《钢框架构造》课件

钢框架通用构造技术解析课程导学与学习目标课程导学学习目标本课程将从钢框架的基本概念入手，逐步深入到结构组成、受力特性、材料选择、抗侧力性能、稳定性分析、抗震设计等方面同时，还将探讨钢框架的连接技术、防腐防火、施工工艺、经济性分析以及绿色设计最后，展望钢框架的发展趋势，为学员提供全面的知识体系钢框架的基本概念与定义概念定义组成12钢框架是由钢梁和钢柱通过焊接、螺钢框架是一种以钢材为主要承重构件栓连接或铆接等方式连接而成的结构的框架结构，通过合理的节点连接，体系它以钢材为主要材料，具有强形成具有足够强度、刚度和稳定性的度高、重量轻、延性好、施工速度快空间结构体系它能够承受各种荷载等优点，被广泛应用于高层建筑、大作用，并保证结构的安全可靠跨度结构、工业厂房等领域钢框架的分类与应用领域按结构形式分类框架结构、框架支撑结构、框架剪力墙结构、筒体结构等--按高度分类低层钢框架、多层钢框架、高层钢框架、超高层钢框架等按应用领域分类高层建筑、工业厂房、桥梁、体育场馆、展览馆等高层建筑高层建筑由于其高度和复杂性，钢框架结构能够提供足够的强度和稳定性，同时减轻结构自重，加快施工速度钢框架的发展历程早期发展1世纪末，钢框架结构开始应用于高层建筑，如美国的摩天大楼19技术进步2世纪，焊接技术、高强度螺栓连接技术等的发展，促进了钢框架结构的20广泛应用现代发展3随着计算机技术的进步，钢框架结构的设计和分析更加精确和高效新型钢材的出现，提高了钢框架结构的性能未来趋势4钢框架结构将朝着智能化、绿色化、预制装配化的方向发展钢框架的基本受力特性高强度钢材具有较高的强度，能够承受较大的荷载作用高刚度钢材具有较高的弹性模量，能够保证结构的刚度要求延性好钢材具有较好的延性，能够吸收地震等作用下的能量重量轻钢材的密度较小，能够减轻结构自重钢框架的结构组成钢梁钢柱1承受弯矩和剪力，连接钢柱，形成框架结承受竖向荷载，是结构的主要承重构件2构支撑系统连接节点4提高结构的抗侧力性能，保证结构的稳定3连接钢柱、钢梁和支撑系统，传递荷载性主要受力构件介绍钢柱钢梁支撑钢柱是钢框架结构中承受轴向压力的主要构钢梁是钢框架结构中承受弯矩和剪力的主要支撑系统是提高钢框架结构抗侧力性能的重件，其设计需要考虑强度、稳定性和刚度等构件，其设计需要考虑强度、刚度和挠度等要组成部分，其设计需要考虑刚度和稳定性因素因素等因素柱件的类型与设计要点类型设计要点影响因素实腹式柱、格构式柱、箱型柱等强度、稳定性、刚度、连接方式等荷载大小、柱长、截面形式、材料强度等梁件的类型与设计要点类型设计要点12实腹梁、格构梁、箱型梁等强度、刚度、挠度、连接方式等影响因素3荷载大小、梁长、截面形式、材料强度等连接件的重要性传递荷载保证刚度连接件是钢框架结构中传递荷载的合理的连接方式能够保证结构的刚关键组成部分，其质量直接影响结度要求，提高结构的整体性能构的安全性影响造价连接件的类型和数量直接影响结构的造价，因此需要进行经济性分析节点连接的基本类型刚性连接1能够传递弯矩和剪力，保证节点处的转动刚度半刚性连接2能够传递部分弯矩和剪力，节点处的转动刚度介于刚性连接和铰接连接之间铰接连接3只能传递剪力，节点处不能传递弯矩刚性连接的设计原则强度刚度稳定性耐久性连接件的强度应满足荷载要求连接件的刚度应满足结构变形连接件的稳定性应满足结构稳连接件的耐久性应满足结构使要求定要求用寿命要求半刚性连接的特点适用性2适用于对刚度要求不高的结构经济性1相对于刚性连接，半刚性连接可以降低材料用量，降低造价设计复杂半刚性连接的设计需要考虑节点的转动刚度，设计较为复杂3铰接连接的应用场景简支梁桁架结构简支梁两端通常采用铰接连接，以保证梁的自由转动桁架结构的杆件之间通常采用铰接连接，以保证结构的稳定性钢框架的材料选择常用钢材选择原则考虑因素Q

235、Q

355、Q

420、Q460等强度、刚度、延性、焊接性能、耐腐蚀性荷载大小、结构形式、使用环境、使用寿能、经济性等命等不同强度等级钢材的性能、1Q2352Q3553Q420Q460强度较低，延性较好，焊接性能好，强度较高，延性较好，焊接性能好，强度很高，适用于超高层建筑和大跨适用于一般结构适用于较大荷载结构度结构常用钢材的力学性能钢材牌号屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率%Q235235370-50026Q355355470-63022Q420420520-68020材料选择的影响因素荷载大小结构形式1荷载越大，需要选择强度更高的钢材不同的结构形式对钢材的性能要求不同2使用寿命使用环境4使用寿命越长，需要选择耐久性更好的钢3腐蚀环境需要选择耐腐蚀钢材材钢框架的抗侧力性能抗侧力提高方法重要性钢框架结构需要具有足够的抗侧力性能，可以通过设置支撑系统、剪力墙等方式提抗侧力性能直接影响结构的安全性和稳定以抵抗风荷载和地震作用高结构的抗侧力性能性水平荷载作用下的结构响应位移内力12水平荷载作用下，结构会产生水平荷载作用下，结构构件会水平位移产生内力，如弯矩、剪力、轴力等变形3水平荷载作用下，结构会产生变形抗侧力构件的设计支撑剪力墙支撑的设计需要考虑刚度和稳定性，剪力墙的设计需要考虑强度和刚度，以保证其能够有效传递荷载以保证其能够有效抵抗水平荷载梁柱节点梁柱节点的设计需要考虑强度和刚度，以保证其能够有效传递内力支撑系统的类型交叉支撑1由两根斜杆交叉组成，具有较高的抗侧力性能人字支撑2由一根水平杆和两根斜杆组成，具有较好的抗侧力性能单斜杆支撑3由一根斜杆组成，抗侧力性能相对较低斜撑与支撑的设计原则刚度斜撑和支撑的刚度应满足结构变形要求稳定性斜撑和支撑的稳定性应满足结构稳定要求连接斜撑和支撑的连接应保证荷载的有效传递钢框架的稳定性分析局部稳定性2结构的局部稳定性是指结构构件在荷载作用下不发生局部失稳的能力整体稳定性1结构的整体稳定性是指结构在荷载作用下不发生整体失稳的能力构件稳定性构件的稳定性是指构件在荷载作用下不发3生屈曲的能力整体稳定性的基本要求避免整体失稳控制侧移结构的整体稳定性是指结构在荷载作用下不发生整体失稳的能力，结构的整体稳定性要求控制结构的侧移，避免结构发生过大的变形是结构安全的基本要求局部稳定性控制控制板件宽厚比设置加劲肋选择合理截面控制板件的宽厚比，避免板件发生局部屈在板件上设置加劲肋，提高板件的局部稳选择合理的截面形式，提高构件的局部稳曲定性定性构件细长比的影响细长比影响控制123细长比是指构件的计算长度与其截面细长比越大，构件的稳定性越差，容需要控制构件的细长比，保证结构的回转半径之比易发生屈曲稳定性钢框架的抗震设计抗震设计原则钢框架结构需要具有足够的抗震性小震不坏、中震可修、大震不倒能，以抵抗地震作用措施加强连接、设置耗能构件、提高结构的延性等抗震设计基本原则延性设计1利用钢材的延性，吸收地震能量强柱弱梁2保证柱的强度高于梁的强度，避免柱发生破坏强节点弱构件3保证节点的强度高于构件的强度，避免节点发生破坏抗震等级与设防烈度抗震等级根据结构的重要性确定抗震等级设防烈度根据结构的所在地确定设防烈度设计根据抗震等级和设防烈度进行抗震设计抗震构件的特殊要求材料连接1选择具有良好延性的钢材加强连接，提高节点的抗震性能2构造维护4采用合理的构造措施，提高构件的抗震性后期要定期维护，保证构件的抗震性能3能钢框架的连接技术焊接连接螺栓连接高强度螺栓焊接连接具有连接强度高、密封性好等优点，螺栓连接具有施工方便、可拆卸等优点，但高强度螺栓连接具有承载能力大、性能稳定但施工要求较高连接强度相对较低可靠、抗剪强度高、连接质量好等优点焊接连接的基本方法手工焊自动焊气体保护焊手工焊是一种传统的焊接方法，适用于小自动焊是一种高效、高质量的焊接方法，气体保护焊是一种常用的焊接方法，能够批量、低要求的焊接适用于大批量、高要求的焊接有效防止焊接过程中氧化螺栓连接的类型普通螺栓高强度螺栓摩擦型螺栓123普通螺栓的强度较低，适用于连接受高强度螺栓的强度较高，适用于连接摩擦型螺栓通过摩擦力传递荷载，具力较小的构件受力较大的构件有较高的抗剪性能高强度螺栓连接技术预紧力摩擦面高强度螺栓连接需要施加预紧力，高强度螺栓连接需要处理摩擦面，保证连接的可靠性提高摩擦系数施工高强度螺栓连接施工需要严格控制，保证连接质量钢框架的防腐与防火防腐1钢材容易腐蚀，需要采取防腐措施，延长结构的使用寿命防火2钢材在高温下强度会降低，需要采取防火措施，保证结构的安全防腐蚀处理技术涂层涂层是一种常用的防腐蚀方法，能够有效隔离钢材与腐蚀介质镀层镀层是一种常用的防腐蚀方法，能够提供较好的保护效果阴极保护阴极保护是一种电化学防腐蚀方法，能够有效防止钢材腐蚀防火涂料与防火构造防火涂料外包混凝土1防火涂料能够延缓钢材升温速度，延长结用混凝土包裹钢构件，利用混凝土的耐火构的耐火时间2性能保护钢结构防火板材空心填充4利用防火阻燃的板材包裹钢结构，达到防将空心构件内部填充耐火材料，从而达到3火的效果防火的效果防火设计的基本要求耐火极限疏散通道结构的耐火极限应满足规范要求结构的疏散通道应满足规范要求钢框架的施工工艺构件加工现场安装质量控制构件加工需要在工厂进行，保证构件的质现场安装需要严格按照施工方案进行，保质量控制贯穿于施工全过程，保证结构的量证结构的安全性质量符合规范要求构件加工与制作材料准备下料12选择符合要求的钢材按照设计图纸进行下料焊接检验34按照焊接工艺进行焊接对焊接质量进行检验现场安装与连接吊装按照吊装方案进行吊装对位对构件进行对位连接按照连接方式进行连接固定对连接进行固定质量控制与验收材料验收1对钢材的质量进行验收焊接质量2对焊接质量进行检验安装质量3对安装质量进行检验整体验收4对结构进行整体验收钢框架的经济性分析材料成本材料成本是钢框架结构的主要成本之一加工成本加工成本是钢框架结构的重要成本之一安装成本安装成本是钢框架结构的成本之一维护成本维护成本是钢框架结构的长期成本之一造价控制的关键因素设计优化材料选择1通过设计优化，降低材料用量选择经济合理的钢材2技术创新施工管理43应用新技术，降低造价加强施工管理，降低施工成本材料用量优化合理选择截面优化结构布置合理选择截面形式，提高材料利用率优化结构布置，降低构件内力施工成本分析人工费机械费管理费人工费是施工成本的重要组成部分机械费是施工成本的重要组成部分管理费是施工成本的重要组成部分钢框架的绿色设计可持续节能12采用可持续设计理念，降低对采用节能技术，降低能源消耗环境的影响环保3采用环保材料，减少污染可持续设计理念全寿命周期资源节约考虑结构的全寿命周期，降低对环境的影响节约资源，提高资源利用率环境友好经济合理采用环境友好型材料和技术保证经济合理性节能减排技术高效保温1采用高效保温材料，降低能耗太阳能利用2利用太阳能，降低能源消耗雨水收集3收集雨水，节约用水循环利用与再生钢材回收钢材可以回收利用，降低资源消耗构件再生构件可以再生利用，延长使用寿命减少废弃物减少施工过程中的废弃物钢框架的发展趋势新型材料智能化1应用新型钢材，提高结构的性能实现结构的智能化管理2预制装配数字化43采用预制装配技术，提高施工效率实现结构的数字化设计和施工新型材料应用高强度钢复合材料采用高强度钢，提高结构的承载能力，减轻结构自重将钢材与其他材料复合，提高结构的性能智能化与数字化智能监控智能控制数字化设计利用传感器对结构进行实时监控利用智能控制系统对结构进行控制采用BIM技术进行数字化设计预制装配技术工厂预制现场装配12在工厂预制构件，保证构件的在现场进行快速装配，提高施质量工效率质量控制3加强质量控制，保证结构的安全性钢框架设计的计算机辅助技术有限元分析优化设计利用有限元软件对结构进行分析利用优化算法对结构进行优化设计CAD利用软件进行绘图CAD技术在钢框架设计中的应用BIM可视化1实现结构的可视化设计协同2实现多专业协同设计信息集成3实现结构信息的集成管理课程总结与展望总结展望本课程全面解析了钢框架的通用构造技术钢框架结构将在未来得到更广泛的应用关键知识点回顾基本概念结构组成1钢框架的基本概念与定义钢框架的结构组成2施工工艺连接技术43钢框架的施工工艺钢框架的连接技术。