钢结构设计章节要点复习

第一章绪论1、钢结构具有强度高、自重轻的优点，用于大跨度结构时具有明显的经济效果。

其结构体系主要有网架结构、悬索结构、拱式结构、预应力钢结构等。

2、钢结构由于结构自重轻、构件体积小、装配化程度高、对高层建筑特别有利。

在高层建筑特别是超高层建筑中，宜采用钢结构或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的组合结构。

3、轻型钢结构是由弯曲薄壁型钢、薄壁钢管或小角钢、圆钢等组成的结构。

4、钢结构一般用于跨度大于40米的各种形式的大、中跨度桥梁5、建造速度快、用钢量省、综合效益好——>适用于吊车吨位不大于20t的中小跨度厂房、仓库及中小型体育馆等大空间民用建筑。

拆装方便——>适用于需要拆迁的临时结构6、宜用钢结构的情况1)工业厂房钢结构 2)大跨度钢结构 3)高层及多层钢结构4)轻型钢结构 5)塔桅结构 6)板壳结构7)桥梁结构 8)移动式结构第二章单层厂房与普通钢屋架一、厂房结构1、厂房结构是由屋盖（屋面板、檩条、天窗、屋架或屋架梁、托架）、柱、吊车梁（包括制动梁或制动桁架）、墙架、各种支撑和基础等构件组合而成的空间刚性骨架，承受作用在厂房结构上的各种荷载和作用，是整个建筑物的承重骨架。

2、单层厂房是由那些结构或构件组成的？这些组成部件的作用是什么？结构组成： a横向框架由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，是单层钢结构厂房的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。

b屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。

c支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层钢结构厂房的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层钢结构厂房所必需的刚度和稳定。

d吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。

e墙架一般由墙架梁和墙架柱（也称抗风柱）等组成，用以承受墙重和墙面风荷载二、厂房布置与三缝设置1、厂房合理规划的任务：1使厂房满足工艺和使用要求2适应今后可能生产过程的变动和发展规划的主要内容：确定车间的平面和高度方向的主要尺寸和控制标高；布置柱网，确定变形缝的位置和做法；选择主要承重结构体系.布置和形式规划时考虑的要求设计标准化生产工业化施工机械化（这些要求主要通过建筑和结构的模数化定型化统一化来逐步实现）2、模数化：使结构布置主要符合相应的模数尺寸定型化：同类构件和结构及其连接构造尽量采用相同的典型方式统一化：进一步使构件和连接的某些主要尺寸也统一起来3、柱网:厂房柱的纵向和横向定位轴线在平面上构成规则的网格，柱网应根据工艺、结构和经济等布置。

通常情况下，纵向柱距的模数采用6m，跨度的模数采用3m（L≤24m时）或采用6m（L≥24m时，但如确实需要仍可按3m）。

4、变形缝包括伸缩缝（温度缝）、防震缝和沉降缝。

伸缩缝的通常做法从基础顶面或地面开始，将相邻区段上部结构的构件完全分开（基础不分开），根据气温差和结构的具体情况，缝宽净距取≥30到60mm防震缝（防止地震时两房屋相撞引起的次生危害）做法在地震区，当厂房平立面布置复杂，由刚度和高度相差很大的部分组成时，必须做成地面以上两侧构件完全分开，缝宽和构造符合防震要求。

一般单层厂房取50-90mm，纵横跨交接处取100-150mm沉降缝用于厂房相邻部分的高度、荷载、吊车起重量或基础体系相差很大，及地基条件有严重差异等情况，以防止结构或屋面、墙面等在过大的基础不均匀沉降下发生裂缝或破坏。

做法一般是把两侧的结构包括基础，全部分开，使各自可以独立地自由沉降。

三、屋盖结构1、屋盖结构由屋面板、檩条、天窗架、屋架、托架和屋盖支撑所构成，承受屋面荷载。

2、常见屋架的形式、适用范围、确定桁架形式的原则：形式：平行弦屋架、三角形屋架、梯形屋架。

适用范围：三角形屋架上弦比较陡，适用于波形石棉瓦。

瓦楞铁皮等屋材料，坡度一般在1/3-1/2.梯形屋架上弦比较平坦，适用于采用压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在1/12-1/18。

平行弦屋架可以做成不同大小的坡度，其端部可以铰接也可以刚接，并能用于单坡屋盖和双坡屋盖。

原则：满足使用要求、受力合理、制造简单与运输和安装方便、综合技术经济效果好。

三角形屋架的共同缺点：1）上下弦的内力分布很不均匀，支座处内力最大，而跨中却较小； 2）上下弦夹角过小，使得支座节点的构造复杂。

梯形屋架的优点：外形较接近弯矩图，杆件内力沿跨度分布交均匀，因而用料较经济。

3、屋架的主要尺寸：屋架的跨度、跨中高度和端部高度（梯形屋架）。

跨度取决于柱网的布置，柱网纵向定位轴线的间距即屋架的标志跨度；高度由经济要求、刚度要求、运输界限和屋面坡度等因素来决定。

普通钢屋架的跨度通常取18-36m，取3m的模数。

简支屋架的计算跨度应是屋架支座中心间的距离，但通常情况下取支座所在处房屋或柱列轴线间的距离作为名义跨度。

屋架端部的支座中心线要缩进轴线150mm，使相邻屋架间互不妨碍。

规定各柱列轴线：边柱取柱的外边线，中列柱去柱的中线（阶形柱时取上段柱的中线）4、有两种形式的屋盖结构体系：钢屋架上直接铺放屋面板时，称无檩屋盖结构体系；钢屋架上每隔一定间距放置檩条，再在檩条上放置轻型屋面板时称为有檩屋盖体系。

5、无檩屋盖结构体系：钢屋架上直接铺放屋面板，屋面板通常采用钢筋混凝土大型屋面板、钢筋加气混凝土板等。

钢筋混凝土大型屋面板的尺寸通常为1.5X6m；钢筋加气混凝土班兼起承重和保温作用，通常为等厚度板，常用宽度0.6m，长度2.4-6m，厚度125-200mm。

屋面坡度较小，一般1/8-1/12，通常采用卷材防水屋面。

做法：1钢屋架2钢筋混凝土大型屋面板3细石混凝土灌缝4保温层5找平层6卷材防水屋面优点：屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便易于铺设保温层和防水层等，同时屋盖的刚度大整体性好，并较为耐久缺点：屋面自重较大，使屋架和下部结构的截面和用料都相应增加，对抗震也不利，并且吊装时构件较笨重因此，常用于刚度要求较高的中型以上厂房和民用、公用建筑6、有檩屋盖体系：钢屋架上每隔一定间距放置檩条，再在檩条上放置轻型屋面板。

檩条的长度等于屋架间距，常用4-6m。

屋面排水坡度为1/2-1/3，常采用三角形屋架，较多情况下为不保温屋面做法1钢屋架2檩条3轻型屋面板优点可供选用的屋面材料种类很多，屋架间距和屋面布置比较灵活，构件重量轻用料省,运输和安装方便缺点屋面构件的种类和数量较多，构件较复杂,吊装安装次数多，檩条用钢量较多,并且屋盖的整体刚度较差因此，有檩体系常用在刚度要求不高的中小型厂房和民用建筑7、钢屋架包括普通钢屋架和轻型钢屋架普通钢屋架：一般由角钢组成的T形截面杆件和节点板焊接而成。

等边角钢不小于∠45x4，不等边角钢不小于∠56x36x4。

优点：受力性能好、构造简单、施工方便。

目前主要用于重型工业厂房和跨度较大的民用建筑的屋盖结构。

轻型钢屋架：由小角钢（小于∠45x4或∠56x36x4）,圆钢组成的屋架，以及冷弯薄壁型钢屋架。

不宜用于高温、高湿及强烈侵蚀性环境或直接承受动力荷载的结构。

8、作用在屋面上的荷载：1)永久荷载：屋面构造层的重量、屋架和支撑的重量及天窗等结构自重2)可变荷载：屋面活荷载、风、雪和积灰荷载、吊车荷载等9、最不利内力组合：一般考虑下面三种荷载组合：1）跨永久荷载+全跨可变荷载2）跨永久荷载+半跨可变荷载3）屋架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨施工荷载（取等于屋面活荷载）当上弦有节间荷载时，除轴心力外，还产生局部弯矩。

对于局部弯矩的简化计算：端部节间正弯矩 ,其他节间正弯矩和节点负弯矩,M0是把弦杆节间视为简支梁时求得的最大弯矩。

10、计算长度（p36）平面内的计算长度：对于弦杆、支座斜杆和支座竖杆，计算长度等于节间距离，即 ;对于其他腹杆，计算长度平面外的计算长度：对于弦杆，在屋架平面外的计算长度等于侧向支撑点之间的距离，即。

对于腹杆，在平面外的计算长度等于杆端节点间距，即11、简支屋架支座节点：节点板、加劲肋、支座底板和锚栓加劲肋的作用：加强底板的刚度，提高节点板的侧向刚度，设在支座节点中心处，高度和厚度与节点板相同。

四、横向框架1、厂房的基本承重结构通常采用框架体系，框架有铰接和刚接两类，而柱与基础的连接一般用刚接.框架的跨度通常采用6m的倍数。

2、横梁通常是桁架式的（即屋架），对于轻屋面和跨度较小时也可采用实腹式的。

横梁的等效惯性矩框架柱的高度：柱底面（即混凝土基础顶面）算到桁架下弦底面的距离3、厂房柱有哪些类型？各在什么情况下使用？按外形分有等截面柱，阶形柱，分离式柱；按柱身构造分有实腹柱、格构式柱、使用范围：A、在吊车的吨位很小时可采用等截面或变截面实腹式柱。

B、实腹式柱的构造简单，加工制作费用低，常在厂房高度不超过10m切吊车额定其重量不超过20t时采用。

C、一般采用梯形柱，阶梯形柱下段截面较大时通常采用格构式，而上段可采用实腹式，亦可采用格构式。

D、分离式柱适宜于有位置不高的大吨位吊车和有扩建计划的结构4、作用在横向框架上的荷载永久荷载：结构自重、屋盖及墙面等重量可变荷载：屋面均布活荷载，风、雪、积灰荷载、吊车荷载、地震作用等5、框架的内力组合就是要求出屋架和柱中各控制截面上可能的最不利内力，作为截面选择及连接计算的依据。

五、吊车梁和制动梁1、吊车梁受哪些荷载？须计算哪些应力？（1）承受由起重机产生的三个方向的荷载：竖向荷载（起重机系统和起重物的自重以及起重机梁系统的自重）、横向水平荷载（小车刹车时的惯性力）和纵向水平荷载（吊车纵向刹车时的惯性力）。

（2）需计算这些内力：a、起重机最大轮压b、起重机横向水平力2、吊车梁的疲劳与那些因素有关？应力集中、重中轻的工作制等级、行车荷载、吊车的行车速度、钢梁的塑性和韧性。

3、设计吊车梁避免疲劳的方法：1采用塑形好韧性好的钢材2尽量避免截面急剧变化而产生过大的应力集中3避免冷弯冷压等冷加工，凡冲成孔应进行扩钻，消除周边的硬化区5对重级工作制吊车梁的受拉翼缘边缘，当采用手工气割或剪切机切割时，应延全长刨边，消除硬化边缘和表面不平现象4、工业厂房中直接承受吊车荷载的构件：吊车梁：截面形式有工字型钢、焊接组合公子形、箱型吊车桁架：对动力作用反应敏感，一般用于跨度较大而吊车起重量较小的情况5、制动梁和制动桁架统称为制动结构，作用是承受横向水平力，提高吊车梁的整体稳定性，还可作为检修走道。

6、吊车梁的计算要点1）计算吊车梁的强度、稳定和变形时，按两台吊车考虑2）计算吊车梁的疲劳和变形时，按主要在跨间内起重量最大的一台吊车考虑注意：进行疲劳和变形计算时，用吊车荷载的标准值六、支撑体系1、支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是将单独的平面框架连成空间体系，从而保证了结构的刚度和稳定，同时也可承受纵向风力和吊车的纵向制动力。