高等钢结构作业概论
超高层钢结构多腔体巨柱柱脚抗剪键槽施工方法概论
超高层钢结构多腔体巨柱柱脚抗剪键槽施工方法概论摘要在海口塔超高层钢结构施工中，塔楼核心筒钢板剪力墙与外框巨型钢柱抗剪件形式多样且数量繁多，在具体施工过程中尤其是巨柱柱脚以及核心筒第一节钢板墙抗剪键能否准确且牢固的安装将直接关系到后期施工中巨型钢柱的安装质量，所以本文详细介绍了抗剪键槽的加工制作以及安装拆除方法，以飨读者。
关键词超高层钢结构；混凝土筏板基础；抗剪键槽；优缺点分析1 工程概况海口双子塔（南塔）超高层钢结构工程塔楼高度428m，结构屋面高度402.6m，地下4层，地上94层，总建筑面积388000m2，其中塔楼地上建筑面积为262000m2，配楼地上建筑面积约为13000m2，地下室总建筑面积约为113000m2，钢结构工程量约93200t。
地上部分分别为商业区、高级写字楼、SOHO、五星级酒店、顶级餐厅和观景台等。
地下部分为满铺式整体地下室，地下高度为-19.800m，作为机房、停车库、酒店后勤及人防等。
工程结构设计使用年限为50年。
抗震设防烈度为8.5度，耐火等级为一级。
塔楼结构样式采用外框巨型斜撑框架-核心筒-伸臂桁架抗侧结构体系[1]。
图1 海口塔工程概况示意图2 设置抗剪键槽的条件与意义在现今钢结构柱脚设计中，当水平剪力超过柱脚与混凝土基础表面间摩擦力时需要设置抗剪键，抗剪键一般与柱脚焊接多为槽钢及工字钢，主要是抗剪作用。
本工程塔楼高度为428m，而海口市处于海南岛北部为台风、地震多发区域，塔楼风荷载与抗震设防烈度较大，由于锚栓不能抗剪且与底板孔配合间隙较大，起不到限制位移的作用，因此混凝土筏板基础上需要预留抗剪键槽[2]。
3 抗剪键槽施工的常见问题在抗剪键槽施工过程中需要考虑诸多因素，如果因为某方面的疏忽造成抗剪键无法精确插入抗剪键槽中，则会造成严重的问题。
抗剪键槽不能直接与混凝土接触，应采取保护措施，防止混凝土浇筑过程中由于收缩、挤压将槽体变形不易取出；预留在混凝土基础上的抗剪键槽需要在混凝土二次灌浆初凝后将其拔出，否则混凝土凝固后很难取出；抗剪键槽的尺寸要严格按照图纸加工及制作，放置埋件时需要定位精准，槽体若制作太长则不能与抗剪键接触，若太短则需要人工剔凿混凝土，耗时耗力；因海口天气多雨，抗剪键槽内难免积水，而且雨水会将杂物冲进抗剪键槽内，因此在二次浇筑高强混凝土前应及时将抗剪键槽内的积水清理干净，并将积水抽出[3]。
高等钢结构理论_第一讲
低温与腐蚀性介质：
低温使韧性降低，最终导致脆断。 腐蚀性介质会促成脆断并影响疲劳强度。 涂层防腐 耐候钢： ¾ 焊接结构用耐候钢（控制含铜、铬量）：焊接性能及力学性能良好 ¾ 高耐候性结构钢（含磷高）：耐候性好，但用于焊接结构时< 16mm
钢材的加工：
¾ 钢结构基本建造过程 工厂制造：
钢材的验收、整理和保管，包括必要的矫正。 按施工图放样，做出样板、样杆，并据此划线和下料。 对划线后的钢材进行剪切（焰割）、冲（钻）孔、刨边等加工；非平 直的零件需要通过煨弯和辊圆等工序来成型。 对加工过程中造成变形的零件进行整平（辊平、顶平）。 把零件按图装配成构件，并加以焊接（铆接）。 对焊接造成的变形加以矫正，甚至采取措施以减小或消除焊接残余 应力。 除锈和涂漆
钢材的加工：
¾ 焊接
焊缝金属具有铸造组织，不同于轧制钢材： ¾ 枝状组织 ¾ 化学元素的含量：含碳量稍低，氮、氧、氢高 9 应降低氧的含量（短弧焊、埋弧焊、气体保护焊）：热脆 9 含氢量高：大气和焊皮（低氢焊条、预热、后热）：微观裂纹 焊弧的高温使临近焊缝的钢材发生组织变化：热影响区 焊接变形及残余应力
非破坏性方法 ：利用X射线的衍射和声音的双折射 ¾ 光弹性方法 ¾ 声弹性方法 半破坏性方法 ： ¾ 钻盲孔法：测定带状板在应力梯度较小时的表面残余应力 ¾ 环孔法：由盲孔法发展而来，比盲孔法精确 ¾ 双平行槽法：在单向应力下，环孔可以用平行槽代替 破坏性方法 ： ¾ 逐次去层法：通过试件壁厚一侧的逐次去层，达到试件内部应力逐步释 放，并在另一侧贴上应变片测出逐次释放的应变，再算出残余应力分 布。 ¾ 切割法：先在试件中部划好线，并钻孔定标距；然后依次切割，测量每 一块小条上两标距点之间距离的改变，由该改变算出的应变即是残余应
高等钢结构理论-第二章
（a）压杆控制设计 （b）拉杆控制设计 网架荷载-挠度曲线
第二章 钢结构稳定问题概述
2.2 失稳的类别
第二章 钢结构稳定问题概述 早期钢结构稳定问题的分类
1. 平衡分岔（分支点）失稳（第一类稳定问题）
2.2 失稳的类别
二
对于理想的轴心压杆，在临界状态时，构件（结构）从初始的平衡位形 突变到与其邻近的另一平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。
第二章 钢结构稳定问题概述
2.5 稳定设计的几项原则
二
结构的整体布置须考虑整体和部分的稳定性要求
1
计算假定应与设计对象一致
2
细部构造应与稳定计算相互配合
3
The END
THANKS
二
稳定分岔屈曲
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
2. 不稳定分岔屈曲（有限干扰屈曲）
2.2 失稳的类别
二
超越临界状态后，只能在比临界荷载低的荷载下维持平衡位形。
承受轴向荷载的圆柱壳、承受均匀外压的圆球壳、缀条柱、薄壁型钢 方管等。
不稳定分岔屈曲
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
3. 跃越屈曲
平衡分岔（分支点）失稳
第二章 钢结构稳定问题概述 早期钢结构稳定问题的分类
2. 极值点失稳（第二类稳定问题）ຫໍສະໝຸດ 2.2 失稳的类别二
有缺陷的轴心受压构件和偏心受压构件发生的弹塑性失稳。
极值点失稳
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
1. 稳定分岔屈曲
超越临界状态后，荷载还能进一步增加。
2.2 失稳的类别
增大
临界力增大
第二章 钢结构稳定问题概述
2.4 稳定计算中的整体观点
桥梁高等钢结构理论(ch1)PPT课件
如果采用数学表达式描述结构设计准则，为：
S R
（1-1）
如果结构设计准则中的内力和变形以及抗力或限值都是确定性的，则所进行的计算
和验算将是比较简单的。
然而，影响结构功能的因素如结构上的作用、材料性能、构件几何参数、连接（构 造细部）类型、施工质量、计算模型、试验方法及设备等，很多都是具有随机性的 非确定值。因此，在设计中如何合理地考虑S这 些R 因素，使设计方法更接近于实际情 况，是长期以来钢结构设计方法发展演变所要达到的目的。
然而，无论是极限荷载法还是容许应力法，所采用的安全系数实际上是凭借 工程经验笼统地确定一个定值，这样各种构件的可靠度将不能保证具有比较一致 的水平，这是因为，结构的可靠性（安全性、适用性、耐久性）受各种随机因素 的影响，不能事先确定，只能用概率方S法 来R描述。
（2）半概率极限状态法
半概率极限状态法特点是明确了两种极限状态的概念：承载能力极限状态和变形极 限状态。我国的《钢结构设计规范》（TJ17-74）就是采用这样的设计方法编制的。 尽管该设计方法仍采用了容许应力法的表达方式，但其安全系数则分成了荷载系数 K1，材料系数K2和调整系数K3。是按承载力极限状态经多系数分析得到的。
1.1.2 基于强度的钢结构设计方法发展概述
基于强度的钢结构设计方法大致分为： 容许应力法和极限荷载法、半概率极限状态法、概率极限状态法。
（1）容许应力法和极限荷载法（最大荷载法）
容许应力法
S R
设计原则：结构构件的实际应力小于或等于所给定的容许应力，即：
f
[] y
K
（1-2）
优点：简单、明确，有大量工程数据S，R特 别是应力均匀的构件； 缺点：单一安全系数，保守（受弯构件）；
不能合理反映结构设计的目的（经济性+适当的可靠度）。
高等钢结构理论-4
高等钢结构理论-4高等结钢构理论(结钢硕构――士程课)济同大建学筑工系程1.钢构基本性能结特点及1.钢1生材对产材性影的响 .21钢加材工(施)工对件构能性的响1.3影外作界用对结钢性构的影能响2 .结钢构几个的特问殊题目录.12残余应力及其影2.2响钢构结稳定问的题2 3.结钢的构裂问断2题.4结构钢疲劳问题的第一3讲.钢结构本构件3基. 1拉杆3.轴2压心3.3杆受弯件构3.4弯构件压.4钢架框理论41 .失稳式形4 2.析分法方4 3.实际应用第二讲第三讲5.结构钢连接的5.焊1接.5螺2栓接连四第讲目录续)5.(混合3连接6 .钢结构构造设计7 .弯冷薄壁型结构的钢点8.特他其一些心关问题8的. 1塑性计设8 . 2抗钢结震8构3箱.形梁 .84受构件扭8.设计5中试的工作8.6验钢结构固设加计第讲五第六讲第七讲.5钢结构的连接.15接连形式：焊接铆、、普接通栓连螺接高、螺强连栓5.2接角缝焊连接角焊缝性的能：试验研究角缝焊的算计：计公式算有效厚和度度长理论究研缝群的计焊算5 3高强.螺栓接连抗螺栓连接剪：承受轴心剪力螺的连接：栓承受偏心剪的力栓连螺接：放孔和大加长孔剪拉合破联坏.5钢结构连的接(续).5高3螺栓连强(接)续抗螺拉栓接连高螺栓连强抗接拉能：性连接柔性的影板响螺栓和：板时计同的方算法：兼剪力承拉力和的栓连螺接承受重荷复的载栓螺连接抗剪接连：抗拉接连：54混合连.接6.钢结的构构造设计构设造计意义的处结构理的细部解：构件或决零件间的衔之问接重要题：性造构处往形成应往集中或局部力应、力时有不易精确算(数计值分、试验析究)、研避局免破坏而部影响构结性的能发挥影、施工响造(、质价等量) 构件拼接：的等截面拉、压杆变面柱截梁端板接中连的板厚度梁、梁接连:简连接支续和半连连连接续梁、柱连接. 6钢构的构造结计(设)续柔连性接半刚连性接刚性连接：柱脚柱的脚成构脚的计算柱架节桁点节的点侧刚向度节点受板力分析相关范规造构节点上偏心的抵抗疲的劳构造抵抗性断裂的脆构造连接形式焊:接现代钢结最构主的连接方要式9适用广构造简、单、省料省工、自动可、效率化。
高等钢结构-第三章作业
ANSYS 中，悬臂梁长 2.5m，材料及截面参数同上，选用 Beam188 单元进行 模拟计算，材料参数采用理想的弹塑性模型 S1 截面计算
S2 截面计算
S3 截面计算
S4 截面计算
由上图可以看到，ANSYS 塑性分析，采用 beam188 单元，其屈曲的考虑是 通过屈曲特征分析，对原模型修正得到，但由于 ANSYS 屈曲分析并不区分整体 和局部失稳，所以很难得到纯粹的局部屈曲模型，故一般的修正都是伴随着整 体失稳的。对于塑性发展，可以明显的观察到：悬臂梁的塑型发展是不全面 的，总是存在一定弹性内核，而且塑性不是停留在一个面，而是和现实一样是 一段区域。而且在模拟是，尤其是 s4 截面，会发现腹板部分会有明显较大应力 区域，这是明显不合理的；不合理的单元划分、屈曲修正过度都可能导致。由 于个人时间有限以及 ANSYS 操作能力有限，不做调整。 个人还尝试用 shell63 模拟，但是也是由于个人能力有限，没有成功实现， 迫于学习时间紧迫，并未进行深入分析原因。
4.2a 钢支撑的滞回曲线有何特点？试采用梁单元来模拟钢 支撑的滞回性能，并阐述模拟的要点。
1、钢支撑的滞回曲线特点： 图 1 所示是钢支撑在轴力作用下的典型变形过程和单循环滞回曲线。由于 支撑存在初始缺陷，其两端施加的轴力会在跨中位置产生附加弯矩。在轴力到 达 A 点之前，支撑处于弹性压缩阶段，承担的轴力和跨中附加弯矩比例增加。 当跨中截面在压弯共同作用下屈服时( 图 2) ，支撑在跨中位置将形成塑性 铰，宏观上支撑开始发生屈曲现象(B 点) 。支撑屈曲后，塑性铰的转动导致支 撑侧向变形增大，轴力产生的附加弯矩迅速增加，杆件的受压承载力迅速下降 ( BC 段) 。从 C 点开始支撑进入卸载和反向拉伸阶段，支撑受压屈曲后的卸载 刚度明显低于初始弹性刚度。拉伸到 D 点时跨中截面在拉弯共同作用下再次屈 服并形成塑性铰，但此时塑性铰的转动方向与受压时相反，支撑的侧向变形不 断减小。随着拉伸变形的不断增加，支撑到达 E 点时接近全截面受拉屈服。EF 段支撑进入塑性拉伸变形阶段，而在 F 点后支撑开始弹性卸载并进入下一循 环。由于包辛格效应和残留的侧向变形，后一循环的支撑稳定承载力将会明显 低于前一循环的。随着循环次数的增加，塑性损伤逐渐累积，支撑的稳定承载 力、屈曲后软化刚度和屈曲后卸载刚度等都将不断降低。支撑典型的多循环滞 回曲线见图 3。
高层建筑钢结构-第一章概论概论
钢结构(S)
51座 56.6％
钢-砼混合结构(M) 25座 27.8％
84.4％
钢筋砼结构(RC) 14座 15.6％
❖ 1998年统计世界最高的28幢建筑中
钢结构(S)
14座 50.0％
钢-砼混合结构(M) 8座 28.6％
钢筋砼结构(RC) 6座 21.4％
78.6％
2020年11月15日星期日
不同结构体系的对比
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
❖混合结构体系
➢ 钢筋砼内筒＋外围钢框架 ➢ 钢筋砼剪力墙＋钢框架 ➢ 钢管砼结构 ➢ 钢骨砼结构
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
1.4 高层钢结构在国内外的发展
1）国外的发展
➢ 形成期 西方工业革命时期，铁钢开始用于建筑 1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
纽约世界贸易中心双塔楼， 110层412米，用钢量186Kg/m2， 1973年建成，2001年9月11日 被撞倒塌。框筒结构体系。
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
定：
≥10层的居住建筑 ≥24m且2层以上的民用建筑
高层建筑
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
❖ 我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》 JGJ3-91规定≥8层为高层。 主要考虑目前登高消防车的供水高度仅为24m
2020年11月15日星期日
高层建筑钢结构
2）高层钢结构的地位
❖ 1990年统计世界最高的90幢高层建筑中
高等钢结构理论
超高层 建筑
广州中信大厦 华南第一高楼， 391m高，80层。
广州中信大厦
深圳发展中心大厦
17
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点） 佛山广播电视塔（230m高） 林芝电视塔 （103m高） 临沂电视塔 （326m高） 海南电视塔 河南电视塔 （388m高）
高耸结构
临沂电视塔
22
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸结构
海南电视塔方案由900个 立方体钢框架构成，四 翼呈螺旋状收缩上升， 塔座平面布局呈风车状， 塔楼根据需要，采用玻 璃幕墙对立方体框架进 行封闭，形成镶嵌在金 属框架中晶莹剔透的宝 石。
海南电视塔方案
23
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
钢 结 构 验
算
正常使用极限 标准组合 (式 1.3, 超越标准值后将 状态(对吊车 产生严重后果) 荷载不乘动力 短期效应 频遇组合(式 1.4, 超越频遇组合将产 系数, 对风荷载 生局部损害) 乘风振系数，验 算变形、加速度等) 长期效应： 准永久组合(式 1.5, 用于沉降等长期 效应起决定作用的计算) 允许应力设 疲劳强度验算 常幅疲劳计算 计法(或安 （验算应力幅） 变幅疲劳计算 全系数法) 对于变形敏感的结构体系(如单层网壳、拉线桅杆等)的整体稳定 验算
高耸结构
河南省广播电视发射塔总 高388m ,由塔身结构、塔楼结 构及桅杆结构等组成。塔身由 内筒及外筒组成,采用全钢结构。 外筒由10 根桉叶糖形钢管塔柱 构成。
河南电视塔
24
1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因
1）基本原因：
活荷载与全部竖向荷载之比越小，采用钢结构优 越性更大；
高等钢结构理论-第三章PPT课件
3.3 压杆的计算长度 38
3.3.1 杆端约束
平板柱脚的转动约束
上端铰接，下端平板支座的轴向压杆试验：
Mp=14.32kN·m Mcr=9.38kN·m
弯矩-转角关系
荷载-位移关系
3.3 压杆的计算长度 39
3.3.1 杆端约束
平板柱脚的转动约束
上端铰接，下端平板支座的轴向压杆试验： 绕强轴或弱轴的计算长度均可取为0.75或0.80。
理想直杆弹性稳定理论下弯扭屈曲的转化
弯扭临界应力
弯扭屈曲
弯曲屈曲
3.2 压杆的稳定计算 34
3.2.2 扭转屈曲和弯扭屈曲计算
利用换算长细比计算弯扭屈曲极限承载力
弯扭临界应力
1
3.2 压杆的稳定计算 35
3.3
压杆的计算长度
l
3.3.1 杆端约束
什么是计算长度（系数）？
可以看作长度 L=2l 的两端铰接轴向压杆的欧拉临界力 常用边界条件下的计算长度系数
0.7 0.6 -
1.5 受压上弦屈曲
最终
下弦 腹杆 上弦
0.8 0.6 -
58.4 34.9 39.4
1.724
1.702
受拉下弦屈服
用钢量优化后降低17%
3.3 压杆的计算长度 51
3.3.2 桁架的计算长度
桁架的整体计算
变截面桁架 弦杆截面变化
静荷载
端部腹杆约束减弱 弦杆对腹杆无约束
腹杆截面变化
长细比
55
75
95 130 160
3.2 压杆的稳定计算 28
3.2.1 φ曲线的确定
欧洲钢结构协会的φ曲线
a. 钢管
a. 钢管，b. 焊接箱形截面，c. 轧制H型钢
《高等钢结构理论》课件
钢结构的连接与构造
拼接方式和连接材料
详细说明几种典型的钢结构拼 接方式和各种连接材料的特点 以及使用方法。
节点构造和细节设计
讲解钢结构的节点构造和细节 设计，包括节点类型、强度验 算和防腐措施等。
构造验收和质量控制
结束语
本课程旨在帮助工程师更深入地了解钢结构的理论和实践，为未来钢结构领域的发展提供参考和支持。
谢谢观看！
钢材的分类和性能
概述常见的钢材分类和性 能参数，以及每种钢材在 钢结构中的应用。
钢结构设计的基本原理
讲解钢结构设计的基本原 理，包括力学分析、结构 优化和验算等。
钢结构载荷分析
1
荷载的分类和作用原理
2
详细说明荷载的分类和作用原理，包 括静态荷载、动态荷载和温度荷载等。
3
受力特点
介绍钢结构受力的基本特点，包括受 力形式、受力方向和受力损伤等。
《高等钢结构理论》PPT课件
一个实用性强的高等钢结构理论课件，包含钢结构基础、载荷分析、连接与 构造、设计和施工等多个部分，可为钢结构工程师提供参考。
前言
本课程将深入介绍钢结构的基础知识和设计流程，旨在为钢结构工程师提供 帮助和指导。
钢结构基础
定义和特点
介绍钢结构的定义、特点 以及与其他建筑结构的比 较。
介绍钢结构的构造验收标准和 质量控制要点，确保钢结构工 程施工质量。
钢结构的设计与施工
1 设计的步骤和流程
详细讲解钢结构设计的 步骤和流程，帮助工程 师高效完成设计工作。
2 施工的注意事项和
方法
讲解钢结构施工的注意 事项和方法，包括施工 流程、安全防范和质量 控制等。
3 安全管理和维护措施
高等钢结构理论-第二讲
3. 钢结构基本构件：压杆（续）
3.2 压杆（续）
格构式压杆 剪力对格构柱稳定的影响：换算长细比法 几何及力学缺陷对单肢的影响（实际上与一般实腹式不同） 单肢验算： 缀材计算 垫板式组合压杆 压杆的截面尺寸 板件宽厚比限值基本构件：压杆（续）
桁架平面外计算长度
弦杆： 节点板在桁架平面外约束刚度不大，一般取侧向支撑的间距 当弦杆轴心压力在侧向支撑点间有变化时：
l 0 = l 1 ( 0 .7 5 + 0 .2 5 N2 ) N1
受压腹杆： 规范：k = 1 .0 交叉斜腹杆： 考虑自身及 相交叉杆的 拉压性质及 节点构造， 采用不同公 式。
规范：桁架平面外，当两交叉杆长度相等时
(1) 压杆 1) 相交杆受压，两杆截面相同，在交叉点均不中断 2) 相交杆受压，另一杆在交叉节点板处中断
l0 = l N 1 (1 + 0 ) N 2
l0 = l 1 +
π 2 N0
12 N
1 ⎛ 3 N0 ⎞ 1− ≥ 0.5l 2⎜ 4 N ⎟ ⎝ ⎠
3) 相交杆受拉，两杆截面相同，在交叉点均不中断
单角钢拉杆
构造简单
受力复杂：单向或双向偏心 考虑到杆件受力后的变 形，试验表明可达到轴 心拉杆的80%以上 规范：0.85
双角钢拉杆
构造： 受力： 力偶使得整体接近轴心 受力 单肢存在剪切滞后 缀板的稳定(厚度)
桁架中单角钢腹杆的布置
构造： 受力的整体观念： (a) 对腹杆有利 (b) 对弦杆有利
第一讲
3. 钢结构基本构件
3.1 拉杆 3.2 轴心压杆 3.3 受弯构件 3.4 压弯构件
4. 钢框架理论
4.1 失稳形式 4.2 分析方法 4.3 实际应用
超高层钢结构多腔体巨柱柱脚抗剪键槽施工方法概论
超高层钢结构多腔体巨柱柱脚抗剪键槽施工方法概论作者：杨振东耿光辉来源：《建筑与装饰》2018年第11期摘要在海口塔超高层钢结构施工中，塔楼核心筒钢板剪力墙与外框巨型钢柱抗剪件形式多样且数量繁多，在具体施工过程中尤其是巨柱柱脚以及核心筒第一节钢板墙抗剪键能否准确且牢固的安装将直接关系到后期施工中巨型钢柱的安装质量，所以本文详细介绍了抗剪键槽的加工制作以及安装拆除方法，以飨读者。
关键词超高层钢结构；混凝土筏板基础；抗剪键槽；优缺点分析1 工程概况海口双子塔（南塔）超高层钢结构工程塔楼高度428m，结构屋面高度402.6m，地下4层，地上94层，总建筑面积388000m2，其中塔楼地上建筑面积为262000m2，配楼地上建筑面积约为13000m2，地下室总建筑面积约为113000m2，钢结构工程量约93200t。
地上部分分别为商业区、高级写字楼、SOHO、五星级酒店、顶级餐厅和观景台等。
地下部分为满铺式整体地下室，地下高度为-19.800m，作为机房、停车库、酒店后勤及人防等。
工程结构设计使用年限为50年。
抗震设防烈度为8.5度，耐火等级为一级。
塔楼结构样式采用外框巨型斜撑框架-核心筒-伸臂桁架抗侧结构体系[1]。
图1 海口塔工程概况示意图2 设置抗剪键槽的条件与意义在现今钢结构柱脚设计中，当水平剪力超过柱脚与混凝土基础表面间摩擦力时需要设置抗剪键，抗剪键一般与柱脚焊接多为槽钢及工字钢，主要是抗剪作用。
本工程塔楼高度为428m，而海口市处于海南岛北部为台风、地震多发区域，塔楼风荷载与抗震设防烈度较大，由于锚栓不能抗剪且与底板孔配合间隙较大，起不到限制位移的作用，因此混凝土筏板基础上需要预留抗剪键槽[2]。
3 抗剪键槽施工的常见问题在抗剪键槽施工过程中需要考虑诸多因素，如果因为某方面的疏忽造成抗剪键无法精确插入抗剪键槽中，则会造成严重的问题。
抗剪键槽不能直接与混凝土接触，应采取保护措施，防止混凝土浇筑过程中由于收缩、挤压将槽体变形不易取出；预留在混凝土基础上的抗剪键槽需要在混凝土二次灌浆初凝后将其拔出，否则混凝土凝固后很难取出；抗剪键槽的尺寸要严格按照图纸加工及制作，放置埋件时需要定位精准，槽体若制作太长则不能与抗剪键接触，若太短则需要人工剔凿混凝土，耗时耗力；因海口天气多雨，抗剪键槽内难免积水，而且雨水会将杂物冲进抗剪键槽内，因此在二次浇筑高强混凝土前应及时将抗剪键槽内的积水清理干净，并将积水抽出[3]。
高等钢结构作业.
高等钢结构作业.第1讲. “高等钢结构”课程内容体系、学习要求1. 概括总结：钢结构中出现“层间撕裂”问题的原因、防止措施。
2. 在“OK网站”事故栏目查看各种钢结构工程事故，选一实例写出书面分析报告第 2 讲钢结构的性能综述1.试从钢结构材料、制造安装、工作环境、荷载类型、结构形式及构造细节等六个方面，综述对结构性能的影响。
2.以“鸟巢”结构用钢Q460E-Z35，厚110mm为例，综述GB50017对钢结构钢材的规定；分析超过要求时设计、施工方面存在哪些问题?3.何为冷弯效应？试叙述《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）是对冷弯效应如何考虑的。
第3讲钢结构的断裂与疲劳破损1. 从断裂力学的观点，简述为什么裂纹尺寸、作用应力和材料的韧性是影响脆断的直接因素？2. 解释何为“断裂韧性”，它与“冲击韧性”有何异同？3. 解释何为“应力腐蚀开裂”？4. 疲劳设计的准则？GB50017采用什么准则，为什么？5. 解释“线性累积损伤准则” 、“雨流计数法”。
6. 焊接结构脆断的原因及防脆断的措施。
7. 疲劳破损的种类？疲劳设计的准则？疲劳破坏的防止措施？第4讲基本构件——拉杆、轴压杆、梁1.综述“剪切滞后”的现象和原因？2.分析归纳钢结构中半刚性连接问题，“工程绞”问题？3.归纳总结钢结构的稳定问题？4. 分析总结Q235做腹板，Q420做翼缘的混用梁的受力性能？第五讲压弯构件和框架1.分析归纳“摇摆柱”的受力特点，以及对整体结构受力性质的影响？2.简述钢框架的“高等理论分析思路与方法”1. 概括总结：钢结构中出现“层间撕裂”问题的原因、防止措施。
一．出现层间撕裂的原因型钢和钢板经过轧制之后，钢材内部的非金属夹杂物被压成薄片，出现分层现象。
分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。
如图1.1所示。
图1.1 层间撕裂图1.2 防止层间撕裂的连接构造二．防治层间撕裂的措施厚钢板在焊接和受力过程中的层间撕裂现象时有发生，严重影响钢结构工程的质量与施工进度。
钢结构第三章课后作业PPT课件
防火措施
在钢结构表面喷涂防火涂料，提高钢结构的 耐火极限，减少火灾对钢结构的影响。
电化学保护
采用阴极保护技术，通过外加电流使钢结构 成为电解池的阴极，从而防止腐蚀。
防雷接地
将钢结构与防雷接地系统连接，避免雷击对 钢结构造成损坏。
钢结构的维护与保养方法
定期检查
定期对钢结构进行检查，发现并处理锈蚀、变形、裂纹等问题。
节点连接优化
对连接节点进行优化设计，以提高节 点的承载能力和稳定性，降低工程成 本。
施工方案优化
根据施工条件和实际情况，选择合理 的施工方案，以提高施工效率和质量， 降低工程成本。
04
作业三：掌握钢结构施工工艺
钢结构的制作工艺
01
02
03
04
钢材选择与采购
根据设计要求，选择合适的钢 材型号、规格和质量等级，并
高层和超高层建筑
钢结构具有抗震性能好、施工速度 快等优点，广泛应用于高层和超高 层建筑的主体结构和外围护结构。
工业厂房和仓库
钢结构厂房具有结构简单、造价低、 施工方便等优点，适用于各种工业 厂房和仓库的建设。
钢结构在其他领域的应用
01
02
03
铁路和轨道交通
钢结构的强度高、耐久性 好，适用于铁路和轨道交 通的桥梁、轨道和车辆制 造。
船舶和海洋工程
钢结构具有抗腐蚀、耐压、 强度高等特点，适用于船 舶和海洋工程的结构制造。
压力容器和管道
钢结构的可塑性和韧性好， 适用于制造各种压力容器 和管道。
钢结构的发展趋势与展望
随着科技的发展，钢结构制造将逐步 实现智能化，提高生产效率和产品质 量。
随着全球化进程的加速，钢结构将在 国际市场上发挥更大的作用，推动中 国钢结构产业的国际化发展。
大工17春《钢结构》大作业题目及要求答案
大连理工大学《钢结构》大作业学习中心：xxxxxxxxxxxxxxxx姓名：xxxxxx学号：16xxxxxxxxx7大工17春《钢结构》大作业及要求注意：以下五个题目中有三个题目需要回答，题目一、二是必答的题目，问答题三、四、五中选一道题进行回答（注意：所有计算题都需要回答，问答题三道题中选择一道题回答即可，不可单独回答计算题或者单独回答问答题）；解答前，需将所选题目复制（使老师明确你所选的题目）。
【题目一、题目二必须回答】题目一：（必答的题目）角钢和节点板连接计算已知：如下图所示，角钢与节点板之间采用两面侧焊缝连接，kN N 667=（静载设计值），角钢为2∟10100⨯，节点板厚度为10mm ，钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊，焊脚尺寸为8=f h mm 。
试计算肢背及肢尖焊缝的实际施焊长度？Nx 101122k 0.7667466.9=k 0.3667200.1N N kN N N kN==?=?肢背311466.9102610.720.78160w wf f N l mm h f ´===创?å 肢尖322200.1101120.720.78160w wf f N l mm h f ´===创?å实际施焊长度： 肢背= 12277w f l h mm += 肢尖=22128w f l h mm +=题目二：（必答的题目）摩擦型高强螺栓连接强度计算。
某节点板（mm 16=t ）连接于工形柱翼缘（mm 16=t ）。
B Q -235钢材，采用10.9级高强度螺栓连接，4M22，每个螺栓的2mm 4.303=e A ，摩擦面喷砂处理，抗滑移系数45.0=μ。
节点中心受水平拉力kN N 2001=，45°斜向拉力kN N 2002=，如下图所示。
试验算摩擦型高强度螺栓连接强度是否满足要求。
已知每个高强度螺栓预拉力kN P 190=答：根据钢结构规范设计表3-8所知，每个10.9级高强度螺栓的预拉力为P=190kN 根据公式可以得出：根据计算结果可以得出，该连接在剪力和拉力的共同作用下，承载能力略显不足，需要加大螺栓直径或者增加螺栓的数量。
高等钢结构作业
裂纹类型和裂纹尖端附近的应力场特点？答：在实际构件和式样中的裂纹，由于外加应力的不同，有以下三种基本的裂纹类型。
对于开裂的一般情况可用三种形式的叠加来描述。
在工程构件内部，张开型裂纹是最危险的，容易引起低应力脆断。
现分别叙述如下：1、I型裂纹（张开型）如下图a所示，坐标系如图示，其坐标原点位于裂纹前缘中心，沿X、Y、Z方向之位移分别为u、v、w。
裂纹体在外载荷作用下产生位移v，裂纹上下张开。
下图三种情况均为张开型裂纹。
2、II型裂纹（滑开型）在XOY平面内承受沿X方向的剪应力，裂纹体产生XOY面内的剪切，即产生位移u，如下图b所示。
3、III型裂纹（撕开型）在YOZ平面承受Z方向的剪应力，裂纹体产生面外剪切，即产生位移w，如下图示。
如传动轴工作时受扭转力矩作用，当轴上有一环向裂纹时，即为III型裂纹。
下图为一无限大板有一长为2a 的中心穿透裂纹，在远处均匀拉应力σ作用下裂纹张开，当板很薄时，是平面应力问题，即在裂纹尖端前缘取出一个小单元体，其上作用的应力为：z yz xz ===0σττ，即只有x y xy σστ、、三个应力分量不等于零。
当板很厚时，就是平面应变问题，此时z =0ε，根据广义虎克定律，z =[()]z x y εσνσσ-+ 式中ν为泊桑系数。
此时，x y z xy σσστ、、、不等于零，只有yz τ、xz τ等于零。
由此可见，薄板时为平面应力状态容易发生塑性变形，厚板时为平面应变状态，承受三向非均匀拉伸，容易造成脆性断裂。
M.Willams 用弹性力学平面问题的解法，得出了具有穿透裂纹的无限大板的极坐标形式下的幂级数解。
问题的边界条件是：在裂纹两岸y 0,0xy στ==。
解出XOY 平面内任意一点（,r θ）处的应力量为：其中,r θ为应力点位置之极坐标，a 为裂纹产度，123,,A A A ⋅⋅⋅为常数。
123123123(),(),(),(),(),(),(),(),()f f f g g g h h h θθθθθθθθθ⋅⋅⋅为θ的函数，叫做分布函数。
钢结构概论
它的众多"第一次"。
• • • • • 中国首次挑战600米以上的建筑。 全球首次在软土地基上建近百万吨的单体建筑。 世界民用建筑大底板浇筑之最。 世界首次在超高层安装14万平方米的柔性幕墙。 首次在超高层建筑中大规模使用双层玻璃幕墙设计。
QUESTION and THINKING
1、双层玻璃幕墙的外面这张皮（玻璃幕墙）是如 何立起来的？ 2、超高层施工时，在几百米高处施工，如何为工 人创造一个安全平整的场地？
48 92 4
钢结构应用种类繁多，造型新颖，规模宏大。按功能分主 要应用有： 会展场馆 高层建筑 桥梁 体育建筑 塔桅结构 储罐 机场 厂房 其他 剧院 仓储 住宅
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上海新国际博览中心
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中国钢材增长曲线
中国1990-2007年钢产量增长情况
65 35 71 00 80 93 89 54 92 61 95 36 10 12 4 10 89 1 11 45 9 12 39 5 12 84 9 15 16 3 18 22 5 22 01 0 27 28 0 34 94 0
41 87 8
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三、钢结构的主要结构形式
杆系——以长度显著大于横向尺寸的构件为基本单元的结构体 系。 按几何形体可分为平面杆系和空间杆系； 按杆端连接形式可分为刚接杆系和铰接杆系。
1、塑性破坏 脆性破坏 2、疲劳破坏 3、结构的整体失稳 4、结构的局部失稳，等等
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第1讲. “高等钢结构”课程内容体系、学习要求1. 概括总结：钢结构中出现“层间撕裂”问题的原因、防止措施。
2. 在“OK网站”事故栏目查看各种钢结构工程事故，选一实例写出书面分析报告第 2 讲钢结构的性能综述1.试从钢结构材料、制造安装、工作环境、荷载类型、结构形式及构造细节等六个方面，综述对结构性能的影响。
2.以“鸟巢”结构用钢Q460E-Z35，厚110mm为例，综述GB50017对钢结构钢材的规定；分析超过要求时设计、施工方面存在哪些问题?3.何为冷弯效应？试叙述《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）是对冷弯效应如何考虑的。
第3讲钢结构的断裂与疲劳破损1. 从断裂力学的观点，简述为什么裂纹尺寸、作用应力和材料的韧性是影响脆断的直接因素？2. 解释何为“断裂韧性”，它与“冲击韧性”有何异同？3. 解释何为“应力腐蚀开裂”？4. 疲劳设计的准则？GB50017采用什么准则，为什么？5. 解释“线性累积损伤准则” 、“雨流计数法”。
6. 焊接结构脆断的原因及防脆断的措施。
7. 疲劳破损的种类？疲劳设计的准则？疲劳破坏的防止措施？第4讲基本构件——拉杆、轴压杆、梁1.综述“剪切滞后”的现象和原因？2.分析归纳钢结构中半刚性连接问题，“工程绞”问题？3.归纳总结钢结构的稳定问题？4. 分析总结Q235做腹板，Q420做翼缘的混用梁的受力性能？第五讲压弯构件和框架1.分析归纳“摇摆柱”的受力特点，以及对整体结构受力性质的影响？2.简述钢框架的“高等理论分析思路与方法”1. 概括总结：钢结构中出现“层间撕裂”问题的原因、防止措施。
一．出现层间撕裂的原因型钢和钢板经过轧制之后，钢材内部的非金属夹杂物被压成薄片，出现分层现象。
分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。
如图1.1所示。
图1.1 层间撕裂图1.2 防止层间撕裂的连接构造二．防治层间撕裂的措施厚钢板在焊接和受力过程中的层间撕裂现象时有发生，严重影响钢结构工程的质量与施工进度。
如何防止厚钢板发生层间撕裂已成为设计和制作人员十分关注的问题。
层间撕裂发生的原因主要与钢材的化学成分，钢板的辊轧工艺，焊接工艺，结构连接节点的构造型式等有关。
防止产生层间撕裂的措施有：（1）改进焊接节点的连接形式改进焊接节点的连接形式以减小局部区域内由于焊接收缩而引起的应力集中，或避免使钢板在板厚垂直方向受拉。
如：当两块板垂直相焊形成角连接时，应采用下图1.3所示做法。
图1.3 层间撕裂及其防止对于全焊的刚性连接，为了避免柱翼缘出现层间撕裂的危险，可采取用两段T形构件加强柱翼缘的方法，如图 1.2（a）所示。
在梁翼缘传来的拉力作用下，柱翼缘不是在厚度方向受拉，而是受弯。
至于连于柱腹板的梁如图1.2（b），翼缘不去和柱腹板直接相焊，而是事先用对接焊缝焊上窄板，使能和柱翼缘焊接，从而避免腹板在厚度方向受拉。
（2）采用合理的焊缝形式和小焊脚焊缝焊缝形式对基材变形有很大的影响。
坡口焊缝的坡口越大，焊缝表面积也越大，将增加收缩应力。
焊缝的尺寸对基材变形也有很大的影响，不要随意增加焊缝尺寸。
如果认为焊缝尺寸越大，节点强度就越高，因而设计出远高于实际需要的焊缝形式和尺寸，将会增加焊缝的收缩变形。
（3）选择屈服强度低的焊条只要能满足受力要求，应尽可能选择屈服强度低的焊条。
这样会使得基材应力达到屈服点时，焊缝金属内的应力还大大低于屈服应力，因此，所有的变形都被迫发生在基材里。
施工方面问题：厚钢板施工时关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，因此，应对该钢种的焊接考虑采取措施以降低其冷裂倾向。
应主要考虑以下几点：（1）选用合理的坡口形式，如尽量选用双 U 形或 X 形坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率，降低焊接残余应力。
（2）合理的预热及层间温度。
（3）后热及保温处理。
2. 选一钢结构工程事故实例，写出书面分析报告山东兖州一门式刚架厂房在安装时倒塌根据现场照片，大致可描述出工程的一些情况：1.边柱及中柱均为柱底铰接，地脚螺栓4颗；2.连续两跨；3.刚架平面外有钢管作为刚性系杆。
事故原因分析1.施工中最大的问题就是忽视了柱的稳定性。
CECS102:2002中8.2.5.9条规定：刚架在施工中应及时安装支撑，必要时增设缆风绳充分固定。
此条为工程建设标准强制性条文。
门式刚架主要是平面内受力，而平面外是通过支撑把水平力直接传到基础，所以单榀的门式刚架是不稳定的。
因此，在安装门式刚架时首先要把支撑跨的两个刚架立起来，加上屋面，柱间支撑先形成一个稳定体系，接着在向纵向延伸，每增加一榀刚架就应该用檩条＋隅撑把它与前一个稳定体系连接起来，这才应该是比较正确的安装顺序。
从图片中可以看到此工程安装并没有执行此规定。
施工方是把柱，梁分开来施工，先把柱立起来，然后才安装梁，安装完梁后形成的单榀刚架之间又未见柱间支撑，水平支撑也没有，没有形成刚性单元,刚架未形成统一体,不能抵抗风载; 屋架上的檩条不够多，屋面梁很少有加劲肋，虽然截面够大，可是平面外的稳定性还是无法保证。
现实经验告诉我们,安装柱子、钢梁、檩条要同步进行，安装两跨后应及时校正、安装好檩条和柱间支撑,水平支撑,隅撑,收工前一定要形成稳定的空间体系。
2.柱脚问题，从柱脚的破坏情况看，抗剪键设置不合理，后浇带留的过大。
可能砼强度也有问题，砼养护不到位，或砼标号过低。
柱底的地脚螺栓在二次浇灌前没有混凝土保护，没有垫铁，安装时应有斜锲块。
钢柱柱脚底板与砼土短柱明显大大于50MM,CECS102:2002明文规定:铰接柱脚二次浇灌厚度为50MM,刚接柱脚二次浇灌厚度为100MM，或用砼包裹至+0.150,每边不少50MM.主要意图是防底板腐蚀.3.柱脚螺栓问题，从第2张和第5张图片上，可以清楚的看出，地脚螺栓安装后，没能及时灌浆，就开始上部的安装，造成螺栓杆的失稳倒塌。
建模时柱底虽然是"铰节点",但是实际上没有纯粹的铰接,螺栓或多或少的承担弯矩，就本例来说,M20螺栓太小。
3.钢柱问题，柱子本身安装时不允许长时单立，特别是变截面的. 由于柱底铰接，在理论计算中，刚架柱是无法独立竖直的，而由于柱底四颗地脚螺栓的存在，在实际情况中该柱或多或少能够承担一部分弯矩，弯矩大小视螺栓大小、螺栓间距、底板厚度、混凝土标号而定，所以钢柱在没有太大外力的作用下是可以独立竖直的，而这种情况往往会给一些施工队带来柱底刚接的错觉，这样的错觉反映在施工过程中就如照片中的情况：钢柱悬臂而立，没有柱间支撑，也没有稳定缆绳。
4.节点问题，梁柱节点板空隙很大,说明板的变形较大,且高强螺栓未终拧,不能承受突变荷载.从第四张图片看,倒在起重车上的钢梁,在变截面处没有设置加劲板。
1.试从钢结构材料、制造安装、工作环境、荷载类型、结构形式及构造细节等六个方面，综述对结构性能的影响。
所谓“性能”，是指结构在各种不同的荷载作用和环境条件下的反应。
一．钢结构材料对构件性能的影响钢结构的内在特性是由它所用的原材料和所经受的一系列加工过程决定的。
钢的脱氧越充分，Fe的含量越高，钢中晶体越细，从而使钢材具有更高的室温冲击韧性和更低的冷脆倾向性和时效倾向性。
冲击韧性是衡量钢材断裂时所做功的指标，其值随金属组织和结晶状态的改变而剧烈变化。
钢中的非金属夹杂物、带状组织、脱氧不良等都将给钢材的冲击韧性带来不良的影响。
冲击韧性是钢材在冲击荷载或多向拉应力下具有可靠性能的保证，可间接反映钢材抵抗低温、应力集中、多向拉应力、加荷速率和重复荷载等因素导致脆断的能力。
辊轧是型钢和钢板成型的工序，它给这些钢材的组织和性能以很大影响。
辊轧有热轧和冷轧之分，以前者为主。
经过热轧后，钢材组织密实，力学性能得到改善。
这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；经过轧制之后，钢材内部的非金属夹杂物被压成薄片，出现分层现象。
分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。
焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。
热轧的另一后果是，是不均匀冷却造成的残余应力。
一般的说，截面尺寸越大，残余应力也越大，残余应力虽然是自向平衡的，对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。
如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。
二．钢结构的制作安装对构件性能的影响现代钢结构都是在专业化的金属结构制造厂中用热轧钢材或冷弯型钢加工成构件，然后运到工地安装而成。
加工对钢构件性能的影响主要表现为两类：其一是常温下加工的塑性变形，即冷作硬化和其后的时效影响；其二是局部高温的影响，主要是焊接的影响，也有氧气切割的影响。
1．冷加工的影响当材料经受的塑性变形不大，则屈服点没有提高，塑性和韧性只是稍有降低。
如果塑性变形很大，则屈服点将有所提高，而塑性和韧性则降低很大。
钢材的剪切和冲孔，使剪断的边缘和冲出的孔壁严重硬化，甚至出现细裂纹。
例如，焊接结构的工地安装孔，如果冲成后受到邻近焊缝的影响而加热至200～450℃，使时效很快完成，孔壁裂纹就有扩展危险。
冷弯型钢是用轧制好的薄钢板加工弯成的。
冷弯成型时钢板都经受一定的塑性变形，并出现强化和硬化。
如下图3.1所示卷边槽钢，冷弯成型后弯角部分屈服点大幅度提高，抗拉强度也有所提高，提高幅度如何和加工成型的工艺很有关系，压制成型者平板部分屈服点没有明显提高。
图3.1 冷弯型钢屈服点提高弯角部分的塑性变形，外侧沿圆弧方向为拉伸，沿半径方向为压缩，内侧则沿弧度线压缩，而沿半径拉伸。
这些塑性变形都是垂直与构件受力方向的，对构件抗拉和抗压性能的影响相同。
材料弯成圆角时半径和板厚之比r/t越小，塑性应变越大，屈服点提高幅度也越大。
2．焊接的影响对钢材进行焊接，造成以下三种后果：（1）焊接金属具有铸造组织，不同于轧制钢材。
焊缝金属在碳、氮、氧、氢的含量方面与轧制钢材有差别。
碳含量稍低，而氮、氧、氢含量稍高。
氧加剧钢构件的热脆氮使钢冷脆、对时效敏感。
焊接的金属冷却很快，因而含氧高，气泡和夹杂都较多，使钢材的组织欠均匀，气泡周围容易形成硫的偏析，而在焊接结构中硫的偏析可能引起热裂纹。
焊接金属含氢量高，来源与焊条药皮和大气。
当冷却快时，氢能使焊接金属内部出现微观裂纹。
我国《建筑钢结构焊接技术规程》规定，厚度大于40mm的Q235钢和厚度大于25mm的Q345钢，在焊接时需要预热，最低预热温度控制在60～140℃。
施焊后还应进行后热，其温度由实验确定。
预热使焊后冷却过程延长，氧和氢的含量减少，改善了焊接构件的性能。
（2）焊弧的高温使邻近焊缝的钢材发生组织变化。
（3）局部性的高温使钢材发生塑性变形，冷却后存在残余应力。