)缺點和應用范圍。2

3、、掌握鋼結構的主要荷載和計算要求。3、了解鋼結構的發(fā)展趨勢。4、掌握節(jié)點設計的分類和類型。二、重點和難點1、鋼結構的主要優(yōu)缺點和應用范圍。2、鋼結構節(jié)點設計的分類和類型。三、內容提要1、鋼結構的應用范圍大跨度建筑結構；高層及超高層建筑結構；高聳鋼結構等。2、鋼結構的特點高強輕質，塑性韌性好，工業(yè)化、施工速度快；耐火、耐腐蝕性差。3、鋼結構主要荷載和計算要求風荷載，冰雪荷載，溫度荷載和地震作用。承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗算。4、鋼結構發(fā)展采用高性能鋼材；深入了解和掌握結構的真實極限狀態(tài)；開發(fā)新的結構形式；提高鋼結構制造工業(yè)的技術水平。5、節(jié)點設計的分類和類型剛接、鉸接和半剛性連接。焊接

4、和螺栓連接。第二章 平臺鋼結構設計一、目的和要求1、掌握平臺板的設計與計算。2、掌握平臺梁的設計與計算。3、掌握平臺柱的設計與計算。二、重點和難點1、型鋼及組合平臺梁的設計。2、實腹式和格構式柱的設計。3、梁、柱的連接及節(jié)點設計。三、內容提要1、型鋼梁設計步驟根據梁的荷載，跨度及支座情況求出根據選用的鋼號確定其抗彎設計強度f單向受彎梁：選擇工字鋼或H型鋼的型號雙向受彎梁：適當增加Wx（30%50%）后選擇型號 強度考慮自重后重新計算M、V，然后驗算整體穩(wěn)定 剛度 不滿足重選型號滿足（結束）2、組合梁設計步驟 梁截面確定梁高h的確定： hmin h hmax，且h he。tw的確定： 假定翼緣寬

5、度： 由 得t 梁截面驗算 強度驗算抗彎強度： 單向受彎 雙向受彎 抗剪強度： 局部承壓強度： 折算應力： 剛度驗算 整體穩(wěn)定單向彎曲梁（最大剛度平面內受彎的梁）： 雙向彎曲梁： 局部穩(wěn)定翼緣： 工字型：（）；（）箱 型：腹板：按計算或構造設置加勁肋A加勁肋的配置要求a 當時，若時可不配置加勁肋；若時（設支承加勁肋）應按構造要求（，但對且的梁，允許）配置橫向加勁肋。b 當時，應配置橫向加勁肋并滿足構造和計算要求。c 當時（受壓翼緣扭轉受到約束，如有剛性鋪板、制動板或焊有鋼軌時）或時（受壓翼緣扭轉未受到約束時）或按計算需要時，應在彎曲應力較大區(qū)格的受壓區(qū)增配縱向加勁肋（）。局部壓應力很大的梁，必

6、要時尚宜在受壓區(qū)配置短加勁肋。d 梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設置支承加勁肋。e 任何情況下，（避免高厚比過大時產生焊接翹曲）。B組合梁腹板局部穩(wěn)定驗算 僅配置橫向加勁肋的腹板（右圖），其各區(qū)格的局部穩(wěn)定應按下式計算：式中：s所計算腹板區(qū)格內，由平均彎矩產生的腹板計算高度邊緣的彎曲壓應力s=M hc/I， hc為腹板彎曲受壓區(qū)高度。 t所計算腹板區(qū)格內，由平均剪力產生的腹板平均剪應力t=V/(hw tw)，hw為腹板高度。 sc腹板計算高度邊緣的局部壓應力sc =F /(lz tw) scr、tcr、sc,cr各種應力單獨作用下的臨界應力，計算如下：a. 按下列公式計算：當時：

7、 當時： 當時： 式中：用于腹板受彎計算時的通用高厚比；當梁受壓翼緣扭轉受到約束時： 當梁受壓翼緣扭轉未受到約束時：梁腹板彎曲受壓區(qū)高度。b. 按下列公式計算：當時： 當時： 當時： 式中 用于腹板受剪計算時的通用高厚比。當時： 當時： c. 計算當時： 當時： 當時： 式中 用于腹板受壓計算時的通用高厚比。當時：當時： 同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板（如圖所示），其局部穩(wěn)定性應按下列公式計算：()() 受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格()：式中scr1、tcr1、sc,cr1的計算公式同scr、tcr、sc,cr，只要將scr式中的lb改為lb1，將tcr式中的h0改為h1，將sc,c

8、r式中的lc改為lc1，lb1、lc1分別如下：當梁受壓翼緣扭轉受到約束時： 當梁受壓翼緣扭轉未受到約束時：受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格()： 式中s2所計算區(qū)格內由平均彎矩產生的腹板在縱向加勁肋處的彎曲壓應力；sc2腹板在縱向加勁肋處的橫向壓應力，取0.3sc。scr2、tcr2、sc,cr2的計算公式同scr、tcr、sc,cr，只要將scr式中的lb改為lb2，將tcr、sc,cr式中的h0改為h2，lb2如下： 在受壓翼緣與縱向加勁肋之間設有短加勁肋的區(qū)格（如圖所示），可按相關規(guī)范計算（略） 腹板加勁肋的構造要求 a. 加勁肋宜在腹板兩側成對配置，也允許單側配置，但支承加勁肋和重級工

9、作制吊車梁的加勁肋不應單側配置。 b. 加勁肋可以采用鋼板或型鋼，應有足夠的剛度，使其成為腹板的不動支承。 c. 橫向加勁肋的最小間距為0.5h0，最大間距為2h0（對無局部壓應力的梁，當h0/tw100時，可采用2.5h0）。d. 在腹板兩側成對配置的鋼板橫向加勁肋，其截面尺寸應按下列公式確定： 外伸寬度bsh0/30+40 (mm) 厚度tsbs/15 (mm) 若在腹板一側配置的鋼板橫向加勁肋，其外伸寬度應大于按上式算得的1.2倍，厚度應不小于其外伸寬度的1/15。tsbs/15xbsh0/30+40mmbs/2(60)bs/3(40)ya1=0.75h10.5h0a2h0(2.5h0)

10、h0h2h1=(1/51/4) h0縱向加勁肋橫向加勁肋短加勁肋a1a1a1 e. 在同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板中，橫向加勁肋的截面尺寸除應符合上述規(guī)定外，其對腹板水平軸的截面慣性矩Iz，應滿足下式的要求：；縱向加勁肋對腹板豎直軸的截面慣性矩Iy應滿足下式的要求：當時，當時，f. 當配置短加勁肋時其最小間距為0.75h1。鋼板短加勁肋的外伸寬度應取為橫向加勁肋外伸寬度的0.71.0倍，厚度不應小于短加勁肋外伸寬度的1/15。 g. 為了避免焊縫的集中和交叉以及減小焊接應力，焊接梁的橫向加勁肋與翼緣連接處，應切成斜角如右圖，其寬度約為bs / 3(40 mm)，高約為bs /3 (

11、60mm)；在縱橫向加勁肋交接處縱加勁肋也采用切角。 h. 吊車梁橫向加勁肋上端應與上翼緣刨平頂緊（當為焊接吊車梁時應焊牢），中間橫向加勁肋下端不應與受拉翼緣焊牢，一般在距受拉翼緣50100mm處斷開，為提高抗扭剛度，也可另加短角鋼與加勁肋下端焊牢，但抵緊于受拉翼緣而不焊。 梁截面沿長度改變設計梁截面沿長度改變可節(jié)約鋼材，其變化有兩種方式：一種式變化梁高，通常是將梁下翼緣做成折線外形，翼緣截面保持不變，僅在靠近梁端l/6l/5處變化腹板高度；另一種是變化翼緣板面積來改變梁面積，通常是改變翼緣板的寬度來實現(xiàn)，約在距離兩端支座l/6處。 焊接梁節(jié)點設計梁的拼接節(jié)點包括工廠拼接和工地拼接，前者多為焊

12、接，后者可采用焊接或螺栓連接。主次梁連接節(jié)點多為鉸接連接，按其連接位置可分為疊接和平接。前者構造簡單，次梁安裝方便，但建筑高度較大，使用常受到限制；后者構造相對較為復雜，需將次梁的上翼緣和部分腹板以及下翼緣的局部切除，建筑高度小，安裝精度高。3、實腹式軸心受壓構件設計步驟 截面尺寸的確定假定柱的長細比 查得j確定所需截面面積 根據和可求得 、型鋼截面： 由As、和查表組合截面：截面高度和寬度分別為：由局部穩(wěn)定條件確定厚度t： 由面積可翼緣板厚度tw ， 驗算強度 當截面無削弱時，強度可不必驗算整體穩(wěn)定 局部穩(wěn)定剛度 4、格構式軸心受壓構件設計步驟 由繞實軸整體穩(wěn)定，選擇肢件截面規(guī)格假定 ly=

13、60100查得fy確定所需截面面積 根據l0y可求得 由 As和， 選擇肢件； 由繞虛軸整體穩(wěn)定，選擇肢件間距：綴條柱：；綴板柱：根據可求得 則 驗算（同實腹式，只是將局部穩(wěn)定改為肢件的單肢穩(wěn)定驗算） 綴材設計綴材受力：綴條設計：將綴條與肢件簡化為平行弦桁架，計算出綴條的內力，后按軸壓構件進行強度和穩(wěn)定驗算。綴板設計：將綴板與肢件簡化為單跨多層剛架，計算綴板的內力，后按受彎構件進行強度和連接計算。 鉸接連接 剛接連接柱頂支承梁的構造5、柱節(jié)點設計 柱頭設計柱頭的作用是將梁格體系上的荷載傳給平臺柱，一般情況下只承受梁傳給柱的壓力，柱頭按梁柱之間的連接形式可分為柱頂支承梁的構造和柱側支承梁的構造形

14、式，明確這兩種構造的傳力路線和構造。 鉸接連接 剛接連接柱側支承梁的構造 柱腳設計柱腳的作用是將柱固定于基礎，并把柱的內力傳給基礎，可設計成剛接也可設計成鉸接形式。重點掌握鉸接柱腳的傳力路線和構造要求。四、典型例題例1：有一平臺的梁格布置如圖所示。鋪板為預制鋼筋混凝土板，焊于次梁上。平臺永久荷載（包括鋪板重量）為，荷載分項系數為1.2；可變荷載為，荷載分項系數為1.4。鋼材采用Q345鋼，用E50型焊條，手工焊。要求： 選擇次梁截面； 選擇主梁（焊接組合梁）截面，計算梁的強度時不考慮截面塑性變形的發(fā)展。圖1 梁格布置 圖2 次梁計算簡圖解： 次梁次梁的計算簡圖如圖2所示。先暫不考慮次梁自重。次

15、梁上的均布荷載為跨中最大彎矩： 需要截面抵抗矩：截面選取用I28a，其截面特性為：，腹板厚度，自重為。考慮梁自重后，最大彎矩為：最大剪力：抗彎強度驗算：剪應力驗算： 支座處局部壓應力驗算：支座反力為151.4kN。假定支承長a=15cm，由型鋼表查得，局部壓應力為因有鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止受壓翼緣的側向位移，故不必驗算整體穩(wěn)定。撓度驗算：均布荷載標準值為因此，次梁能滿足強度和剛度的要求。圖3主梁計算簡圖 主梁1) 截面選擇主梁的計算簡圖如圖3所示。次梁傳來的集中荷截 最大彎矩（不含主梁自重）：最大剪力（不含主梁自重）：需要的截面抵抗矩（因翼緣板厚度為20cm，所以）梁的

16、最小高度，根據表得剛度要求，查表得：梁的經濟高度：取腹板高：。腹板厚度：取腹板厚度：=10mm。所需翼緣面積：取上、下翼緣寬度：b=320mm，厚度t =20mm；翼緣面積：受壓翼緣自由外伸寬度b'與其厚度t之比：因此受壓翼緣的局部穩(wěn)定能保證。2) 跨中截面抗彎強度驗算梁的截面積：梁單位長度的自重為：取自重的荷載分薦系數為1.2，并考慮加勁肋等重量采用構造系數1.2，因此梁自重的荷載設計值為：梁的支座反力即最大剪力：跨中最大彎矩：截面特性：抗彎強度驗算：3) 整體穩(wěn)定驗算次梁為主梁的側向支承，故主梁受壓翼緣的自由長度等于200cm，與梁受壓翼緣寬度之比；因此梁的整體穩(wěn)定有保證。4) 梁

17、的截面改變本例題采用改變翼緣寬度的方法以改變梁的截面。截面改變處離支座距離x取為：截面改變處的彎矩M1和剪力V1為：需要的截面抵抗矩需要的翼緣面積取翼緣寬度16cm，厚度2cm，面積，大于25.6cm。變截面處強度驗算支座處剪應力驗算5) 剛度驗算近似地按等截面梁計算。集中荷載標準值：均布荷載標準值：圖4主梁的剪力和彎矩圖 圖5主梁施工圖6) 翼緣和腹板的連接焊縫采用直角角焊縫。所需焊腳尺寸采用。7) 腹板局部穩(wěn)定驗算和加勁肋設計（圖4、5）： 參考教材例題。 梁的支座采用突緣支座形式，支承加勁肋截面采用。計算支承加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性，其有效截面積如圖6中陰影線所示。圖6 加勁肋布置圖，

18、查表得 支座加勁肋端部刨平頂緊。其端面承壓應力：支座加勁肋與腹板用直角角焊縫連接，焊縫的焊腳尺寸取 。主梁的施工圖如圖5示。例2：詳教材例2-4。五、思考題及習題 1、平臺鋼結構中梁格布置的形式和特點？2、平臺鋪板中采用壓型鋼板和混凝土組合樓板時，各有幾種構造形式？如何受力？3、如何確定組合梁的截面高度？4、試述組合梁的設計步驟。5、組合梁腹板加勁肋有哪幾種形式，如何設置？要滿足哪些構造要求？6、試分析實腹軸壓柱截面設計的步驟及截面驗算內容。7、試分析格構軸壓柱截面設計的步驟及截面驗算內容。8、一鋼平臺主梁為兩端簡支組合工字梁，荷載形式如下圖所示，梁材料選用Q235，l=15m，均布荷載設計值

19、q=10kN/m，集中荷載設計值F=350kN，梁上有4個側向支撐點在集中荷載作用處，梁允許撓度為l/400。試設計梁截面，并進行梁強度、剛度和整體穩(wěn)定驗算。9、一鋼結構平臺次梁為兩端簡支型鋼梁，截面形式為工字鋼，梁材料選用Q235，跨度l=5m，梁上作用均布荷載，其中永久荷載標準值gk=4kN/m，活荷載標準值qk=10kN/m，允許撓度為l/250。試選擇梁截面，并進行強度、剛度和整體穩(wěn)定驗算。10、設計一平臺鋼結構軸心受壓實腹柱，柱截面采用焊接組合H形，翼緣為火焰切割邊，鋼材為Q345，已知柱軸心壓力N2000kN（包括自重），計算長度l0x=8m，l0y=4m。第三章 輕型門式剛架設計

20、一、目的和要求1、了解門式剛架特點及適用范圍。2、掌握門式剛架的結構體系和支撐體系的作用、具體布置及構造。3、掌握實腹式檁條的計算和構造要求。4、掌握門式剛架的具體設計過程。5、了解維護結構的連接構造和計算。二、重點和難點1、門式剛架結構支撐體系的作用及其種類和具體布置。2、門式剛架的設計和計算。三、內容提要1、門式剛架結構形式及支撐體系門式剛架分為單跨、雙跨、多跨以及帶挑檐的和帶毗屋的剛架等形式。剛架支撐體系包括柱間支撐和屋面支撐，其布置要滿足相應的構造要求，具體詳教材。2、檁條設計鋼檁條一般采用單跨簡支，有實腹式和桁架式兩大類，前者構造簡單，安裝及制造方便，常用于36m跨度的情況；后者多用

21、于跨度較大（>6m）的情況下。薄壁型鋼是最常用的實腹式檁條，通過檁托與屋架上弦連接，垂至于屋架坡度放置，在豎向荷載作用下為雙向受彎構件，其強度驗算公式為冷彎薄壁型鋼： 熱軋型鋼： 當屋面與檁條有可靠連接，能阻止檁條側向失穩(wěn)和扭轉時，可不計算整體穩(wěn)定性，否則按下式驗算檁條整體穩(wěn)定性熱軋型鋼：冷彎薄壁型鋼： 同時還要滿足撓度要求，當有拉條時，驗算公式為為給檁條提供側向支承，減小檁條沿屋面坡度方向的跨度，減少檁條在施工和使用階段的側向變形和扭轉，在檁條間設置拉條或撐桿，其布置原則如下：當檁條跨度大于4m時，應在檁條間跨中位置設置拉條。當檁條跨度大6m時，應在檁條跨度三分點處各設置一道拉條。應在

22、屋脊或檐口處設置斜拉條和直撐桿，當屋蓋有天窗時，應在天窗兩側檁條之間設置斜拉條和直撐桿。拉條通常用圓鋼做成，圓鋼直徑不宜小于10mm。圓鋼拉條可設在距檁條上翼緣13腹板高度范圍內。當在風吸力作用下檁條下翼緣受壓時，屋面宜用自攻螺釘直接與檁條連接，拉條宜設在下翼緣附近。為了兼顧無風和有風兩種情況，可在上、下翼緣附近交替布置。3、剛架設計步驟和過程 荷載計算永久荷載：包括結構構件的自重和懸掛在結構上的非結構構件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、墻面構件和剛架自重等。 可變荷載：屋面活荷載:0.5kN/m2(A60m2)；0.3kN/m2(A>60m2) 屋面雪荷載和積灰荷載吊車荷載:豎向

23、荷載和（橫向、縱向）水平荷載地震作用風荷載：垂至于建筑物表面 荷載組合剛架荷載組合分為無震組合和有震組合，具體詳見教材。 剛架截面設計 內力計算原則： 根據不同荷載組合下內力分析結果，找出控制截面的內力組合，控制截面位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接處及梁端、梁跨中等截面。 剛架控制截面的內力組合主要有：最大軸壓力Nmax和同時出現(xiàn)的M及V的較大值。 最大彎矩Mmax和同時出現(xiàn)的V及N的較大值。 最小軸壓力Nmin和相應的M及V，出現(xiàn)在永久荷載和風荷載共同作用下，當柱腳鉸接時M=0。 構件驗算 節(jié)點設計 梁柱連接及拼接節(jié)點：梁柱連接可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式，按其所受最大內力設計

24、，一般采用高強度螺栓連接，通常采用M16M24。斜梁拼接處應采用將端板兩端伸出截面高度范圍以外的外伸式連接，并使得翼緣內外的螺栓中心和翼緣中心重合或接近，與斜梁端板連接的柱翼緣部分應與端板等厚度。 門式剛架柱腳 宜采用平板式鉸接柱腳，必要時，可采用剛接柱腳。柱腳螺栓不宜用于承受柱底剪力，應另外設置抗剪鍵承受。四、思考題1、輕鋼結構的適用范圍? 2、輕鋼結構的支撐體系有哪些組成？3、輕型門式剛架適用范圍如何？4、輕型門式剛架的柱間支撐如何布置？5、輕型門式剛架的屋面水平橫向支撐如何布置？6、隅撐的設置及設計？7、在檁條間設置拉條或撐桿，有哪些的布置原則？ 8、輕型門式剛架設計時，荷載組合應考慮哪

25、些原則？9、剛架設計的主要內容及過程？10、剛架節(jié)點設計的內容包括哪些？各有哪些構造要求？11、輕型圍護結構按構造做法可分為幾類？各有什么特點？第四章 多層框架鋼結構設計一、目的和要求1、了解鋼框架體系的組成，掌握鋼框架結構形式的分類及其特點和適用情況。2、了解單層鋼框架體系的平面及支撐布置。3、掌握鋼框架的設計內容和設計步驟。4、掌握壓型鋼板混凝土板組合樓蓋的設計及構造要求。5、掌握多層多跨框架的設計。6、掌握鋼框架結構中壓彎構件的設計。二、重點和難點1、鋼框架的設計內容和設計步驟。2、多層多跨框架構造及節(jié)點計算。3、鋼框架結構中壓彎構件的設計。4、壓型鋼板混凝土板組合樓蓋的設計及構造要求。

26、三、內容提要1、鋼框架結構形式的分類鋼框架結構多數由橫梁與立柱剛接而成，橫向剛度較好，橫梁高度也較小，是一種比較經濟的結構形式。根據結構受力特征，鋼框架結構可設計成靜定三鉸框架、超靜定雙鉸框架和無鉸框架；根據結構構件形式不同，鋼框架結構有實腹式框架、格構式框架和混合式框架；根據結構的幾何外形特征可分為矩形框架、拱形框架、折線形框架、懸臂框架和特殊形框架；根據結構抗側力體系的不同，鋼結構框架可分為純框架、中心支撐框架、偏心支撐框架和框筒結構。2、鋼框架的設計內容和設計步驟 準備設計資料：主要確定工程性質和建筑物安全等級、荷載和作用等。 確定結構平面布置 確定支撐體系的布置 確定框架梁柱截面形式并

27、初估截面尺寸 框架梁、柱線剛度計算及計算長度確定 荷載計算 風荷載和地震作用下的水平側移驗算 荷載作用下的框架內力分析 荷載組合和內力計算 構件及連接設計3、多層多跨框架支撐的類型及布置多層框架結構的支撐體系主要有剛架式支撐和桁架式支撐，前者就是將梁和柱連接全部或局部做成剛接，支撐結構平面布置靈活，但是剛度較小且材料較浪費，一般用于高度較小的多層框架結構中；后者指在多層框架結構中適當布置各種形式的支撐，當對于側移要求較高時采用。多層框架支撐布置原則是：承受各個方向的水平荷載，保證結構的整體穩(wěn)定和安裝過程中的局部整體穩(wěn)定，避免結構出現(xiàn)較大的次應力和溫度應力；布置時最好與框架主軸對稱；當結構平面為

28、正方形時，桁架式支撐可布置在房屋中央和四角，當為長方形時，衣布置在短邊兩端及中部；沿高度布置時最好上下貫通，若無法貫通時可將支撐移到相鄰區(qū)格，并搭接一層以利于水平力的傳遞。4、實腹式壓彎構件設計 初選截面（采用試算法）由假定的以及計算 由查附表得，則 計算 由平面內失穩(wěn)公式計算 計算 由平面外失穩(wěn)公式計算 由反查出，則 驗算強度： 整體穩(wěn)定ü 平面內整體穩(wěn)定： ü 平面外整體穩(wěn)定： ü 單軸對稱截面受拉一側：局部穩(wěn)定：ü 翼緣： 工字型：（）；（）箱 型：ü 腹板：當時， 當時， 剛度：5、樓蓋設計樓蓋系統(tǒng)由樓面板和梁體系組成，按照樓板形式不同

29、，可分為三種類型：現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓蓋、預制鋼筋混凝土板組合樓蓋和壓型鋼板鋼筋混凝土板組合樓蓋。組合梁設計組合梁由鋼梁與鋼筋混凝土板或組合板構成，鋼梁可以采用工字型實腹式截面梁和蜂窩梁，板稱作組合梁的翼緣。其基本特點是要求混凝土翼緣板與鋼梁共同受力，通過在鋼梁上翼緣焊一系列特殊的抗剪連接件保持兩者的變形協(xié)調，使之作為一個整體受彎構件共同工作。組合梁的主要優(yōu)點：A、節(jié)省鋼材；B、降低鋼梁的截面高度，提高建筑凈高；C、提供梁的剛度；D、有良好的抗震性；E、混凝土樓板或組合板對鋼梁形成防繡保護。 組合梁的基本設計原則A、 組合梁按全截面塑性設計，一般不宜承受直接動力荷載；B、 應按承載能力極限狀態(tài)

30、和正常使用極限狀態(tài)進行設計；C、 對于施工時鋼梁下不設置臨時支撐的組合梁，應分別按施工階段和正常使用階段進行兩階段設計；D、 設置混凝土板托的組合梁，計算截面時可近似不考慮板托影響；E、 組合梁必須設置抗剪連接件；F、 組合梁應滿足相應的構造要求。 完全抗剪連接組合梁設計A、 組合梁截面尺寸確定混凝土翼板有效寬度bce ： bce=b0+bc1+bc2B、 抗彎強度驗算a 正彎矩作用梁段時，；時，b 負彎矩作用梁段， C、 抗彎強度驗算假定組合梁截面上全部剪力僅有鋼梁腹板承擔，則D、 穩(wěn)定驗算組合梁腹板與上翼緣連續(xù)地連接成一體，板面內剛度一般較大，可不驗算整體穩(wěn)定。對局部穩(wěn)定可偏安全地按塑性設

31、計規(guī)定驗算。E、 抗剪連接件計算連接件主要傳遞鋼筋混凝土板與鋼梁之間的縱向水平剪力，并承受當組合梁彎曲時，由于鋼梁和混凝土板剛度差異導致在垂至于梁長度方向的掀起作用所產生的向上拉力，從而時其成為一個整體，共同發(fā)揮結構作用。連接件形式主要有栓釘、槽鋼和彎起鋼筋等。主要掌握栓釘連接件的設計。a 栓釘連接件受剪承載力設計值計算b 求承載力折減系數c 連接件數量計算F、 撓度驗算 連接組合梁的構造要求 組合板設計保證壓型鋼板與混凝土能夠共同作用，可采取下列措施使壓型鋼板與混凝土之間的交界面有足夠傳遞縱向剪力而不發(fā)生相對滑移：A、依靠壓型鋼板板面上的壓痕或沖壓孔；B、依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋；C、依

32、靠壓型鋼板的縱向波槽；D、依靠壓型鋼板板端的焊接錨固件。設計時，應對壓型鋼板混凝土組合板分別進行施工階段和使用階段計算，這兩階段的計算均應按承載能力極限狀態(tài)驗算組合板的強度和按正常使用極限狀態(tài)驗算組合板的變形。此外，壓型鋼板混凝土組合板應滿足相應的構造要求。6、框架節(jié)點構造及計算 梁與梁的拼接連接梁的拼接節(jié)點一般設在內力較小的位置，工廠拼接時多采用翼緣和腹板完全焊透的對接焊縫連接，工地拼接時采用翼緣和腹板借助拼接板的角焊縫連接，也可采用翼緣和腹板的高強度螺栓連接。計算時，梁翼緣承擔彎矩，腹板承擔彎矩和剪力，彎矩的分配按各自剛度成比例分配；實際應用中采取簡化設計，彎矩由翼緣承擔，剪力由腹板承擔。

33、 主次梁的連接為了最大程度保持建筑的凈空高度，主次梁連接多采用側面連接，分為鉸接和剛接兩種形式。 次梁與主梁的疊接（鉸接） 次梁與主梁的疊接（剛接）次梁與主梁的平接（鉸接）次梁與主梁的平接（剛接） 柱與柱的拼接連接柱與柱的拼接連接節(jié)點一般位于距樓板頂面1.11.3m處，型鋼和H形截面柱的連接方式由兩種：一是翼緣采用完全焊透的坡口對接焊縫連接，腹板采用高強度螺栓連接，二是翼緣和腹板均采用高強度螺栓連接；箱形或管形截面采用完全焊透的坡口對接焊縫連接。柱拼接計算方法有等強度設計法和實用設計法兩種。前者是按被連接的柱翼緣和腹板凈截面面積的等強度條件來設計，多用于抗震設計或按彈塑性設計中柱的連接，以確保

34、結構的連續(xù)性、強度和剛度，如采用完全焊透的坡口對接焊縫；后者是以連接處柱翼緣和腹板各自的截面面積分擔作用在拼接連接處的軸心壓力，柱翼緣同時承受軸向壓力和繞強軸的全部彎矩，而腹板同時承受軸向壓力和全部剪力來設計。 梁柱連接梁柱連接采用柱貫通型連接形式，按梁對柱的約束剛度可分為三類：鉸接連接、半剛性連接和剛性連接，簡化計算是假定完全鉸接和完全剛性兩種。梁支承于柱頂的鉸接連接梁支承于柱側面的鉸接連接梁與柱的半剛性連接梁與柱的剛性連接鉸接形式構造同平臺梁柱的連接相同；剛性連接節(jié)點構造詳見教材，設計要滿足以下要求：一是柱承受梁傳來的M和V要有足夠承載力，二是節(jié)點不能產生局部破壞，三是連接節(jié)點板域要有足夠

35、的承載力和變形能力，四是抗震設計和塑性設計的節(jié)點要有充分的塑性變形和吸震能力。剛性連接計算方法有常用計算方法和精確計算法。 支撐與梁柱的連接支撐主要承受側向水平荷載，通常采用雙角鋼或雙槽鋼組合截面、H型截面或箱形截面，可通過節(jié)點板與梁柱連接，也借助于焊接在梁柱上的懸臂支撐桿與梁柱連接。支撐與梁柱連接時應按截面等強度條件確定。 柱腳柱腳分為鉸接和剛接兩類，鉸接柱腳僅傳遞垂直力和水平力，剛接柱腳同時傳遞垂直力、水平力和彎矩。 鉸接柱腳設計鉸接柱腳構造鉸接柱腳的構造如圖所示，其設計內容有底板平面尺寸和厚度、靴梁和肋板尺寸以及連接焊縫，具體如下：A底板尺寸由基礎混凝土抗壓強度確定式中：N 柱的軸心壓力

36、基礎所用鋼筋砼的局部承壓強度設計值錨栓孔的面積B底板厚度由底板抗彎強度確定式中：M1四邊支承板彎矩：其中a、 b為短邊和長邊長度；是系數，由查表求得。M 2三邊支承，一邊自由板或兩鄰邊支承板彎矩： 其中、為自由板的自由邊長或兩鄰邊支承板的對角線長度，兩相鄰的固定邊頂點到的垂直距離；系數，由查表求得。當時，按懸臂長為的懸臂板計算。 M 3一邊支承，三邊自由板彎矩：其中C為懸臂長度。C焊縫計算焊縫承受柱內力，可采用角焊縫，計算時分成兩部分，一是柱與靴梁連接的豎直焊縫，另一是靴梁與底板的水平焊縫，均按柱的軸心力計算。D靴梁計算a靴梁高度由靴梁與柱身間的連接焊縫長度確定，即：由 得 且b靴梁厚度t靴梁

37、通過靴梁與底板的連接焊縫將軸力傳給底板，同樣靴梁邊承受由底面焊縫傳來的均布力，且支承于柱邊，柱以外部分的靴梁作懸臂處理，計算簡圖如圖所示 且 對上述簡支梁，求出梁中最大彎矩和最大剪力，則由 得且同時還應驗算抗剪強度，即： E隔板計算隔板所受的荷載為上圖陰影部分，且兩端支承于靴梁上，計算簡圖如圖所示按上述荷載算出內力后進行抗彎和抗剪驗算以及連接焊縫的計算。F錨栓計算 露出式剛接柱腳構造鉸接柱腳中不需計算螺栓，按構造設置，一般取錨栓直徑為2024mm。 剛接柱腳設計剛接柱腳按構造形式分為露出式柱腳、埋入式柱腳和包腳式柱腳三種，露出式柱腳由底板、加勁肋、錨栓及錨栓支承托座組成；埋入式柱腳直接將鋼柱買

38、入鋼筋混凝土基礎或基礎梁的混凝土；包腳式柱腳指按一定的要求將鋼柱腳用鋼筋混凝土包裹起來。重點掌握露出式剛接柱腳的設計和構造。A底板尺寸假定底板下的壓應力成直線分布（見圖）式中：N ，M 柱的軸心壓力和彎矩。B底板厚度計算同鉸接柱腳取C錨栓計算當時，底板與基礎開始脫離，從而產生拉應力，而該拉應力的合力正好由錨栓來承擔。 得式中：；則錨栓所需要的凈截面面積為：式中： 錨栓的抗拉強度設計值。D焊縫計算：同鉸接柱腳E靴梁計算a靴梁高度由受力較大一側柱與靴梁的兩條連接焊縫確定得b 靴梁厚度t一般情況下，在受力較大一側靴梁的懸臂部分比較不利，所以靴梁可按懸臂梁進行計算，計算簡圖如圖所示，從而可求出M 和V

39、抗彎驗算： ；抗剪驗算： 則靴梁厚度F隔板計算：同鉸接柱腳四、典型例題例1：詳教材例4-1。例2：詳教材例2-3。例3：詳教材例2-7。五、思考題及習題 1、鋼結構框架根據抗側力體系的不同，可分為哪幾類？各有什么特點？2、鋼框架體系中梁間、柱間支撐有哪些主要作用？ 3、在分析計算鋼框架結構時，應如何考慮荷載和內力組合？4、在平面鋼框架體系中，單榀框架上作用的主要荷載有哪些，一般都采用什么方法分析每種荷載下的內力5、多層多跨框架支撐體系有哪些？各有什么特點？有哪些布置原則？6、多層框架結構的樓蓋有哪幾種形式？各有什么特點？7、簡述多層框架支撐布置原則？8、框架柱計算長度的近似計算有哪些基本假定？

40、9、梁柱設計為剛性連接節(jié)點時，應滿足什么要求？10、多層多跨鋼框架中，梁柱連接一般采用什么樣的連接形式，按梁對柱的約束剛度可分為哪三類，試選擇一類做構造圖。11、柱腳按傳力方式可分為哪兩類，各有什么特點？試選擇其中一類做構造圖。12、用分層法計算豎向荷載作用下框架的內力時，其主要計算要點有哪些？13、壓型鋼板組合樓板中，壓型鋼板和混凝土之間水平剪力的傳遞有哪幾種形式？14、多層鋼框架結構平面不規(guī)則的類型有哪些？如何定義？15、多層鋼框架結構豎向不規(guī)則的類型有哪些？如何定義？16、考慮鋼梁和鋼筋混凝土板共同作用的梁稱為組合梁，其共同受力主要通過連接件來傳遞，試用簡圖表示連接件采用栓釘時的組合梁構

41、造要求。17、框架梁長18m，兩端鉸接，彎矩作用平面外支承點設置如圖所示，承受軸心壓力N=1000kN，橫向荷載F=200kN。材料為Q345，要求選該梁的截面尺寸。第五章 普通鋼屋架單層廠房設計一、目的和要求1、了解單層廠房鋼結構的組成，掌握其受力體系。2、掌握廠房結構橫向框架主要尺寸的確定；了解單層廠房鋼結構橫向框架梁、柱的形式和應用范圍。3、掌握廠房支撐體系的作用和具體設置。4、掌握普通鋼屋架的具體設計。5、了解吊車梁的類型和應用范圍；掌握吊車梁的荷載計算和內力分析。6、掌握實腹式吊車梁的截面選擇和截面驗算。7、了解吊車梁的制動結構、支撐和梁柱連接。二、重點和難點1、廠房結構橫向框架主要

42、尺寸的確定。2、廠房支撐體系的作用和具體設置。3、吊車梁的設計。三、內容提要1、廠房結構橫向框架橫向框架體系是廠房最常用也最基本的承重結構，確定框架的主要尺寸有跨度和高度，前者由吊車跨度決定，后者由吊車在廠房運行所需的凈高決定。跨度：主要由吊車的跨度確定式中l(wèi)k吊車跨度；d吊車橋架尾部長度；m吊車與柱之間必要空隙；b框架邊柱或中柱的截面高度。高度：指基礎頂面到屋架下弦的距離，由吊車所需的凈空確定式中h1軌頂至吊車頂的高度，考慮100mm空隙；h2地面至軌頂高度；h3地面至基礎高度。橫向框架橫梁可采用實腹式和桁架式兩種，實腹式橫梁由三塊鋼板焊接成工字形截面，兩端與柱頂剛接形成門架，其高度約為跨度

43、的1/251/45；桁架式橫梁可采用平行弦、梯形和多邊形的桁架，端部高度約為跨度的1/101/16；中部高度約為1/81/10。廠房橫向框架柱可根據廠房吊車噸位、柱高度分別選用工字形截面柱、均勻變截面柱、臺階式柱和分離式柱。等截面柱及臺階式柱下段的截面高度為車間高度的1/151/20（重級工作制吊車為1/111/17）；上段柱截面高度約為該柱段柱高的1/101/12（重級工作制吊車為1/81/10），若腹板中設有人孔，截面高度>800mm；分離式柱中的框架支柱的截面高度為車間高度的1/151/20，吊車支柱的截面高度約為其本身高度的1/15。2、支撐體系 單層廠房的支撐體系包括屋蓋支撐和

44、柱間支撐。 屋蓋支撐主要是保證屋蓋結構的整體穩(wěn)定，增強屋蓋剛度和側向穩(wěn)定，并承擔和傳遞屋蓋的水平荷載，還便于屋蓋的安裝與施工。屋蓋支撐根據布置的位置分為：A、上弦橫向水平支撐：布置在屋蓋兩端（或每個穩(wěn)定區(qū)段的兩端）的兩榀相鄰屋架的上弦桿之間，位于屋架上弦平面內沿屋架全垮布置，形成平行弦桁架。B、下弦橫向水平支撐：與上弦橫向支撐同一開間布置，位于屋架下弦平面，構造同上弦。C、下弦縱向水平支撐：位于屋架下弦兩端節(jié)間處，位于下弦平面，沿房屋全長布置，與橫向組成封閉的支撐框架。一般可不設置，僅在有振動荷載時和有托架時用。D、垂直支撐：在上、下弦橫向水平支撐同一開間內，形成一個跨長為屋架間距的平行弦桁架

45、。梯形屋架：l < 30m，兩端和跨中各設一道；l 30m，兩端和1/3處共設4道。三角形屋架：l < 18m，跨中設一道；l 18m，1/3處共設2道。E、系桿：在未設置橫向支撐的開間，相鄰屋架由系桿連接，通常在屋架兩端，有垂直支撐位置的上下弦節(jié)點及屋脊和天窗側柱位置，沿房屋縱向通長布置，對有檁體系可用檁條代替。 柱間支撐分為兩個部分：在吊車梁以上的部分稱為上層支撐，吊車梁以下部分稱為下層支撐。 下層支撐一般布置在溫度區(qū)段的中部，溫度區(qū)段小于90m可在區(qū)段中央設置一道柱間支撐；區(qū)段長度超過90m，應在長度1/3處各設置一道支撐，支撐形式采用十字交叉形和門式支撐；上柱支撐一般布置在

46、溫度區(qū)段的兩端及有下層支撐的開間中，支撐形式采用十字交叉形、八字形和人字形。柱間支撐在柱側面上的位置確定如下：等截面柱的上下層柱間支撐以及臺階式柱的上層支撐應布置在柱的軸線上；若有人孔時，則移向兩側布置；在臺階式邊列柱的下層支撐，若外緣有大型板材或墻梁等構件牢固連接時，支撐可只沿柱的內緣布置，否則兩側布置；中列柱中，柱兩側均布置下層支撐，之間用桿件聯(lián)系起來。3、普通鋼屋架設計普通鋼屋架是指由兩個角鋼組成的T形和十字形桿件，在桿件匯交處（節(jié)點）通過節(jié)點板用焊縫連接而成的鋼桁架。 屋架形式綜合考慮房屋的用途、建筑造型、屋面材料的排水要求、屋架的跨度、荷載的大小等因素，使之符合適用、受力合理、經濟和

47、施工方便等原則來選取。 三角形屋架：適用于屋面坡度較大的有檁屋蓋結構，i=1/21/3，l=1824m，屋架與柱鉸接。 梯形屋架：適用于屋面坡度較小的無檁屋蓋結構，i=1/81/6，l36m，屋架與柱可剛接也可鉸接。 平行弦屋架：一般用于單坡屋面的屋架及托架或支撐體系。 屋架主要尺寸確定屋架主要尺寸包括屋架的跨度、高度和節(jié)間寬度。 跨度Ø 標志跨度l：指柱網軸線間的橫向間距，以3m為模數；Ø 計算跨度l0：屋架兩端支座反力間的距離。簡支于柱上，柱網封閉式： 柱網非封閉式：剛接時：取鋼柱內側面距離。 高度應根據經濟、剛度和建筑等要求，以及屋面坡度、運輸條件。ü 最大

48、高度由運輸條件和建筑高度確定；ü 最小高度由屋架容許撓度確定；ü 經濟高度由屋架桿件的總用鋼量最少的條件確定。具體取值（估算）：ü 三角形（跨中）：ü 梯形（跨中）：梯形（端部）：注：跨度較大（15m的三角形屋架和24m的梯形屋架）的屋架，因較大撓度不滿足要求時，可起拱（預先給屋架一個向上的反撓度），以抵消屋架受荷后的部分撓度，起拱高度為跨度的1/500。 屋架桿件的計算長度和l 屋架平面內計算長度普通鋼屋架弦桿、支座豎桿和端斜桿的兩端節(jié)點上壓桿多拉桿少，桿件本身線剛度較大，節(jié)點的嵌固程度較弱，且考慮桿件的重要性，取；對于其它腹桿，由于一端與上弦桿相連，

49、嵌固作用不大，另一端與下弦桿相連，受拉桿約束作用較大，取。 屋架平面外的計算長度上、下弦桿在屋架平面外的計算長度取屋架側向支撐點間距離，即；而腹桿取其兩端節(jié)點間距離，即。 斜平面計算長度對雙角鋼組成的十字形和單角鋼截面，繞斜平面（最小主軸）失穩(wěn)，取。 屋架桿件的截面選擇一般采用兩個角鋼組成的T形截面和十字形截面，桿件通過夾在角鋼中的節(jié)點板連接形成，常見的截面上弦桿：無彎矩時，因為，由，要求所以選不等邊短肢相連的T形截面；有彎矩時，提高平面內的抗彎承載力，宜采用不等邊長肢相連或等邊相連組成的T形截面；下弦桿：由強度確定，優(yōu)先采用不等邊短肢相連或等邊相連組成的T形截面，剛度大，便于連接；端斜桿：，宜采用不等邊角鋼長肢相連組成的T形；其它腹桿：，宜用等邊角鋼相連組成的T形截面。 桿件截面選擇原則和節(jié)點板厚度確定選擇屋架桿件截面時，應注意以下幾點：相同A時，選用寬肢薄壁角鋼；最小角鋼規(guī)格：L45×4或L56×36×4；角鋼規(guī)格盡量統(tǒng)一；屋架弦桿沿全跨采用等截面，若要采用變截面時，半跨內宜改變一次，保持厚度不變。節(jié)點板厚度應有足夠強度，以保證弦桿與腹桿的內力能安全地傳遞。其內力與所連構件內力大小有關，但一般不做計算，同一榀屋架中，取一種厚度，支座可比中間大2mm；梯形屋架根據受力最大腹桿內力確定，三角形屋架按弦桿最大內力確定。 屋架的節(jié)