钢结构设计要求

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结构选型与布置
钢结构体系选择：根据结构的受力情况，使用功能等方面 选择最有效率，适合现有制造水平的， 安全性好，造价低的。

结构布置：平面布置，竖向布置，支撑布置，维护结构布置 等等

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钢结构体系与组成构件
结构荷载：竖向荷 载，水平荷载 结构传力体系： 竖向荷载传递体系 水平荷载传递体系 结构体系就是两种 体系的结合
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屋盖的设计
屋盖的组成

屋架，支撑系 统，屋面系统
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Байду номын сангаас
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屋面系统

有檩体系，无檩体系
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屋架的名义跨度和计算跨度
两相邻柱列定位轴 线间的距离为屋架 的名义跨度 L 屋架左右两支座中 心线间的距离为屋 架的计算跨度l。 计算跨度常取名义 跨度减去300mm
功能: 1，对保证上弦杆的侧向稳定性有着重 要的作用。2，传递作用在房屋山墙上的纵向 水平风荷载的作用。3，在传力平面增加屋盖 结构的刚度 横向支撑一般应设置在房屋两端（或温度伸 缩缝区段两端）的第一个柱间或第二柱间， 两道横向支撑的间距不宜超过60m。

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垂直支撑：布置在屋架间和天窗架间
垂直支撑的作用是：1.保持屋架侧向的几何稳定性； 2.下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的支点；3.传 递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；4.保证吊装 屋架时的稳定和安全。 布置位置：垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间 的屋架上，对跨度L≤30m的梯形屋架和跨度L≤24m 的三角形屋架，通常只在跨度中点设置一道中间垂 直支撑；当跨度大于上述情况时，则需在跨度中间 设置两道垂直支撑。此外，在梯形屋架两端则不论 跨度大小均需设置垂直支撑。
施工图包括： 结构设计总说明 布置图(构件布置与编号) 构件和节点详图 必要说明

材料表
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钢结构设计所用的规范
建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 钢结构设计规范（GB50017-2003） 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50017-2003） 钢结构工程施工质量验收规范（ GB50205-2001） 高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ18-2002、J2182002） 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102 ） 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）
钢结构设计
浙江大学建筑工程学院 钢结构研究室
钢结构的设计一般过程
1. 结构选型与结构布置 2. 确定选用的钢材牌号 3. 建立结构的计算简图，确定荷载 4. 进行结构内力分析与组合 5. 进行各构件的截面设计 6. 进行构件相互间的连接设计 7. 绘制施工详图，编制材料表
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进行各构件的截面设计
初估截面 截面验算 构造要求


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进行构件相互间的连接设计
各种连接的构造 传力路线 计算内容


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绘制施工详图，编制材料表
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按不同荷载分别进行结构内力分析，进 行内力组合,
按不同荷载分别进行结构内力分析，进行内力组合，确定各构件在最不 利组合下产生的最大内力。 一般组合： 1.35D+0.7x(1.4L) 恒荷载控制 1.2D+1.4L 1.2D+1.4L+0.6x1.4W 活荷载为主的有风组合 1.2D+1.4x0.7(或0.9)L+1.4W 风荷载为主的组合 0.9(1.0)D+1.4W 风荷载为主倾覆验算 1.2(D+0.5L)+1.3E 地震工况 D+0.5L+1.3E 地震工况倾覆验算 注意： 当刚架内力采用二阶弹性分析时和采用塑性设计时,均应先进行荷载 组合而后按各荷载组合进行内力分析。

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建立结构的计算简图，确定其所受的各 类荷载



结构计算简图：符合实际情况，尽量简化。 依据简图导算荷载 竖向荷载： 永久荷载 D 可变荷载 L 雪荷载 其他竖向荷载（积灰荷载） 水平荷载 风荷载 W 地震荷载 E 其他水平荷载（吊车制动荷载）

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垂直支撑形式
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系杆
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支撑系统与屋架的连接节点
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屋架的适用跨度



平面桁架作为两端简支的受弯构件在满跨均布荷载作用下， 弯矩图形为一抛物线，其上、下弦杆主要承受桁架截面上的 弯矩，而腹杆则主要承受桁架截面上的剪力。 三角形屋架外形与抛物线形差别较大，因而其弦杆各节间的 内力很不均匀，屋架端部高度小，该处节间的内力最大，因 弦杆截面常按整根弦杆的最大内力选用，造成弦杆截面钢材 的增加，故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的，其常用 跨度宜在24～27m以下。 梯形屋架因为外形接近于抛物线形，则弦杆各节间中的内力 最为均匀。加之刚度也较好，常用跨度可达36m左右 平行弦屋架弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其腹杆长度一致， 杆件类型少，节点构造统一，便于制造，是其优点。 屋架外形图与弯矩图的比较

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平面桁架的腹杆体系
布置原则 1. 提供承受荷载的节点，尽可能使荷载都作用在节 点上而使桁架的弦杆都是轴心受力构件； 2. 使荷载传递至支座的路线最短，以减少腹杆的总 长度和节点数目； 3. 对非人字形的腹杆体系，应使长腹杆受拉，短腹 杆受压。对人字形腹杆体系，宜使斜腹杆的倾角在 35°～55°范围内。目的都是减小腹杆的截面积。

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确定选用的钢材牌号
选用依据： 1，应根据结构的重要性（损坏带来后果的严重性） 2，荷载特征（静力荷载、动力荷载等） 3，连接方法（焊接或非焊接） 4，工作环境（低温等） 结构形式、应力状态（拉应力或压应力） 板件厚度


Q235，Q345，Q390，Q420
实际设计时屋架间距l约为屋架跨度的1/3~1/5 常用间距：6m，压型钢板屋面：6～12m

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屋盖平面尺寸

当区段长度超过某规定值时，需设置伸缩缝。 最常用的设置方法是在伸缩缝处设置双柱。
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屋架的高跨比
对三角形屋架，1/4~1/6。 与柱刚接的梯形屋架的端部高度常取跨度的 （常用端部高度2m左右），端弯矩愈大，比 值可取大；跨度愈大，比值可取小些。高跨 比：1/6-1/10。 与柱铰接的梯形屋架的常用端部高度2m左右， 保证连续性。 平行弦桁架的经济高度常为其跨度1/15的左 右。



保证桁架结构的空间几何稳定性，及几何形 状不变 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点 承受并传递水平荷载 保证结构安装的稳定和方便 防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动
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横向支撑——布置在屋架上下弦和天窗 架上弦平面
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屋架的荷载



永久荷载：包括屋面材料、保温材料、檩条 及屋架（包括支撑及天窗）的自重。 屋面均布可变荷载 雪荷载 风荷载 其他荷载（吊顶，积灰）
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三角形屋架
内力组合通常只考虑一种情况: “永久荷载＋雪荷载和屋面均布可变荷载中的较大者”，考虑 全跨满载。 对芬克式和扇式三角形屋架，这里需说明3点： 1.不论弦杆和腹杆，都是全跨满载时使杆件内力为最不利， 因而不需考虑雪荷载等在半跨上作用的情况； 2.屋架的屋面坡度通常都小于30º ，此时屋面的风荷载一般为 吸力，因此风荷载不参与内力组合； 3.当屋面荷载特轻而风荷载特大时，还应考虑“永久荷载＋ 风荷载”的组合，以考察在风的吸力作用下使屋架下弦杆等 拉杆变成压杆和支座反力变向的可能性。在计算此荷载组合 时，永久荷载的分项系数应取1.0。

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梯形屋架
内力组合时通常都需考虑以下几种基本组合： 1、“永久荷载＋雪荷载和屋面均布可变荷载中的较大值”， 考虑满跨荷载； 2、“永久荷载＋半跨雪荷载和半跨屋面均布可变荷载中的 较大值”，要考虑左半跨和右半跨两种受荷情况。 当采用钢筋混凝土大型屋面板等重屋面时，还要考虑屋架在 安装时的半边受荷情况，即半跨的屋面板已吊装、另半跨屋 面板未吊装时： 3、“满跨屋架自重＋半跨（左半或右半两者）屋面板和施 工荷载”，用以考察腹杆中是否有内力变号的可能性。

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屋架的支撑系统
1，横向支撑 2，纵向支撑 3，垂直支撑 4，系杆 5，支撑系统与屋架的连接节点
支撑系统图
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支撑系统作用
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屋盖设计的内容和屋架的内力计算
屋盖设计内容


1. 结构方案的确定和结构布置 例如选定屋盖的组成，确定屋架的间距、形式和腹杆体 系，布置各种支撑系统等； 2. 檩条设计； 3. 屋架的内力分析 包括屋架荷载的计算、内力分析及内力 组合等； 4. 屋架杆件截面设计 包括钢材牌号、杆件截面形式和尺寸 的选用，强度和稳定计算等； 5. 屋架节点设计 包括各个节点中的连接计算和构件的拼接 等； 6. 施工详图的绘制 包括材料表的编制。
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纵向支撑——布置在屋架上弦或下弦
功能:1.与横向支撑一起形成一水平刚性盘，增加 房屋的整体刚度；2.当房屋为工厂车间并设有吊 车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作 用，可减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生 的水平变形；3.当有托架时，可保证托架的侧向 稳定。 布置位置：纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大 或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备 （如锻压车间）因而对房屋的整体刚度要求较高 时始设置之。对梯形屋架，纵向支撑常设在屋架 的下弦平面，而对三角形屋架则常设在上弦平面， 与横向支撑构成环路。
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屋架概述
平面桁架的外形

三角形、梯形、平行弦、人字行、多边形
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上弦坡度
主要由屋面材料确定： 1）波形石棉瓦屋面要求屋面坡度，瓦楞铁屋面要求， 若这种屋面的坡度过小，易造成漏雨，因此常需选 用三角形屋架。 2）油毡防水屋面则要求≤，因此常用的梯形屋架 3）近来常被采用的长尺压型钢板屋面，则可用于时， 因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。

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屋架间距


一般应由设计人员按经济要求确定 。
当屋架间距增大，所有纵向构件如檩条等因跨度加大而需增大其截面； 但在一定建筑面积下，屋架和支柱（包括柱基础）数目则可减少，利用 求极值的数学方法理论上可求得使整个屋盖和支柱用钢量最少或工料最
省时的屋架经济间距