1,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制要點(diǎn),2,總的原則,整體把控，注重細(xì)部現(xiàn)實(shí)聯(lián)系理想強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定都重要強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件,3,主要章節(jié),1、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍2、鋼結(jié)構(gòu)常見的破壞形態(tài)3、鋼結(jié)構(gòu)的材料性能4、鋼結(jié)構(gòu)的連接5、鋼結(jié)構(gòu)的有限元分析及實(shí)驗(yàn)研究6、鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型7、鋼結(jié)構(gòu)常用的計(jì)算軟件8、鋼結(jié)構(gòu)的防腐及防火,4,1.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍,1）大跨度結(jié)構(gòu)2）重型廠房結(jié)構(gòu)3）受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)4）可拆卸的結(jié)構(gòu)5）高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)6）容器和其它構(gòu)筑物7）輕型鋼結(jié)構(gòu)8）海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu),5,（1）大跨度結(jié)構(gòu),體育館、展覽館、影劇院、會(huì)議中心、機(jī)庫等,6,（2）重型廠房結(jié)構(gòu),鋼鐵、化工、機(jī)械、發(fā)電等行業(yè)的廠房,7,（3）受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)：,公路，鐵路，跨江，跨海,8,（4）可拆卸、移動(dòng)的結(jié)構(gòu),舞臺(tái)、展棚、軍用設(shè)施、溫室等,9,（5）高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu),金茂、環(huán)球金融中心、迪拜塔,10,（5）高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu),電視塔、天線、發(fā)射架、管道支架,11,（6）容器和其它構(gòu)筑物油罐、儲(chǔ)氣罐,密封性好、耐高壓,12,（7）輕型結(jié)構(gòu),廠房、住宅、公共建筑,輕便、安裝迅速,13,（8）海洋平臺(tái),14,2、鋼結(jié)構(gòu)常見的破壞形態(tài),鋼結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)可以出現(xiàn)于下列六種情況：（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡（如傾覆）；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過而破壞；（強(qiáng)度破壞）（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系（倒塌）；（4）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（屈曲等），網(wǎng)架倒塌；（5）結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過度的塑性變形，而不適用于繼續(xù)承載；（6）在重復(fù)荷載作用下構(gòu)件疲勞斷裂。在這些極限狀態(tài)中，穩(wěn)定性、抗脆斷對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的意義。,15,整體把控,定結(jié)構(gòu)方案，選結(jié)構(gòu)類型柱網(wǎng)的布置，抗側(cè)移構(gòu)件的布置，支撐或剪力墻，力爭使結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則。軟件計(jì)算，整體參數(shù)，周期比，整體側(cè)移，層間側(cè)移；構(gòu)件的應(yīng)力比，位移。應(yīng)力比：主要傳力構(gòu)件0.7-0.8，二級(jí)構(gòu)件0.8-0.9，次要構(gòu)件0.95以下?？捎玫能浖蠸AP2000，MIDAS，PKPM等軟件,16,青島郵輪母港客運(yùn)中心鋼屋蓋考慮行波效應(yīng)的地震反應(yīng)分析,17,注重細(xì)部,18,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,3.1對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求,鋼材鐵（Fe）、碳（C）及其它元素的合金?；瘜W(xué)成分碳素鋼，低合金鋼，不銹鋼，耐候鋼。結(jié)構(gòu)鋼材鋼板，型鋼。,供貨鋼材,鋼板,型鋼,熱軋,冷成型,19,結(jié)構(gòu)用鋼：碳素鋼、合金鋼中少數(shù)幾種。鋼材的選用：Q235B，Q345B，Q345C等牌號(hào)（簡稱鋼號(hào)）：,半鎮(zhèn)靜鋼,質(zhì)量分級(jí),屈服強(qiáng)度，大小為235N/mm2,屈服強(qiáng)度，基本反映含碳量高低。質(zhì)量分級(jí)AD，表示質(zhì)量低高（根據(jù)沖擊韌性和冷彎性能劃分）,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,20,結(jié)構(gòu)鋼須具備性能：較高的強(qiáng)度，塑性好，韌性好，良好的加工性能，適合冷、熱加工，良好的可焊性。一、單向拉伸時(shí)的工作性能,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,拉伸試驗(yàn),鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現(xiàn)的性能,強(qiáng)度指標(biāo),變形性能,21,彈性階段彈塑性階段塑性階段應(yīng)變硬化階段頸縮階段,主要力學(xué)性能指標(biāo)：彈性模量比例極限屈服點(diǎn)抗拉強(qiáng)度伸長率,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,22,二、冷彎性能判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。,根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定彎心直徑將試樣彎曲180，其表面及側(cè)面無裂紋或分層則為冷彎試驗(yàn)合格。,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,23,三、沖擊韌性韌性是鋼材斷裂時(shí)吸收機(jī)械能力的量度。實(shí)際中用沖擊韌性衡量鋼材抗斷裂的性能。測(cè)量方法：梅氏方法夏比法缺口韌性值受溫度影響：常溫（205）0負(fù)溫（-20或-40）,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,24,碳素結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量分級(jí),改進(jìn)韌性，保證可焊性,注：表中沖擊韌性采用夏比V形缺口試驗(yàn)。,3鋼結(jié)構(gòu)的材料,25,對(duì)鋼材力學(xué)性能影響的因素,一）、化學(xué)成分的影響二）、成材過程的影響1、生產(chǎn)過程冶煉，澆筑，軋制（鋼板厚?。?，熱處理2、加工過程冷加工硬化（應(yīng)變硬化），熱加工，使用過程，應(yīng)力情況,26,（3）應(yīng)力殘余應(yīng)力：降低實(shí)際承載力；應(yīng)力集中：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)：多向應(yīng)力，降低延性。避免焊縫交叉,應(yīng)力狀態(tài),27,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接,28,1、焊縫連接的特點(diǎn)構(gòu)造簡單，連接方便；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；缺點(diǎn)：焊接應(yīng)力和焊接變形；熱影響區(qū)材質(zhì)變脆；對(duì)裂紋比較敏感；低溫冷脆；對(duì)動(dòng)力荷載比較敏感，等。,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,29,2、鉚釘連接的特點(diǎn)塑性和韌性較好；連接緊密，傳力方便；用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中（如橋梁）；缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)料。很少使用。3、螺栓連接的特點(diǎn)分普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接（1）普通螺栓連接A、B、C三級(jí)：A和B為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓；材料等級(jí)：A和B為8.8級(jí)，C級(jí)為4.6級(jí)或4.8；加工：A、B級(jí)由毛坯在車床上精確加工而成精制；C級(jí)為由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成粗制；,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,30,螺孔：A、B級(jí)需要鉆模鉆成（類孔），孔徑比螺桿大0.3mm左右；C級(jí)為一次沖成或不用鉆模鉆成（類孔）孔徑比螺桿大1.53.0mm。受力：A、B級(jí)受力性能好，連接變形小，可以既受拉又受剪，用于重要的連接；C級(jí)螺栓連接性能不如A、B級(jí)好，主要受拉，用于承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的次要連接。費(fèi)用：A、B級(jí)成本昂貴，C級(jí)螺栓價(jià)格便宜，能用C級(jí)螺栓的地方不用A、B級(jí)螺栓。（2）高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)螺栓分為摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,31,摩擦型高強(qiáng)螺栓：只依靠構(gòu)件接觸面之間的摩擦力來傳遞剪力，以剪力等于接觸面摩擦力為設(shè)計(jì)極限狀態(tài)。承壓型高強(qiáng)螺栓：允許接觸面滑移（剪力超過摩擦力），以螺桿與構(gòu)件之間的擠壓而發(fā)生的連接破壞作為承載力極限狀態(tài)。受力：摩擦型高強(qiáng)螺栓剪切變形小，彈性性能好，耐疲勞，特別適用動(dòng)力荷載；承壓型高強(qiáng)螺栓的承載力高于摩擦型，剪切變形大，不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。材料等級(jí)：采用45號(hào)鋼、40B和20MnTiB鋼（熱處理），材料等級(jí)為8.8級(jí)或10.9級(jí)。孔徑：摩擦型高強(qiáng)螺栓孔徑比螺栓大1.52.0mm；承壓型高強(qiáng)螺栓孔徑比螺栓大1.01.5mm。,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,32,二、焊接方法和焊縫連接形式1、鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法介紹手工電弧焊。焊條選擇：Q235選擇E43型；Q345采用E50型焊條；Q390和Q420采用E55型焊條；不同鋼種之間（例Q235與Q345)宜選用低組配方案（E43型）自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊。氣體保護(hù)焊。2、焊縫缺陷及焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、未熔合等,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,33,34,焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)：外部檢驗(yàn)外部（外部尺寸和缺陷）和內(nèi)部檢驗(yàn)（內(nèi)部缺陷）。內(nèi)部檢驗(yàn)方法：超聲波（主要)；磁粉（輔助）；熒光檢驗(yàn)（輔助）；x射線、射線等（x射線應(yīng)用廣）。焊縫質(zhì)量等級(jí)：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范對(duì)焊縫分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求進(jìn)行外觀檢驗(yàn)并符合標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)除了外觀檢查外，還必須進(jìn)行一定量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。焊縫等級(jí)的選用：疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件：垂至于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)為一級(jí)，受壓時(shí)為二級(jí)；,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,35,不進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件：對(duì)接焊縫要求等強(qiáng)時(shí)受拉焊縫不低于二級(jí)，受壓時(shí)宜為二級(jí)；重級(jí)工作制吊車和Q50T的中級(jí)工作制的吊車，吊車梁腹板與上翼緣之間的T形焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不低于二級(jí)；角焊縫一般為三級(jí)，只有直接承受動(dòng)力荷載的焊縫應(yīng)為二級(jí)。3、焊縫連接形式和焊縫形式焊縫連接形式：按照被連接構(gòu)件的相對(duì)位置來分為對(duì)接（直接對(duì)接和蓋板對(duì)接）、搭接、T形連接和角部連接等,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,36,37,焊縫形式：對(duì)接焊縫和角焊縫對(duì)接焊縫：正對(duì)接焊縫和斜對(duì)接焊縫角焊縫：正面角焊縫（端縫）、側(cè)面角焊縫（側(cè)縫）和斜角焊縫（斜縫）連續(xù)角焊縫（重要構(gòu)件）和間斷角焊（次要構(gòu)件）：間斷角焊縫間斷距離l15t（受壓）和l30t（受拉），t為較薄件的厚度按照施焊位置分：平焊（俯焊）、橫焊、立焊和仰焊四種。焊接質(zhì)量影響較大。4、焊縫代號(hào)、螺栓及其孔眼圖例焊縫代號(hào)：螺栓及其孔眼：,4鋼結(jié)構(gòu)的連接,38,39,40,三、焊接應(yīng)力和焊接變形1、焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因。焊接應(yīng)力的類型：縱向焊接應(yīng)力；橫向焊接應(yīng)力；厚度方向的焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響：不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度；降低結(jié)構(gòu)的剛度；降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力；增加了結(jié)構(gòu)在低溫下的脆斷傾向；對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。2、焊接變形焊接變形：局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等，影響構(gòu)件在正常使用條件下的承載能力。,41,3、減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施設(shè)計(jì)上：焊件位置的安排要合理。盡量使焊縫對(duì)稱于構(gòu)件截面的中心軸。焊縫尺寸要適當(dāng)。不得隨意增大焊縫的厚度。焊縫的數(shù)量宜少，且不宜過分集中。應(yīng)盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉。盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。,42,工藝上：采取合理的施焊次序。例如分段退焊、分層焊和工字形截面的對(duì)角跳焊等。采用反變形法。對(duì)于小尺寸焊件，采取焊前預(yù)熱，焊后回火加熱至600度左右，然后慢慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形。采取剛性固定法來控制焊接變形，但增加了焊接應(yīng)力。,43,四、普通螺栓連接與構(gòu)造1、螺栓的排列螺栓排列要求：受力要求；構(gòu)造要求；施工要求。螺栓排列方式：并列和錯(cuò)列兩種。螺栓排列的最大和最小容許距離。2、螺栓的構(gòu)造要求每一構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久螺栓的數(shù)目不少于2個(gè)。對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接，應(yīng)當(dāng)采用雙螺帽或其它防止螺帽松動(dòng)的有效措施。由于C級(jí)螺栓與孔壁有較大間隙，一般只受拉力，不宜受剪，承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)和臨時(shí)結(jié)構(gòu)，可采用C級(jí)螺栓受剪。重要結(jié)構(gòu)中，優(yōu)先采用高強(qiáng)螺栓。,44,45,五、高強(qiáng)螺栓連接與構(gòu)造當(dāng)型鋼構(gòu)件的拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，由于型鋼的抗彎剛度較大，不能保證摩擦面緊密貼和，故不能用型鋼作為拼接件，而應(yīng)采用鋼板。在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法應(yīng)在施工圖中說明。,46,防止脆性斷裂影響鋼材脆斷的因素：鋼材的質(zhì)量，鋼板的厚度，加荷速度，應(yīng)力性質(zhì)和大小，最低使用溫度，連接的方法，應(yīng)力集中程度等。防止脆斷的措施有：1）對(duì)低溫地區(qū)的焊接結(jié)構(gòu)要注意選擇鋼材的材質(zhì)；2）對(duì)焊接結(jié)構(gòu)特別是低溫地區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)要注意焊縫的正確布置和施焊時(shí)注意焊縫的質(zhì)量；3）力求避免應(yīng)力集中；4）結(jié)構(gòu)在使用時(shí)應(yīng)避免使其突然受力，要使加荷的速度不致過大。5）設(shè)置多道防線兩個(gè)重要細(xì)節(jié)：避免焊縫交叉；集中荷載處設(shè)加勁肋。,鋼材脆斷,47,兩個(gè)重要細(xì)節(jié)：避免焊縫交叉：避免三向受拉，防止斷裂。集中荷載處設(shè)加勁肋：防止局部屈曲。,48,細(xì)部的設(shè)計(jì)方法：有限元計(jì)算或者試驗(yàn),49,青島郵輪母港客運(yùn)中心鋼屋蓋的特殊節(jié)點(diǎn)的有限元分析,6.有限元分析及試驗(yàn)研究,50,6.有限元分析及試驗(yàn)研究,梁柱弱軸連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)受力性能研究,51,新型梁柱裝配式剛性節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究,6.有限元分析及試驗(yàn)研究,52,新型梁柱裝配式剛性節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究,53,新型梁柱裝配式節(jié)點(diǎn)弱軸連接受力分析,6.有限元分析及試驗(yàn)研究,54,梁柱弱軸連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究,梁柱弱軸連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究,55,新型梁柱裝配式節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究,56,現(xiàn)實(shí)聯(lián)系理想,57,5、鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,門式剛架的計(jì)算簡圖,門式剛架的模型