鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

1、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用和其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有下列特點(diǎn)：一、鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材的容重雖然較大，但與其他建筑材料相比，它的強(qiáng)度卻高得多，因而當(dāng)承受的荷載和條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)要比其他結(jié)構(gòu)輕，便于運(yùn)輸和安裝，并可跨越更大的跨度。二、鋼材的塑性和韌性好塑性好，使鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)因偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)。鋼材的這些性能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠提供了充分的保證。三、鋼材更接近于勻質(zhì)和各向同性體鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，非常接近于勻質(zhì)和各向同性體，在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。這些性能和力學(xué)計(jì)算中的假定比較符合，所以鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際的受力情況。四

2、、鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，易于采用工業(yè)化生產(chǎn)，施工安裝周期短鋼結(jié)構(gòu)由各種型材組成，制作簡(jiǎn)便。大量的鋼結(jié)構(gòu)都在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)制造廠中制造；精確度高。制成的構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，采用螺栓連接，且結(jié)構(gòu)較輕，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固或改造。五、鋼結(jié)構(gòu)的密封性好鋼結(jié)構(gòu)的氣密性和水密性較好，因此一些要求密閉的高壓容器、大型油庫(kù)、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)，大多采用鋼結(jié)構(gòu)。六、鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性好，但防火性差眾所周知，鋼材耐熱而不耐高溫。隨著溫度的升高，強(qiáng)度就降低。當(dāng)周圍存在著幅射熱，溫度在150以上時(shí)，就應(yīng)采取遮擋措施。如果一旦發(fā)生火災(zāi)，結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到500以上時(shí)，就可能全部瞬時(shí)崩潰。為了提

3、高鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)，通常都用混凝土或磚把它包裹起來(lái)。七、鋼材易于銹蝕，應(yīng)采取防護(hù)措施鋼材在潮濕環(huán)境中，特別是處于有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕，必須刷涂料或鍍鋅，而且在使用期間還應(yīng)定期維護(hù)。這就使鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常性的維護(hù)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。另外，鋼結(jié)構(gòu)價(jià)格比較昂貴，鋼材又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門必需的重要材料。從全局觀點(diǎn)來(lái)看，建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用就受到一定的限制，并且設(shè)計(jì)時(shí)要盡量節(jié)約鋼材。但若采用其他建筑材料不能滿足要求或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，則可考慮采用鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的合理應(yīng)用范圍大致有如下幾個(gè)方面：一、大跨度結(jié)構(gòu)用于大會(huì)堂、體育館、展覽館、影劇院、飛機(jī)庫(kù)、汽車庫(kù)等。采用的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、拱架結(jié)構(gòu)、

4、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。二、廠房結(jié)構(gòu)如冶金工廠的平爐車間、初軋車間、混鐵爐車間等；重型機(jī)器廠的鑄鋼車間，水壓機(jī)車間、鍛壓車間等；造船廠的船臺(tái)車間；飛機(jī)制造廠的裝配車間等。這些車間的主要承重骨架往往全部或部分采用鋼結(jié)構(gòu)。三、高層建筑用于旅館、飯店、公寓、辦公樓等高層樓房。四、塔桅結(jié)構(gòu)用于電視塔、微波塔、高壓輸電線路塔，化工排氣塔、大氣監(jiān)測(cè)塔、石油鉆井塔，火箭發(fā)射塔以及無(wú)線電桅桿等。五、板殼結(jié)構(gòu)冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板造成的容器，如大型儲(chǔ)液庫(kù)、煤氣庫(kù)、高爐、熱風(fēng)爐等。六、可拆卸結(jié)構(gòu)用于裝配式活動(dòng)房屋、臨時(shí)性展覽館等。七、輕鋼結(jié)構(gòu)用于中、小型房屋。鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)類型及形式一、梁與柱

5、剛接連接1 .H形柱強(qiáng)軸與H形梁連接：翼緣剖口焊，腹板高強(qiáng)螺栓連接2 .H柱強(qiáng)軸帶懸臂梁與H梁連接：懸臂梁段與柱和與中間梁段均為全焊連接，腹板用安裝螺栓固定3 .H柱強(qiáng)軸帶懸臂梁與H梁連接：懸臂梁段與柱全焊連接，與中間梁段翼緣焊接，腹板用高強(qiáng)螺栓連接4 .H形柱弱軸與H形梁連接：翼緣剖口焊，腹板高強(qiáng)螺栓連接腹板5 .H形柱弱軸帶懸臂梁與H梁連接：懸臂梁段與柱和與中間梁段均為全焊連接，用安裝螺栓固定6 .H形柱弱軸帶懸臂梁與H梁連接：懸臂梁段與柱全焊連接，與中間梁段翼緣焊接,腹板用高強(qiáng)螺栓連接7 .箱形柱與H形梁連接：翼緣剖口焊，腹板高強(qiáng)螺栓連接8 .箱形柱帶懸臂梁與H形梁連接：懸臂梁段與柱和與

6、中間梁段均為全焊連接，腹板用安裝螺栓固定9 .箱形柱帶懸臂梁與H形梁連接：懸臂梁段與柱全焊連接，與中間梁段翼緣焊接，腹板用高強(qiáng)螺栓連接10 .圓管柱帶懸臂梁與H形梁連接：懸臂梁段與柱全焊連接，與中間梁段翼緣焊接,腹板用高強(qiáng)螺栓連接11 .十字形柱與H形梁連接：翼緣剖口焊，腹板高強(qiáng)螺栓連接12 .十字形柱帶懸臂梁與H形梁連接：懸臂梁段與柱和與中間梁段全部焊接，腹板用普通螺栓固定.、梁與柱較接連接1 .H形柱強(qiáng)軸與H形梁連接：連接板與梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接2 .H形柱弱軸與H形梁連接：連接板與梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接3 .箱形柱與H形梁連接：連接板與梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接4 .十字形柱與H形梁連接，連接板

7、與梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接5 .圓管形柱與H形梁連接：連接板與梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接三、主梁與次梁連接1.H形次梁與H形主梁的簡(jiǎn)支連接，次梁腹板伸入主梁翼緣內(nèi),腹板用高強(qiáng)螺栓連接2.H接形次梁與H形主梁的簡(jiǎn)支連接，主梁加勁肋伸出與次梁連接，腹板用高強(qiáng)螺栓連四、支撐連接1 .斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與工字形柱強(qiáng)軸和工字形梁連接2 .斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與工字形柱弱軸和工字形梁連接3 .斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與箱形柱和工字形梁連接4,斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面在橫梁上的連接5.斜桿為H型鋼與H型柱強(qiáng)軸和工字形梁連接6,斜桿為H型鋼與H型柱弱軸和工字形梁連接7,斜桿為H型鋼與箱形柱弱軸

8、和工字形梁連接8,斜桿為H型鋼在橫梁伸臂上的連接9,斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與工字形柱強(qiáng)軸在柱腳連接10,斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與工字形柱弱軸在柱腳連接11,斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與與箱形柱在柱腳連接12,斜桿為H型鋼與H型柱強(qiáng)軸在柱腳連接13,斜桿為H型鋼與H型柱弱軸在柱腳連接14.斜桿為H型鋼與箱形柱在柱腳連接15,斜桿為雙槽鋼或雙角鋼組合截面與節(jié)點(diǎn)板十字交叉連接16.斜桿為H型鋼十字交叉連接3,圓管形柱拼接4,十字形柱拼接六、柱腳連接1 .H形截面柱剛接連接（一、二、三）2 .箱形截面柱剛接連接（一、二、三）3 .十字形截面柱剛接連接4 .圓管柱剛接連接5 .H截面柱較接

9、連接1.剪力墻與H形鋼梁的錢接連接鋼屋蓋11.3.1鋼屋架1 .鋼屋架形式屋架的形式很多，常用的鋼屋架形式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架、多邊形屋姐箋o(1)三角形屋架坡度大(i=1/31/2)。上、下弦全長(zhǎng)受力不均勻，支座附近內(nèi)力較大而跨中較小、腹桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)，當(dāng)用于大跨度時(shí)三角形屋架不夠經(jīng)濟(jì)。由于方便運(yùn)輸，故應(yīng)用較廣。(2)梯形屋架可用于坡度小于1/3的屋蓋，弦桿內(nèi)力比較均勻(圖1112c、12d)。梯形屋架在工業(yè)廠房中應(yīng)用較廣。(3)平行弦屋架可用作單坡屋架及屋蓋結(jié)構(gòu)中的托架(圖11-12e)o（4）多邊形屋架有上弦彎折及下弦彎折兩種。上下弦桿相交的角度較大，使弦桿內(nèi)力較小。上弦彎

10、折后，在節(jié)點(diǎn)處需墊高，使屋面仍保持在一個(gè)坡度上（圖1112f）。采用下弦彎折多邊形屋架可使房屋總高度減小，但僅用于沒(méi)有懸掛起重設(shè)備的房屋（圖11-12g）。2 .屋架桿件的受力特點(diǎn)上弦桿一般為受壓桿件，當(dāng)有節(jié)間荷載時(shí)為壓彎構(gòu)件。下弦桿為受拉桿件，當(dāng)有節(jié)間載荷時(shí)為拉彎構(gòu)件。腹桿為軸心受拉桿件或軸心受壓桿件。-ww3 .鋼屋架節(jié)點(diǎn)屋架的弦桿和腹桿一般采用兩個(gè)對(duì)稱的角鋼組成，通過(guò)節(jié)點(diǎn)板焊接連接形成整體。在節(jié)圖1112屋架形式點(diǎn)處，桿件重心線應(yīng)交于一點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)板厚度常用1012mm。弦桿和腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙C不應(yīng)小于20mm（不直接承受動(dòng)力荷載）及50mm（直接承受動(dòng)力荷載工相鄰角焊縫焊趾間凈距

11、不應(yīng)小于5mm（焊接吊車桁架另有規(guī)定）。節(jié)點(diǎn)形式很多，現(xiàn)敘述幾種節(jié)點(diǎn)。1 .下弦中間節(jié)點(diǎn)如圖11-13所示，節(jié)點(diǎn)板在所有桿件的兩角鋼之間，其下邊伸出下弦肢背1015mm,在滿足焊縫長(zhǎng)度及桿件距離情況下，定出合理的節(jié)點(diǎn)板形狀與尺寸。2 .上弦中間節(jié)點(diǎn)上弦有楝條時(shí)，節(jié)點(diǎn)板應(yīng)低于角鋼肢背，形成槽焊縫（圖1113b）。3 .屋脊節(jié)點(diǎn)上弦桿在脊點(diǎn)處應(yīng)用相同號(hào)數(shù)的角鋼進(jìn)行拼接。為使拼接角鋼與上弦桿之間密合和便于焊接，需將拼接角鋼的肢背角尖削除，并將垂直肢切去一個(gè)三角形，冷彎后焊縫對(duì)接（圖1114）。下弦中間節(jié)點(diǎn)上弦中間節(jié)點(diǎn)圖11-13下弦、上弦中間節(jié)點(diǎn)P5025。圖11-14屋脊節(jié)點(diǎn)（4）支座節(jié)點(diǎn)鋼屋架支

12、座節(jié)點(diǎn)大都采用平板式支座，由節(jié)點(diǎn)板、加勁肋、支座底板及錨栓等組成。加勁肋在支座節(jié)點(diǎn)中心，下弦桿高于支座底板h>130mm,圖1115a為三角形屋架支座節(jié)點(diǎn)，圖1113b為梯形屋架支座節(jié)點(diǎn)。圖1115支座節(jié)點(diǎn)11.3.2屋架支撐支撐是屋蓋結(jié)構(gòu)中不可少的重要構(gòu)件，其主要作用是增加屋蓋結(jié)構(gòu)的空間剛度、保證結(jié)構(gòu)幾何不變和穩(wěn)定性，以及傳遞作用于屋蓋的水平力。根據(jù)支撐設(shè)置的部位不同有上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、屋架垂直支撐和系桿等。當(dāng)有天窗時(shí)，還應(yīng)注意天窗架間支撐。1 .上弦橫向支撐一般布置在房屋的兩端和溫度縫的兩側(cè)開(kāi)間，間距控制在5060m,超過(guò)后中間增設(shè)一道或幾道。位于

13、兩根屋架之間的上弦桿斜平面內(nèi)。當(dāng)房屋較長(zhǎng)時(shí)，每隔離5060米再增加一道。其作用減小上弦計(jì)算長(zhǎng)度（平面外），與屋架組成空間體系，保證屋架上弦的穩(wěn)定性。（圖1116）2 .下弦橫向水平支撐一般布置在上弦橫向水平支撐的同一開(kāi)間。當(dāng)屋架下弦有懸掛設(shè)備或下弦彎折的屋架或山墻抗風(fēng)柱支承于屋架下弦時(shí)，必須設(shè)置。（圖1117）3 .下弦縱向水平支撐一般都布置在屋架的兩端部節(jié)間，與屋架下弦橫向水平支撐組成封閉的水平支撐系統(tǒng)。當(dāng)廠房振動(dòng)較大或有托架時(shí)必須設(shè)置。4 .屋架垂直支撐布置在屋架之間，并與上下弦橫向水平支撐在同一開(kāi)間。在梯形屋架兩端支座處也應(yīng)布置。當(dāng)橫向水平支撐相隔較遠(yuǎn)時(shí)，可每隔45根屋架設(shè)置。屋架垂直支

14、撐的主要作用是保證屋架的穩(wěn)定和承受縱向水平力。屋架垂直支撐可設(shè)計(jì)成平行弦桁架。5 .系桿一般設(shè)置在屋架上下弦節(jié)點(diǎn)之間，沿房屋長(zhǎng)度方向統(tǒng)長(zhǎng)布置，以保證無(wú)橫向支撐的各屋架的穩(wěn)定。當(dāng)屋架上弦已有楝條或大型屋面板時(shí)，一般可不再設(shè)上弦系桿。系桿可用角鋼組成。S0w60r*w*i50-GDnr圖11-16上弦橫向支撐，內(nèi)向+*士”圖1117下弦橫向支撐鋼結(jié)構(gòu)的支撐體系支撐系統(tǒng)屬鋼結(jié)構(gòu)體系中一個(gè)次要的部分，但又是一一個(gè)必不可少的部分。在門式剛架鋼結(jié)構(gòu)中，支撐體系有重要的功能，主要表現(xiàn)在：保證總體結(jié)構(gòu)和單個(gè)構(gòu)件的穩(wěn)定性、傳遞水平作用至基礎(chǔ)和輔助安裝工程等，對(duì)于平面布置復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，支撐系統(tǒng)還有利于結(jié)構(gòu)剛度的調(diào)整

15、，使結(jié)構(gòu)受力均勻、合理，提高其整體性。本章將系統(tǒng)介紹門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的屋蓋水平支撐、柱間支撐及其他支撐的功能、設(shè)置原則、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和截面承載力驗(yàn)算等方面的內(nèi)容。同時(shí)，還將就支撐內(nèi)力分析的有關(guān)問(wèn)題展開(kāi)討論。第一節(jié)支撐系統(tǒng)的功能、設(shè)置原則與構(gòu)造1.支撐系統(tǒng)設(shè)置原則門式剛架鋼結(jié)構(gòu)中，支撐系統(tǒng)可分為屋蓋水平支撐、柱間支撐及其他輔助支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)設(shè)置的基本原則為：明確、合理簡(jiǎn)捷地傳遞縱向荷載，盡量縮短傳力途徑；保證結(jié)構(gòu)體系平面外的穩(wěn)定，為結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的整體穩(wěn)定性提供側(cè)向支撐點(diǎn)；方便結(jié)構(gòu)的安裝；滿足必要的強(qiáng)度、剛度要求，具有可靠的連接。在門式剛架鋼結(jié)構(gòu)房屋中，針對(duì)不同類別的支撐，還存在一些具體的規(guī)定

16、和要求。(1)屋蓋水平支撐屋蓋水平支撐和柱間支撐是一個(gè)整體，共同保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并將縱向水平荷載通過(guò)屋蓋水平支撐，經(jīng)柱間支撐傳至基礎(chǔ)。為保證結(jié)構(gòu)山墻所受縱向荷載的傳遞路徑簡(jiǎn)短、快捷，屋蓋橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在建筑物0或建筑物溫度區(qū)段的兩端開(kāi)間內(nèi)，以求直接傳遞山墻荷載。如第一開(kāi)問(wèn)內(nèi)不能設(shè)置時(shí)，可設(shè)置在第二開(kāi)間內(nèi)，但必須注意，第一開(kāi)間內(nèi)相應(yīng)傳遞水平荷載的桿件應(yīng)該設(shè)計(jì)成壓桿。當(dāng)建筑物或溫度伸縮區(qū)段較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)增設(shè)一道或多道水平支撐，間距不得大于60mo當(dāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)稱且各跨高度一致時(shí)，屋蓋水平支撐相對(duì)簡(jiǎn)單，即在滿足溫度區(qū)段長(zhǎng)度條件下，可僅在端開(kāi)（設(shè)置（圖4.11）o在建筑物內(nèi)，當(dāng)柱列有不同柱距時(shí)，或當(dāng)建

17、筑物有高低跨變化時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐提高結(jié)構(gòu)的整體性，調(diào)整結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的分布，以求減小各剛架柱側(cè)向水平位移的差異，使結(jié)構(gòu)受力均勻、合理。當(dāng)建筑平面布置不規(guī)則時(shí)，如有局部凸出、凹進(jìn)、抽柱等情況時(shí)，為提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)力，在上述區(qū)域均需設(shè)置縱、橫向封閉的連續(xù)水平支撐系橡條是屋蓋結(jié)構(gòu)體系中次要的承重結(jié)構(gòu)，它將屋面荷載傳遞到剛架。橡條一只有一層，即直接擱置在剛架斜梁上。如果主剛架的間距過(guò)大，同時(shí)又不設(shè)置托梁，若僅設(shè)置一層橡條會(huì)出現(xiàn)撓度過(guò)大、截面不經(jīng)濟(jì)等不合理現(xiàn)象，則可增設(shè)一層次梁。此時(shí)，屋面荷載先傳到橡條上，再通過(guò)次梁傳到剛架斜梁上。在屋脊處有氣樓時(shí)，橡條尚須承受氣樓以及氣樓上的屋蓋荷載。在天溝處，一般用橡條支承。在輕型房屋中，往往采用大面積、小坡度的屋面，屋脊至檐門的寬度可在30m以上。屋脊處不設(shè)天窗，通風(fēng)與采光均用輕型材料或輕型結(jié)構(gòu)。一般通風(fēng)采用氣樓或排風(fēng)機(jī)，采光則利用亮瓦。本章將介紹橡條的布置原則、常用的截面形式，同時(shí)系統(tǒng)闡述橡條的設(shè)汁方法，并給出相關(guān)的構(gòu)造措施和設(shè)汁實(shí)例。第一節(jié)橡條布置與形式1.橡條的布置橡條的布置較為簡(jiǎn)單，通常情況下楝條直接擱置在剛架斜梁上，當(dāng)設(shè)次梁時(shí)，橡條一端支承在剛架上，另一端支承于次梁上。橡條的跨度取決于剛架的間距，橡條的間距依屋面板材料的力學(xué)性能和屋面荷載的大小而定，一般在1.0-1.5m