鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)培訓(xùn)講義（PPT68頁）

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)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）海洋平臺結(jié)構(gòu)（1）大跨度結(jié)構(gòu)體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機(jī)庫等（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（3）受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)：公路，鐵路，跨江，跨海（

2、4）可拆卸、移動的結(jié)構(gòu)舞臺、展棚、軍用設(shè)施、溫室等（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（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（6）容器和其它構(gòu)筑物 油罐、儲氣罐密封性好、耐高壓（7）輕型結(jié)構(gòu)廠房、住宅、公共建筑輕便、安裝迅速（8）海洋平臺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

3、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、抗脆斷對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的意義。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0.7-0.8，二級構(gòu)件0.8-0.9，次要構(gòu)件0.95以下。可用的軟件有SAP2000，MIDAS，PKPM等軟件青島郵輪母港客運(yùn)中心鋼屋蓋考慮行波效應(yīng)的地震反應(yīng)分析 注重細(xì)部3 鋼結(jié)構(gòu)的材料3.1 對鋼結(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

4、。供貨鋼材鋼板型鋼熱軋冷成型結(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（簡稱鋼號）：半鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量分級屈服強(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A D，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 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)

5、構(gòu)的材料二、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)的材料碳素結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量分級質(zhì)量分級沖擊韌性冷彎性能A不要求需要則進(jìn)行BAKV27J（常溫）合格CAKV27J（0）合格DAKV27J（-20）合格改進(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)的材料對鋼材力學(xué)性能影響的因素一）、

6、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（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)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 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；對裂紋比較敏感；低溫冷脆；對動力荷載比較敏感，等。4 鋼結(jié)構(gòu)的連接 2、鉚釘連接的特點(diǎn) 塑性和韌性較好； 連接緊密，傳力方

7、便； 用于直接承受動力荷載的結(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：A和B為精制螺栓，C級為粗制螺栓； 材料等級： A和B為8.8級，C級為4.6級或4.8； 加工：A、B級由毛坯在車床上精確加工而成精制；C級為由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成粗制；4 鋼結(jié)構(gòu)的連接 螺孔：A、B級需要鉆模鉆成（類孔），孔徑比螺桿大0.3mm左右；C級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級螺栓連接性能不如A、B級好，主

8、要受拉，用于承受靜力荷載和間接承受動力荷載的次要連接。 費(fèi)用： A、B級成本昂貴，C級螺栓價(jià)格便宜，能用C級螺栓的地方不用A、B級螺栓。 （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 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，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。 材料等級：采用45號鋼、40

9、B和20MnTiB鋼（熱處理），材料等級為 8.8級或10.9級。 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 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） 自動或半自動埋弧焊。 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 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)：外部檢驗(yàn)外部（外部尺寸和缺陷）

10、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：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范對焊縫分為一級、二級和三級。 三級焊縫只要求進(jìn)行外觀檢驗(yàn)并符合標(biāo)準(zhǔn)；一級、二級除了外觀檢查外，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，受壓時(shí)為二級；4 鋼結(jié)構(gòu)的連接 不進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件：對接焊縫要求等強(qiáng)時(shí)受拉焊縫不低于二級，受壓時(shí)宜為二級； 重級工作制吊車和Q50T的中級工作制的吊車，吊車梁腹板與上翼緣之間的T形焊透的對接與角接組合焊縫，不低于二

11、級； 角焊縫一般為三級，只有直接承受動力荷載的焊縫應(yīng)為二級。 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)件的相對位置來分為對接（直接對接和蓋板對接）、搭接、T形連接和角部連接等4 鋼結(jié)構(gòu)的連接 焊縫形式：對接焊縫和角焊縫 對接焊縫：正對接焊縫和斜對接焊縫 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、螺栓及其孔眼圖例 焊縫代號： 螺栓及其孔眼：4 鋼結(jié)構(gòu)的連接 三

12、、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。 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

13、方向的收縮應(yīng)力。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角跳焊等。 采用反變形法。 對于小尺寸焊件，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。 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)。 對直接承受動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的有效措施。 由于C級螺栓與孔壁有較大

14、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級螺栓受剪。重要結(jié)構(gòu)中，優(yōu)先采用高強(qiáng)螺栓。 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。 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

15、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。細(xì)部的設(shè)計(jì)方法：有限元計(jì)算或者試驗(yàn)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)研究新型梁柱裝配式剛性節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究新型梁柱裝配式節(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)研究新