平面钢框架结构极限承载的体系可靠度评价

第7卷第4期2005年8月

建 筑 钢 结 构 进 展

Progress in S teel Build ing S tru ctures V ol.7No.4 Aug.2005

收稿日期:2004-05-08作者简介:

李国强(1963-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事多高层建筑钢结构及钢结构抗火研究,E -mail:gqli@mail.t https://www.doczj.com/doc/1b4375899.html, 。

刘玉姝(1974-),女,博士,助理研究员,主要从事多高层建筑钢结构的研究。

平面钢框架结构极限承载的体系可靠度评价

李国强,刘玉姝

(同济大学土木工程学院,上海 200092)

摘 要: 为了将基于结构体系可靠度的设计理论运用到钢框架结构的设计中,必须对工程中钢框架结构的体系可靠

度做出实际的评价。本文考虑影响钢框架结构体系可靠度的主要因素,并根据现有的统计资料,对钢框架结构的体系可靠度做出比较实际的评价,为实现基于整体可靠度的钢框架结构设计奠定了一定的理论基础。

关键词: 体系可靠度;整体设计;钢框架结构

中图分类号:T U 392.1;T U 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-9379(2005)04-0017-05

System Reliability Assessment of Planar Steel Frames

L I Guo -qiang ,L I U Yu -shu

(School of Civil Engineering,T ongji University,Shanghai 200092,China)

A bstract: T o bring the system reliability -based design theor y to use in the design of steel fr ames,the actual evaluation for the

sy stem reliability of steel frames used in engineer ing is needed.In this paper,the main factors hav ing influence on sy s -tem reliability of steel frames are consider ed and the actual evaluations fo r the system reliability o f steel frames are proposed on the basis of existing statistic information.T he work presented in this paper provides the theoretical basis for application of sy stem reliability -based design of steel frames.

Keyw ords : sy stem reliability;integ ral desig n;steel frames

1 引言

为了将基于可靠度的整体结构非线性分析与设计理

论运用到钢框架结构的设计中,必须对工程中钢框架结构的体系可靠度作出实际的评价。

文献[1,2]研究过工程中的框架结构体系可靠度评价。采用的都是基于结构刚塑性极限分析的失效模式法,即利用虚功原理建立结构功能函数,最后按构件截面可靠度的计算方法计算其可靠度。该方法由于没有考虑影响框架极限承载力的几何非线性因素,所确定的实际结构的承载力必然是不适宜且不安全的[3]

,因而并不能

真实地反映结构体系的可靠度。

本文考虑影响钢框架结构体系可靠度的主要因素,

并根据现有的统计资料,对钢框架结构的体系可靠度做出比较实际的评价。

2 影响体系可靠度的随机性

2.1 结构抗力的随机性

结构抗力的随机性,是由材料性能、几何参数以及抗力计算模式的不确定性等方面引起的[4~8]。实际上,引起结构抗力(在本文指结构整体极限承载力)不确定性的因素相当复杂,除上述三方面的因素外,还包括结构缺陷(包括几何缺陷和力学缺陷)、荷载作用位置以及人为差错(Human Error)等因素的影响。在这些因素中,材料的屈服强度对结构极限承载力的影响最显著

[9,10]

。

建筑钢结构进展第7卷

由于在结构体系可靠度计算中要精确地考虑各种基本不确定量的随机性相当复杂,本文将在已有基本随机变量统计参数的基础上,假定上述反映结构抗力不确定性的随机变量均服从正态分布。

如果将截面的轴向承载力N p作为确定量,则截面由于轴力作用而降低的初始屈服弯矩M s N和极限屈服弯矩M pN取决于截面纯弯时的初始屈服弯矩M s和极限屈服弯矩M p。如果进一步将截面的塑性发展系数L也作为确定量,则极限屈服弯矩M p也可由初始屈服弯矩M s确定,M p =L M s。由M s=W e R s可知,构件截面的初始屈服弯矩M s 的随机性包含了截面的弹性抵抗矩M e和材料屈服强度R s 的不确定性,成为结构分析中唯一的不确定量。这样处理对简化钢框架结构的体系可靠度计算是非常有利的。

截面的弹性抵抗矩W e是截面几何尺寸(包括长度和宽度尺寸以及厚度尺寸)的函数。要得到实际工程中结构构件截面几何尺寸的统计参数,只有经过大量的统计抽样和分析。本文采用的截面几何尺寸的统计参数[6]如表1所示,并假定全部服从正态分布。根据一般关于随机变量函数的统计参数的计算公式[4,5],可以计算得到W e的均值和方差。W e的分布类型可以假定服从正态分布,因为:

1)经V2检验,W e不拒绝服从正态分布,而且表征实际频数与理论频数之间差异的检验值D很小[4];

2)由拟正态分布原理得到的W e的均值和方差与上述函数方法计算得到的均值和方差相当接近[4]。

文献[7,8]给出了钢材屈服强度的统计资料,对Q235 (相应于A3)和Q345(相应于16M n)钢屈服强度的统计参数根据钢板的厚度分组所列的结果,见表1,均服从正态分布。

对于两种受载状态(图1)下结构抗力计算模式的不确定性系数,参考相关的文献[11],可以取如表1所列出的统计参数,

并假定服从正态分布。

图1钢框架结构的两种受载状态

2.2荷载的随机性

考虑如图1(a、b)所示的两种受载状态下钢框架结构的体系可靠度。在受载状态(a)中,竖向荷载考虑恒载(D)和活载(L);在受载状态(b)中,固定的竖向荷载为恒载(D)和活载(L),而递增的水平荷载为风载(W)。除屋面活载的变异系数取自文献[12]外,其它荷载统计参数均取文献[4]所列结果,见表2。

表1本文所用影响结构抗力的基本随机变量的统计参数

统计参数均值/标准值变异系数几何尺寸

长度或宽度 1.0000.0135

厚度 1.0000.0350

屈服强度Q235钢

t[16mm(1.070)(0.081)

16mm

40mm

60mm

t[16mm(1.040)(0.066)

16mm

35mm

50mm

结构抗力计算模式不确定性系数竖向荷载 1.0000.075水平荷载及竖向荷载 1.0000.075

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第4期平面钢框架结构极限承载的体系可靠度评价

表2 本文所用荷载的统计参数

统计参数均值/标准值

变异系数分布类型恒载 1.060.07正态分布活载 1.000.25极值I 型分布风载

0.999

0.193

极值I 型分布

3 结构极限承载体系可靠度评价

在以上对结构抗力和荷载随机性分析的基础上,可以对工程中钢框架结构的体系可靠度进行比较实际的评价。本文的结构体系可靠度评价是通过复合抽样的半解析方法[13]

来实现的。它基于最简单的结构体系功能函数,结合

运用改进的系统抽样和对偶变数抽样、近似概率密度函数(PDF)计算以及验算点法来求解结构体系的可靠度。

在该方法中,结构体系的功能函数G 用结构体系抗力R 和结构荷载S 描述成最基本的形式G =R -S 。在可靠度分析中,结构的极限承载力由于结构在材料、几何尺寸等方面存在变异性而成为一随机变量。一般而言,结构荷载S 的统计规律是已知的。在本方法中,结构极限承载力R 的统计参数由随机抽样法获取。通过非线性有限元方法得到结构极限承载力R 的样本后,相应地可以得到结构极限承载力的统计参数(R 的前几阶矩),然后利用指数多项式法可得到关于R 的近似概率密度函数。在此基础上,对该功能函数运用一次二阶矩法(如验算点法)便可确定结构体系的失效概率和可靠度指标。

3.1 随机变量相关性的影响

为选定计算结构体系可靠度时各基本随机变量之间的相关系数,首先考查基本变量相关性对结构体系可靠度的影响。

采用复合抽样半解析法计算如图2

所示的钢框架结构在竖向标准荷载(恒载和活载)作用下的体系可靠度。材料屈服强度标准值为235M Pa 。恒载标准值取为50kN #m -1

,竖向活载标准值取为50kN #m -1

。跨度和高度均为3.526m,梁柱截面均为W8@31,弹性模量为206kN #mm -2。在计算结构抗力(即结构极限承载力)时恒载和活载均作为递增荷载,直至结构破坏。

图2 用于计算随机变量相关性影响的钢框架结构

假定基本随机变量,如材料屈服强度和构件截面的弹性抵抗矩之间相互独立。构件之间同种随机变量(如不同构件的材料屈服强度和不同构件的截面弹性抵抗矩)的相关性对结构的体系可靠度指标的影响如表3所示。其中Q R 表示不同构件之间材料屈服强度的相关系数;Q W 表示不同构件之间截面弹性抵抗矩的相关系数。

表3 基本随机变量的相关性对结构体系

可靠度指标的影响

Q W Q R

1.0000.5000.0001.000

2.7231 2.8287 2.92740.500 2.7629 2.8728 2.96890.000

2.8178

2.9001

3.0150

表3的计算结果表明,构件之间材料屈服强度的相关性Q R 对结构体系可靠度指标的影响较构件之间截面弹性抵抗矩的相关性Q W 的影响大;相关性越强,对结构体系可靠度越不利。通常情况下,钢框架结构中各构件的材料可以认为取自同一批钢材,即假定构件之间材料屈服强度完全正相关性,即偏于保守地取Q R = 1.0。构件之间截面弹性抵抗矩的相关性对结构体系可靠度指标的影响相对较小,在实际计算中,构件截面弹性抵抗矩的变异系数一般在0.043~0.045之间,比材料屈服强度的变异系数0.081要小一半左右,而且同为正态分布。因此,构件截面弹性抵抗矩的变异性对结构抗力变异性的影响比

材料屈服强度对结构抗力的影响要小,在这里近似取Q W =0.5。以后的计算将在上述取定的相关系数下进行。

3.2 在竖向荷载作用下钢框架结构的可靠度计算

采用前面提到的复合抽样半解析法计算如图3所示的钢框架结构在竖向标准荷载(恒载和活载)作用下的体系可靠度。材料屈服强度标准值为235M Pa 。一层和二层的恒载和活载标准值皆取为60kN #m -1,三层的恒载和活载标准值皆取为30kN #m -1

。跨度均为5m,高度均为4m,梁截面均为W16@50,柱截面均为W16@67,弹性模量为206kN #mm -2

。在计算结构抗力(即结构极限承载力)时恒载和活载均作为递增荷载,直至结构破坏。

取恒载标准值和活载标准值之和为竖向参考荷载,则结构极限承载力等于结构极限荷载因子与竖向参考荷载的乘积。按上述假定的相关性,程序计算的结构极限承载力因子标准值为2.1000,均值为2.2209,方差为0.2567。结构极限荷载因子(即结构抗力)概率密度函数的曲线和多项式表达式(表达式见文献

[13]

)中的待定系数

及积分常数分别如图5(a)和表4所示。跟前面验证的数例一样,图5(a)还给出了与结构极限荷载因子同均值和

19

建筑钢结构进展第7卷

方差的服从对数正态分布的概率密度函数曲线。

图3

用于计算竖向荷载下体系可靠度的钢框架结构

图4 用于计算水平和竖向荷载下体系

可靠度的钢框架结构

由通过有限元程序计算得到的结构极限承载力的样本,得到结构极限承载力的概率密度函数,并结合表2给出的荷载的统计参数,运用验算点法,可以得到结构体系的可靠度指标为3.8069,相应的失效概率为7.0366@10-5。

3.3 在水平和竖向荷载作用下钢框架结构的可

靠度计算

采用复合抽样半解析法计算图4所示的钢框架结构在恒载、活载和风载作用下的体系可靠度。材料屈服强度标准值为235M Pa 。风荷载假设作用于框架梁柱节点上,一层和二层节点风荷载大小为100kN ,三层节点风荷载大小为50kN 。其它数据同上节算例。在计算结构极

限承载力时,恒载和活载之和作为恒定荷载(大小等于其标准值),风载递增直至结构破坏。

取风载标准值为参考风载。按前述假定的相关性,程序计算的结构抗风极限力因子的标准值为2.5000,均值为2.7121,方差为0.2903。结构极限荷载因子概率密度函数的曲线和多项式表达式中的待定系数及积分常数分别如图5(b)和表5所示。图5(b)也给出了与结构极限荷载因子同均值和方差的对数正态分布的概率密度函数曲线。

由通过有限元程序计算得到的结构极限承载力的样本,得到结构极限承载力的概率密度函数,并结合表2给出的荷载的统计参数,运用验算点法,可以得到结构体系的可靠度指标3.9813,相应的失效概率为3.4272@10-5

。

表4 竖向受载下结构极限荷载因子的均值和方差,及其概率密度函数表达式的参数

L R a 1a 2a 3a 4c 2.2209

0.2567

-0.0182

-0.5002

0.0061

0.0008

2.5061

图5 钢框架结构极限承载因子的概率密度函数曲线

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第4期平面钢框架结构极限承载的体系可靠度评价

表5 水平和竖向受载下结构极限荷载因子的均值和方差,及其概率密度函数表达式的参数

L R a 1a 2a 3a 4c 2.7121

0.2903

-0.0627

-0.5019

0.0209

0.0007

2.5053

4 结构体系可靠度评价方法对比

目前计算体系可靠度的方法大多是采用失效模式

法,失效模式法计算可靠度时)般是通过某种算法寻找出结构的主要失效模式,然后对每一种失效模式根据结

构塑性极限理论中的机动法,利用虚功原理建立功能函数,求出每种失效模式的可靠度,最后根据各失效模式之间的相关性计算整个结构体系的可靠度,为了将失效模式法和本文提出的复合抽样半解析法相对比,使用这两种方法对下面算例[4](图6)进行体系可靠度分析。框架跨度为10m,高度为5m 。框架梁跨中作用一集中竖向荷载V,左柱柱头作用一节点水平荷载H ,荷载和极限屈服弯矩的概率分布及统计参数见表6。

图6 跨中有集中荷载的框架算例

表6 本算例所用荷载及极限屈服弯矩的统计参数

统计参数均值变异系数分布类型荷载V 80kN 0.2正态分布荷载H 50kN 0.3极值I 型分布极限屈服弯矩

180kN #m

0.1

对数正态分布

文献[4]采用失效模式法得到该算例的结构体系可靠度指标介于2.91和2.93之间,使用本文方法得到的

结构体系可靠度指标为2.6980,失效概率为3.4883@10-3。可以看出由于失效模式法不能考虑几何非线性和结构的塑性内力重分布等非线性因素,所以会高估结构的可靠度水平。

5 结论

本文在一定假定的前提下,确定了工程评价钢框架结构体系可靠度的基本随机变量及其统计参数,并运用计算结构体系可靠度的复合抽样半解析法可对钢框架结构在两种基本受载状态下的结构体系可靠度进行评价,得到如下结论:

1)计算结果表明,材料屈服强度的相关性对结构体系可靠度影响比截面弹性抵抗矩的相关性的影响大。可以偏于安全地认为构件之间材料屈服强度是完全正相关的;

2)从计算得到的概率密度函数曲线看,结构体系极限承载力(结构抗力)的概率分布与同均值和方差的对数正态分布很接近;

3)采用失效模式法会高估结构的可靠度水平,采用这种方法去确定实际工程结构的可靠度水平是不适宜且不安全的,采用复合抽样半解析法能够比较准确地反映结构体系的实际可靠度水平。

参考文献:

[1] 何健丽,张瑞国.规则框架结构体系可靠度分析,北京工业大

学学报,1989,12,15(4):44-52.

[2] 刘汉民.框架结构体系可靠度计算,合肥工业大学学报(自然

科学版),1991,14(1):55-61.

[3] 李国强,李杰.结构设计的发展方向――以整体结构可靠度

为目标的结构设计,工程结构可靠性,中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会全国第三届学术交流会议论文集,1992,4(4.21~ 4.24),南京,121-126.

[4] 李继华,等.建筑结构概率极限状态设计,北京:中国建筑工

业出版社,1990.

[5] 杨伟军,赵传智.土木工程结构可靠度理论与设计,北京:人

民交通出版社,2000.

[6] 张新培编著.建筑结构可靠度分析与设计,北京:科学出版

社,2001.

[7] 戴国欣,李龙春,夏正中,黄友明.建筑结构钢新材性参数的

统计与分析,建筑结构,2000,4,30(4):31-32.

[8] 陈国兴,李继华,夏正中.钢结构材料强度及截面几何特性的

统计参数,重庆建筑工程学院学报,1985,(1).

[9] H.Kuwamura and M.Sasaki,Control of random y ielding -strength for mechanism -based seismic design,Journal of Structural Engineer ing,1990,116(1):98-110.

[10] D.W.White,Comprehensive performance assessment of

building structural systems:research to pr actice,Engineer -ing Structur es,1996,18(10):778-785.

[11] D.Val, F.Bljuger and D.Yankelevsky,Reliability evalua -tion in nonlinear analysis of reinfor ced concr ete str uctures,Structural Safety,1997,19(2):203-217.

[12] B.R.Ellingwood and T.V.Galambos,General specifica -tions for structural design loads,in Probabilistic M ethods in Structural Engineering,27-42,edited by M.Shinozuka and J.T.P.Y ao,A SCE,1981.

[13] 刘玉姝.平面钢框架结构非线性分析及整体可靠度设计理论

研究,同济大学博士论文,2004.

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容许应力法和概率(极限状态)设计法在钢结构设计中的应用

容许应力法和概率（极限状态）设计法 在钢结构设计中的应用 内容提要 本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率（极限状态）设计法四个结构设计理论，并且列出了我们经常用的容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式和参数选用，通过对上述两种方法参数的比较，总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项，以期望达到提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。 1、前言 我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率（极限状态）设计法，有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆，因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较，供广大技术人员参考。 2、四种结构设计理论简述 2.1、容许应力法 容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。 容许应力法的特点是： 简洁实用，K值逐步减小； 对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守； 用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，且对不同材料，K值大并不一定说明安全度就高； 单一K可能还包含了对其它因素（如荷载）的考虑，但其形式

不便于对不同的情况分别处理（如恒载、活载）。 2.2、破坏阶段法 设计原则是：结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。 破坏阶段法的特点是： 以截面内力（而不是应力）为考察对象，考虑了材料的塑性性质及其极限强度； 内力计算多数仍采用线弹性方法，少数采用弹性方法； 仍采用单一的、经验的安全系数。 2.3、极限状态法 极限状态法中将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响，还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法（半概率方法）。 极限状态法的特点是： 在可靠度问题的处理上有质的变化。这表现在用多系数取代单一系数，从而避免了单一系数笼统含混的缺点。 继承了容许应力法和破坏阶段法的优点； 在结构分析方面，承载能力状态以塑性理论为基础；正常使用状态以弹性理论为基础； 对于结构可靠度的定义和计算方法还没法给予明确回答。 2.4、概率（极限状态）设计法 该方法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效

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多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与分析 发表时间：2018-05-28T11:29:11.480Z 来源：《基层建设》2018年第3期作者：赵阳 [导读] 摘要：随着建筑的使用功能被扩展，很多城市建筑都有多种功能设置需求，为了满足建筑的功能设计，设计人员在会通过将常规建筑结构改造为符合建筑结构，进一步对复合式的建筑进行设计。 黑龙江省纺织工业设计院 摘要：随着建筑的使用功能被扩展，很多城市建筑都有多种功能设置需求，为了满足建筑的功能设计，设计人员在会通过将常规建筑结构改造为符合建筑结构，进一步对复合式的建筑进行设计。而在搭建这种具有复合型结构的建筑时，设计人员需要结合应用多种设计方法，将钢框架设计法与多层钢结构模块设计法结合应用。使结构设计工作更具合理性，本文以实际的建筑设计案例为参考，对其该类建筑的结构设计方法进行研究。 关键词：多层钢结构模块；钢框架；复合建筑结构；设计方法 随着城市的现代化程度增强，很多复合式建筑出现在城市之中，虽然复合式建筑可以满足多种建筑应用需求，但是其结构设计工作却比一般的建筑的结构设计更为艰难，设计者需要对建筑的各个部分进行协调，避免建筑的不同部位出现冲突的情况。在设计复合式建筑的结构时，设计者常常会选择构建出钢框架与多层钢结构模块的复杂结构形式，本文对其设计状况进行分析。 1 案例情况分析 由于复合式结构建筑的设计工作难度系数高，本文将结构设计方法带入到实际的建筑结构设计工作之中，进行具体化分析，本文先对工程概况进行研究。 案例之中建筑属于办公楼，其位于城市新区之中，周围具有极为丰富的旅游资源，周边环境极好，与航海道相连，建筑的总体面积为2536.3m2，建筑总体层数为3层，局部位置为4层，建筑的整体高度为16.4m，建筑标准层的高度为3.9m，首层高度为5.4m，该建筑并没有地下空间，从其层数特点来看，可以被划分到多层建筑范围之中，选用的结构模式为复合式钢框架结构系统为钢结构模块。 2 设计概况 2.1 设计结构系统 在为该建筑提供结构设计时，需要做好模块单元的处理工作，在其他结构设计工作开始之前，先加工好结构单元，再将已经完成加工的结构单元运送到建筑现场，通过吊装的方法来安装模块单元，负责安装结构单元的工作人员需要事先了解吊装规范，按照规范完成安装模块单元，吊装的宽度大约为3m，高度不能超过4m。 建筑的结构设计工作需要以建筑的使用功能为参照，确保结构设计是符合建筑的功能设定的。由于该建筑为办公楼，因此其内部空间设计极为丰富，在首层位置有展示区、餐厅以及咖啡厅的设置需求，因此需要在首层预先留出比较大的空间，设计人员要将模块设置到相应的位置上。在该建筑的二层位置，需要搭建天桥，使建筑之中的人可以通过天桥达到西侧工厂之中，如果只使用单一化的控制方法，设计人员是难以完成多种建筑结构设计工作的，因此本文将框架设计法与模块设计法两种设计方法加以结合，在内部结构较为复杂的首层、二层以及三层应用框架设计法，而在对其他建筑空间结构进行设计时，应用单元模块设计法。 2.2 确定模块类型 在这种模块设计系统之中，可选用的设计方法有很多中，包括中柱单元、普通单元、支撑单元等。四种单元设计情况如图1所示。 图1 模块类型 2.3 设计结构构件 在对钢框架结构进行设计的时候，可以将H型钢梁与矩形钢管柱进行结合使用，在对梁柱的节点进行设计的使用，可以选用隔板贯通型的新型节点，借助隔板来打断梁柱没在连接梁柱的时候，采用焊栓混合连接的方法进行连接。这种结构连接方法具有受力性能比较好，安装工作也比一般的设工作更为便捷。 2.4 设计结构节点 节点设计也是初期结构设计环节之中的一个重点设计任务，在对连接方式进行选择的时候，可以选择螺栓拉杆、插销、特制铆钉电能几种连接方法，在开展连接节点这项工作的时候，不仅需要确保节点的刚度符合要求，同时还要对节点的强度进行测量，这种节点设计的优势在于，其传力系统较为可靠，在进行施工建设的时候也能降低施工难度。 3 模块设计情况分析 3.1 对节点进行简化 模块连接节点的简化要做到传力与实际的节点构造一致，具体简化方式为：考虑到上下模块之间各构件对模块柱的约束，模型中模块

钢结构习题(附答案)

钢结构的材料 1. 在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是______的典型特征。 脆性破坏塑性破坏强度破坏失稳破坏 2. 建筑钢材的伸长率与______标准拉伸试件标距间长度的伸长值有关。 到达屈服应力时到达极限应力时试件断裂瞬间试件断裂后 3. 钢材的设计强度是根据______确定的。 比例极限弹性极限屈服点极限强度 4. 结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用______表示。 流幅冲击韧性可焊性伸长率 5. 在钢结构房屋中，选择结构用钢材时，下列因素中的______不是主要考虑的因素。 建造地点的气温荷载性质钢材造价建筑的防火等级 6. 热轧型钢冷却后产生的残余应力______。 以拉应力为主以压应力为主包括拉、压应力拉、压应力都很小 7. 型钢中的钢和工字钢相比，______。 两者所用的钢材不同前者的翼缘相对较宽前者的强度相对较高两者的翼缘都有较大的斜度 8. 钢材内部除含有Fe、C外，还含有害元素______。 N,O,S,P N,O,Si Mn,O,P Mn,Ti 9. 有二个材料分别为3号钢和16Mn钢的构件需焊接，采用手工电弧焊，焊条应选用______型。

E43 E50 E55 T50 10. 在低温工作的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需______指标。 低温屈服强度低温抗拉强度低温冲击韧性疲劳强度 11. 钢材脆性破坏同构件______无关。 应力集中低温影响残余应力弹性模量 12.普通碳素钢标号C3表示______。 甲类平炉3号沸腾钢乙类氧气顶吹3号沸腾钢特类平炉3号沸腾钢丙类平炉3号镇静钢 13. 3号镇静钢设计强度可以提高5%，是因为镇静钢比沸腾钢______好。 脱氧炉种屈服强度浇注质量 14. 钢材的理想σ－ε曲线（包括考虑焊接应力和不考虑焊接应力）是______。 A B C D 15. 普通碳素钢强化阶段的变形是______。 完全弹性变形完全塑性变形弹性成分为主的弹塑性变形塑性成分为主的弹塑性变形 16. 下列因素中，______与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 钢材屈服点的大小钢材含碳量负温环境应力集中

钢框架结构与混凝土结构优缺点比较

钢框架结构与混凝土结构优缺点比较 钢结构具有结构自重轻、抗震性能好、工业化生产程度高、施工速度快、建筑造型美观、有利环境环保、空间大等优点。建设部称之为可重复利用型和环保型绿色建筑。在沙、石资源日益紧张的今天，钢结构的优势越发明显。 一、钢框架结构与普通钢混凝土结构相比的优点： 1、钢框架结构是采用钢砼柱+钢梁结构。由于钢结构强度明显高于混凝土强度，大大减小了框架柱和梁的截面，使混凝土和钢筋用量大大减少，最主要的是大大减少了结构的主体重量，根据粗略计算主体重量(柱和梁)能降低约30%，这样就大大减轻了对地基的压力，基础施工开挖取土量减少，对土地资源破坏小且可大幅降低基础造价（在超高层建筑中，基础造价可达整个建筑造价的三分之一）。 2、钢砼柱提高了框架柱的承载能力，减薄了柱的钢板厚度，同时又提高了柱的刚度和相应的结构侧向刚度，并且有利于提高柱的防火能力。 3、钢结构强度明显高于混凝土，更容易获得大空间，提高室内空间的使用率，以前的建筑空间稍大的室内就有断面很大的混凝土柱子，影响美观和使用。钢结构比钢砼结构主构件截面面积更小（本工程初步框算下来柱截面小1/6，梁高小150~200），使得业主在同等情况下可以获取更大的使用面积；一般可将使用面积扩大5%-10%。 4、钢结构施工速度快，综合考虑制造周期、安装周期、材料费、

管理费等因素，造价在工期长的项目上具有经济优势。 5、由于钢结构件是工厂规模化生产，加工精度高，有利于现场施工精度控制，它的误差控制是以“毫米”来控制的；而混凝土施工精度是以“厘米”来控制的。 6、钢结构可干式施工，节约用水，施工占地少，产生的噪音小、粉尘少，且建筑外形容易满足多样化要求，利于外墙装修。 7、使用钢结构可大量减少混凝土的使用和砖瓦的使用，有利于环境保护也是当前建筑的发展趋势。 8、建筑使用寿命到期后，钢结构拆除产生的固体垃圾少，废钢资源回收价格高。从目前来看，钢结构建筑是对城市环境影响最小的一种结构之一，所以被称为绿色建筑，也是当年国家重点扶持和发展的对象。 9、使用钢框架结构方便楼面采用钢筋桁架楼承板与混凝土的组合楼板，楼板采用钢筋桁架自承式楼板，选择合适型号的自承式楼板，跨度在3m内浇注楼板无需进行支撑，这样就大大减少了浇注楼板使用的脚手架、模板用量和人工费用，大量减少了施工的措施费用，从而降低了工程成本，加快了施工速度，根据工程统计能节约脚手架和模板大约40%-50%。 二、钢框架结构与普通钢混凝土结构相比的缺点：从现有钢结构的建筑来看，缺点主要还是钢结构的防腐和防火两方面， 1、钢结构在发生大火时耐火性能较差，需要涂刷防火涂料或者用混凝土包裹。

3-钢结构优化分析及设计

例题3 钢框架结构分析及优化设计 1

例题钢框架结构分析及优化设计 2例题.钢框架结构分析及优化设计 概要 本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。midas Gen 提供了强度优化和位移优化两种优化方法。强度优化是指在满足相应规范的强度要求 条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。位移优化是针对 钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功 能。本文主要讲述强度优化设计功能。 此例题的步骤如下: 1.简介 2.建立模型并运行分析 3.设置设计条件 4.钢构件截面验算及设计 5.钢结构优化设计

例题钢框架结构分析及优化设计1.简介 本例题介绍midas Gen的优化设计功能。例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。(该例题数据仅供参考) 基本数据如下： 轴网尺寸：见图2 柱:HW200x204x12/12 主梁：HM244x175x7/11 次梁：HN200x100x5.5/8 支撑：HN125x60x6/8 钢材：Q235 层高：一层 4.5m 二～六层 3.0m 设防烈度：8o（0.20g） 场地：II类 设计地震分组：1组 地面粗糙度；A 基本风压：0.35KN/m2； 荷载条件：1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2； 6层屋面，恒荷载5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2； 1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m； 6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m； 分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用 3

例题钢框架结构分析及优化设计 4图1分析模型图2结构平面图

钢结构主要荷载标准值

钢结构主要荷载标准值

屋架 第一节屋架设计规定 轻型钢屋架的分类：三角形屋架、三铰拱屋架、梭形屋架、平坡梯形钢屋架 屋架跨度一般为15—30m，柱距6—12m。 三角形屋架可用于有桥式吊车的工业房屋。对角钢屋架一般为9—18m，对薄壁角钢屋架一般为12—24m。 三铰拱屋架和梭形屋架用于无吊车的工业和民用房屋。对三铰拱屋架一般为9—18m；对梭形屋架为9—15m，柱距为3—4.2m。 轻型梯形钢屋架的上弦坡度宜采用1/8—1/20，多数取1/10。 荷载： 一、永久荷载（恒荷载） 二、可变荷载（活荷载） 屋面均布活荷载标准值：压型钢板屋面取0.3kN/m2； 太空轻质大型屋面板屋面取0.5kN/m2； 积灰标准值按荷载规范规定取0.3—1kN/m2 三、偶然荷载（地震、爆炸或其他意外事故产生的荷载） 杆件截面： 选用原则 1、杆件截面尺寸应根据其不同的受力情况按第二章所列公式经计 算确定。 2、压杆应优先选用回转半径较大、厚度较薄的界面规格。但应符 合截面最小厚度的构造要求。方钢管的宽厚比不宜过大，以免 出现板件有效宽厚比小于其实际宽厚比较多的不合理现象。 3、当屋面永久荷载较小而风荷载较大时，尚应演算受拉构建在永 久荷载和风荷载组合作用下，是否有可能受压。若可能受压尚 应符合表2.5—3中注1杆件容许长细比的要求。 4、当屋架跨度较大时，其下弦杆可根据内力的变化采用两种界面 规格。 5、同一榀屋架中，杆件的界面规格不宜过多。在用钢量增加不多 的情况下，宜将杆件截面规格相近的加以统一。一般来说，同 一榀屋架中杆件的界面规格不宜超过6—7种。 尺寸： 角钢屋架杆件截面最小宽度不宜小于4mm； 冷弯薄壁型钢屋架杆件厚度不宜小于2mm。 第二节角钢和T型钢屋架 形式： 外形：跨中经济高度为（1/10—1/8），端部高度通常取1.5—2m。 屋架弦杆的节间划分： 1、对于檩距为1.5m的压型钢板屋面，屋架上弦杆的节间长度宜取 一个檩距。 2、当采用1.5m×6m太空轻质大型屋面板无檩体系时，宜使上弦节 间长度等于板的宽度，即上弦杆节距为1.5m。 梯形屋架的腹杆布置可归纳为人字式、单斜式和再分式三大类。 1、人字式其倾斜角宜在35—55°范围内，最好为45°左右。

钢框架结构计算书-毕业设计

摘要 该计算书为滨岛医疗中心门诊楼建筑方案及钢框架结构设计计算书，本设计依据建筑方案及给出的结构类型。参照规范有《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）、《建筑抗震规范》（GB 50011-2010）、《混凝土结构规范》（GB 50010-2010）、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）等。完成设计内容有：建筑方案、结构平面布置、结构计算简图确定、荷载统计、内力计算、内力组合、主、次梁、柱选取及布置连接截面验算以及节点设计、楼梯设计、基础设计、工程概预算。结构类型为钢框架结构，梁、柱为钢梁、钢柱，板为组合楼板，柱脚采用埋入式，楼梯为板式钢筋混凝土楼梯、基础采用锥形独立基础。本计算书中列出了框架在恒荷载、活荷载、地震荷载、风荷载作用下的弯矩、剪力、轴力图以及内力组合表。 关键词结构设计；钢框架；独立基础；医用建筑

Abstract The calculations for the BinDao medical center clinic building steel frame building solutions and design calculations, based on the design and construction program structure given type. Design process based on structural loads standard (GB50009-2012) determine the structure of the load, in accordance with the Seismic Design of Buildings (GB50011-2010), design of steel structures (GB50017-2003) and the relevant requirements for structural design and calculation. The main work to complete the structure diagram layout and calculation of the identification, load statistics, internal force calculation and combination of primary and secondary beams and floor cross-section design and checking, node connection design, staircase design, basic design as well as project budget.Type of structure is steel frame structure, beams, columns of steel beams, steel columns, plates of composite slabs, column foot buried, reinforced concrete slab staircase stairs, independent foundation with a tapered base. Meanwhile, The calculations in the framework of the book lists the dead load, live load, seismic loads, wind loads bending moment, shear, axial force, and force combination table. Keywords Structural Design; Steel Frame;single footing medical building;

钢结构18m梯形屋架设计实例

钢结构课程设计任务书 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 1.结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋 面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m。 2.屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用 下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架 跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的 =0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 基本雪压标准值为S 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.45kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4 kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 附图

(a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 二、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直

支撑和系杆，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层0.7kN/m2 保温层0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载0.7kN/m2 积灰荷载0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重

钢框架结构毕业设计

钢框架结构毕业设计 【篇一：钢框架结构计算书-毕业设计】 摘要 摘要 该计算书为滨岛医疗中心门诊楼建筑方案及钢框架结构设计计算书，本设计依据建筑方案及给出的结构类型。参照规范有《建筑结构荷 载规范》（gb 50009-2012）、《建筑抗震规范》（gb 50011-2010）、《混凝土结构规范》（gb 50010-2010）、《钢结构设计 规范》（gb 50017-2003）等。完成设计内容有：建筑方案、结构平 面布置、结构计算简图确定、荷载统计、内力计算、内力组合、主、次梁、柱选取及布置连接截面验算以及节点设计、楼梯设计、基础 设计、工程概预算。结构类型为钢框架结构，梁、柱为钢梁、钢柱，板为组合楼板，柱脚采用埋入式，楼梯为板式钢筋混凝土楼梯、基 础采用锥形独立基础。本计算书中列出了框架在恒荷载、活荷载、 地震荷载、风荷载作用下的弯矩、剪力、轴力图以及内力组合表。 关键词结构设计；钢框架；独立基础；医用建筑 燕山大学本科生毕业设计（论文） abstract the calculations for the bindao medical center clinic building steel frame building solutions and design calculations, based on the design and construction program structure given type. design process based on structural loads standard (gb50009-2012) determine the structure of the load, in accordance with the seismic design of buildings (gb50011-2010), design of steel structures (gb50017-2003) and the relevant requirements for structural design and calculation. the main work to complete the structure diagram layout and calculation of the identification, load statistics, internal force calculation and combination of primary and secondary beams and floor cross-section design and checking, node connection design, staircase design, basic design as well as project budget.type of structure is steel frame structure, beams, columns of steel beams, steel columns, plates of composite slabs, column foot buried, reinforced concrete slab staircase stairs, independent foundation with a tapered base. meanwhile, the calculations in the framework of the book lists the dead load, live load,

钢结构主要荷载标准值

屋架 第一节屋架设计规定 轻型钢屋架的分类：三角形屋架、三铰拱屋架、梭形屋架、平坡梯形钢屋架 屋架跨度一般为15—30m，柱距6—12m。 三角形屋架可用于有桥式吊车的工业房屋。对角钢屋架一般为9—18m，对薄壁角钢屋架一般为12—24m。 三铰拱屋架和梭形屋架用于无吊车的工业和民用房屋。对三铰拱屋架一般为9—18m；对梭形屋架为9—15m，柱距为3—。 轻型梯形钢屋架的上弦坡度宜采用1/8—1/20，多数取1/10。 荷载： 永久荷载（恒荷载） 可变荷载（活荷载） 屋面均布活荷载标准值：压型钢板屋面取m2； 太空轻质大型屋面板屋面取m2； 积灰标准值按荷载规范规定取—1kN/m2 偶然荷载（地震、爆炸或其他意外事故产生的荷载） 杆件截面： 选用原则 杆件截面尺寸应根据其不同的受力情况按第二章所列公式经计算确定。 压杆应优先选用回转半径较大、厚度较薄的界面规格。但应符合截面最小厚度的构造要求。方钢管的宽厚比不宜过大，以免出现板件有效宽厚比小于其实际宽厚比较多的不合理现象。 当屋面永久荷载较小而风荷载较大时，尚应演算受拉构建在永久荷载和风荷载组合作用下，是否有可能受压。若可能受压尚应符合表—3中注1杆件容许长细比的要求。 当屋架跨度较大时，其下弦杆可根据内力的变化采用两种界面规格。 同一榀屋架中，杆件的界面规格不宜过多。在用钢量增加不多的情况下，宜将杆件截面规格相近的加以统一。一般来说，同一榀屋架中杆件的界面规格不宜超过6—7种。 尺寸： 角钢屋架杆件截面最小宽度不宜小于4mm； 冷弯薄壁型钢屋架杆件厚度不宜小于2mm。 第二节角钢和T型钢屋架 形式： 外形：跨中经济高度为（1/10—1/8），端部高度通常取—2m。 屋架弦杆的节间划分： 对于檩距为1.5m的压型钢板屋面，屋架上弦杆的节间长度宜取一个檩距。 当采用×6m太空轻质大型屋面板无檩体系时，宜使上弦节间长度等于板的宽度，即上弦杆节距为。 梯形屋架的腹杆布置可归纳为人字式、单斜式和再分式三大类。 人字式其倾斜角宜在35—55°范围内，最好为45°左右。

钢框架-中心支撑结构体系设计浅析

钢框架-中心支撑结构体系设计浅析 摘要：通过具体工程实例对钢框架-中心支撑结构体系进行分析，并进一步探讨钢框架-中心支撑结构体系的结构布置、结构分析、特殊构件与节点设计，以供设计参考。 关键词：钢框架-中心支撑；弹性时程分析；支撑与梁柱节点 1工程概况 某管理中心办公楼，地下1层，地上17层，建筑高度69.3m，标准层层高3.9m，总建筑面积44440m2。地下一层为车库及设备用房，地上部分主要功能为办公及会议，标准层结构平面布置见图1。 图1标准层结构平面布置图 工程抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，II类场地。按百年一遇风荷载取值，基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度B类。 2结构体系与布置 主体结构采用钢框架-中心支撑体系，方(或矩形)钢管混凝土柱、H型钢梁及H型钢支撑。地下一层钢框架外包混凝土形成钢骨混凝土结构，支撑下部的地下室部分改为钢筋混凝土剪力墙，基础采用独立基础加防水板。 建筑标准层平面长82m，宽28.2m，长宽比约为2.9，长宽比相对较大。中部为公用区域，左右两边各有一个采光天井，天井外侧仅有3.2m宽楼板相连。根据建筑平面，最终确定的标准层结构平面布置见图1。利用中部公用区域布置六榀、组合成两个槽型的支撑框架(位置见图1中的ZC-1、ZC-2)。考虑到建筑平面两侧楼板透空，仅在端部有部分楼板相连，使得部分框架不能连成整体，以致结构两侧刚度大大降低，扭转效应显著，在③、轴布置两榀混合支撑框架(位置见图1中的ZC-3)，以提高结构两端的刚度。各榀支撑框架立面见图2。结合建筑门洞口位置，ZC-1、ZC-2分别采用人字形支撑和V字形支撑。ZC-3上部为迭层混合空腹桁架；为满足建筑使用功能，支撑在五层向两侧框架进行转换，且转换后采用越层单斜杆支撑。为实现建筑主入口处门厅大空间要求，⑦、⑧轴框架局部抽柱并采用转换桁架进行托柱转换，⑦、⑧轴框架立面简图见图3。中部公用区域在、轴和、轴之间因设备管线布置及建筑净高要求，除个别楼层外无法设置钢梁(见图1、3)，为更好地协调各部分框架协同受力，增加结构整体性，楼板厚度设计为140mm，并采用双层双向配筋，同时在建筑端部透空楼板外的相连部分板中设斜向抗剪钢筋以增强其受力性能。

《钢结构设计禁忌及实例》资料

《钢结构设计禁忌及实例》 《钢结构设计禁忌及实例》 2010年11月02日 内容简介本书依据相干规范及工程实践经验，对钢结构设计中的一些误区和禁区进行了深进分析。书中第一先容了一些工程案例作为警示，进而按规范系统逐条列出r相干设计禁忌、算例以及对规范的修改提议等内容，提出哪些题目不能那样做，而应当如何做。本书内容翔实，实用性、对照性强，可供盛大结构设计职员利用，也供相干专业施工、科研、教学职员参考。 索引第1章钢结构工程违禁犯讳案例 【案例1.1】吊车分袂肢柱头的疲惫拉裂 【案例1.2】将门式刚架钢柱改为混凝土柱 【案例1.3】在多层建筑上扩建门式刚架轻钢结构 【案例1.4】过量积灰积雪 【案例1.5】在吊车梁上随意施焊 【案例1.6】重型平台柱头的剪切破坏 【案例1.7】电机与平台共振 【案例1.8】防锈油漆与防火涂料起化学反映 【案例1.9】柱脚抗剪键设置不到位 【案例1.10】门式刚架设计、施工、治理题目 【案例1.11】钢材选择或利用不当

【案例1.12】未分清钢结构设计图与施工图的关系 【案例1.13】在预应力高强度锚栓上出现焊点 【案例1.14】不留意柱脚锚栓d=72mm与M72的差别 【案例1.15】吊车梁轨道联接的经常损坏 【案例1.16】吊车梁端上部变形引起突缘支座纵向联接题目 【案例1.17】箱形吊车梁真个梁、柱节点过于刚劲 【案例1.18】插进式柱脚埋深未进行计算 【案例1.19】忽视施工运输安设阶段担保结构安稳和平安的临时举措【案例1.20】温度区段的不正常办理 【案例1.21】梁柱节点采用栓焊并用联接的差异算法 第2章选料 【禁忌2.1】对建筑结构钢材根本知识缺乏了解 【禁忌2.2】设计文件中对所引用的国家轨范没有所有、正确地表示【禁忌2.3】不熟悉经常用钢材的性能及特殊要求 【禁忌2.4】用建筑结构用钢板按号取代Q235等钢号的钢板 【禁忌2.5】对铸钢有哪些国家轨范不清楚 【禁忌2.6】对钢材及联接选料要求不足明白具体 【禁忌2.7】对钢结构联接要领一知半解 【禁忌2.8】不了解各种焊接选料的型号、表示办法和具体用途 【禁忌2.9】采用的焊接选料与母材不匹配 【禁忌2.10】对钢结构紧固件联接缺乏了解 【禁忌2.11】不深切理解钢材及其联接的各项强度设计值

钢结构课程设计参考示例

参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸

屋架支撑布置见图2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图

三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 1 P=1.75×1.5×6=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。

工业设备钢框架结构研究

工业设备钢框架结构研究 工业设备钢框架结构由于其空间大,布置灵活,目前在很多地方已经取代了传统的混凝土框架结构,在我国得到了很广泛的应用。对于工业设备钢框架的整体极限承载力和变形之间的关系进行了系统了理论分析,通过分析,得出影响钢框架稳定承载力受多方面因素的影响,包括梁柱的线刚度、节点连接刚度、载荷条件、同层间相互作用等多方面的因素。针对设备钢框架的应力与应变之间的非线性关系,对非线性分析的方法进行了总结比较,分析了各种非线性分析方法的优缺点、准确度等。最后,对工业设备钢框架在设计研究中的关键点提出了自己的一点理解和建议。 标签：工业设备钢框架;承载力分析;稳定性分析;非线性 钢框架结构近年来在我国得到了很广泛的应用,这种结构以其强度高,自重轻,抗震性能好,施工速度快,工业化程度高,可重复使用,效率高等各方面的优点,在工业中很多方面取代了传统的混凝土结构。 钢框架结构多数由横梁与立柱刚接而成。刚性连接的横梁与普通梁式结构相比,节省钢材,结构横向刚度较好,横梁高度也较小。因此可以增加设备钢框架内部净空,减少设备钢框架的造价和体积,是现代工业设备中一种比较经济的结构形式。 在进行工业设备刚结构的设计时,对于结构的极限承载力的计算是不可避免的。钢结构框架设计必须建立在全面的计算分析基础之上,而分析与设计结果的可靠性、合理性依赖于所采用的分析与设计方法。对于钢框架结构的稳定性,应从框架的整体稳定方面入手进行分析,然而,目前一般的设计方法是通过控制框架柱的稳定性来间接控制钢框架的稳定性,而且将设备钢框架结构的强度条件和稳定性分开计算,《钢结构设计规范》在进行框架平面内的稳定计算时,柱的有效长 度l0按框架的失稳类型(有侧移和无侧移),采用根据弹性稳定理论得到的柱的计算长度系数μ,从而,l0=μlc,其中lc为柱的几何长度,这种分析方法是以单根框 架柱的稳定计算代替整体框架的稳定分析。而且,一方面大多数钢框架结构确实处于弹性工作状态,另一方面,弹性计算方法简单,理论计算方法也已经发展的比较成熟,所以,对于这样的计算,一般通过线弹性的分析方法进行设计分析,但是通过这样的计算方法,忽略了变形对整体钢框架结构的内力的影响。在某些地方,由于过大的变形导致结构发生局部塑性屈服而失去承载力,导致结构的实效。对于这样的情况,进行非线性分析是解决变形影响的有效的方法之一,这也是当前设备钢框架结构理论研究的一个重点,非线性分析,即在结构分析中充分考虑所有重要的非线性因素,从而可以对结构的实际实效模式进行综合而全面的评定,并直接获得结构的整体极限承载力。它主要包含几何非线性分析和材料非线性分析两个方面。

第11讲多高层房屋钢结构——结构体系类型及其特点1多层

第11讲多（高）层房屋钢结构——结构体系类型及其特点（一） 1、多层房屋钢结构的结构体系类型有哪些?阐述各自的抗侧力单元。 答： 多层房屋钢结构常见结构类型有纯框架体系、柱-支撑体系和框-支撑体系。如果抗侧刚度不满足，还可采用双重抗侧力体系,主要采用钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系。纯框架体系的抗侧力单元为平面框架，柱-支撑体系的抗侧力单元为支撑，框-支撑体系的抗侧力单元为无支撑的平面框架和支撑；钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系的抗侧力单元除了钢框架外，还分别由支撑、剪力墙以及核心筒作为抗侧力单元。 2、试述纯框架体系在水平荷载作用下的受力和变形特征? 答： 水平荷载作用下梁柱刚接的框架结构如同空腹桁架结构，结构一侧的部分柱脚产生轴向拉力，另一侧的部分柱脚则产生轴向压力，这些轴向力将形成力偶，平衡外部水平荷载产生的倾覆力矩；另外，楼层剪力使该层框架柱产生弯矩和剪力，而柱端弯矩又使框架梁两端产生反对称的梁端弯矩和剪力。 平面框架结构在水平荷载作用下的变形包括两部分，一部分是由于水平荷载作用下的倾覆力矩使竖向构件(柱)承受轴向拉力或压力，进而使结构整体产生弯曲变形；另一部分为各层梁、柱在剪力作用下引起的框架整体剪切变形。因此，框架整体侧移曲线呈剪切型。 3、框架结构有哪些优点？适于多少层的钢结构房屋？ 答： 优点：无承重墙，使建筑设计具有一定的自由度；外墙采用非承重构件，可使建筑立面设计灵活多变；轻质墙体的使用还可以大大降低房屋自重，减小地震作用，降低结构和基础造价；构件易于标准化生产，施工速度快，而且结构各部分的刚度比较均匀，自振周期长，对地震作用不敏感。 适用层数：因框架结构的抗侧刚度较小，适于30层以下的房屋建筑。在地震区，一般不超过15层。 4、试述框架-支撑体系在水平荷载下的变形特点？ 答： 在框架-支撑体系中，框架属于剪切型构件，支撑近似于弯曲型构件。当楼板可视为刚性体且结构不发生整体扭转时，在刚性楼盖的协调下，使各榀框架与各个支撑的变形相互协调—致，因此，框架-支撑体系可以简化成用刚性连杆将框架与支撑并联，其侧移属于弯剪型变形。

钢结构设计实例 含计算过程

设计资料 北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。设计温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm ×400mm，混凝土标号为C20。 一、选择钢材和焊条 根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。 二、屋架形式及尺寸 无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。 ＝L-300＝20700mm， 屋架计算跨度为L ＝1990mm， 端部高度取H 中部高度取H＝H +1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。 屋架杆件几何长度（单位：mm） 三、屋盖支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。

旧楼加装电梯钢结构设计分析

随着人们生活水平的提高，旧楼加装电梯的工程越来越多。新增的电梯井道可以是钢筋砼结构，也可采用钢结构，以钢框架结构居多。这种井道通常与主体结构通过化学螺栓等方式拉结。这对改善结构传力路径以及井道整体稳定是很有利的。井道结构与普通结构有较多不同， 也存在很多难点，本人通过工程积累的一些概念分析方面的想法，分享给大家一起探讨。抛砖引玉，不对之处望大家指正。 ?井道竖向荷载分析：竖向荷载主要是井道钢框架自重、围护结构荷载、电梯机房楼面荷载（有机房井道）、曳引设备支承荷载、井道屋面荷载等。对于较高的井道，井道与原有结构拉结节点宜作成竖向滑动支承，以释放竖向荷载作用下的井道位移，否则竖向荷载较大时 将产生较大的附加内力。一般可以通过化学螺栓的端板上设滑槽孔来实现。这种方法对于减 小因井道基础沉降产生的井道附加内力也十分有利。?井道在风荷载作用下的受力特征分 析：（1）风荷载体型系数：对于外置的电梯井道，井道多位于原有结构局部边侧或角部。因此严格来讲，井道的风荷载体型系数应该采用局部风压体型系数，如采用规范对主体结构 的风荷载体型系数将导致计算结果偏于不安全。但荷载规范对于局部风压体型系数仅限于围 护结构，在实际计算时可参考规范对于围护结构的局部体型系数取值。但注意2012年新版荷载规范对于局部体型系数有较大改动。（2）风振系数：从概念上讲，风振系数主要反 映脉动风对结构的影响，如果井道结构与原有结构存在拉结，而原有结构的刚度较大，则井 道的风振响应会大幅减小。且荷载规范的风振系数法只适用于竖向悬臂型结构，井道在各层 侧向支承于原结构，不能作为竖向悬臂型结构。故建议按荷载规范对结构风振响应的判断方法，如原有结构可不考虑风振，则井道也可以不考虑风振，即风振系数取 1.0。但需要特别注意，对于独立单体的井道结构则必须考虑风振影响，因为独立的井道结构与原结构无拉结， 成为高耸结构，周期一般较大，风振响应较为明显，不考虑时偏于不安全。（3 ）基本风压和风压高度变化系数均直接按荷载规范计算。?井道在地震作用下的受力特征分析：（1）井道与原有结构相互作用：对于有拉结构造的井道，在地震作用下的响应严格来讲是与主体结构相互作用问题。井道结构与原有结构相比，抗侧刚度和质量均较小，可以认为井道结构是附在原有结构外侧的抗侧刚度较弱的附属结构。因此，井道在地震作用下的响应主要是由 于原有结构的变形位移引起。特别是结构的扭转藕联导致井道结构的受力更为复杂（井道一般位于原结构外侧边缘，故扭转效应更为明显）。将井道拉结节点简化为固定铰约束的方法，相当于假定原结构是完全刚性体，不能准确反映真实地震作用下的响应。要模拟这种响应，只能通过井道和原有结构整体建模来计算，但这毕竟费时费工。（2）包络设计：考虑到 上述井道与原有结构整体建模带来的困难，从概念上对结构进行定性分析以实现内力的包络 设计就十分重要。从结构上看，井道高且柔，原有结构侧向位移对井道产生的内力较小，而 钢材的承载力较大，故只要设计合理，多数情况下一般不会产生超出的容许范围的应力。侧移对井道内力的影响主要在于柱脚，如将柱脚做成铰接则更有利些。因此，从概念上讲，井 道设计时在满足竖向承载力及轨道变形的前提下，把井道做成柔性，更有利于井道及原有结 构的抗震。而如果将井道的刚度一味加大，则地震作用下不仅拉结节点容易受损，且对原有结构都将造成极大的影响。简单地讲，井道设计时“取柔不宜取刚”。（3）井道层间位移 限值：如果井道侧向变形过大，则容易使井道内的竖向轨道发生卡轨现象，影响电梯使用。 因此，计算时建议适当控制层间位移值。但目前为止，尚未发现有规范对此有限值规定。?井道结构构件整体稳定计算分析由于存在钢梁错层等现象，井道结构的整体稳定计算变得较 为复杂，不能直接套用钢结构规范关于钢框架柱的计算长度系数法。但从概念上分析，井道 整体平面尺寸一般较小，钢梁间距由于电梯轨道的限值要求一般不超过 2.5m，钢梁间距较密，考虑结构整体稳定性，钢梁对钢柱的约束是较充分的，钢柱不容易发生失稳。因此，只要井道与原有结构有充分拉结，钢梁与钢柱可靠连接（尽量做成刚接），则井道结构的整体 稳定将得到较好的保证。在计算时如仍然不放心，可考虑做一个含初始缺陷的线性屈曲分析