钢结构特点、常见体系及设计指标

钢结构特点、常见体系及设计指标精讲

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钢结构讲师简介 ：殷工，同济大学工学硕士；国家一级注册结构工 程师，国家注册土木工程师（岩土）。曾供职于上海知名设计 院，专业从事钢结构设计工作10余年。作为主要设计人或 专业负责人完成多项大型复杂工程项目的钢结构设计工作  具有丰富的钢结构工程设计经验，擅长桁架、网架、复杂空间体系设计

一、从技术角度看钢结构的一些特点：

1、材料均匀，接近理想弹塑性。

总结：力学计算和实际结构比较接近

2、高强轻质

A:钢材强度远高于混凝土、砖石和木材。建筑大跨度和超高度以及荷载很大的结构时，目前是唯一选择。在多层房屋中用钢结构，由于强度大而柱截面小，也能带来很好的经济效果。引入轻质指标：c=ρ/R

字母含义：c-----轻质指标；ρ-----材料密度；R 材料

抗力。通过计算可以发现，Ｑ235 的轻质指标为

3.6x10 -4 /m, C30 混凝土为 1.85x10 -3 /m,前者仅为后者的1/5;

B:钢结构轻质的特点决定了其地震作用小。

什么是重力荷载代表值？水平地震作用怎么算？

重力荷载代表值，是建筑抗震设计用的重力性质的荷载，为结构构件的永久荷载(包括自重)标准值和各可变荷载组合值之和。

具体计算方法:

根据《抗规》(GB50011-2010)5.1.3 计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。 。 各可变荷载的组合值系数， ， 应按表5.1.3 采用 。水平地震作用计算：抗规5.2.1条标准值 Fek=α1×Geq

总结：钢结构强度大，自重却轻，产生地震作用小，抗震性

能优于混凝土，高效材料。

3、塑性、延性和韧性好，耗能强

什么塑性？

什么是延性？什么是冲击韧性？

什么是滞回曲线？

注意包兴格效应，塑性设计中注意。

包兴格效应是某些塑性材料的一种力学性质，表现为当材料受到某一方向的载荷作用（如拉伸）进入塑性变形阶段后，若接着施加相反方向的载荷（如压缩），将会发现此时材料的屈服应力会比直接施加后一种载荷时降低。

总结：延性好，从而保证结构不致坍塌。冲击韧性好，

对动力荷载适应性强。设计合理的钢结构地震作用下能充分吸收能量而安然无恙。

二、钢结构的常见体系

桁架结构

支架

工业钢框架

民用多层框架

高层钢结构

门式刚架

屋盖结构：

管桁架

网架网壳结构

预应力钢结构

张弦梁

索杆体系

总结：结构结构形式丰富，对边界适应性很强，可以制造出各种受力合理、体型优美的结构。

三、钢结构常见的截面类型

四、钢结构及其构件设计指标

承载能力极限状态

强度：表现为材料在荷载效应下屈服、断裂等。

稳定性：表现为结构或构件平衡状态的突然转变，发生屈曲破坏。

疲劳：疲劳破坏三阶段 裂纹形成、扩展、脆断。注意细部设计

正常使用极限状态

变形：表现为结构或构件产生过大的变形。

1、钢材的选取和强度取值。

一般结构主要用到非合金钢Q235以及低合金高强度钢Q345、Q390、

Q420 等，怎么选？

☆抗震规范 GB50018-2010 条文 3.9.2 条第三款对钢材的三个要求：

什么是屈服点、抗拉强度、伸长率？

工作中常见的问题？国内专家意见？

钢结构规范相关规定：

什么是沸腾钢？镇静钢又是什么？怎么区分？

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2、一些基本力学参数的回忆

毛截面面积 ：毛截面，用在 整体稳定验算里。整体稳定验算是相对于

整个构件来讲的，与构件的截面、边界条件等等都有关。只是某个局

部的截面的削弱对整体稳定影响不大。所以这里采用毛截面，即忽略

某些截面中孔洞的削弱。

净截面面积 ：指有效截面减去有效截面范围内的孔洞的截面，是用在

薄壁的受压的 强度验算里的，受拉时没有局部屈曲问题，所以仍用净

截面。（以简支梁 M V 介绍）

有效截面：是相对于（宽厚比或高厚比较大的板件）而言的。板太薄，

受压时会发生局部屈曲，从而不能全截面都用来承载。故规范里对这

种薄壁构件，作了相应的简化，认为其中的 一部分截面（有效截面 ）

可像普通板那样来受力，而其他的部分不考虑他的作用。

钢结构设计规范轴心受力构件计算：

必须用净截面面积

截面惯性矩：截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个几何参数。截面

各微元面积与各微元至截面上某一指定轴线距离二次方乘积的积分。

常见截面的惯性矩公式

矩形 b*h^3/12  其中：b — 宽；h — 高

三角形 b*h^3/36 其中：b—底长；h—高

圆形 π*d^4/64 其中：d—直径

截面模量 ：又叫截面抵抗矩（W）就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值。其中 W=I/y

由于横力弯曲时，梁的弯矩随截面位置变化，Mmax 所在截面称为危险截面，最大弯曲正应力发生在弯矩最大的截面上，且离中心轴最远处，该处为危险点。（强调下)

常见截面的截面模量

矩形截面抵抗矩：W=bh^2/6 。

圆形截面的抵抗矩：W=πd^3/32。

圆环截面抵抗矩：抗弯时 W= π(D^4-d^4)/(32D) ，抗扭时 W= π

(D^4-d^4)/(16D) 。

最大弯曲应力σ=M/W,

移轴公式： ： 截面对任一轴的惯性矩， ， 等于对平行轴的惯性矩加上截面

面积与两轴之间距离的平方的乘积。

组合截面截面特性计算举例：

钢结构规范受弯构件计算公式：

初中级钢结构课程目标：学成之后能够独立完成钢结构的设计工作，能够掌握的内容如下：

1 、钢结构设计入门（如设计一般规定、材质选取、连接材料选取、焊缝表达等）

2 、钢构件设计（如简支梁、平面钢桁架等）

3 、门式刚架设计（概念 规范 软件 施工图 手算）门刚用最新规范讲解包括轻型门式刚架、带吊车门式

刚架、抽柱门式刚架、带夹层门式刚架。

4 、钢框架的设计（概念 规范 STS  软件 施工图 手算）

5 、平面 立体桁架设计（概念 规范 3d3s  软件 施工图 节点手算）

6 、网架设计（概念 规范 3d3s  软件 施工图 节点手算）

7  、midas gen 管桁架结构计算分析及设计验算；

8、某综合体底部混合结构与顶部钢屋盖整体拼模技巧及演示 、   计算结果分析及设计验算；

9 、某单层网壳几何非线性分析。

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钢系 ：钢结构设计初中级、高级班（3d3s sap2000 midas gen）；

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注考系 ：注册结构考试专业班与基础班；

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造价系 ：安装工程造价班、土建造价班。

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