房屋鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(ppt)課件

1、同濟大學(xué)房屋鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(ppt)優(yōu)選同濟大學(xué)房屋鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計第1節(jié)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1 發(fā)展歷史 20世紀(jì)5070年代：應(yīng)用較少 受鋼產(chǎn)量限制，僅用于重型廠房和大跨公建 20世紀(jì)80年代以來：飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用 1996年以后，鋼產(chǎn)量世界第一 如：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展 如：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 應(yīng)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(yè)廠房 電視塔 結(jié)構(gòu)體系豐富 純框架 帶支撐框架 框筒 網(wǎng)架網(wǎng)殼 空間桁架 剛架、拱架 懸索、張弦梁 索膜結(jié)構(gòu) 塔桅結(jié)構(gòu)1.2 發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑1.2 發(fā)展現(xiàn)狀金貿(mào)大廈框筒結(jié)構(gòu)；地上88層；地下

2、3層；結(jié)構(gòu)頂高420m；環(huán)球金融中心框筒結(jié)構(gòu)；地上101層；地下3層；結(jié)構(gòu)頂高492m；高層建筑1.2 發(fā)展現(xiàn)狀上海中心框筒結(jié)構(gòu)；勁性混凝土柱；地上118層；地下5層；結(jié)構(gòu)頂高580m；高層建筑1.2 發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑央視大廈框筒結(jié)構(gòu)；兩座傾斜塔樓；懸挑75m；地上52層；地下3層；結(jié)構(gòu)頂高234m；1.2 發(fā)展現(xiàn)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(jié)構(gòu)頂高98m；1.2 發(fā)展現(xiàn)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(fā)展現(xiàn)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(jié)構(gòu)1.2 發(fā)展現(xiàn)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(fā)展現(xiàn)狀體育場館鳥巢馬鞍型；長軸332m；短軸296m；空間桁架結(jié)構(gòu)1.2 發(fā)展現(xiàn)狀體育場館鳥巢結(jié)構(gòu)骨架24跟桁架柱；22榀桁架梁；1.2 發(fā)展現(xiàn)狀體育場館水立方長寬177m；高度31m；空間剛架結(jié)構(gòu)1.2 發(fā)展現(xiàn)狀體育場館水立方結(jié)構(gòu)體系1.2 發(fā)展現(xiàn)狀機場航站樓浦東國際機場 張弦梁結(jié)構(gòu)；最大跨度83m1.2 發(fā)展現(xiàn)狀機場航站樓浦東國際機場 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀機場航站樓浦東國際機場張弦梁吊裝1.2 發(fā)展現(xiàn)狀機場航站樓重慶江北機場 桁架結(jié)構(gòu)；最大跨度90m1.2 發(fā)展現(xiàn)狀機場航站樓重慶江北機場 1.2 發(fā)展

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

5、站新武漢火車站 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)廠房中國船舶館 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀電視塔廣州電視塔結(jié)構(gòu)高450m；總高度610m；1.2 發(fā)展現(xiàn)狀電視塔廣州電視塔結(jié)構(gòu)體系 1.3 發(fā)展趨勢第2節(jié)特點和適用范圍2.1 特點1. 輕質(zhì)高強，材性均勻穩(wěn)定；2. 工業(yè)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(wěn)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(zhì)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(jié)構(gòu)越合理。B）強震地區(qū)（地震作

6、用小，延性好）C）勞動力價格高（工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)場勞動力少）D）軟土地基（基礎(chǔ)耗資小）E）大跨、超高結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)效應(yīng)函數(shù)值大）第3節(jié)材料選用3.1 結(jié)構(gòu)用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q235低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼：Q345、Q390、Q420高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼：GJZ向鋼：Z15、Z25耐候鋼：NH鋼材代號屈服強度數(shù)值(MPa)質(zhì)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(guī)定冷彎試驗需方要求時提供F (沸騰鋼)b (半鎮(zhèn)靜鋼)Z (鎮(zhèn)靜鋼)B規(guī)定 20 沖擊功Ak 27J提供冷彎試驗合格證書C規(guī)定 0 沖擊功Ak 2

7、7J提供冷彎試驗合格證書Z (鎮(zhèn)靜鋼)D規(guī)定 -20 沖擊功Ak 27J提供冷彎試驗合格證書TZ (特殊鎮(zhèn)靜鋼)3.1 結(jié)構(gòu)用鋼3.1 結(jié)構(gòu)用鋼鋼材代號屈服強度數(shù)值(MPa)質(zhì)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(guī)定冷彎試驗需方要求時提供Z (鎮(zhèn)靜鋼)B級 規(guī)定 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書C級 規(guī)定 0 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書TZ (特殊鎮(zhèn)靜鋼)D級 規(guī)定 - 20 沖擊功Ak 34J提供冷彎試驗合格證書E級 規(guī)定 - 40 沖擊功Ak 27J提供

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

9、最終設(shè)計選用的鋼種：Q345 GJC NH Z253.1 結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu)的重要性荷載特征結(jié)構(gòu)形式應(yīng)力狀態(tài)連接方法鋼材厚度工作環(huán)境鋼材選用應(yīng)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(fā)揮；3）長細(xì)比控制或應(yīng)力水平較低選低強度等級 如網(wǎng)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(jié)構(gòu)重要性1荷載狀況2連接狀況3使用溫度4 選擇因子數(shù)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(xiàn)場、高空焊不低于-403表1-1 選擇鋼材沖擊韌性指標(biāo)

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(biāo)的關(guān)系表 3.3 沖擊韌性選擇【例02】呼倫貝爾藝術(shù)館重要建筑;梁柱節(jié)點為栓焊連接；承受靜力荷載；最低溫度零下50度；第4節(jié)荷載與荷載組合4.1 風(fēng)荷載主體結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)【注意點1】陣風(fēng)系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)【思考】陣風(fēng)系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)有何不同？計算墻板和墻梁時，應(yīng)采用陣風(fēng)系數(shù)還是風(fēng)振系數(shù)？4.1 風(fēng)荷載【注意點2】對風(fēng)敏感性結(jié)構(gòu)四面開敞及雙面開敞的屋面外挑雨棚等要考慮體型系數(shù)變號的情況4.1 風(fēng)荷載4.1 風(fēng)荷載4.1 風(fēng)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(jié)構(gòu)的影響雙坡單脊；門式剛架結(jié)構(gòu)；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(wǎng)殼的積雪某雙跨拱形網(wǎng)殼；兩跨間積雪分布系數(shù)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(xiàn)在濕度大、風(fēng)速低、溫度低的區(qū)域覆冰后構(gòu)件截面增加，加大擋風(fēng)面積高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50135-20064.4 溫度作用建筑結(jié)構(gòu)的絕對溫度作用 工作環(huán)境溫度與結(jié)構(gòu)合龍溫度之最大差值 溫度分區(qū)與溫度應(yīng)力釋放（與約束的關(guān)系） 結(jié)構(gòu)合龍溫度的選擇 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件（索）對溫度的敏感性建筑結(jié)構(gòu)的相對溫度作用 同一結(jié)構(gòu)或部件、同

12、一結(jié)構(gòu)同時處于不同的溫度場 （室內(nèi)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(jié)構(gòu)某平臺鋼結(jié)構(gòu)，長150m，次梁兩端鉸接；工作溫差較大；計算發(fā)現(xiàn)，兩邊主梁應(yīng)力比超限，加大截面也不能降低應(yīng)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(jié)構(gòu)某空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，周邊支承；工作溫差較大；計算發(fā)現(xiàn)，底邊鋼圈梁應(yīng)力比超限，加大截面也不能降低應(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量提高鋼結(jié)構(gòu)的延性變形（材料、節(jié)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(guī)范中阻尼的取值多高層鋼結(jié)構(gòu)：多遇地震：H200m，取0.02；罕遇地震： 取0.05；單層廠房鋼結(jié)構(gòu)：根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)情況，取0.0450.05；大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋：下部為鋼結(jié)構(gòu)：取0.02；下部為混凝土結(jié)構(gòu)：取0.0250.035；第5節(jié)設(shè)計方法5.1 設(shè)計方法5.2 極限狀態(tài)表達(dá)式1） 非抗震設(shè)計 承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式2） 抗震設(shè)計小震大震可變荷載控制永久荷載控制5.2 極限狀態(tài)表達(dá)式1） 非抗震設(shè)計 正常使用極限狀態(tài)表達(dá)式2） 抗震設(shè)計小震標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合【例08】列出高層結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的常見荷載組合5.2 極限狀態(tài)表達(dá)式1） 非抗震設(shè)計1.2*恒+1.

14、4*活+1.4*0.6*風(fēng)1.2*恒+1.4*0.7*活+1.4*風(fēng)1.35*恒+1.4*0.7*活+1.4*0.6*風(fēng)2） 抗震設(shè)計：小震1.2*重力荷載代表值+1.4*0.2*風(fēng)+1.3*水平地震3） 抗震設(shè)計：大震第6節(jié)結(jié)構(gòu)體系6.1 常見結(jié)構(gòu)體系空間桁架剛架、拱架懸索、張弦梁索膜結(jié)構(gòu)塔桅結(jié)構(gòu)門式剛架純框架帶支撐框架框筒網(wǎng)架網(wǎng)殼6.2 優(yōu)化設(shè)計方向（1）框架結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)以梁受彎，柱受壓彎為主，它的優(yōu)化主要是選擇合適的截面；（2）門式剛架結(jié)構(gòu) 可以根據(jù)制造分段及內(nèi)力狀況分段，每段均為直線變坡，優(yōu)化構(gòu)件的折線外形；（3）空間結(jié)構(gòu) 使單個構(gòu)件全截面應(yīng)力趨于均勻，提高強度利用率。6.2 優(yōu)化設(shè)

15、計方向【例09】討論下列各種結(jié)構(gòu)體系的受力性能。6.3 輔助結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)1）兩者共同抵御水平荷載；2）輔助結(jié)構(gòu)可減小主體結(jié)構(gòu)的計算長度；3）輔助結(jié)構(gòu)提高主體結(jié)構(gòu)的整體性和剛度；4）輔助結(jié)構(gòu)維持主體結(jié)構(gòu)在施工過程中的穩(wěn)定；5）兩者可相互轉(zhuǎn)換；6）主體結(jié)構(gòu)為輔助結(jié)構(gòu)提供支座。第7節(jié)節(jié)點設(shè)計7.1 單元的劃分與結(jié)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(shè)備的能力和安裝效率；5）所有單元都要用節(jié)點連接；7.1 單元的劃分與結(jié)合【例10】框架柱的現(xiàn)場拼接點方案A方案B拼接節(jié)點思考：哪種分段點方案更合理？7.1 單元的劃分與結(jié)合【例11】 門式剛架屋面梁分段點某輕型門式剛架結(jié)構(gòu)；跨度24m；屋面梁劃分為3段；7.2 節(jié)點分類1）剛接節(jié)點A）能可靠傳遞內(nèi)力；B）具有連續(xù)的剛度；C）內(nèi)力重分布能力（塑性鉸）。7.2 節(jié)點分類2）鉸接節(jié)點A）對變形不敏感；B）桿端可轉(zhuǎn)動；7.2 節(jié)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(jié)構(gòu)對沉降