钢结构设计

★钢结构的特点（优缺点）：1，强度高、塑性好（相对混凝土、砌块、木材） 2，材性均匀稳定（相对其它材料） 3，易于产业化、产品化；施工便捷 4，有一定耐热性但耐火性较差（材料薄、热耗少） 5，易腐蚀（构件材料较薄使腐蚀危害加大） 6，稳定性问题突出（构件细柔） 7，绿色环保，可回收利用 ★ 钢结构主要结构形式：桁架结构，框架结构，网格结构，拱与拱架结构，板式结构，张拉结构（具体会认识） ★ 钢结构设计基本框架：结构设计 结构需求→结构布置→结构分析→验算校核，结构分析 实际结构→（假定）结构模型→（计算）结构反应 ★ 钢结构可能的破坏形式：脆性断裂和塑性断裂，塑性过度发展，整体失稳，局部失稳，疲劳破坏 ★ 平台钢结构组成：板、次梁、主梁、柱、支撑 ★ 平台钢结构的受力特点：1.竖向荷载为主要荷载；但不应疏漏可能的水平荷载作用； 2.板有单向和双向之分，钢板常以变形控制；3.梁分次梁、主梁，可连续或单跨；4.柱两端常用铰接，为轴压杆。 ★平台柱两端都铰接时，必须设置柱间支撑，以保证结构几何不变； 为保证结构稳定性或侧向刚度的需要而设置必要的柱间支撑。 柱间支撑有交叉支撑、门形支撑、隅撑、梁端加腋等多种形式。 ★确定焊接组合截面梁截面尺寸的主要步骤 (1) 选择截面高度 1，空间条件：建筑净高使用要求→最大允许梁高 hmax 2，刚度条件：→最小梁高 hmin 3，经济条件：→用钢量最小 hs （ 或 单位：mm）(2) 选择腹板厚度（3）翼缘尺寸 ★梁的支座处和上翼缘受较大固定集中力处，宜设支承加劲肋；纵向加劲肋布置在腹板h/5至h/10高度处（受压区）； 横向加劲肋间距一般为0.5h至2h。加劲肋一般双面对称配置ⅱ）横肋外伸宽度 ，厚度

★ 单层轻型工业厂房钢结构的组成 1.承重骨架 2.柱间支撑 3.吊车梁 4.抗风柱 5.屋面系统 6.墙体系统 ★ 檩条形式：简支式、连续式 ★ 拉条的作用？如何布置？为防止檩条下翼缘失稳而发生弯扭破坏，需设置拉条和撑杆 1，当檩条跨度>4m时，在檩条跨中设一道拉条；2，当檩条跨度>6m时，在檩条跨度三分点处各设一道拉条。3，对于防止檩条下翼缘平面外侧弯为主要目的设置的拉条，应尽量布置在距下翼缘1/3檩条高度的地方。 ★ 抗风柱的连接为什么这样连？采用一折板连接，折板在平面内具有足够的刚度，可以将墙面收到的水平力传递到屋盖平面；从而更好的吧竖向、水平力传给抗风柱。 ★ 隅撑的作用？ 隅撑承受梁下翼缘侧弯产生的压力，避免受压下翼缘失稳。 ★ 为什么塑性设计时，宽厚比要求更加严格？为了保证塑性设计意图能够实现，保证塑性充分发挥（超静定结构中为实现内力重分布，必须是先期达到塑性铰的截面及其相邻一段范围内的截面能够在内力重分布的过程中，保持其极限承载力继续略有增长。为此，在结构体系变成机构之前，杆件不发生整体失稳，组成杆件的板件也不能发生局部失稳。这样，凡是期待其上发展成塑性铰的钢梁或钢柱，其板件板件宽厚比必须相比较小，防止屈服前后发生失稳） ★ 火灾下破坏的原因？ 1，钢材在高温下力学性能的退化，承载力下降 2，钢材的热传导系数大，火灾下钢构件的升温很快3，钢材的高温热膨胀，产生有害的温度内力。 ★ 影响构件耐火时间的主要因素 1，火灾强度与持续时间（火荷载密度） 2，荷载比 3，构件的升温速率 ★ 常用的防火保护措施 1，外包混凝土或砌筑砖砌体 2，涂敷防火涂料(厚型, 薄型) 3，防火板包覆 4，柔性毡状隔热材料包覆 5，复合防火保护 ★ 防火涂料分类:膨胀型：普通型（涂层厚7mm以后，标准梁耐火时间可达1.5h）;超薄型（涂层厚2mm左右，标准梁耐火时间可达1.0h以上）非膨胀型：干法喷涂（以矿物纤维为主要绝热骨物）；湿法喷涂（蛭石、珍珠岩为主要绝热骨料） ★钢的腐蚀类型:化学腐蚀:金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的腐蚀，如铁被氯气、氧气氧化而腐蚀。电化学腐蚀:不纯金属在电解质溶液中发生的腐蚀（活泼金属被腐蚀）。 ★ 选择钢结构防腐方法应考虑的因素（选用原则） 1，构件所处环境的腐蚀介质的性质和分类；2，结构的重要性及构件所处的位置；3，构件的表面处理程度；4，防腐措施的性能和质量；5，应注意使第一次的费用和使用期间的维护费用的总和为最小。 ★钢结构构件基材的表面处理 除锈等级：Sa1轻度除锈，除去疏松的氧化皮、铁锈及污物Sa2彻底除锈，除去几乎所有的氧化度、铁锈及污物，最后用清洁干燥的压空气或干净的刷子清理表面后，表面应稍呈灰色Sa2.5非常彻底除锈，氧化皮、铁锈及污物应清除到仅剩有轻微的点状或条状痕迹Sa3使表观洁净的除锈，完全除去氧化皮、铁锈及污物，最后用清洁干燥的压缩空气或干净的刷子清理表面后，表面应具有均匀的金属光泽St2彻底除锈，除去疏松的氧化皮、铁锈及污物，最后用清洁干燥的压缩空气或干净的刷子清理表面后，表明应具有淡淡的金属光泽St3非常彻底除锈，表面除锈要求与St2相同，但更为彻底。表面清理后，表明应具有明显的金属光泽F1表面应无氧化皮、铁锈及油漆静层等附着物，任何残留的痕迹仅为表面变色

4.03xsWh3073xsWh

0s

hb40mm30s

s

bt15除锈方式：喷射或抛射除锈；手工或动力工具除锈；火焰除锈 钢构件表面的防腐蚀方法：涂层防腐法——钢材表面涂以非金属保护层，即用涂料将钢材表面保护起来，使之不受大气中有害介质的侵蚀（房屋钢结构中是最普遍、最常用的方法。效果好，涂料品种多，价格低廉，适应性强，操作方便；但耐久性较差，经过一定时期需要进行维修）。 ★ 常用的镀层防腐法有？1，热浸锌镀层防腐 2，热喷铝复合涂层防腐 3，热喷铝锌复合涂层防腐 ★ 防腐蚀设计的预期寿命 等级：低级为2.5年，中级为5～15年，高级为15年以上。 ★ 焊接的优点？适用性广，任何形式的构件一般都可直接相连，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性能好，可采用全自动或半自动作业，生产效率高。 缺点？高温热影响区，可能导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影响。 ★ 焊缝连接的缺陷？裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透 ★ 焊缝检验：外观检查、无损检验（射线探伤法，超声波探伤，法磁粉探伤法，渗透探伤法） ★ 大跨度钢结构的安装方法？1，整体吊装法 2，高空散装法 3，分条或分块安装法 4，滑移5，整体提升或顶升法 ★大跨度房屋钢结构的形式 1平面结构体系：大跨度梁式钢结构，大跨度框架式钢结构，大跨度拱式钢结构 2空间结构体系：刚性结构体系：网架，网壳，拱支网架，组合网架，组合网壳，空间桁架，悬臂结构等；柔性结构体系：悬索结构，索膜结构，索穹顶结构；刚性结构体系和柔性结构体系结合的杂交体系：预应力网架/网壳，斜拉网架/网壳，弦支穹顶，张弦梁结构等 ★ 刚性结构体系：网架，网壳，拱支网架，组合网架，组合网壳，空间桁架，悬臂结构等 柔性结构体系：悬索结构，索膜结构，索穹顶结构 刚性结构体系和柔性结构体系结合的杂交体系：预应力网架/网壳，斜拉网架/网壳，弦支穹顶，张弦梁结构等 ★ 悬索结构 承重索（下凹）承担外荷载；稳定索（上凸）。 ★网架的支承形式: 周边支承、点支承、周边支承和点支承结合、三边支承、两边支承 ★ 网架节点的形式有？(1) 焊接空心球节点(2) 螺栓球节点(3) 焊接钢板节点(4) 焊接钢管节点(5) 杆件直接汇交节点 ★ 单层网壳:1单层柱面网壳2单层球面网壳3单层椭圆抛物面网壳4单层双曲抛物面网壳 ★ 剪力滞后效应：框筒在剪力作用下产生变形，柱内力不再是线性分布，角柱轴力最大，中部柱轴力较小。 ★ 避免（剪力滞后效应）角柱轴力过大的措施：1）控制框筒平面的长宽比; 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比 ★ 地震计算方法：振型分解法，时程分析法 ★ （判断）结构分析规定，不仅考虑梁柱的弯曲，剪切变形，还考虑轴向变形。 ★ 为什么偏心支撑不好？ 因为会使柱子承受剪力，对柱子不利 ★ 为什么耗能梁段中间加加劲肋？防止局部失稳。 ★ 框架—支撑体系:框架—中心支撑体系，框架—偏心支撑体系，框架—消能支撑体系，框架—防屈曲支撑体系 ★框架结构体系的特点（分清钢框架—混凝土核芯筒、钢框筒—混凝土核芯筒）: 1造价比全钢结构低，抗震性能比混凝土结构好.2虽然是双重抗侧力体系，但是抗震性能并不是十分良好，基本上仍属于混凝土筒体的受力性能。3钢框筒与钢框架的差别：钢框筒柱距小, 通常不超过3m，再用深梁与柱刚接，其性能与筒壁上开小洞的实体筒类同4抗侧刚度：钢框架(钢框筒) << 混凝土核芯筒。5混凝土核心筒承担绝大部分水平力, 外侧的钢框架(钢框筒)承担的水平力通常小于20%。6混凝土核芯筒：延性差, 在地震作用下会出现裂缝, 刚度将显著降低, 所承担的水平力部分将向钢框架(钢框筒)转移。7为了防止出现连锁破坏, 宜设计成双重抗侧力体系，混凝土核芯筒应有良好的延性，在地震作用达到弹塑性变形限值时，仍能承受不小于75%的水平力。钢框架(钢框筒)：作为第二道抗侧力结构, 应设计成能承受不小于25%的水平力 ★ 结构体系及图示：1，纯框架体系 2，框架—支撑体系 3，钢框架剪力墙体系 4，钢框架—混凝土核芯筒、钢框筒—混凝土核芯筒 5，钢筒体体系 6，巨型结构体系 7，其他结构体系

★ 如何做抗震设计？我国抗震规范： “多遇地震按弹性设计” 多遇地震作用下的计算规定 采用振型分解反应谱法 下列情况应补充弹性时程分析 甲类抗震设防类别的房屋；特别不规则的房屋：多项平面、竖向多项不规则 超过一定高度的房屋 罕遇地震作用下的弹塑性变形计算规定弹塑性时程分析法、静力弹塑性分析法(Push over)。下列情况应进行弹塑性时程分析 高度大于150m；属于甲类建筑或设防烈度为9度时的乙类建筑。下列情况宜进行弹塑性时程分析表7-7所列高度范围，且有竖向不规则 7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时的乙类建筑；高度在100~150m

★ 组合梁抗剪连接件的设计 抗剪连接件的承载力设计值 栓钉连接件 ★ 槽钢连接件 弯筋连接件 ★刚性连接的形式:翼缘板式连接，翼缘端部加宽，翼缘端部腋型扩大，狗骨头型（可避免梁柱连接处破坏） ★ 狗骨头型连接方式有什么好处？相对加强了梁柱连接处的梁端截面，保证在地震作用下梁端首先是要能顺利形成塑性铰，其次是塑性铰的位置要相对梁柱连接处外移一定的距离，保证破坏发生在骨头处，以对节点起到保护作用。 ★ 柱与柱的拼接最好在哪里？ 1. 柱截面相同时的拼接 拼接位置应在弯矩较小处，宜于在框架梁上方1.3m处 ★ 一般采用等强连接：坡口焊、或高强度螺栓连接 2. 柱截面不同时的拼接 宜保持截面高度不变，而改变板件厚度；截面高度变化时，应设置平缓的过渡段（1:4）、 ★ 框架柱的类型 纯钢柱，圆钢管混凝土柱，矩形钢管混凝土柱，型钢混凝土柱 ★ 屋盖支撑系统的作用 1，保证屋盖结构的几何稳定性2，保证屋盖的刚度和空间整体性3，为弦杆提供适当的侧向支承点 4，承担并传递水平荷载 5，保证结构安装时的稳定与方便 屋盖支撑系统的构成 屋盖上弦横向水平支撑，屋盖下弦横向水平支撑，屋盖下弦纵向水平支撑，竖向支撑，系杆 ★ 支撑系统：屋盖支撑、柱间支撑、山墙面墙架支撑 ★ 温度缝：最普遍的做法是设置双柱 ★ 竖向支撑（垂直支撑）作用：使相邻两屋架形成几何不变的空间体系，以保证屋架在使用和安装时的侧向稳定。 布置：应布置在设有上弦横向支撑的开间内。另外，每隔4~5个开间应布置一道竖向支撑。