鋼結構設計控制要點2015.12.11

1、鋼結構設計控制要點總的原則總的原則 整體把控，注重細部 現(xiàn)實聯(lián)系理想 強度，剛度，穩(wěn)定都重要 強節(jié)點，弱構件主要章節(jié)主要章節(jié)l1 1、鋼結構的應用范圍、鋼結構的應用范圍l2 2、鋼結構常見的破壞形態(tài)、鋼結構常見的破壞形態(tài)l3 3、鋼結構的材料性能、鋼結構的材料性能l4 4、鋼結構的連接、鋼結構的連接l5 5、鋼結構的有限元分析及實驗研究、鋼結構的有限元分析及實驗研究l6 6、鋼結構的力學模型、鋼結構的力學模型l7 7、鋼結構常用的計算軟件、鋼結構常用的計算軟件l8 8、鋼結構的防腐及防火、鋼結構的防腐及防火1.1.鋼結構的應用范圍鋼結構的應用范圍p1 1）大跨度結構）大跨度結構p2 2）重型廠

2、房結構）重型廠房結構p3 3）受動力荷載影響的結構）受動力荷載影響的結構p4 4）可拆卸的結構）可拆卸的結構p5 5）高聳結構和高層結構）高聳結構和高層結構p6 6）容器和其它構筑物）容器和其它構筑物p7 7）輕型鋼結構）輕型鋼結構p8 8）海洋平臺結構）海洋平臺結構（1）大跨度結構）大跨度結構體育館、展覽展覽館、影劇院、會議中心、機庫等（2）重型廠房結構鋼鐵、化工、機械、發(fā)電等行業(yè)的廠房（3）受動力荷載影響的結構：）受動力荷載影響的結構：公路，鐵路，跨江，跨海（4）可拆卸、移動的結構舞臺、展棚、軍用設施、溫室等（5）高聳結構和高層結構金茂、環(huán)球金融中心、迪拜塔（5）高聳結構和高層結構電視塔、

3、天線、發(fā)射架、管道支架（6）容器和其它構筑物 油罐、儲氣罐密封性好、耐高壓（7）輕型結構廠房、住宅、公共建筑輕便、安裝迅速輕便、安裝迅速（8）海洋平臺2 2、鋼結構常見的破壞形態(tài)、鋼結構常見的破壞形態(tài) 鋼結構的鋼結構的承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)可以出現(xiàn)于下列六種情況：可以出現(xiàn)于下列六種情況： （1） 整個結構或其一部分作為剛體失去平衡（如傾覆）；整個結構或其一部分作為剛體失去平衡（如傾覆）； （2） 結構構件或連接因材料強度被超過而破壞；（強度破結構構件或連接因材料強度被超過而破壞；（強度破壞）壞） （3） 結構轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（倒塌）；結構轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（倒塌）； （4） 結構或構件喪失

4、穩(wěn)定（屈曲等），網(wǎng)架倒塌；結構或構件喪失穩(wěn)定（屈曲等），網(wǎng)架倒塌； （5） 結構出現(xiàn)過度的塑性變形，而不適用于繼續(xù)承載；結構出現(xiàn)過度的塑性變形，而不適用于繼續(xù)承載； （6） 在重復荷載作用下構件疲勞斷裂。在重復荷載作用下構件疲勞斷裂。 在這些極限狀態(tài)中，在這些極限狀態(tài)中，穩(wěn)定性、抗脆斷穩(wěn)定性、抗脆斷對鋼結構設計有重要的對鋼結構設計有重要的意義。意義。整體把控整體把控l定結構方案，選結構類型l柱網(wǎng)的布置，抗側移構件的布置，支撐或剪力墻，力爭使結構平面布置規(guī)則。l軟件計算，整體參數(shù)，周期比，整體側移，層間側移；構件的應力比，位移。l應力比：主要傳力構件0.7-0.8，二級構件0.8-0.9，次要構

5、件0.95以下。l可用的軟件有SAP2000，MIDAS，PKPM等軟件青島郵輪母港客運中心鋼屋蓋考慮行波效應的地震反應分析 注重細部3 鋼結構的材料鋼結構的材料l3.1 對鋼結構用材的要求鋼 材 鐵（Fe）、碳（C）及其它元素的合金?；瘜W成分 碳素鋼，低合金鋼，不銹鋼，耐候鋼。結構鋼材 鋼板，型鋼。供貨鋼材鋼板型鋼熱軋冷成型結構用鋼：碳素鋼、合金鋼中少數(shù)幾種。鋼材的選用：Q235B，Q345B，Q345C等牌號（簡稱鋼號）：AbQ235半鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量分級屈服強度，大小為235N/mm2屈服強度，基本反映含碳量高低。質(zhì)量分級A D，表示質(zhì)量低 高（根據(jù)沖擊韌性和冷彎性能劃分）3 鋼結構的材料鋼結

6、構的材料結構鋼須具備性能：較高的強度，塑性好，韌性好，良好的加工性能，適合冷、熱加工，良好的可焊性。一、單向拉伸時的工作性能3 鋼結構的材料鋼結構的材料拉伸試驗鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現(xiàn)的性能強度指標變形性能 彈性階段 彈塑性階段 塑性階段 應變硬化階段 頸縮階段主要力學性能指標：彈性模量比例極限屈服點抗拉強度伸長率3 鋼結構的材料鋼結構的材料二、冷彎性能 判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標。 根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定彎心直徑將試樣彎曲180，其表面及側面無裂紋或分層則為冷彎試驗合格。3 鋼結構的材料鋼結構的材料三、沖擊韌性 韌性是鋼材斷裂時吸收機械能力的量度。實際中用沖擊韌性衡量

7、鋼材抗斷裂的性能。測量方法：梅氏方法夏比法缺口韌性值受溫度影響：常溫（205）0負溫（-20或-40）3 鋼結構的材料鋼結構的材料碳素結構鋼質(zhì)量分級質(zhì)量分級沖擊韌性冷彎性能A不要求需要則進行BAKV27J（常溫）合格CAKV27J（0）合格DAKV27J（-20）合格改進韌性，保證可焊性注：表中沖擊韌性采用夏比V形缺口試驗。3 鋼結構的材料鋼結構的材料對鋼材力學性能影響的因素對鋼材力學性能影響的因素l 一）、化學成分的影響l 二）、成材過程的影響1、生產(chǎn)過程冶煉，澆筑，軋制（鋼板厚?。?，熱處理2、加工過程冷加工硬化（應變硬化），熱加工，使用過程，應力情況（3）應力殘余應力：降低實際承載力；應力

8、集中：復雜應力狀態(tài)：多向應力，降低延性。 避免焊縫交叉應力狀態(tài)應力狀態(tài)4 鋼結構的連接鋼結構的連接一、鋼結構的連接方法 焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接 接連栓螺接連釘鉚接連縫焊法方接連(a)(b)(c)(a)(b)(c)1、焊縫連接的特點 構造簡單，連接方便； 用料經(jīng)濟，不削弱截面； 加工方便，可實現(xiàn)自動化操作； 密閉性好，結構剛度大； 缺點：焊接應力和焊接變形；熱影響區(qū)材質(zhì)變脆；對裂紋比較敏感；低溫冷脆；對動力荷載比較敏感，等。4 鋼結構的連接 2、鉚釘連接的特點 塑性和韌性較好； 連接緊密，傳力方便； 用于直接承受動力荷載的結構中（如橋梁）； 缺點：構造復雜，費工費料。很少使用。 3、螺栓連

9、接的特點 分普通螺栓連接和高強螺栓連接（1）普通螺栓連接 A、B、C三級：A和B為精制螺栓，C級為粗制螺栓； 材料等級： A和B為8.8級，C級為4.6級或4.8； 加工：A、B級由毛坯在車床上精確加工而成精制；C級為由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成粗制；4 鋼結構的連接鋼結構的連接 螺孔：A、B級需要鉆模鉆成（類孔），孔徑比螺桿大0.3mm左右；C級為一次沖成或不用鉆模鉆成（類孔）孔徑比螺桿大1.53.0mm。 受力：A、B級受力性能好，連接變形小，可以既受拉又受剪，用于重要的連接；C級螺栓連接性能不如A、B級好，主要受拉，用于承受靜力荷載和間接承受動力荷載的次要連接。 費用： A、B級成本昂貴，C

10、級螺栓價格便宜，能用C級螺栓的地方不用A、B級螺栓。 （2）高強螺栓連接 高強螺栓分為摩擦型高強螺栓和承壓型高強螺栓4 鋼結構的連接鋼結構的連接 摩擦型高強螺栓：只依靠構件接觸面之間的摩擦力來傳遞剪力，以剪力等于接觸面摩擦力為設計極限狀態(tài)。 承壓型高強螺栓：允許接觸面滑移（剪力超過摩擦力），以螺桿與構件之間的擠壓而發(fā)生的連接破壞作為承載力極限狀態(tài)。 受力： 摩擦型高強螺栓剪切變形小，彈性性能好，耐疲勞，特別適用動力荷載；承壓型高強螺栓的承載力高于摩擦型，剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結構。 材料等級：采用45號鋼、40B和20MnTiB鋼（熱處理），材料等級為 8.8級或10.9級。 孔徑

11、：摩擦型高強螺栓孔徑比螺栓大1.52.0mm；承壓型高強螺栓孔徑比螺栓大1.01.5mm。4 鋼結構的連接鋼結構的連接 二、焊接方法和焊縫連接形式 1、鋼結構常用的焊接方法介紹 手工電弧焊。 焊條選擇：Q235選擇E43型；Q345采用E50型焊條；Q390和Q420采用E55型焊條；不同鋼種之間（例Q235與Q345)宜選用低組配方案（E43型） 自動或半自動埋弧焊。 氣體保護焊。 2、焊縫缺陷及焊接質(zhì)量檢驗 焊縫缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、未熔合等4 鋼結構的連接鋼結構的連接1234567 手工電弧焊1-電源 2-導線 3-夾具 4-焊條 5-電弧 6-焊件 7-焊逢

12、123849101265711 自 動 埋 弧 電 弧 焊1 電 源 2 導 線 3 夾 具 4 焊 絲 5 電 弧 6 焊 件7 焊 逢 8 轉(zhuǎn) 盤 9 漏 斗 10 溶 劑 11 熔 化 的 溶 劑 12 移 動 方 向123456 電 阻 焊1 電 源 2 導 線 3 夾 頭 4 焊 件 5 壓 力 6 焊 逢 焊縫質(zhì)量檢驗：外部檢驗外部（外部尺寸和缺陷）和內(nèi)部檢驗（內(nèi)部缺陷）。 內(nèi)部檢驗方法：超聲波（主要)；磁粉（輔助）； 熒光檢驗（輔助）；x射線、射線等（x射線應用廣）。 焊縫質(zhì)量等級：鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范對焊縫分為一級、二級和三級。 三級焊縫只要求進行外觀檢驗并符合標準；一級

13、、二級除了外觀檢查外，還必須進行一定量的超聲波檢驗并符合相應的標準。 焊縫等級的選用： 疲勞驗算的構件：垂至于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時為一級，受壓時為二級；4 鋼結構的連接鋼結構的連接 不進行疲勞計算的構件：對接焊縫要求等強時受拉焊縫不低于二級，受壓時宜為二級； 重級工作制吊車和Q50T的中級工作制的吊車，吊車梁腹板與上翼緣之間的T形焊透的對接與角接組合焊縫，不低于二級； 角焊縫一般為三級，只有直接承受動力荷載的焊縫應為二級。 3、焊縫連接形式和焊縫形式 焊縫連接形式：按照被連接構件的相對位置來分為對接（直接對接和蓋板對接）、搭接、T形連接和角部連接等4 鋼結構的連接鋼結構的連接 焊 逢

14、 的 連 接 形 式接頂接搭接平(a )(b )(c )(a )(b )(c ) 頂 接 中 的 焊 逢 形 式對 接 焊 逢 角 焊 逢( a )( b )( a )( b ) 焊縫形式：對接焊縫和角焊縫 對接焊縫：正對接焊縫和斜對接焊縫 角焊縫：正面角焊縫（端縫）、側面角焊縫（側縫）和斜角焊縫（斜縫） 連續(xù)角焊縫（重要構件）和間斷角焊（次要構件）：間斷角焊縫間斷距離l15t（受壓）和l30t（受拉），t為較薄件的厚度 按照施焊位置分：平焊（俯焊）、橫焊、立焊和仰焊四種。焊接質(zhì)量影響較大。4、焊縫代號、螺栓及其孔眼圖例 焊縫代號： 螺栓及其孔眼：4 鋼結構的連接鋼結構的連接 焊逢的施焊位置俯

15、焊 立焊 橫焊 仰焊(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)mm35.0mm43mm32mm32mm43mm43 對接焊逢的構造直邊縫 單邊V型縫 雙邊V型縫 U型縫 K型縫 X型縫 (a)(b)(c)(d)(e)(f)(a)(b)(c)(d)(e)(f) 不同厚度或?qū)挾蠕摪宓钠唇痈淖兒穸?改變寬度(a)(b)(a)(b) 三、焊接應力和焊接變形 1、焊接應力 焊接應力產(chǎn)生的原因。 焊接應力的類型：縱向焊接應力；橫向焊接應力；厚度方向的焊接應力。 焊接應力對結構性能的影響：不影響結構的靜力強度；降低結構的剛度；降低結構的穩(wěn)定承載力；增加了結構在低溫下的脆斷傾向；對結構的疲勞強度有明顯的

16、不利影響。 2、焊接變形 焊接變形：局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等，影響構件在正常使用條件下的承載能力。t 3、減少焊接應力和焊接變形的措施 設計上： 焊件位置的安排要合理。盡量使焊縫對稱于構件截面的中心軸。 焊縫尺寸要適當。不得隨意增大焊縫的厚度。 焊縫的數(shù)量宜少，且不宜過分集中。 應盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉。 盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。工藝上： 采取合理的施焊次序。例如分段退焊、分層焊和工字形截面的對角跳焊等。 采用反變形法。 對于小尺寸焊件，采取焊前預熱，焊后回火加熱至600度左右，然后慢慢冷卻，可以消除焊接應力和焊接變形。 采取剛性固定法來控制焊接變形，但增加了焊接應力。

17、四、普通螺栓連接與構造 1、螺栓的排列 螺栓排列要求：受力要求；構造要求；施工要求。 螺栓排列方式：并列和錯列兩種。 螺栓排列的最大和最小容許距離。 2、螺栓的構造要求 每一構件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久螺栓的數(shù)目不少于2個。 對直接承受動力荷載的普通螺栓連接，應當采用雙螺帽或其它防止螺帽松動的有效措施。 由于C級螺栓與孔壁有較大間隙，一般只受拉力，不宜受剪，承受靜力荷載結構的次要連接、可拆卸結構和臨時結構，可采用C級螺栓受剪。重要結構中，優(yōu)先采用高強螺栓。3d03d03d02d02d04d08d08d08d08d08t12t12t12t12t16do或24t（受拉）12do或18t（受

18、壓） 鋼板上的螺栓排列 螺栓排列的最小距離 螺栓排列的最大距離(b)(c)(a)(b)(c) 五、高強螺栓連接與構造 當型鋼構件的拼接采用高強度螺栓連接時，由于型鋼的抗彎剛度較大，不能保證摩擦面緊密貼和，故不能用型鋼作為拼接件，而應采用鋼板。 在高強度螺栓連接范圍內(nèi)，構件接觸面的處理方法應在施工圖中說明。 防止脆性斷裂影響鋼材脆斷的因素： 鋼材的質(zhì)量，鋼板的厚度，加荷速度，應力性質(zhì)和大小，最低使用溫度，連接的方法，應力集中程度等。防止脆斷的措施有： 1）對低溫地區(qū)的焊接結構要注意選擇鋼材的材質(zhì)； 2）對焊接結構特別是低溫地區(qū)，設計時要注意焊縫的正確布置和施焊時注意焊縫的質(zhì)量； 3）力求避免應力集中； 4）結構在使用時應避免使其突然受力，要使加荷的速度不致過大。