鋼結構工程結構體系

1鋼結構工程結構體系介紹2目錄/Contents鋼結構的特點及分類門式剛架結構空間桁架結構張弦梁結構弦支穹頂結構網(wǎng)架結構多高層結構31、鋼結構特點及分類

什么是鋼結構?用型鋼或鋼板制成基本構件，根據(jù)使用要求，通過焊接或螺栓連接等方法，按照一定規(guī)律組成的承載機構叫鋼結構。鋼結構在各項工程建設中的應用極為廣泛，如鋼橋、鋼廠房、鋼閘門、各種大型管道容器、高層建筑和塔軌機構等。

鋼結構因其強度高、自重輕、工期快、抗震性能好等優(yōu)點，被越來越廣泛應用于廠房、體育場館、機場、火車站、會展中心、高層建筑等領域，鋼結構建筑在建設中所占的比例越來越大；鋼結構建筑根據(jù)結構受力特點大致可分為門式剛架結構、空間桁架結構、張弦梁結構、弦支穹頂結構、網(wǎng)架結構和多高層結構；在一個工程中結構類型的界限并不是十分明確，往往包含有多種結構類型。

鋼結構的特點及分類41、鋼結構特點分類

最能充分發(fā)揮材料受力性能的是受拉構件，整個構件在長度和截面都充分受力：σ=T/A；其次是受壓構件，截面受力均勻，但存在構件整體失穩(wěn)的問題，需折減穩(wěn)定系數(shù)：σ=N/（φA）；最不能發(fā)揮材料受力性能的是受彎構件，在構件長度方向上有此部位彎矩大，有些部位小，在截面上也是離中性軸遠受力大，離中性軸近受力小；因此最經(jīng)濟的結構應該是索結構，其次是桁架結構，最后是框架結構。

結構構件的受力特點及性能52、門式剛架結構

概念：在單層和多層房屋和一般構筑物中，以熱軋型鋼、焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板和薄壁鋼管等作為主要受力構件組成的，并采用輕型屋面和墻面的鋼結構。門式剛架是輕鋼結構中最常見一種結構形式。門式剛架受力的主體結構是門式框架，可以是單跨、多跨，還可以是多層結構；門式剛架的經(jīng)濟跨度約為24-30米；

門式剛架結構形式62、門式剛架結構

門式剛架的主結構構件主要是H型鋼，可根據(jù)受力部位設計為變截面，若受力較大還可采用格構式柱或屋面桁架等組合構件；

門式剛架的構件類型72、門式剛架結構

門式剛架是一種平面受力體系，平面內(nèi)剛性很大，承載能力強，但平面外是排架結構，是不穩(wěn)定體系，框架間需加支撐系統(tǒng)；支撐系統(tǒng)一般由剛性系桿、屋面水平支撐、柱間支撐組成；

門式剛架結構支撐82、門式剛架結構

屋面梁構件平面外剛度很差，需加在梁下翼緣加隅撐與屋面檁條組成支撐體系來保證受壓翼緣的穩(wěn)定性；

受壓構件平面外穩(wěn)定性92、門式剛架結構

門式剛架結構構件之間通常采用高強螺栓連接，因此施工速度快且質(zhì)量易于保證，應盡量避免現(xiàn)場焊接。

門式剛架結構的連接102、門式剛架結構

門式剛架通過地腳錨栓與混凝土基礎連接，根據(jù)螺栓的排布可分為鉸接和剛接。沒有桁車時一般采用鉸接，有桁車采用剛接。

門式剛架結構的柱腳112、門式剛架結構

門式剛架一般高度較小，構件較輕，現(xiàn)場都是采用螺栓連接，因此該類工程安裝都相對較簡單；門式剛架結構通常是采用汽車吊在地面直接吊裝，吊車噸位一般不超過50T。

門式剛架的安裝123、空間桁架結構

空間桁架是由鋼管組成，截面承載能力強，跨度大，截面可彎曲為曲線造型，外型優(yōu)美，內(nèi)部空間簡潔，常用于公共建筑；

空間桁架結構的特點133、空間桁架結構

空間桁架實際上是一種平面受力體系，類似框架結構，每個受力平面體系通過縱向桁架連接，作為縱向支撐，同時也保證對桁架受壓的整體穩(wěn)定性。

空間桁架結構的受力143、空間桁架結構

空間桁架通常采用三角型截面，這樣使得桁架雙向都具有較好的剛度，又利于制作；空間桁架腹桿與弦桿都是采用相貫線切割焊接連接，弦桿需事先彎成設計所要求的曲線形；

空間桁架結構的制作153、空間桁架結構

空間桁架截面通常都很大，構件超高超寬不能運輸且很不經(jīng)濟，所以桁架都是在現(xiàn)場組立焊接，現(xiàn)場工作量大；

空間桁架結構的現(xiàn)場拼裝163、空間桁架結構

空間桁架跨度大，構件重，用作公共建筑如機場、會展一般都是在樓面上施工，大型機械不能進入，其它類型空間結構施工基本上都會受場地條件限制，因此施工較復雜，現(xiàn)場吊裝、焊接工作量大；常用管桁架施工方法有大型機械吊裝法、高空散裝法、高空滑移法、整體提升法等。

空間桁架結構的安裝175、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；

弦支穹頂結構的特點185、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；弦支穹頂?shù)淖饔迷恚涵h(huán)形索張緊在節(jié)點處產(chǎn)生一個徑向的拉力，支撐桿一根桿件受拉一根受壓，受壓桿對梁起到支撐作用可減小梁的跨度，重新分布彎矩，從而減小梁截面；弦支穹頂索環(huán)形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋，如北京自行車館、安徽大學體育館等；弦支穹頂?shù)奈菝媪嚎梢允禽嗇検降膯胃?，也可以是單層網(wǎng)殼；弦支穹頂?shù)墓?jié)點構造；弦支穹頂?shù)氖┕ぃ?/p>

弦支穹頂結構的特點195、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；弦支穹頂?shù)淖饔迷恚涵h(huán)形索張緊在節(jié)點處產(chǎn)生一個徑向的拉力，支撐桿一根桿件受拉一根受壓，受壓桿對梁起到支撐作用可減小梁的跨度，重新分布彎矩，從而減小梁截面；弦支穹頂索環(huán)形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋，如北京自行車館、安徽大學體育館等；弦支穹頂?shù)奈菝媪嚎梢允禽嗇検降膯胃?，也可以是單層網(wǎng)殼；弦支穹頂?shù)墓?jié)點構造；弦支穹頂?shù)氖┕ぃ?/p>

弦支穹頂結構的特點205、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；弦支穹頂?shù)淖饔迷恚涵h(huán)形索張緊在節(jié)點處產(chǎn)生一個徑向的拉力，支撐桿一根桿件受拉一根受壓，受壓桿對梁起到支撐作用可減小梁的跨度，重新分布彎矩，從而減小梁截面；弦支穹頂索環(huán)形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋，如北京自行車館、安徽大學體育館等；弦支穹頂?shù)奈菝媪嚎梢允禽嗇検降膯胃?，也可以是單層網(wǎng)殼；弦支穹頂?shù)墓?jié)點構造；弦支穹頂?shù)氖┕ぃ?/p>

弦支穹頂結構的特點215、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；弦支穹頂?shù)淖饔迷恚涵h(huán)形索張緊在節(jié)點處產(chǎn)生一個徑向的拉力，支撐桿一根桿件受拉一根受壓，受壓桿對梁起到支撐作用可減小梁的跨度，重新分布彎矩，從而減小梁截面；弦支穹頂索環(huán)形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋，如北京自行車館、安徽大學體育館等；弦支穹頂?shù)奈菝媪嚎梢允禽嗇検降膯胃?，也可以是單層網(wǎng)殼；弦支穹頂?shù)墓?jié)點構造；弦支穹頂?shù)氖┕ぃ?/p>

弦支穹頂結構的特點225、弦支穹頂結構

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似，都是利用索的張力產(chǎn)生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的，但兩者之間還是有顯著的區(qū)別：張弦梁索是直線張拉，弦支穹頂索是環(huán)形張拉；弦支穹頂?shù)淖饔迷恚涵h(huán)形索張緊在節(jié)點處產(chǎn)生一個徑向的拉力，支撐桿一根桿件受拉一根受壓，受壓桿對梁起到支撐作用可減小梁的跨度，重新分布彎矩，從而減小梁截面；弦支穹頂索環(huán)形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋，如北京自行車館、安徽大學體育館等；弦支穹頂?shù)奈菝媪嚎梢允禽嗇検降膯胃?，也可以是單層網(wǎng)殼；弦支穹頂?shù)墓?jié)點構造；弦支穹頂?shù)氖┕ぃ?/p>

弦支穹頂結構的特點236、網(wǎng)架結構

網(wǎng)架結構是一種較成熟的體系，它是由單根構件通過球體連接成為一個整片的結構，具有用鋼量省、空間剛度大、整體性好、施工速度快的優(yōu)點；但桿件過多顯得委很零亂，不如桁架結構美觀；網(wǎng)架是一種高次超靜定結構，施工時桿件初始應力不好控制，所以會出現(xiàn)實際受力與計算不符情況，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題；網(wǎng)架按結構體系可分為平面桁架系和角錐體系。平面桁架系網(wǎng)架：兩向正交正放網(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架；角錐體系網(wǎng)架：四角錐體網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架；網(wǎng)架的連接可采用螺栓球和焊接球連接，螺栓球一般適合較小跨度網(wǎng)架，焊接球適合大跨度網(wǎng)架；

網(wǎng)架結構的特點247、多高層結構

鋼材延性大，結構抗震性能好；自重輕，鋼結構高樓的自重約為混凝土結構的60%，可大幅降低基礎和結構的造價；工期短，鋼結構由于工廠化程度高，施工速度比鋼筋混凝土結構約快1.5倍；結構面積小，鋼構構柱面積約為混凝土柱的1/3，可節(jié)約3%的建筑面積；降低層高，鋼梁截面一般較混凝土矮，且管線可從鋼梁腹板穿越，同樣的高度可設計出更多的樓層增加建筑面積。

多高層結構的特點257、多高層結構

由柱和梁組成框架，承受豎向力和側(cè)向力；剛框架抗側(cè)力性能較差，結構側(cè)向變形大，一般適合20層以下結構；柱子一般采用箱型鋼柱或鋼管混凝土柱；鋼管混凝土柱是在圓管柱或箱型柱中灌入混凝土，既具有鋼結構的優(yōu)點，又充分利用了混凝土抗壓好的特性?？蚣芙Y構267、多高層結構

由柱和梁組成框架，在柱間設有支撐用于抵抗側(cè)向力；剛框架抗側(cè)力性能較較好，結構側(cè)向變形較大，一般適合40層以下結構；框架支撐結構277、多高層結構

與框架支撐結構類似，只是支撐換成剪力墻用于抵抗側(cè)向力；剪力墻一般為混凝土板或鋼板，或鋼混組合結構，比支撐具有更好的抗側(cè)剛度，布置更靈活，可適合更高的建筑結構。框架剪力墻結構287、多高層結構

框筒結構此種結構體系一般是由鋼筋混凝土核心筒與外圈鋼框架組合而成;核心筒主要是由四片以上的鋼筋混凝土墻體圍成的方形、矩形或多邊形筒體，內(nèi)部設置一定數(shù)量的縱、橫向鋼筋混凝土隔墻。當建筑很高時，核心筒墻體內(nèi)可能設置一定數(shù)量的型鋼骨架；外圈鋼框架是由鋼柱與鋼梁剛接而成；建筑的側(cè)向變形主要由核心筒來抵抗，這是高層中最常用的一種結構體系。297、多高層結構

高層鋼結構的抗側(cè)力措施----伸臂桁架伸臂桁架是減小高層建筑側(cè)向變形的一項重要措施；伸臂桁架一般設在設備層或避難層，寬度貫通房屋全寬、高度為一層或兩層樓高，一般在整個樓層高度上設置三到四道；伸臂桁架的作用原理是當建筑側(cè)向變形時外圍鋼柱的拉壓軸向力對伸臂桁架施加一個反向的力矩，從而達到減小側(cè)向變形的目的。307、多高層結構

高層鋼結構的抗側(cè)力措施----大型支撐框筒是用于高層的一種高效抗側(cè)力構件，然而其框架所固有的剪力滯后效應，削弱了它的抗推剛度和抗傾覆能力；貫通房屋全寬的斜桿與柱組成大型支撐體系，使外框形成一個支撐筒體，具有很好的抗側(cè)剛度。317、多高層結構

樓承板高層鋼結構一般都使用樓承板以突出鋼結構施工速度快的優(yōu)勢;使用樓承板不需要搭設腳手架支撐和模板，樓承板可作永久性模板，施工速度快，還可部分取代樓板配筋；樓承板通常有開口型、閉口型、桁架式幾種。327、多高層結構

開口型樓承板承載能力

1、波型對稱，正反彎矩受力接近，板加勁肋使得有效面積大，施工階段承載能力強；

2、使用階段樓承板可部分取代底部配筋。防火性能樓承板不能防火，板底部需配筋,樓承板不需刷防火涂料施工樓承板鋪設速度快，但鋼筋綁扎較慢使用樓板底面有波型凹凸不平，外觀不夠平整經(jīng)濟性樓承板板型利用率高，價格便宜，底部凹槽可減少樓板25%左右的混凝土用量，降低建筑的自重，還節(jié)省主體結構和基礎費用。

337、多高層結構

閉口型樓承板承載能力1、板底部平整施工階段板有效面積小，施工階段承載能力差；

2、使用階段樓承板可部分取代底部配筋。防火性能樓承板基本上不能防火，板底部需配筋,樓承板不需刷防火涂料施工樓承板鋪設速度快，但鋼筋綁扎較慢使用樓板底面平整，底部槽口方便吊掛。經(jīng)濟性樓承板板型利用率低，價格較高，能稍微降低樓板混凝土用量和自重