1、同濟大學房屋鋼結構概念設計(ppt)優選同濟大學房屋鋼結構概念設計第1節發展現狀和發展趨勢1.1 發展歷史 20世紀5070年代：應用較少 受鋼產量限制，僅用于重型廠房和大跨公建 20世紀80年代以來：飛速發展，廣泛應用 1996年以后，鋼產量世界第一 如：網架結構的飛速發展 如：輕型門式剛架結構的飛速發展1.2 發展現狀 應用范圍擴張 高層建筑 體育場館 機場航站樓 會展中心 劇院 火車站 飛機庫 工業廠房 電視塔 結構體系豐富 純框架 帶支撐框架 框筒 網架網殼 空間桁架 剛架、拱架 懸索、張弦梁 索膜結構 塔桅結構1.2 發展現狀高層建筑1.2 發展現狀金貿大廈框筒結構；地上88層；地下

2、3層；結構頂高420m；環球金融中心框筒結構；地上101層；地下3層；結構頂高492m；高層建筑1.2 發展現狀上海中心框筒結構；勁性混凝土柱；地上118層；地下5層；結構頂高580m；高層建筑1.2 發展現狀高層建筑央視大廈框筒結構；兩座傾斜塔樓；懸挑75m；地上52層；地下3層；結構頂高234m；1.2 發展現狀高層建筑同濟綜合樓帶支撐框架；鋼管混凝土柱；粘滯阻尼支撐；地上21層；地下1層；結構頂高98m；1.2 發展現狀多層建筑同濟土木樓帶支撐框架；H型鋼柱；粘滯阻尼支撐；地上8層；地下1層；1.2 發展現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；

3、空間結構1.2 發展現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 發展現狀體育場館鳥巢馬鞍型；長軸332m；短軸296m；空間桁架結構1.2 發展現狀體育場館鳥巢結構骨架24跟桁架柱；22榀桁架梁；1.2 發展現狀體育場館水立方長寬177m；高度31m；空間剛架結構1.2 發展現狀體育場館水立方結構體系1.2 發展現狀機場航站樓浦東國際機場 張弦梁結構；最大跨度83m1.2 發展現狀機場航站樓浦東國際機場 1.2 發展現狀機場航站樓浦東國際機場張弦梁吊裝1.2 發展現狀機場航站樓重慶江北機場 桁架結構；最大跨度90m1.2 發展現狀機場航站樓重慶江北機場 1.2 發展

4、現狀機場航站樓成都雙流機場 曲線型空間鋼管桁架1.2 發展現狀會展中心上海國際會議中心單層網殼結構；大球直徑48m；小球直徑37m；桿件為矩形管；鑄鋼節點；1.2 發展現狀會展中心廣州國際會展中心 張弦立體桁架結構，跨度127m1.2 發展現狀會展中心1.2 發展現狀會展中心世博軸陽光谷單層網殼結構；倒喇叭形；高度約42m；1.2 發展現狀劇院平面尺寸100m*90m；正交空間桁架結構；上海大劇院 1.2 發展現狀劇院橢球面雙層空腹肋環形網殼；長軸212m；短軸142m；國家大劇院 1.2 發展現狀劇院1.2 發展現狀火車站草帽形空間結構；圓形平面；直徑270m；上海南站 1.2 發展現狀火車

5、站新武漢火車站 1.2 發展現狀工業廠房中國船舶館 1.2 發展現狀電視塔廣州電視塔結構高450m；總高度610m；1.2 發展現狀電視塔廣州電視塔結構體系 1.3 發展趨勢第2節特點和適用范圍2.1 特點1. 輕質高強，材性均勻穩定；2. 工業化程度高，施工周期短；3. 密閉性好；4. 塑性好；抗震及抗動力性能好；5. 穩定性問題突出；6. 耐火性較差；7. 易腐蝕；8. 單價高。2.1 特點1. 輕質高強2.1 特點4. 塑性變形能力好2.1 特點7. 耐火性較差2.1 特點7. 耐火性較差2.1 特點7. 耐火性較差2.2 適用范圍A）恒載占比越大，采用鋼結構越合理。B）強震地區（地震作

6、用小，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（結構效應函數值大）第3節材料選用3.1 結構用鋼碳素結構鋼：Q235低合金高強度結構鋼：Q345、Q390、Q420高層建筑結構用鋼：GJZ向鋼：Z15、Z25耐候鋼：NH鋼材代號屈服強度數值(MPa)質量等級( 四級 )脫氧方法Q235（屈服強度的含義）016mm:2351640mm:2254060mm:21560100mm:195A無沖擊韌性規定冷彎試驗需方要求時提供F (沸騰鋼)b (半鎮靜鋼)Z (鎮靜鋼)B規定 20 沖擊功Ak 27J提供冷彎試驗合格證書C規定 0 沖擊功Ak 2

7、7J提供冷彎試驗合格證書Z (鎮靜鋼)D規定 -20 沖擊功Ak 27J提供冷彎試驗合格證書TZ (特殊鎮靜鋼)3.1 結構用鋼3.1 結構用鋼鋼材代號屈服強度數值(MPa)質量等級( 五級 )脫氧方法Q345（屈服強度的含義）016mm: 3451635mm:3253550mm:29550100mm:275A級 無沖擊韌性規定冷彎試驗需方要求時提供Z (鎮靜鋼)B級 規定 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書C級 規定 0 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書TZ (特殊鎮靜鋼)D級 規定 - 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書E級 規定 - 40 沖擊功Ak 27J提供

8、冷彎試驗合格證書3.1 結構用鋼鋼材代號屈服強度數值(MPa)質量等級( 五級 )脫氧方法Q345GJ016mm: 3451635mm:3453550mm:33550100mm:325B級規定 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書Z (鎮靜鋼)C級規定 0 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書D級規定 - 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書TZ (特殊鎮靜鋼)E級規定 - 40 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書3.1 結構用鋼【例01】某車間用鋼牌號選擇某工業廠房生產車間；重型吊車；強腐蝕環境；柱截面為H型；翼緣厚度為50mm；梁柱連接節點如下圖；最低溫度零下20度；

9、最終設計選用的鋼種：Q345 GJC NH Z253.1 結構用鋼結構的重要性荷載特征結構形式應力狀態連接方法鋼材厚度工作環境鋼材選用應考慮的因素3.2 強度選擇1）變形控制選低強度等級 如跨度大荷載輕的簡支梁；2）強度控制選高強度等級 如樓面梁，有鋪板時，強度可充分發揮；3）長細比控制或應力水平較低選低強度等級 如網架的腹桿；4）施工條件差選較低強度等級3.3 沖擊韌性選擇影響因素結構重要性1荷載狀況2連接狀況3使用溫度4 選擇因子數值類別三類靜力全螺栓、無焊接不低于01二類一般動力大部分工廠焊、工地螺栓不低于-202一類疲勞動力大部分現場、高空焊不低于-403表1-1 選擇鋼材沖擊韌性指標

10、的影響因素及選擇因子 =1234 選擇因子之積23161824245454材料等級ABCDE表1-2 選擇因子之積與材料沖擊韌性指標的關系表 3.3 沖擊韌性選擇【例02】呼倫貝爾藝術館重要建筑;梁柱節點為栓焊連接；承受靜力荷載；最低溫度零下50度；第4節荷載與荷載組合4.1 風荷載主體結構圍護結構【注意點1】陣風系數和風振系數【思考】陣風系數和風振系數有何不同？計算墻板和墻梁時，應采用陣風系數還是風振系數？4.1 風荷載【注意點2】對風敏感性結構四面開敞及雙面開敞的屋面外挑雨棚等要考慮體型系數變號的情況4.1 風荷載4.1 風荷載4.1 風荷載4.2 雪荷載【注意點】積雪的不均勻分布雙坡屋面

11、四坡屋面4.2 雪荷載【例03】不均勻積雪對某門式剛架結構的影響雙坡單脊；門式剛架結構；柱腳鉸接；柱頂剛接；不均勻積雪的影響？4.2 雪荷載【例04】某兩連跨網殼的積雪某雙跨拱形網殼；兩跨間積雪分布系數如何取值？4.2 雪荷載4.2 雪荷載4.2 雪荷載4.2 雪荷載4.3 覆冰荷載出現在濕度大、風速低、溫度低的區域覆冰后構件截面增加，加大擋風面積高聳結構設計規范GB50135-20064.4 溫度作用建筑結構的絕對溫度作用 工作環境溫度與結構合龍溫度之最大差值 溫度分區與溫度應力釋放（與約束的關系） 結構合龍溫度的選擇 預應力構件（索）對溫度的敏感性建筑結構的相對溫度作用 同一結構或部件、同

12、一結構同時處于不同的溫度場 （室內外、向陽與背陽）4.4 溫度荷載【例05】柱間支撐布置某門式剛架的縱向柱列，柱間支撐布置方式如下，哪種方式更好？4.4 溫度荷載【例06】某大尺寸平臺結構某平臺鋼結構，長150m，次梁兩端鉸接；工作溫差較大；計算發現，兩邊主梁應力比超限，加大截面也不能降低應力比；試分析其原因和解決辦法？4.4 溫度荷載【例07】某空間結構某空間網殼結構，周邊支承；工作溫差較大；計算發現，底邊鋼圈梁應力比超限，加大截面也不能降低應力比；試分析其原因和解決辦法？4.5 地震作用盡可能減小非結構構件的重量提高鋼結構的延性變形（材料、節點）能力利用一切附加因素加大阻尼，提高耗能能力4

13、.5 地震作用【注意點】抗震規范中阻尼的取值多高層鋼結構：多遇地震：H200m，取0.02；罕遇地震： 取0.05；單層廠房鋼結構：根據圍護結構情況，取0.0450.05；大跨度鋼結構屋蓋：下部為鋼結構：取0.02；下部為混凝土結構：取0.0250.035；第5節設計方法5.1 設計方法5.2 極限狀態表達式1） 非抗震設計 承載能力極限狀態表達式2） 抗震設計小震大震可變荷載控制永久荷載控制5.2 極限狀態表達式1） 非抗震設計 正常使用極限狀態表達式2） 抗震設計小震標準組合準永久組合【例08】列出高層結構承載能力極限狀態的常見荷載組合5.2 極限狀態表達式1） 非抗震設計1.2*恒+1.

14、4*活+1.4*0.6*風1.2*恒+1.4*0.7*活+1.4*風1.35*恒+1.4*0.7*活+1.4*0.6*風2） 抗震設計：小震1.2*重力荷載代表值+1.4*0.2*風+1.3*水平地震3） 抗震設計：大震第6節結構體系6.1 常見結構體系空間桁架剛架、拱架懸索、張弦梁索膜結構塔桅結構門式剛架純框架帶支撐框架框筒網架網殼6.2 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。6.2 優化設

15、計方向【例09】討論下列各種結構體系的受力性能。6.3 輔助結構與主體結構1）兩者共同抵御水平荷載；2）輔助結構可減小主體結構的計算長度；3）輔助結構提高主體結構的整體性和剛度；4）輔助結構維持主體結構在施工過程中的穩定；5）兩者可相互轉換；6）主體結構為輔助結構提供支座。第7節節點設計7.1 單元的劃分與結合1）計算單元劃分要考慮計算精度要求；2）制作單元劃分要考慮便于制作分工；3）運輸單元劃分要考慮提高運輸效率；4）安裝單元劃分要考慮安裝順序、安裝設備的能力和安裝效率；5）所有單元都要用節點連接；7.1 單元的劃分與結合【例10】框架柱的現場拼接點方案A方案B拼接節點思考：哪種分段點方案更合理？7.1 單元的劃分與結合【例11】 門式剛架屋面梁分段點某輕型門式剛架結構；跨度24m；屋面梁劃分為3段；7.2 節點分類1）剛接節點A）能可靠傳遞內力；B）具有連續的剛度；C）內力重分布能力（塑性鉸）。7.2 節點分類2）鉸接節點A）對變形不敏感；B）桿端可轉動；7.2 節點分類【例12】剛架的沉降兩種剛架；坐落于軟土地基；兩柱腳有不同沉降；哪種結構對沉降