建筑结构设计课件-钢结构

钢结构设计原理与应用欢迎来到这门课程，我们将深入探讨钢结构设计原理及其在现代建筑中的应用从历史演变到最新技术，我们将一起探索钢结构的魅力与挑战课程大纲和学习目标课程大纲学习目标

1.钢结构概述

1.掌握钢结构设计的基本原理和方法

2.钢材性能与选用

2.熟悉钢结构的优缺点和适用范围

3.钢结构荷载与作用

3.了解钢结构的常见类型和构造

4.钢结构构件设计

4.能够独立完成钢结构的设计和计算

5.钢结构连接与节点

5.具备钢结构施工和管理的基本知识

6.钢结构稳定性分析

7.钢结构构造要求

8.钢结构施工技术

9.钢结构检测与验收

10.钢结构加固改造

11.钢结构计算软件应用

12.工程案例分析钢结构发展历史19世纪初1钢结构的雏形出现，以简单的桁架为主19世纪中叶2钢材生产工艺改进，钢结构应用于桥梁和建筑20世纪初3钢结构建筑技术发展迅速，出现高层钢结构建筑20世纪中叶4钢结构设计理论和计算方法得到完善，并应用于大型公共设施21世纪5钢结构向着轻型化、高强度、高性能方向发展，应用更加广泛钢结构的优点与局限性优点局限性

1.高强度、重量轻，可跨度大

1.造价较高

2.施工速度快、周期短

2.抗火性能较差

3.可重复使用，环保性好

3.对焊接和连接技术要求较高

4.抗震性能优异

4.易受腐蚀，需采取防腐措施

5.建筑造型灵活，设计自由度高

5.对施工环境要求较高建筑用钢的基本性能强度1钢材抵抗外力破坏的能力，通常用屈服强度和抗拉强度表示塑性2钢材在断裂前发生塑性变形的能力，用伸长率和断面收缩率表示韧性3钢材抵抗冲击载荷的能力，用冲击韧性表示硬度4钢材抵抗硬物压入其表面的能力，用布氏硬度、洛氏硬度或维氏硬度表示钢材的力学性能屈服强度抗拉强度钢材开始发生明显塑性变形时的应力值钢材断裂时的应力值，代表钢材的极限抗拉能力伸长率断面收缩率钢材断裂后试样长度增加的百分比，反映钢材的塑性变形能钢材断裂后试样截面积减少的百分比，反映钢材的塑性变形力能力钢材的物理性能密度导热系数热膨胀系数钢材的质量与体积之比，影响钢结构的重钢材传递热量的能力，影响钢结构的温度钢材在温度变化时长度变化的比例，影响量和自重荷载变化和热应力钢结构的温度应力常用钢材规格与型号型号屈服强度抗拉强度用途MPa MPaQ235235375一般建筑结构Q345345490高层建筑和桥梁Q420420580大型工程和特殊结构Q460460640高强度建筑结构钢结构荷载与作用恒荷载结构自重、固定设备的重量等，基本保持不变活荷载人员、家具、堆放物品的重量等，随时间变化而变化风荷载风力对建筑物的作用力，取决于风速、建筑物形状等因素地震作用地震引起的惯性力，取决于地震烈度、建筑物高度和刚度等因素温度效应温度变化引起的钢材热胀冷缩，会产生热应力恒荷载计算方法自重荷载固定设备荷载根据钢材的密度和构件体积进行计算，考虑焊接接头重量根据设备的重量和安装位置进行计算，考虑设备的荷载传递方式活荷载分析进行荷载组合查阅规范将不同的活荷载进行组合，确定最不利荷确定活荷载类型根据建筑规范和设计要求，查阅相应的活载组合根据建筑物的用途和使用功能，确定不同荷载标准值的活荷载类型风荷载计算确定风荷载方向2考虑风荷载作用方向和建筑物形状的影响确定风压1根据建筑物所在地区的风速和风压系数进行计算计算风力根据风压和建筑物迎风面积进行计算，3考虑风荷载的分布地震作用分析地震烈度1根据建筑物所在地区的地震烈度确定地震加速度建筑物特性2考虑建筑物的高度、刚度、质量分布等因素的影响地震反应谱3根据地震烈度和建筑物特性，确定地震反应谱地震荷载计算4根据地震反应谱和建筑物特性，计算地震荷载温度效应确定温度差1根据建筑物所在地区的气候条件和建筑物使用功能，确定钢结构的温度差计算热应力2根据钢材的热膨胀系数和温度差，计算热应力进行稳定性验算3考虑热应力对钢结构稳定性的影响，进行稳定性验算基本构件设计原则钢梁设计钢柱设计钢桁架设计主要考虑弯矩和剪力，并进行强度和稳定主要考虑轴向压力和弯矩，并进行强度和主要考虑轴向力，并进行强度和稳定性验性验算稳定性验算算，同时考虑节点连接强度受拉构件设计受压构件设计受弯构件设计

1.

01.0强度刚度确保构件在弯曲作用下不发生断裂确保构件在弯曲作用下挠度不超过允许值

1.0稳定性确保构件在弯曲作用下不发生失稳受扭构件设计组合受力构件设计轴心受压偏心受拉弯扭组合同时承受轴向压力和弯矩同时承受轴向拉力以及弯矩同时承受弯曲和扭转两种作用钢结构连接方式概述焊接连接螺栓连接12利用焊接熔化金属的原理，将利用螺栓和螺母将两个构件连两个构件连接在一起，形成牢接在一起，分为高强螺栓连接固的整体和普通螺栓连接铆钉连接3利用铆钉将两个构件连接在一起，现在已逐渐被螺栓连接取代焊接连接原理熔化1利用电弧或火焰将焊条或焊丝熔化，形成熔池熔合2熔池与母材熔化并混合在一起，形成熔合区凝固3熔池冷却后凝固，形成焊缝，将两个构件连接在一起焊接工艺要求焊接位置焊缝位置应符合设计要求，确保连接强度和稳定性焊接电流焊接电流应根据焊条或焊丝的型号和焊件厚度进行调整焊接速度焊接速度应适当，过快会造成焊缝质量下降，过慢会导致焊件变形焊缝坡口焊缝坡口应符合设计要求，保证焊缝强度和美观焊缝质量控制X射线探伤超声波探伤磁粉探伤用于检测焊缝内部缺陷用于检测焊缝内部缺陷用于检测焊缝表面缺陷，如气孔、裂纹、夹渣，如气孔、裂纹、夹渣，如裂纹、气孔等等等高强螺栓连接预紧螺栓连接前，先对螺栓进行预紧，提高连接强度和抗滑移能力摩擦力预紧后，螺栓和连接板之间产生摩擦力，保证连接的可靠性抗震高强螺栓连接具有良好的抗震性能，适用于高层建筑和桥梁普通螺栓连接抗滑移2通过螺栓预紧力，使连接面之间产生摩擦力，防止滑移连接强度1主要依靠螺栓的剪切强度和拉伸强度应用范围3适用于轻型建筑和非承重结构铆钉连接铆接1利用铆钉的形变将两个构件连接在一起，形成牢固的连接强度2铆钉连接强度主要取决于铆钉的直径和材料强度应用3目前已逐渐被螺栓连接取代，主要应用于一些老旧建筑连接节点设计原则强度1节点连接应能承受所有作用力，保证结构的整体强度刚度2节点连接应具有足够的刚度，防止结构出现过大的变形稳定性3节点连接应具有良好的稳定性，防止连接出现局部失稳经济性4节点连接设计应考虑经济性，选择合适的连接方式和材料钢结构稳定性分析局部稳定性整体稳定性指构件在荷载作用下，发生局部屈曲的现象指构件在荷载作用下，发生整体失稳的现象局部稳定性验算板件稳定性型钢稳定性验算板件在压力或弯矩作用下，是否发生局部屈曲验算型钢在弯矩或剪力作用下，是否发生局部屈曲整体稳定性验算钢结构构造要求构件尺寸1构件尺寸应符合设计要求，并与连接方式相协调焊缝尺寸2焊缝尺寸应符合设计要求，保证连接强度和稳定性节点形式3节点形式应符合设计要求，保证结构的整体性能防腐处理4钢结构应进行防腐蚀处理，延长结构的使用寿命钢梁构造详细梁截面形状1选择合适的梁截面形状，如工字梁、H型梁、箱型梁等梁端连接2根据荷载传递方式，选择合适的梁端连接方式，如焊接、螺栓连接等梁中间支撑3根据梁的跨度和荷载情况，设置梁中间支撑，保证梁的稳定性梁腹板加强4根据荷载情况，对梁腹板进行加强，提高梁的承载能力钢柱构造详细柱截面形状选择合适的柱截面形状，如工字柱、H型柱、箱型柱等柱底连接柱底应与基础连接牢固，保证结构的整体稳定性柱顶连接柱顶应与上部梁连接牢固，保证结构的整体稳定性柱身加强根据荷载情况，对柱身进行加强，提高柱的承载能力钢架构造详细钢柱钢梁支撑作为钢架的竖向支撑，承受轴向压力和弯作为钢架的水平支撑，承受弯矩和剪力用于提高钢架的整体稳定性，防止侧向位矩移钢桁架设计荷载计算根据桁架所承受的荷载类型和大小进行计算，包括自重、活荷载、风荷载等杆件计算根据桁架的几何形状和荷载情况，计算每个杆件的轴向力节点设计设计每个节点的连接方式，确保节点的强度和刚度满足要求钢桁架节点设计2节点强度节点应能承受所有作用力，保证结构的整体强度节点类型1常见的节点类型包括焊接节点、螺栓连接节点、铆钉连接节点等节点刚度节点应具有足够的刚度，防止结构出现过大的变形3钢结构楼盖体系钢梁楼盖钢桁架楼盖组合楼盖主要由钢梁和楼板组成，适用于跨度较主要由钢桁架和楼板组成，适用于跨度将钢梁和钢桁架组合使用，适用于跨度小的楼盖较大的楼盖更大或荷载更大的楼盖钢结构屋面系统屋面板1可以选择彩钢板、金属瓦等，具有轻质、防水、保温等特点屋架2可以选择钢梁、钢桁架等，根据跨度和荷载情况选择合适的类型屋面保温3可以选择岩棉、聚苯板等，保证屋面的保温性能屋面防水4可以选择防水卷材、涂料等，保证屋面的防水性能钢结构墙体系统钢板墙1利用钢板作为墙体材料，具有轻质、防火、隔音等特点钢骨架墙2利用钢骨架作为支撑，墙体材料可以选择砖、砌块等，具有良好的承载能力轻型钢结构墙3主要用于内墙隔断，具有轻质、易施工等特点钢结构地下室设计防水设计抗渗设计地下室防水设计至关重要，应采用多道防线，确保地下室的防水地下室应进行抗渗设计，提高结构的抗渗能力，防止地下水渗漏性能钢结构基础设计基础类型基础尺寸基础埋深123常见基础类型包括独立基础、条形根据荷载情况和地质条件确定基础根据地质条件和防冻要求确定基础基础、筏板基础等，根据荷载情况的尺寸，保证基础的承载能力的埋深，保证基础的稳定性选择合适的类型钢结构抗震设计原则提高结构整体刚度通过增加构件截面尺寸、设置支撑等措施，提高结构的抗震性能控制结构的周期通过改变结构的刚度和质量，控制结构的周期，避免与地震波的周期共振保证结构的延性通过设置延性节点、采用延性钢材等措施，保证结构的延性，提高结构的抗震性能抗震构造措施设置消能装置设置消能装置，吸收地震能量，降低结构的震动设置支撑设置隔震层设置支撑，提高结构的整体稳定性，防止设置隔震层，隔离地震波的传递，降低结侧向位移构的震动213钢结构防火设计防火涂料防火隔断自动喷水系统采用防火涂料，提高钢结构的耐火性能设置防火隔断，阻止火势蔓延，保护人设置自动喷水系统，及时扑灭火灾，降，延缓钢结构在火灾中的失效时间员安全低火灾损失防火涂料选用进行涂层厚度验算选择涂料类型根据防火要求，进行涂层厚度验算，保证确定耐火等级根据钢结构的类型和使用环境，选择合适涂层的防火效果根据建筑物的用途和防火要求，确定钢结的防火涂料类型构的耐火等级防腐蚀设计要点表面处理对钢结构表面进行处理，去除污垢、锈蚀等，为防腐涂层提供良好的附着基础涂层选择根据钢结构的使用环境，选择合适的防腐涂层，保证涂层的防腐效果涂层厚度根据防腐要求，选择合适的涂层厚度，保证涂层的防腐效果定期维护定期对钢结构进行维护，检查涂层是否有损坏，及时进行修补，保证防腐效果钢结构施工技术起重设备焊接技术测量技术使用大型起重设备，吊采用先进的焊接技术，采用精确的测量技术，装钢结构构件，保证施保证焊缝质量，提高连确保钢结构构件的尺寸工效率和安全接强度和稳定性和位置精度，保证结构的整体精度钢结构制作工艺下料1根据设计图纸，对钢材进行下料，保证尺寸精度切割2采用火焰切割或等离子切割等方法，对钢材进行切割，保证切割面的平整度成型3根据设计图纸，对钢材进行成型，形成各种形状的构件焊接4将切割好的钢材进行焊接，形成完整的构件，保证焊缝质量检验5对制作好的构件进行检验，确保质量合格，符合设计要求钢结构安装方法吊装焊接使用大型起重设备，将制作好的构件吊装到预定位置，保证安装将吊装好的构件进行焊接，形成完整的结构体系，保证连接强度精度和稳定性螺栓连接校正将吊装好的构件进行螺栓连接，保证连接强度和稳定性对安装好的构件进行校正，确保结构的整体精度，符合设计要求施工质量控制过程控制检验测试记录管理对钢结构制作和安装过程进行严格控制，对钢结构构件和连接进行检验测试，确保对施工过程进行详细记录，便于后期跟踪确保每个环节的质量结构的质量符合设计要求和分析，提高施工质量钢结构检测与验收外观检查检查钢结构构件的外观，是否有明显缺陷，如裂纹、变形、腐蚀等尺寸检验检验钢结构构件的尺寸，是否符合设计要求，保证结构的整体精度连接检验检验钢结构的连接，是否牢固可靠，符合设计要求，保证结构的整体强度和稳定性性能测试根据设计要求，对钢结构进行性能测试，如抗拉强度测试、抗剪强度测试等，保证结构的性能符合设计要求钢结构维护保养除锈防腐对钢结构进行除锈防腐处理，防止腐蚀，延2长结构的使用寿命定期检查1定期对钢结构进行检查，及时发现问题，进行处理加固维修3对钢结构进行加固维修，提高结构的承载能力和安全性钢结构加固改造加固目的1提高结构的承载能力，延长结构的使用寿命，满足新的使用要求加固方法2常见的加固方法包括增加构件截面、设置支撑、采用高强螺栓连接等加固方案3根据结构的现状和加固目的，制定合理的加固方案，保证加固效果钢结构计算软件应用PKPM SAP2000MIDAS国内常用的钢结构设计软件，功能强大国际常用的钢结构设计软件，功能强大功能强大的钢结构设计软件，包含建模，操作便捷，适合中小型工程，适用于大型复杂工程、分析、设计等功能，适用于各种类型工程软件介绍PKPM设计计算结构分析根据分析结果，进行构件的设荷载输入软件自动进行结构分析，计算计计算，选择合适的构件截面建模根据荷载类型和大小，在软件构件的内力、位移等和连接方式根据设计图纸，在软件中建立中输入荷载数据，进行荷载计钢结构模型，包括构件尺寸、算连接方式等应用实例SAP2000建模技巧MIDAS快速建模参数化建模利用MIDAS的智能建模功能，快利用参数化建模功能，方便修改速建立钢结构模型，提高建模效模型，提高建模效率率模型检查利用软件的模型检查功能，检查模型的完整性和正确性，保证分析计算的准确性工程案例分析一项目概况设计特点施工难点介绍工程的背景、规模、设计要求等介绍工程的设计理念、技术特点、创新介绍工程施工过程中的难点、解决措施之处等等工程案例分析二项目背景1介绍工程的背景、目的、意义等设计理念2介绍工程的设计理念、设计目标等工程实施3介绍工程的实施过程，包括设计、施工、验收等工程成果4介绍工程取得的成果，如结构安全、使用功能、经济效益等。