《钢架结构计算》课件

钢架结构计算本课程涵盖钢架结构设计计算全过程，从基础理论到工程实践案例分六大模块基础知识、力学原理、构件计算、节点设计、工程实例和前沿技术什么是钢架结构定义应用场景由钢材制成的承重构件组成大跨度工业厂房主要包括柱、梁、支撑等构件高层建筑骨架体育场馆屋盖钢架结构的发展与现状早期发展119世纪工业革命后兴起最初应用于桥梁与厂房技术成熟220世纪计算理论完善高层建筑广泛应用现代发展3计算机辅助设计普及新型钢材与连接技术钢架结构的主要类型门式刚架排架结构单层厂房最常用由梁柱系统组成柱与梁刚接形成适合多层建筑跨度通常30-40米柔性较大需加支撑桁架结构适合大跨度屋盖材料用量经济节点连接复杂钢材基本性能介绍强度抗拉强度400-550MPa弹性模量E=

2.06×10^5MPa密度ρ=7850kg/m³线膨胀系数α=

1.2×10^-5/℃钢结构常用术语与符号fy钢材屈服强度fu钢材抗拉强度长细比λ稳定系数φγ0重要性系数γG永久荷载分项系数结构受力简述屋面荷载屋面板承受荷载梁传力梁将荷载传至柱柱受力柱承受竖向与侧向力基础承载将力传至地基钢架的基本假设平面假设线弹性假设小变形假设变形前平截面变形材料应力与应变呈结构变形较小，可后仍为平面线性关系忽略二阶效应刚性假设节点可视为刚性或铰接荷载分类与计算简介永久荷载可变荷载结构自重活荷载装修重量积雪荷载地震荷载风荷载设防烈度基本风压值地震影响系数风压系数结构作用下的响应破坏结构超过承载力极限屈曲构件失去稳定性变形结构产生弹性或塑性变形杆件的内力计算基础内力计算基础包括轴力、剪力与弯矩，是构件设计的基本依据门式钢架的受力特点弯矩分布剪力分布轴力分布柱脚、檩条、梁柱节点处弯矩较大柱脚与梁柱节点处剪力集中柱受压力，梁受拉压组合典型荷载工况全跨满载均布荷载作用于整个结构半跨满载荷载仅作用于结构一侧风荷载双坡屋面风压、风吸组合荷载组合及取值基本组合

11.35永久荷载+

1.4可变荷载风荷载组合

21.35永久荷载+

1.4风荷载地震组合

31.0永久荷载+

0.5活荷载+

1.0地震使用阶段组合

41.0永久荷载+

1.0可变荷载构件截面形式与特性

1.0工字型截面弯曲效率高，适用于受弯构件

0.8箱型截面抗扭性能好，稳定性高

0.6H型截面双向刚度均衡，适用于柱

0.4圆管截面各向同性，抗风性能好构件强度计算方法稳定性失效型式整体屈曲局部屈曲侧向扭转屈曲构件长度方向失稳截面薄壁部分失稳梁在横向产生变形并扭转构件稳定性计算计算长细比查表确定稳定系数λ=L/i根据长细比查φ值与设计内力比较计算稳定承载力验算稳定性是否满足N≤φAfy钢架结构刚度验算侧移刚度计算水平力下的侧向位移验算框架整体稳定性竖向刚度计算垂直荷载下的挠度验算梁的使用性能刚度限值判断侧移比不大于1/250梁挠度不大于跨度/250扭转及屈曲分析开口截面和薄壁构件需特别关注扭转问题和屈曲稳定性连接节点的分类刚性连接铰接连接半刚性连接完全传递弯矩和剪力仅传递剪力和轴力部分传递弯矩焊接或高强螺栓普通螺栓连接节点刚度介于两者之间变形角≤

0.02弧度不传递弯矩变形角≥

0.02弧度螺栓连接计算剪切承载力Vb=

0.6fbπd²/4拉伸承载力Nb=

0.8fbAs剪拉组合v/Vb²+n/Nb²≤

1.0承压承载力Vbp=

2.5ftdt焊接连接计算对接焊缝角焊缝组合焊缝传递全部内力传递剪力为主复杂应力状态N≤fwelt V≤

0.7fwelhw需考虑应力叠加构件拼接节点设计端板连接适用于梁柱H型钢连接搭接连接适用于拉杆和次梁连接翼缘连接板用于连接框架梁与柱节点力学分析节点力平衡力流路径应力集中节点处内力须平衡力在节点间的传递路径节点几何不连续处应力分布支座节点与支座计算固定支座铰支座滑动支座限制所有位移和转允许转动，限制位允许一个方向位移动移和转动弹性支座支座具有一定的弹性刚度构件局部加强与连接处理局部加强措施包括设置加劲肋、翼缘加厚和开孔加强等规范与标准简介GB50017钢结构设计标准基本设计原则与方法GB50011建筑抗震设计规范结构抗震相关规定JGJ7空间网格结构技术规程特殊结构设计要求GB50009建筑结构荷载规范各类荷载取值标准钢架结构承载力极限状态强度失效稳定失效内力超过材料强度构件或整体失稳脆性断裂疲劳破坏低温下突然破坏反复荷载导致失效钢架结构正常使用极限状态变形控制梁挠度≤L/250侧移控制层间位移≤H/300振动控制自振频率≥3Hz裂缝控制焊缝不允许有裂缝抗震设计基本要求地震验算特殊地震组合计算良好延性塑性变形能力要求构造措施节点加强与约束支撑构件与节点防护设计防腐措施防火措施维护检测涂装、热浸镀锌、不锈钢防火涂料、包覆防护定期检查、防腐更新门式刚架钢结构算例题设简介-工程概况荷载参数单层门式刚架工业厂房屋面恒载

0.5kN/m²跨度30m，高度9m雪载

0.4kN/m²柱距

7.5m，檐高

7.2m基本风压

0.65kN/m²门式刚架内力分析通过计算获得的弯矩图、剪力图和轴力图是结构设计的基础构件截面选择示例构件强度校核算例计算设计内力1弯矩M=450kN·m计算截面特性2抗弯模量W=3650cm³计算应力3σ=M/W=123MPa与许用值比较4σ构件稳定性校核算例计算长细比查表确定稳定系数验算稳定性柱λ=L/i=7200/87=

82.8柱φ=

0.815柱N/φAf=

0.

781.0梁λ=L/i=15000/170=

88.2梁φb=

0.92梁M/φbWf=

0.

861.0节点设计与计算柱梁刚接柱脚节点梁拼接设计焊缝厚度及加劲肋尺寸计算锚栓受力和基础尺寸设计连接板厚度和螺栓数量关键部位加强措施柱梁节点加劲肋减小应力集中加强节点刚度翼缘加厚增加局部承载力防止局部屈曲屋面支撑系统增强整体稳定性传递水平力至基础整体变形与位移验算软件在钢架结构设计中的应用PKPM SAP2000MIDAS国产主流软件通用有限元分析界面操作简便符合国标规范强大的非线性分析能力结果图形化展示用户界面中文友好三维模型直观适合复杂结构软件建模与结果输出软件建模过程需要精确定义节点、杆件、约束条件和荷载情况软件分析与手算对比模型假设差异软件更精确考虑节点刚度计算精度差异手算通常保守10-15%系数取值差异手算常采用经验系数推荐做法软件分析为主，手算复核经典工程案例工业厂房钢架1工程概况结构特点创新点某汽车生产厂房，跨度42m变截面门式刚架，悬挂吊车采用轻型墙板，减小地震作用经典工程案例大型会展中心2钢架120m18000m²最大跨度建筑面积无柱大空间展览厅单层大跨度空间35m最大高度空间桁架结构支撑常见设计误区及应对忽略温度应力长跨度结构必须考虑设置温度伸缩缝梁柱强度比失调应保证柱强于梁强柱弱梁防止倒塌支撑系统不足必须设置足够支撑保证整体空间刚度忽视细部构造节点细部决定性能严格按规范执行钢架结构常见破坏模式了解失效模式有助于设计师避免类似问题并提高结构安全性钢架结构施工要点工厂预制运输与吊装现场焊接提高加工精度与质量分段制作，现场连接严格控制焊接质量质量检验节点检查，无损探伤新技术新材料展望高强钢Q690及以上高强钢应用智能建造BIM+机器人施工装配式建筑模块化设计与施工健康监测传感器实时监测课程小结与思考基础理论计算方法掌握力学原理熟悉规范与算法创新思维软件应用关注行业前沿结合实际工程。