钢结构塑性设计
第10章
钢结构的塑性设计和抗震设计
§10-1 塑性设计的基本概念
钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰，引起结构内力的重分配（redistribution of internal forces ），从而发挥结构各部分的潜能。这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态的塑性设计（plastic design ）方法具有如下的优点：
（1）与通常的弹性设计方法相比，可以节约钢材（10％～15％）和降低造价； （2）对整个结构的安全度有更直观的估计。通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出精
确的内力和位移，但给不出整个结构的极限承载能力； （3）对连续梁和低层框架的内力分析较弹性方法简便。
1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进了BSS499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速地普及塑性设计。现已公认，塑性设计简单、合理，而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层建筑也应用塑性设计。
我国1988年的《钢结构设计规范》（GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的GB50017规范又进行了局部修改。
10.1.1 简单塑性分析方法
一、塑性铰的性质
本书§4-2和§7-2节分别介绍了受弯构件和压弯构件全截面屈服的条件，当其截面满足了屈服条件时，就认为在该截面形成了塑性铰。实际的塑性铰附近截面均发展了一定的塑性（见图10.1.1a ），形成了一个塑性区域。为了简化计算，认为塑性区仅集中在塑性铰截面，杆件的其它部分都保持弹性。
(a) (b)
图10.1.1 塑性铰及其性质
由图
10.1.1b 可见，当在外荷载作用下，杆件的某一截面达到塑性弯矩M p 以后，该截面除可以传递该弯矩外，在力矩作用方向上允许有任意大小的转动，但不能传递大于M p 的弯矩。当荷载反向作用（或卸载）时，塑性铰恢复弹性，可以传递反方向弯矩，但不能任意转动，只有当反方向弯矩达到塑性弯矩时，才会形成反向的塑性铰。
二、简单塑性分析的基本假设
M p s M
简单塑性分析（simple plastic analysis ）也称为极限分析（limit analysis ），其基本假设如下：
（1）结构构件以弯曲为主，且钢材是理想的弹塑性体，不考虑强化效应； （2）所有荷载均按同一比例增加，即满足简单加载条件；
（3）假设结构平面外有足够的侧向支撑，构件的组成板件满足构造要求，能保证结构中塑
性铰的形成及充分的转动能力（rotation capacity ），直到结构形成机构（mechanism ）之前，不会发生侧扭屈曲，板件不会发生局部屈曲。 （4）采用一阶分析方法，不考虑二阶效应。
分析时假设变形均集中于塑性铰处，塑性铰间的杆件保持原形。
三、极限分析方法
1. 极限分析定理
根据塑性力学，结构的极限分析定理如下：
（1）上限定理 对于一个给定的结构与荷载系，只要存在一个满足运动约束条件的机动场（运动可能场），使外荷载所做的功率不小于内部塑性变形所消耗的功率，由此所得的荷载值，总是大于或等于真正的极限荷载。
（2）下限定理 对于一个给定的结构与荷载系，只要存在一个满足平衡条件，且不破坏屈曲条件的内力场，由满足平衡条件的内外弯矩所求得的荷载值，总是小于或等于真正的极限荷载。
（3）极限分析的全解 在极限分析中，如所求的内力场和机动场能同时满足平衡条件、破坏机构条件和屈服条件，则所求得的解答，即为极限分析的全解。如果所求荷载既是极限荷载的上限，又是其下限，则该荷载便是真实的极限荷载。 2. 极限分析方法
针对上述极限分析定理，可有相应的二种分析方法：破坏机构法和极限平衡法。 （1）破坏机构法
当不考虑平衡方面的要求，而只考虑机动与屈服条件，用上限定理求出荷载的上限解，称为破坏机构法。其步骤为：
① 确定结构上可能出现塑性铰的位置，一般塑性铰出现在集中力作用处、嵌固支座处和均布荷载作用时剪力为零的地方；
② 画出可能的破坏机构，并找出各塑性铰处的位移关系； ③ 运用虚功原理逐一计算各破坏机构的破坏荷载，其中最小的即为极限荷载的上限值。虚功原理的公式为：
∑∑===m
j j pj n i i i M P 1
1
θδ (10.1.1)
式中：i P ，i δ为结构所受的第i 个外力和相应该外力方向的虚位移；
pj M ，j θ为某破坏机构中出现的第j 个塑性铰处的塑性弯矩和相应的虚转角。
④ 用平衡方程求出弯矩图，并检查是否满足pj pj M M M ≤≤-的塑性弯矩条件。 [例题10-1] 图10.1.2示门式刚架的所有杆件均具有相同的塑性弯矩M p ，求其极限荷载P u 。 [解] 可能出现塑性铰的位置是点1、2、3、4和5处。有三种可能的破坏机构如图10.1.2中的(b)、(c)和(d)所示。
运用虚功原理，对机构(1)有θθp M l
P
P 42
=?=?，则l
M P p 81=
。
图10.1.2 例题10-1图
对机构(2)有)(2
θθθθθ+++=?P M l
P
，则l
M P p 82=
对机构(3)有)22(21θθθθ+++=?+?P M P P ，即θθp M l P 6=，则l
M P p 63=
故l
M P P p u 63=
=
图10.1.2(e)为弯矩校核，对机构(3)，所有弯矩pj pj M M M ≤≤-，故u P 为该结构的极限荷载的上限。图中虚线是弯矩最大点（5点）的弯矩达到屈服弯矩M y =0.89M p 时弹性状态下结构
的弯矩图，由图中可以看出，塑性弯矩的出现顺序是5→4→3→1。 （2）极限平衡法（静力法）
当不考虑机动方面的要求时，只考虑平衡与屈服条件，用下限定理求出极限荷载的下限解，称为极限平衡法。其步骤为：
① 去掉多余约束，并用未知力代替，将超静定结构化为静定结构（基本体系）； ② 分别按外荷载和未知力在基本体系上画弯矩图；
③ 将弯矩图迭加，并使最大或最小弯矩达到塑性弯矩M p 或－M p ； ④ 解平衡方程组，并求出极限荷载； ⑤ 检查是否满足破坏结构条件。
[例题10-2] 试用极限平衡法，求例题10-1的极限荷载P u 。
[解] 取基本体系如图10.1.3(a)所示。外荷载和未知力引起的弯矩图如(b)、(c)所示。针对1、2、3、4、5各点弯矩迭加如下：
Pl Vl M M -+=1 ①
2
22Hl Pl Vl M M --
+= ②
(a) 门式刚架 (b) 梁机构(1) (c) 侧移机构(2) (d) 组合机构(3) (e) 弯矩图校核
M p
p =M y )
223Hl Vl M M -+
= ③ 2
4Hl
M M -= ④
M M =5 ⑤
由(b)、(c)判断M 5、M 4、M 3可能先达到塑性弯矩，即假设M 5=M p 、M 4=－M p 、M 3=M p ，分
别代入式⑤、④、③，并求解得：
p M M =
l M H p 4=
l
M V p 4=
将M 、H 、V 各值代入公式①、②得：
Pl M M p -=51
2
32Pl M M p -
= 若假设M 2=－M p ，可得： l
M P p 8=
、p p M M M -<-=31，显然是不对的。
若假设M 1=－M p ，可得：
图10.1.3 例题10-2图
(a) 基本体系
(b) 外荷载弯矩图
(d) 最终弯矩图
M P
M P
M P
M P
· ·
·
·
(c) 各未知力弯矩图
l
M P p 6=
、02=M ，此时最终弯矩图如图10.1.3(d)所示，由图可见满足破坏机构条
件。因此其极限荷载为：
l
M P p u 6=
回顾例题10-1，由于该解既是机构上限解，又是平衡下限解，故该解为真实的极限荷载。 由上述二个例题可以看出，对于一些简单的超静定结构，破坏机构法相对简捷些，常为人们采用。
10.1.2 塑性设计的试用范围
我国规范规定塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构。
考虑到只采用简单的塑性理论进行分析，所以规定塑性设计只适用于形成破坏机构过程中能产生内力重分配的超静定梁和超静定实腹框架。由于变截面构件的塑性铰位置很难确定，目前的塑性设计仅适用于等直截面梁和等截面框架结构。
一、二层的实腹框架中，构件截面除受弯矩作用外，还有一定的轴心力，因而构件实为压弯构件或拉弯构件。轴心力的存在将降低截面所能承受的塑性弯矩。但一、二层框架构件中的轴心力一般不大，可以认为是以受弯为主，塑性分析时可略去轴力影响，仅在截面的强度验算中考虑轴力的作用。
对于两层以上的框架，我国的理论研究和实践经验都较少，所以没有包括在内。按简单塑性理论分析，不考虑二阶效应，对二层以上的框架将产生不利影响。如果设计者掌握了二阶理论的分析和设计方法，并有足够的依据时，也不排除在两层以上的框架设计中采用塑性设计。
由于动力荷载对塑性铰的形成和内力重分配等的影响，目前研究的还不够，故规范限制塑性设计法应用于直接承受动力作用的结构中。
§10-2 塑性设计的必要条件
10.2.1 对钢材的要求
钢结构塑性设计主要是利用在结构中的若干截面处形成塑性铰后，在该截面处发生转动而产生内力重分配，最后形成破坏机构，因此要求钢材必须具有良好的延性。规范规定按塑性设计的钢结构，其钢材必须满足三个条件：
(1) 强屈比f u /f y ≥1.2；
(2) 伸长率δ5≥15％； (3) 相应于f u 的应变εu 不小于20
倍的屈服点应变εy 。 这三个条件不但要求钢材具有良好的延性，而且要求具有足够的强化阶段，这是保证塑性铰具有充分的转动能力和
板件进入塑性后仍能保持局部稳定所需
要的。试验研究表明，由f u /f y ＝1.1的钢
材制作的连续梁不能实现塑性设计所求
得的承载极限，这是因为强屈比太小的ζf f y st u y 5图10.2.1 塑性设计对钢材性能的要求
钢材一旦屈服后，钢材的应变硬化模量E st 也将非常小，即使组成板件的宽厚比再小，也会过早地失去稳定，降低塑性铰处承受弯矩的能力。超静定次数越多的结构，在形成破坏机构时，要求先期出现的塑性铰处的转动角度越大，因此还必须满足δ5和εu 的要求（图10.2.1）。
10.2.2 对板件宽厚比的要求
塑性设计的前提是在梁、柱等构件中必须形成塑性铰，且在塑性铰处承受的弯矩等于构件的塑性弯矩，而且在塑性铰充分转动、使结构最终形成破坏结构之前，塑性铰承受的弯矩值不得降低。如果组成构件的板件宽厚比过大，可能在没达到塑性弯矩之前就发生了局部屈曲，或者虽然在达到塑性弯矩形成塑性铰之前没有发生局部屈曲，但是有可能在塑性铰没来得及充分转动，使结构内力重分配并形成机构之前，板件在塑性阶段就发生了局部屈曲，使塑性弯矩降低。
国内外的研究均证明，板件的宽厚比越小，板件在塑性屈服后失稳时的临界应变（反映了塑性变形能力）就越大。图10.2.2给出了纯弯工字梁试验中，试件翼缘外伸宽厚比235/)/(y f t b 与失稳时相对临界应变y cr εε/之间的相关关系试验点，图中实线为理论曲
线。因此，要保证塑性铰截面有充分的转动能力，就必须对板件的宽厚比给以较常规设计更严格的限制。表10.2.1是GB50017规范对塑性设计截面板件的宽厚比规定。
表10.2.1 塑性设计板件宽厚比限值
10.2.3 防止弯扭屈曲和其它构造要求
按塑性设计要求，已形成塑性铰的截面，在结构尚未达到破坏机构之前必须能继续变形，
为了使塑性铰在充分转动中能保持承受塑性弯矩M p 的能力，不但要避免板件的局部屈曲，而且
235
y f t b y
cr εε
图10.2.2 翼缘失稳与临界应变关系
必须避免构件的侧向弯扭屈曲，为此，应在塑性铰处及其附近适当距离处设置侧向支承点。试验证明：塑性铰与相邻侧向支承点间的梁段在弯矩作用平面外的长细比λy （简称侧向长细比）越小，塑性铰截面的转动能力θ/θy 就越强（图10.2.3），θy 为试验测定的塑性铰截面处的最大弹性转角。因此，可用限制侧向长细比λy 作为保证梁段在塑性铰处的转动能力的一项措施。GB50017规定，在构件出现塑性铰的截面处，必须设置侧向支承。该支承点与其相邻支承点间构件的长细比λy 应符合下列要求：
当5.011
≤≤
-f
W M px 时： y px y f
f W M 23540
601
???
? ?
?-≤λ (10.2.1) 当0.15.01
≤≤
f
W M px 时： y px y f f W M 23510451
??
?
? ?
?-≤λ (10.2.2)
式中：W px ——对x 轴的塑性毛截面模量；
λy ——弯矩作用平面外的长细比，λy ＝l 1/i y ，l 1为侧向支承点间距离，i y 为截面回
转半径；
M 1——与塑性铰相距为l 1的侧向支承点处的弯矩，当长度l 1内为同向曲率时M 1/(W px f )
为正，反之为负。
式(10.2.1)和(10.2.2)是以塑性铰处的最大转动能力θmax /θy ＝10为标准，按试验资料加以简化得到的经验公式。
不出现塑性铰的构件区段，其侧向支承点间距，应按非塑性设计时有关构件弯矩作用平面外的整体稳定计算确定。
除防止侧向弯扭屈曲的要求之外，塑性设计的结构尚应考虑下述构造要求：
(1) 为避免引起过大的二阶效应，受压构件的长细比不宜大于y f /235130。这比弹性设计的稍严。
(2) 所有节点及其连接应有足够的刚度，以保证节点处各构件间的夹角保持不变。为达此目的，采用螺栓的安装接头应避开梁和柱的交接线，或者采用加腋等扩大式接头。构件拼接和构件间的连接应能传递该处最大弯矩设计值的1.1倍，且不得低于0.25W px f ，
以便使节点强度稍
/θ
y
M/M 图10.2.3 侧向长细比与塑性铰转动能力关系
有余量，减少在连接处产生永久变形的可能性。
(3) 为了保证在出现塑性铰处有足够的塑性转动能力，当板件采用手工气割或剪切机切割时，应将预期会出现塑性铰部位的边缘刨平。当螺栓孔位于构件塑性铰部位的受拉板件上时，应采用钻成孔或先冲后扩钻孔。这是因为剪切边和冲孔周围带来的金属冷加工硬化，将降低钢材的塑性，从而降低塑性铰的转动能力。
§10-3 塑性设计的构件计算
因为塑性设计是以发挥构件截面的最大塑性强度为计算依据的，故其构件承载力的计算表达式均采用了内力表达形式。对规范中所规定的塑性设计适用范围，结构和构件的正常使用极限状态仍可采用荷载的标准值，并按弹性理论计算。
10.3.1 受弯构件的强度计算
弯矩M x （对H 形和工字形截面x 轴为强轴）作用在一个主平面内的受弯构件，其弯曲强度应符合下式要求：
f W M pnx x ≤ (10.3.1) 受弯构件的剪力V 假定由腹板承受，剪切强度应符合下式要求：
v w w f t h V ≤ (10.3.2) 上两式中：W pnx ——对x 轴的塑性净截面模量； h w 、t w ——腹板的高度和厚度；
f 、f v ——钢材的抗弯和抗剪强度设计值。
构件只承受弯矩M 作用时，截面的极限状态为M ≤M P ＝W pn f y ，考虑了抗力分项系数后，就得到公式(10.3.1)。
在受弯构件和压弯构件中，剪力的存在会加速塑性铰的形成。在塑性设计中，一般将最大剪力的极限规定为腹板截面的剪切屈服承载力，即V ≤V p ＝h w t w f vy ，考虑了抗力分项系数后，就得到公式(10.3.2)。由于钢材实际上并非理想弹－塑性体，而是有应变硬化阶段的，因此，塑性铰截面处的应变硬化部分对塑性弯矩的提高作用，抵消了剪力的存在对塑性铰弯矩的降低作用。也就是说在满足公式(10.3.2)的前提下，仍可采用公式(10.3.1)计算受弯构件的弯曲强度。
10.3.2 压弯构件的强度验算
由§7-2节中弯矩作用在一个主平面内的压弯构件全截面屈服准则得到的公式(7.2.10a)和(7.2.10b)，可以变换为下述的压弯构件强度验算公式：
当
13.0≤f
A N
n 时， f W M pnx x ≤ (10.3.3a) 当6.013.0≤<
f
A N
n 时，
f W f
A N
M p n x n x )1(15.1-
≤ (10.3.3b) 式中：A n ——净截面面积。
在应用上述公式计算时，其剪切强度仍应符合公式(10.3.2)的要求。
10.3.3 压弯构件的整体稳定验算
弯矩作用在一个主平面内的压弯构件，其稳定性应符合下列公式的要求： (1) 弯矩作用平面内：
1)
8.01('
≤-+Ex px x mx x N N f W M Af N
β? (10.3.4) 式中x ?、'
Ex N 和mx β应按§7-3节的有关规定采用。
(2) 弯矩作用平面外：
1≤+f
W M Af N
px b x tx y ?βη? (10.3.5) 式中y ?、b ?、η和tx β应按§7-4节的有关规定采用。
[例题10-3] 设例题10-1中的门式刚架轴线尺寸为l ＝6m ，所受荷载的设计值P ＝660kN ，试按塑性设计选择梁柱截面。钢材为Q235B 级钢。计算时可忽略梁、柱自重。 [解]
1. 求M P 及刚架内力
由例题10-1和10-2的塑性分析知l
M P P P
u 6=
=，则 m kN Pl M p ?=?==
6606
66606 根据内力平衡条件，求得形成机构时的刚架内力分布如图10.3.1所示。
2. 求所需W pnx,t
由公式(10.3.1)得：
366,1007.3
21510660mm f M W p t pnx ?=?==
m N
220kN 440kN 440kN
440kN
220kN
图10.3.1 形成机构时的刚架内力图
3. 试选焊接H 形截面（见图10.3.2）
翼缘面积
272801426022mm A f =??=
腹板面积
2720012600mm A w =?=
总面积
214480720072802mm A A A w f =+=+=
t pnx pnx W mm W ,3610315.33001230061414260>?=??+??=
4. 验算板件宽厚比
(1) 翼缘：986.814/124/<==t b
(2) 腹板：由图10.3.1知梁、柱均为压弯构件，且最大压力设计值相同，N max ＝440kN ，
因37.014.0215
1048.14104403
3
<=???=Af N 故
58)14.010072(5012
6000=?-<==w t h 均能满足局部稳定的要求。
5. 板件承载力验算
(1) 腹板剪切强度验算
梁、柱中的最大剪力设计值相同，V max ＝440kN ，
kN kN f t h v w w 44090012512600>=??=
(2) 梁、柱构件承载力验算
梁、柱均为压弯构件，且最大弯矩和压力的设计值分别相同，按压弯构件验算： 因13.014.0>=f
A N
n 故
m kN m kN f W f
A N
pnx n ?>?=???-?=-
66089.70421510315.3)14.01(15.1)1(15.16 6. 平面内整体稳定验算
(1) 刚架梁、柱计算长度确定
由于梁、柱均为压弯构件，均应按压弯构件验算弯矩作用平面内的整体稳定。
刚架柱平面内的计算长度应按附表6.2有侧移框架柱的计算长度系数确定。由于梁和柱的截面相同，因此梁上端的梁、柱线刚度比K 1就等于刚架的高跨比0.5，柱下端与基础刚接，取K 2＝10，由附表6.2查得柱计算长度系数μc ＝1.30，柱平面内计算长度等于l 0xc =μc l /2=1.3×300＝390cm 。
1图10.3.2 例题10-3图
刚架梁平面内的计算长度可按附表6.1无侧移框架柱的计算长度系数确定。此时可将刚架横置，以横梁为受压柱，将柱看成远端为嵌固的横梁，如图10.3.3所示。根据附表6.1的注1，应将横梁线刚度乘以2，因此柱（实际为梁）上、下端横梁(实际为柱)与柱的线刚度比K 1＝K 2＝4，由表查得实际梁的计算长度系数μb ＝0.611，梁平面内计算长度等于l 0xb =μb l =0.611×600＝366.6cm 。
(2) 计算参数确定
梁、柱毛截面绕x 轴的惯性矩
4483390225100225.9)6001242628260(12
1
cm mm I x =?=??-?=
梁、柱截面绕x 轴的回转半径
cm A I i x x 258
.14490225≈==
梁绕x 轴的长细比
7.1425
6.3660===
x xb xb i l λ 柱绕x 轴的长细比
6.1525
3900===
x xc xc i l λ 查附表4.2得梁、柱的轴心受压构件稳定系数分别为：983.0≈xb ?，982.0≈xc ?。 参数kN N EA N
xb Exb
5825222'10237.110237.17.141.1144801006.214.31.1?=?=????==λπ kN EA N
xc Exc
525222'
10098.16
.151.1144801006.214.31.1?=????==λπ 由§7-3节公式(7.3.8)的等效弯矩系数mx β的规定中可知： 柱①： 65.035.065.0121=+=M M mx β
柱②： 30.035.065.035.065.01
2
2=-=+=M M mx β
梁：
85.0=mx β（同号曲率为1.0，反号曲率为0.85）
(3) 平面内整体稳定验算
考虑轴力和弯矩的综合作用，以梁为最不利，梁的稳定：
图10.3.3 梁的无侧移框架模型
)
8.01('
Exb b px xb
mx xb b N N f W M Af N -+β?)10
237.1104408.01(21510315.31066085.0215
10448.1983.0104408
3
6
6
4
3???-?????+????=0.1933.0789.0144.0≤=+=
故刚架梁柱平面内的整体稳定，及其截面的局部稳定和强度承载力均满足要求。 建议读者自行完成侧向支承点设置和压弯构件弯矩作用平面外整体稳定的验算。
§10-4 钢结构抗震设计特点
地震（earthquake ）是一种自然现象，它带给世界人类的损失是巨大的。我国是地震多发国家，曾多次遭受大地震袭击，特别是1976年的唐山大地震，给人民的生命、财产造成了巨大损失。近年来，随着地震工程科学的发展，通过建筑的抗震设防（seismic fortification ），使得建筑物的耐震能力大大提高，有效地保证了人们的生命财产安全。
钢结构强度高、重量轻、延性和韧性好，综合抗震性能好，但也曾发生过在地震中倒塌的重大事故。在进行钢结构的抗震设计（seismic design ）时，应从历次震害中吸取教训，除了在强度和刚度上提高结构的抗力外，还要从如何增大钢结构在往复荷载作用下的塑性变形能力和耗能能力（energy absorbing capacity ），以及减小地震作用（earthquake action ）方面全面考虑，做到既经济、又可靠。
结构的抗震设计是一门专门的课程，本节只拟简要介绍与钢结构有关的抗震设计特点。
10.4.1 钢结构的震害特点
历次地震表明，在同等场地、地震烈度（seismic intensity ）条件下，钢结构房屋的震害要较钢筋混凝土结构房屋的震害小得多。以1985年9月墨西哥城大地震（里氏8.1级）的震害为例，其中倒塌和严重破坏的钢结构房屋为12栋，而钢筋混凝土房屋却有127栋。
钢结构的震害主要有节点连接的破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌三种形式。
一、节点连接的破坏
1. 框架梁柱节点区的破坏
1994年美国诺斯里奇（Northridge ）地震和1995年日本阪神地震均造成了很多梁柱刚性节点的破坏。
图10.4.1是诺斯里奇地震时，H 形截面的梁柱节点的典型破坏形式。由图中可见，大多数节点破坏发生在梁端下翼缘处的柱中，这可能是由于混凝土楼板与钢梁共同作用，使下翼缘应力增大，而下翼缘与柱的连接焊缝又存在较多缺陷造成的。图10.4.2示出了焊缝连接处的多种失效模式。保留施焊时设置的衬板，造成下翼缘坡口熔透焊缝的根部不
能清理和补焊，在衬板和柱翼缘板之间
图10.4.1 诺斯里奇地震中的梁柱连接裂缝
形成了一条“人工缝”，在该处形成的应力集中促进了脆性破坏的发生，这可能是造成破坏的重要施工工艺原因。
图10.4.2 诺斯里奇地震中梁柱焊接连接处的失效模式
(a)焊缝-柱交界处完全断开；(b)焊缝-柱交界处部分断开；(c)沿柱翼缘向上扩展，完全断开；
(d)沿柱翼缘向上扩展，部分断开；(e)焊趾处梁翼缘裂通；(f)柱翼缘层状撕裂；(g)柱翼缘裂通
(水平方向或倾斜方向)；(h)裂缝穿过柱翼缘和部分腹板
图10.4.3(a)是阪神地震中带有外伸横隔板的箱形柱与H型钢梁刚性节点的破坏形式，(b)图中的“1”代表了梁翼缘断裂模式；“2”及“3”代表了焊缝热影响区的断裂模式；“4”代表柱横隔板断裂模式。上述连接破坏时，梁翼缘已有显著的屈服或局部屈曲现象。此外，连接裂缝主要向梁的一侧扩展，这主要和采用外伸的横隔板构造有关。
图10.4.3 阪神地震中梁柱焊接连接的破坏模式
2. 支撑连接的破坏
在多次地震中都出现过支撑与节点板连接的破坏或支撑与柱的连接的破坏。1980年在日本的宫城县-大木地震中，一栋两层的框架-支撑结构（两层仓库），由于支撑节点的断裂，使仓库的第一层完全倒塌。
采用螺栓连接的支撑破坏形式如图10.4.4所示，包括支撑截面削弱处的断裂、节点板端部剪切滑移破坏、以及支撑杆件螺孔间剪切滑移破坏。
图10.4.4 支撑连接破坏
支撑是框架-支撑结构中最主要的抗侧力部分，一旦地震发生，它将首当其冲承受水平地震作用，如果某层的支撑发生破坏，将使该层成为薄弱楼层，造成严重后果。
二、构件的破坏
1. 支撑杆件的整体失稳、局部失稳和断裂破坏
在框架-支撑结构中，这种破坏形式是非常普遍的现象。支撑杆件可近似看成两端简支轴心受力构件，在风荷载和多遇地震作用下，保持弹性工作状态，只要设计得当，一般不会失去整体稳定。在罕遇地震作用下，中心支撑构件会受大巨
大的往复拉压作用，一般都会发生整体失稳现象，并
进入塑性屈服状态，耗散能量。但随着拉压循环次数
的增多，承载力会发生退化现象。图10.4.5是支撑杆
的拉压受力特征，由图中可以看出，支撑在压力作用
下一旦失去稳定，就会变成压弯杆，承载力迅速下降，
并在杆中央部位形成塑性铰。当随后承受拉力作用时，
由于存在残余的塑性弯曲变形，受拉刚度很小，只有
形成反向塑性铰后，支撑的抗拉刚度才逐渐恢复，直
至全截面受拉屈服。支撑在拉压循环荷载作用下的滞
回性能（hysteretic loops）如图10.4.6所示，由图中可
以看出，长细比大的支撑，整体失稳后的承载力退化
图10.4.5 支撑杆的受力特征
要比长细比小的严重得多。
图10.4.6 支撑杆件的滞回性能
当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。试验研究表明，要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳，进而引发低周疲劳破坏，必须对支撑板件的宽厚比进行限制，且应比塑性设计的还要严格。
2. 钢柱脆性断裂
在1995年阪神地震中，位于芦屋市海滨城高层住宅小区的21栋巨型钢框架结构的住宅楼中，共有57根钢柱发生了断裂，所有箱形截面柱的断裂均发生在14层以下的楼层里，且均为脆性受拉断裂，断口呈水平状，如图10.4.7所示。分析原因认为：(1)竖向地震及倾覆力矩在柱中产生较大的拉力；(2)箱形截面柱的壁厚达50mm，厚板焊接时过热，使焊缝附近钢材延性降低；(3)钢柱暴露于室外，当时正值日本的严冬，钢材温度低于零度；(4)有的钢柱断裂发生在拼接焊缝附近，这里可能正是焊接缺陷构成的薄弱部位。
图10.4.7 一幢19层钢结构建筑在第六层产生钢柱断裂、梁及支撑开裂、支撑屈曲
三、结构的倒塌破坏
1985年墨西哥大地震中，墨西哥市的Pino Suarez 综合大楼的三个22层的钢结构塔楼之一倒塌，其余二栋也发生了严重破坏，其中一栋已接近倒塌。这三栋塔楼的结构体系均为框架-支撑结构，细部构造也相同，其结构的平面布置如图10.4.8所示。
图10.4.8 塔楼结构平面布置
分析表明，塔楼发生倒塌和严重破坏的主要原因之一，是由于纵横向垂直支撑偏位设置，导致刚度中心和质量重心相距太大，在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的作用力大于其承载力，引发了三栋完全相同的塔楼的严重破坏或倒塌。由此可见，规则对称的结构体系对抗震将十分有利。
1995年阪神地震中，也有钢结构房屋倒塌，倒塌的房屋大多是1971年以前建造的，当时日本钢结构设计规范尚未修订，抗震设计水平还不高。在同一地震中，按新规范设计建造的钢结构房屋的倒塌数要少得多，说明震害的严重与否，和结构的抗震设计水平有很大关系。
10.4.2 抗震结构体系
在钢结构房屋中用的较多的结构体系有框架结构（图10.4.9a ）、框架-中心支撑结构（图10.4.9b ）和框架-偏心支撑结构（图10.4.9c ）等。
纯框架结构延性好，抗震性能好，但由于抗侧刚度较差，不宜用于层数太高的建筑。框架-中心支撑结构抗侧刚度大，适用层数较多的建筑，但由于支撑构件的滞回性能较差，耗散的地震能量有限，抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构可通过偏心连梁（link beam ）e 的剪切屈服，耗散地震能量，同时又能保证支撑不丧失整体稳定，抗震性能优于框架-
中心支撑结构。
(a) (b) (c) 图10.4.9 纯框架与框架-支撑结构
图10.4.10 各种支撑框架的滞回性能
图10.4.10中给出的中心支撑框架和偏心支撑框架在往复水平荷载作用下的滞回性能试验曲线就说明了这一点。
采用能与钢框架抗侧刚度相匹配的内藏钢板剪力墙（图10.4.11a）和带竖缝剪力墙（图10.4.11b）代替支撑，可构成框架-抗震墙板结构，其抗震性能优于框架-中心支撑结构。
(a)内藏钢板剪力墙与框架连接(b)带竖缝剪力墙与框架连接
图10.4.11 框架-抗震墙板结构
当房屋刚度更高时，可采用沿建筑周边设置密柱深梁框架构成的框筒结构。框筒结构抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能。
各种钢结构体系房屋的适用高度和高宽比不宜大于表10.4.1和10.4.2的规定。
表10.4.1 钢结构房屋适用的最大高度(m)
注：1. 房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；
2. 超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。
表10.4.2 钢结构民用房屋适用的最大高宽比
10.4.3 抗震设计要求
一、对钢材性能的要求
钢结构的钢材应符合下列规定：
(1) 抗侧力结构的钢材宜采用等级为B级的Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢，其质量应分别符合国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1951的规定。当有可靠根据时，也可以采用其它钢种和钢号的钢材，其性能应符合下列要求：
①钢材的抗拉强度与屈服强度的实测值之比不应小于1.2；
②钢材的伸长率应大于20％，且应有明显的屈服台阶；
③钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性；
④偏心支撑框架中的耗能连梁不得采用屈服强度高于345N/mm2的钢材。
(2) 采用焊接连接的节点，当板厚不小于40mm，且沿板厚方向承受拉力作用时，应对该部分钢材提出沿厚度方向受拉试件破坏后的断面收缩率的附加要求，该值不得小于现行国家标准
《厚度方向性能钢板》GB/T5313规定的Z15级的容许值。
(3) 用于抗震设计类别C类以上的抗侧力体系钢结构中的所有坡口全熔透焊缝的填充金属，其零下30℃的夏比冲击功应大于或等于27焦耳。
二、对结构布置的要求
(1) 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。即在进行房屋的平、剖、立面设计和结构体系布置时，应尽可能做到房屋体形简单、平面规则对称，同时房屋中抗侧力结构的布置应尽可能的均匀、对称，使房屋各楼层的总体刚度中心尽可能与楼层的质量中心相重合或相接近，并应尽可能使房屋的刚度和质量沿竖向均匀连续、没有突变。
(2) 钢结构房屋宜避免采用不规则建筑结构方案，不设防震缝。若房屋必须采用比较复杂的平面形状时，则宜用防震缝将房屋划分为几个平面规则、对称的独立单元，为了避免地震时各部分之间相互碰撞，防震缝的宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。
三、对结构设计的要求
(1) 在进行结构设计时，应根据建筑的抗震设防类别、抗震设计烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较，选择合适的结构体系。
(2) 结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，可考虑多道抗震防线。宜使结构在两个主轴方向的动力特性相近，并尽量使其基本自振周期（fundamental period）远离场地的特征周期（characteristic period of ground motion），以防止共振，减小地震作用。
(3) 应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。例如，框架结构应设计成强柱弱梁型，以防止形成柱子倒塌结构。
(4) 结构应具有必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。例如，为避免传统的梁柱刚性节点发生脆性破坏，可采用图10.4.12所示的在节点附近削弱梁翼缘截面的办法，或采用图10.4.13所示在节点处设置加强梁段的办法，使梁中承受最大应力的截面离开梁柱接触表面，充分发挥塑性转动能力和消耗地震能量的能力。偏心支撑框架中的耗能连梁具有相似的能力。
图10.4.13 采用加强短梁段的树状梁柱节点
图10.4.12 用狗骨式翼缘板及翼缘钻
孔法使塑性铰外移
(5) 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。例如，应体现强节点弱构件的设
计思想，避免诸如支撑的连接节点先于杆件破坏所引发的震害。
(6) 应体现大震不倒、小震不坏的抗震设计目标，采用多遇地震时按弹性设计、罕遇地震时按弹塑性进行变形验算的二阶段设计方法进行抗震设计。在进行小震设计时，钢结构均处于弹性，阻尼比较小，可取为0.02；大震验算时进入弹塑性状态，阻尼比增大，可取0.05。
10.4.4 抗震构造要求
我国《建筑抗震设计规范》(GB50011)的第8章、第9章和附录G ，针对不同的工业与民用建筑钢结构体系，规定了相应的抗震构造措施。这些措施虽不尽相同，但其目的和手段却是一样的，那就是通过限制受压构件的长细比、梁平面外的长细比、构件组成板件的宽厚比、采取措施增强连接节点的承载能力以及控制制作和施工质量等手段，达到结构在罕遇地震作用下能承受较大的往复塑性变形、吸收和耗散地震输入的能量而不倒塌的目的。有关具体规定，请参见GB50011规范，此处不再赘述。
习 题
10-1 试用简单塑性分析方法，求出图所示超静定梁的极限荷载。当0< <1时，试求最大极限
荷载的作用位置和数值（用M p 表示）。
10-2 试用简单塑性分析法，求出如图所示门式刚架的极限荷载，图中梁柱截面完全相等。 10-3 假设习题10-2图的刚架l =3m ，q =120kN/m （为荷载的设计值），试按塑性设计选择梁、柱
截面。计算时可忽略梁柱自重。
10-4 试述钢框架梁柱刚性节点的震害特点和原因。
10-5 结合第2章有关钢材低周疲劳的内容，试说明为什么由拉压滞回曲线丰满的钢材制成的支
撑杆件会出现滞回环的退化现象。
10-6 墨西哥大地震中Pino Suarez 综合大楼的主要倒塌原因是什么？ 10-7 房屋钢结构的抗震结构形式有哪些？它们的抗震性能如何？ 10-8 抗震设计时应注意哪些问题？
10-9 钢结构抗震构造措施的手段和目的是什么？
参 考 文 献
10.1 钢结构设计规范编制组，《钢结构设计规范》应用讲解，北京：中国计划出版社，
2003
习题10-2图
习题10-1图
10.2李和华等译，钢结构塑性设计指南，北京：中国建筑工业出版社，1981
10.3陈绍番，钢结构设计原理(第二版)，北京：科学出版社，1998
10.4中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，北京：中国建筑工业出版
社，2001
10.5陈富生等，高层建筑钢结构设计，北京：中国建筑工业出版社，2000
10.6林若實，铁骨構造学詳論，東京：丸善株式會社，1985
10.7张耀春等，钢支撑杆件滞回特性的模拟与试验研究，“高层建筑钢结构成套技术”课题专
题报告之十三，哈尔滨建筑工程学院，1991
钢结构设计 学习指南
学习指南 1、课程的重要性和学习目标 本课程是土木工程专业的一门重要的专业课，是一门理论和实际结合较强的课程。通过本课程的学习，在钢结构基本原理的基础上掌握常用钢结构的设计计算方法，为今后从事钢结构设计、施工与安装等奠定坚实的基础，养成基本的工程设计能力。 2、前导课程 材料力学、结构力学、房屋建筑学、土力学与地基基础、建筑结构与选型、荷载与结构设计方法、建筑施工、建筑结构CAD、工程抗震、钢结构基本原理。 3、后续课程 后续课程为钢结构课程设计、钢结构毕业设计实践教学环节，通过课程学习掌握钢结构构件及整体结构的内力计算及组合、杆件验算、节点计算、钢结构图纸绘制及表达，具备从事钢结构设计的基本素质和能力。 4、必要学习工具 绘图工具：AutoCAD； 计算分析工具：Ansys、Sap、Abaqus； 设计工具：PKPM、MTS、天正等建筑、结构分析软件。 5、课程能力点 在学习“钢结构基本原理”的基础上，走向应用阶段，即通过本课程的学习，系统地掌握钢结构的基本计算方法和应用技能，具备进行轻型门式刚架结构、重型单层工业厂房钢结构、多层房屋钢结构及高层房屋钢结构等设计计算的能力，了解相关的设计依据、成果及施工验收等知识，同时也为从事建筑钢结构制造、安装及施工管理打下必要的基础。 6、学习方法 以规范为依据，以教材为基础，借助课堂和网络资源，结合理论课、案例实训课及已完成的实习实践环节，认真做好预习、复习、作业、阅读等课外学习，积极参与课堂或课下讨论、科技创新活动、结构设计大赛等活动，提高综合应用能力。
7、与课程相关的国家标准及图集 [1] 钢结构设计规范GB 50017-2003.北京：中国计划出版社，2003 [2] 建筑结构荷载规范GB 50009-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012 [3] 建筑抗震设计规范GB 50011-2010. 北京：中国建筑工业出版社，2010 [4] 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002. 北京：中国计划出版社，2002 [5] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002. 北京：中国计划出版社，2003 [6] 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98. 北京：中国建筑工业出版社，1998 [7] 钢结构工程施工质量验收规范GB50205_2001.北京：中国建筑工业出版社，2002 [8] 建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-2002. 北京：中国建筑工业出版社，2002 [9] 12m实腹式钢吊车梁-轻级工作制05G514-1 [10] 12m实腹式钢吊车梁-中级工作制05G514-2 [11] 12m实腹式钢吊车梁-中级工作制05G514-3 [12] 12m实腹式钢吊车梁-重级工作制05G514-4 [13] 单层房屋钢结构节点构造详图(工字型截面钢柱柱脚连接)06SG529-1 [14] 吊车轨道联结及车挡05G525 [15] 多高层民用建筑钢结构节点构造详图01(04)SG519 [16] 钢吊车梁(H型钢_工作级别A1-A5)08SG520-3 [17] 钢结构建筑构造图集CDI02J [18] 钢抗风柱10SG533 [19] 钢梯02J401 [20] 轻型屋面梯形钢屋架（圆钢管、方钢管）06SG515-1 [21] 轻型屋面梯形钢屋架（剖分T型钢）06SG515-2 [22] 轻型屋面梯形钢屋架01SG515 [23] 梯形钢屋架05G511 [24] 柱间支撑05G-336 [25] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1 [26] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(上册).北京：北京：中国建筑工业出版社，2004 [27] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(下册).北京：北京：中国建筑工业出版社，2004
钢结构施工详图设计
钢结构施工详图设计 施工详图设计是钢结构工程施工的第一道工序，也是至关重要的一步，详图设计的质量直接影响整个工程的施工质量。其工作是将原钢结构设计图翻样成可指导施工的详图。 1，施工详图设计基本原则： 1.1钢结构施工详图的编制必须符合《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068）、《钢结构设计规范》（GB 50017）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205）、《钢结构焊接规范》（GB 50661）及其他现行规范、标准的规定。 1.2施工详图设计必须符合原设计图纸，根据设计单位提出的有关技术要求，对原设计不合理内容提出合理化建议，所做修改意见须经原设计单位书面认可后方可实施。 1.3钢结构施工详图设计单位出施工详图必须以便于制作、运输、安装和降低工程成本为原则。 1.4原设计单位要求详图设计单位补充设计的部分，如节点设计等，详图设计单位需出具该部分内容设计计算书或说明书，并通过原设计单位签字认可。 1.5钢结构施工详图为直接指导施工的技术文件，其内容必须简单易懂，尺寸标注清晰，且具有施工可操作性。 2，施工详图设计的内容： 2.1节点设计 详图设计时参照相应典型节点进行设计；若结构设计无明确要求时，同种形式的连接可以参照相应典型节点；若无典型节点的情况，应提出由原设计确定计算原则后由施工详图设计单位补充完成。 2.2施工详图设计 详图基本由图纸目录、相关说明、平面定位图、构件布置图、节点图、预埋件图、构件详图、零件图等几部分组成，其中还应包括材料统计表和汇总表（包括高强度螺栓、栓钉统计表）、标准做法图、索引图和图表编号等。 2.2.1施工详图上的尺寸应以mm为单位，标高单位为m,标高为相对标高。 2.2.2在设计图没有特别指明的情况下，高强度螺栓孔径按《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82）选用。 2.3构件布置图 构件布置图主要提供构件数量位置及指导安装使用。施工详图中的构件布置图方位一定要与结构设计图中的平面图相一致。构件布置图主要由总平面图、纵向剖面图、横向剖面图组成。 2.4构件详图： 至少应包含以下内容： 2.4.1构件细部、质量表、材质、构件编号、焊接标记、连接细部和锁口等；螺栓统计表，螺栓标记、直径、长度、强度等级；栓钉统计表；
钢结构课程设计指导书(详细版)
钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室
钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用
E43型，手工焊。 二、屋架形式及几何尺寸 因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。 屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。 三、支撑布置 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 3. 内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。
2021年钢结构住宅设计论文
2021年钢结构住宅设计论文 1钢结构的优点 一般来说，材料的特性是推出新型建筑形式的出发点。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和其它材料的结构相比，钢结构有如下一些特点。 1.1材料的强度高，塑性和韧性好钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。另一方面，由于钢材的强度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。 1.2材质均匀，与力学计算的假定比较符合钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。 1.3钢结构制造简便，施工周期短钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要
进行拆迁。 1.4钢结构的重量轻钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程，重量轻也是一个重要的有利条件。 当然任何一种材料都不是十全十美的，钢材的耐腐蚀性和耐火性就较为欠缺，在对结构进行防护时费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题也并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用，并取得了良好的效果。钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护。 2钢结构住宅的特点 钢结构住宅与传统结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势，主要体现在以下方面。 2.1设计制造周期短，设计生产一体化现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，
钢结构设计步骤
钢结构设计步骤和设计思路 摘要：钢结构设计简单步骤和设计思路关键词: 钢结构结构设计步骤 (一) 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 (二) 结构选型与结构布置 此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指 导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是\"概念设计＼＂，它在结构选型与布置阶段尤其重要．对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概
念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间 的相互力学关系和简化近似设计方法。[２０] 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载）,如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中,不
钢结构详图绘制规则
陕西虹程钢构工程有限公司详图设计规则 第一章门式刚架 1.制图空间的选择：绘制图纸时，必须在CAD的模型空间制图， 保存和打印图纸时使用布局。布局中只允许出现标题栏和构件列表。关于细则参考附件1，附件2。 2.主钢构： 2.1面对一榀刚架，我们在放样的时候首先是将我们需要放样的 梁和柱从剖面图上取下来。一般柱子都是柱底板在左，柱子向右倒。保证通长的直翼缘水平。 2.2梁从图上取下的时候左右不变，保证上翼缘水平。 2.3对于高频焊接H型钢，应将腹板单独放样，放于构件的下方， 标注长宽及开孔的位置，孔的大小。非规则形状用虚线勾出下料尺寸。对于型钢直接在构件整体上标注相应的尺寸。对于弧形构件，应将构件分成若干等分，每份长200～500然后标注矢高。 2.4整根构件应详细的标注连接板的尺寸及焊接位置。小件的位 置用基线标注法标注，BL=0为起点，一般在翼缘的端头（非拼接板端头）小件必须标注定位尺寸。外形控制线应该完整，且比例因子要正确。 2.5单个小件比如加劲肋，做小件图时候必须有一个边是水平的， 非规则形状用虚线勾出下料尺寸。部分较为复杂的小件要画小件图，小件图不用标明数量；当小件做为一个单独的构件出现在料单中的时候小件要标明数量。对于一个小件板应该标明孔径和板
厚和焊接侧。拼接板上的两孔距离不能大于350mm否则要设计构造螺栓。拼接板处的加劲肋为100*100为准。斜拉撑孔当板厚小于等于5mm时候加补强垫片。在梁的拼接板的地方要是有梁截面不相同的情况，拼接板的宽度与较宽的梁的翼缘宽度相同。 2.6在构件名称的下面需要标明构件的截面形式。 2.7构件列表中的标识顺序为OF IF WB BP SP EP ST PL GP 特殊构件。在钢构清单中构件的顺序为柱、主梁、次梁、小件、高强螺栓、普通螺栓。 2.8构件列表中的板件尺寸必须和图上标注的一致。所有构件标明之后合出总重。 2.9构件数量、质量及材质要和材料清单及平面布置图中的一致。材料清单中要体现出构件的材质。 2.10标题栏的字体采用宋体或者是仿宋体，栏目填写要正确。版本号为0，如果发技术文件更改通知单换页的时候版本号为1其次以此类推。 2.11部分图纸需要做出剖视图，其剖视方向要正确，将剖视编号标注的视图一面。剖视图只绘制与想要表达的内容有关的信息，其它可以从略。 2.12梁柱的放样在图纸较多或者有特殊要求的时候需要有钢结构构件加工说明及目录，为了适应车间按批次加工应附上构件平面布置图（将来方便整理安装图）。 2.13型钢构件上开孔应按照规线距离的规定。且应有相应的剖视
钢结构设计下册考试重点
1.轻型门式钢架结构的定义及适用范围及特点 定义：单层门式钢架是指以轻型焊接H型钢，热轧H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式钢架或格构式 门式为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢做檀条，墙梁；以压型金属板做屋面，墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料， 硬质聚氨酯泡沫塑料，岩棉，矿棉，玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系. 适用范围：门式钢架上可设置起重量不大于3T的悬挂起重机和起重量不大于20T的轻中级工作制单梁或双梁 桥式吊车.特点:质量轻，工业化程度高，施工周期短，综合经济效益高，柱网布置比较灵活 2.门式钢架的结构形按跨度分：单跨，双跨，多跨.按屋面坡脊数分：单脊单坡，单脊双坡，多脊多坡 3.门式钢架结构支撑和刚性系杆的布置原则 在每个温度区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；在设置柱间支撑的开间，应同时设置 屋盖横向支撑，以构成几何不变体系；端部支撑宜设置在温度区端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距 应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30-45m；有吊车时不宜大于60m；当房屋高度较大时，柱 间支撑应分层设置，当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑；当端部支撑设在端部第二个开间时， 在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆；在钢架转折处应沿房屋全长设置刚性系杆；由支撑斜 杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按钢性系杆考虑；刚性系杆可由檀条兼任，此时弹跳应满足压弯构件的承 载力和刚度要求，当不满足时可在钢架斜梁间设置钢管，H形钢或其他截面形式的杆件 4.门式钢架的计算方法 对于便捷门面式钢架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当钢架的梁柱全 部为等截面时才允许采用塑性分析方法；变截面门式钢架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定 5.济南郊区-轻型门式钢架结构，没有吊车，列出钢架内力计算时可能的荷载组合形式 组合原则：屋面 均布活荷载不与雪荷载同时考虑到，应取两者中的较大值，积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大 值同时考虑，施工或检修中荷载不与屋面材料或檀条自重以外的其他荷载同时考虑，多台吊车的组合应符合 《荷载规范》的规定，当需要考虑地震作用时风荷载不与地震作用同时考虑 （1）1.2*永久荷载+0.9*1.4* 【积灰荷载+max{屋面均布活荷载，雪荷载}】+0.9*1.4*(荷载+吊车竖向和水平荷载) #注;此处因为没有吊车， 所以划横线荷载不应考虑 （2）1.0*永久荷载+1.4*风荷载 组合（I）用于截面强度和构件稳定性计算； 组合（2）用于锚栓抗拉计算 6.门式钢架变截面斜梁的验算内容 强度计算，，平面内整体稳定计算，平面外整体稳定计算，局部稳定 计算，刚度计算 7.门式钢架隅撑的作用及其布置原则？ （1）隅撑作用：保证梁的稳定 （2）布置原则:当钢架的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑，作为梁受压翼缘的侧向支撑，翼缘 的另一端连接在檩条上，增加稳定承载力。隅撑间距不应大于说撑梁受压翼缘宽度的16（235/Fy）-1/2倍 8.门式钢架结构节点的连接形式 门式钢架结构的连接点有：梁与柱连接节点，梁和梁拼接点及柱脚。 9.薄壁杆件的板件有效宽度含义 压型钢板和用于檩条，墙梁的卷边槽钢和Z形钢都属于冷弯薄壁构件，
谈钢结构住宅建筑设计研究(2)
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/df14612850.html, 谈钢结构住宅建筑设计研究 作者：李谷满 来源：《城市建设理论研究》2013年第11期 摘要：本文阐述了常用钢结构住宅体系，探讨了钢结构住宅建筑设计措施。 关键字：钢结构；住宅；建筑；设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 一、常用钢结构住宅体系 钢结构体系形式有多种，但应用于住宅建筑的钢结构体系主要可分为轻钢龙骨体系、纯钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架一混凝土剪力墙体系、错列析架体系、钢框架一核心筒体系等。不同的结构体系有不同的适用范围，虽然有些结构体系应用范围较广，但通常会受到经济等因素的限制。轻钢龙骨结构体系较适用于1~3 层的低层住宅，不适用于强震区的高层住宅。纯钢框架体系一般适用于6 层以下的多层住宅，不适用于强震区的高层住宅，并且用于高层住宅经济性相对较差。钢支撑框架体系比纯钢框架体系侧向刚度大，常用于多层及小高层住宅，应用较广;而且当房屋层数较高时，该体系要比纯钢框架体系经济。钢框架—混凝土剪力墙体系常用于小高层及高层住宅;而且从受力特点看出，带缝剪力墙体抗震性能较好，较适用于地震区。错列析架结构体系具有住宅布置灵活、楼板跨度小、结构自重轻和造价低的特点，是一种经济、实用、高效的新型结构体系，适用于多层及小高层住宅。 为了体现钢结构住宅的优越性，减轻结构自重，外墙体一般采用轻质复合板，与梁柱的连接方式，主要采用外挂式，也可采用内嵌式。内墙材料一般可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充材料，也可采用纸面石膏板，纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板。楼板体系作为房屋的水平构件，起着支撑竖向荷载和传递水平荷载作用。因此楼板必须有足够的强度、刚度和整体稳定性，还要具有较好的隔音、防水和防火性能，同时宜尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，并提高施工速度。国外钢结构住宅普遍采用木板为楼层板，我国由于木材资源短缺，现阶段主要采用压型钢板—现浇混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板、密排托架—现浇混凝土组合楼板、轻骨料或加气混凝土楼板。 钢结构建筑的屋顶依据屋面材料和屋面的结构布置，可以做成平屋顶或是坡屋顶。平屋顶即在钢楼板层的基础上只需将面层换做防水层材料或是彩色涂层牙型钢板，并按要求设置一定的排水坡度和排水天沟。坡屋顶的构造一般是在钢屋架上设置檩条，上铺彩色涂层压型钢板或彩钢板夹芯板，采用彩钢夹芯板，色彩美观，还具有一定的保温隔热效果，施工简便，可以做到不渗水。 二、钢结构住宅建筑设计要点
钢结构设计的八大要点
钢结构设计的八大要点 钢结构设计要点 钢结构设计简单步骤和设计思路 （一)判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有 较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住 宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 （二）结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛, 做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构 选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规 定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来 确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有 效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是 判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。（无论结构软件 如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过 硬的素质。）钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设 计方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大 悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪
压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨 量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节 点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选 择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用 钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为 了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src 柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。 对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材 料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。） 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的 说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响 范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。 其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承 受1/4的总水平力。 框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足 不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截 面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑 在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 （三）预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的 断面形状与尺寸的假定。 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况， 其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧 向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按 规范中局部稳定的构造规定预估。
钢结构工程图纸深化设计合同Word
钢结构工程图纸深化设计合同 总包方： XXXX分公司（以下简称甲方） 分包方：（以下简称乙方） 根据《中华人民共和国合同法》和《建设工程勘察设计合同条例》的有关规定，就钢结构工程图纸深化设计事项，经协商一致，双方在深圳市福田区签订本合同，以资共同遵守。 第一条工程概况 1、工程全称：钢结构工程深化设计。 2、简称： ,以下简称“本工程”。 3、工程地点：。 4、设计单位：。 5、监理单位： 6、工程规模：。 7、承包范围：钢结构工程图纸深化设计，包括设计变更及甲方临时指定的工作。 第二条合同组成及文件解释顺序 本分包合同由以下文件组成，并互为说明，如出现含糊和（或）歧义时，按照以下先后顺序解释，同时遵守最新签署的合同文件具有优先解释效力的原则。 1、本供货合同书； 2、招标文件、招标申请书、中标通知书、定标书； 3、甲方与业主合同文件的技术标准； 4、合同图纸（含全部施工蓝图及结构模型）； 5、国家规范、标准； 6、发包方和承包方之间有关工程的洽商、变更等书面协议或文件（包括备忘、会议纪要、往来信函、洽商变更、工程指令等过程文件）。 第三条深化设计内容
1、根据甲方及设计要求绘制本工程深化设计图。 2、乙方所绘制的深化设计图，包括相关说明、图纸目录、平面定位图、构件预埋件图、构件图、构件编号图、材料统计表和汇总表（包括高强螺栓、栓钉统计表）、节点图、标准作法图、索引图和图表编号等。 3、乙方所绘制之深化设计图，按时或提前报甲方审核，双方无异议后报业主、设计院审批盖章后生效。 4、乙方的技术服务：深化设计交底，对深化设计图做出说明，解决及修改在制作和安装过程中的有关深化设计图中的问题等；按甲方要求绘制如构件拼接、材料代用等深化设计图；对制作厂进行专项交底，与制作厂保持良好的沟通，解决制作厂对深化图纸提出的问题，需要时派专人驻厂；派一名专职人员驻，负责与甲方、设计方沟通协调。 5、设计变更（含通知、指示、同意、批准、确认和决定等）：均指书面形式，如甲方因某种原因以口头形式发出任何此类指示，乙方应遵守此类指示，但此类指示乙方应当复核，并在接受此类指示后7日内以书面形式请甲方予以确认，否则甲方不承担由此增加的任何经济费用。 第四条深化设计依据及图纸验收 1、图纸深化设计要依据施工蓝图、技术核定单、设计变更单、甲方施工方案要求（包括分节分段）、本合同相关要求进行深化，要求除符合设计图纸及招标文件的技术要求外，同时符合中华人民共和国现行建筑设计规范和其它所有现行有关规范。 2、甲方按照以上依据、有关标准对乙方转化的图纸严格进行验收；验收时如甲方发现问题，乙方应在甲方规定的期限内予以修改。 3、甲方在生产期间如发现图纸问题，乙方不得以甲方签署的验收报告为依据拒绝修改和承担责任。 第五条深化设计工期与图纸的提交： 1、深化设计工期：深化图纸的提交必须满足甲方、现场施工进度和加工厂制作、连续供货要求。 2、总工期为日历天，年月日提交埋件送审图，并在天内
钢结构详图拆图详解及经验分享
技术部培训教材 共五点内容 一、什么是钢结构 钢材制成的结构。钢结构通常由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接。有些钢结构还用钢铰线、钢丝绳或钢丝束以及铸钢等材料组成。 特点钢材的组织结构均匀，接近于各向同性匀质体，因而钢结构的理论计算结果比较符合实际受力情况；钢材强度较高,弹性模量也高;钢结构塑性和韧性好、适宜于承受振动和冲击荷载；钢材容重与强度的比值一般小于混凝土和木材，因而钢结构的重量轻；钢结构便于机械化制造，精确度较高，安装方便，是工程结构中工业化程度最高的一种结构；施工较快，可尽快地发挥投资的经济效益。钢结构的密封性较好，但耐锈蚀性较差，需要经常维护；耐火性也较差。二、应用范围 钢结构常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种工程结构中，如工业厂房的承重骨架和吊车梁、大跨度的屋盖结构、高层建筑的骨架、大跨度的桥梁、起重机结构、塔架、石油化工设备的框架、工作平台和海洋采油平台、管道支架、水工闸门等；也常用于可装拆搬迁的结构，如临时性展览馆、建筑工地用房、混凝土模板等。轻型钢结构常用于小跨度轻屋面的各类房屋、自动化高架仓库等。此外，容器结构、炉体结构和大直径管道等也常用钢材制成。 三、行业发展与分析
钢结构详图的根基很多人是来自建筑行业的，这是不对的，也是束缚行业发展的因素。由目前国内的现状看，束缚钢结构发展的是机械行业，中国没有好的数控设备的生产，没有精度更高的产品，而详图行业是金属加工行业的钣金（钣金工就是按照实际需要或者按图纸，在各 种板材或型材上放线切割成型，使之形成需要的各种立体构件，比如建筑内的通风管道，工厂的各种大型管道弯头大变小接头方变圆接头旋 风除尘器，汽车修理的整形修补，各种民用白铁制品。）和钳工（钳工是 使用钳工工具或设备，按技术要求对工件进行加工、修整、装配的工种。其特点是手工操作多、灵活性强、工作范围广、技术测量及简单的热处理，以及对部件、机器进行装配、调试、维修及修理！钳工基本操作技能包括划线、锯削、锉削、钻孔、扩孔、攻螺纹、套螺纹、矫正与弯形、铆接、刮削、研磨、技术 测量及简单的热处理，以及对部件、机器进行装配、调试、维修及修理等！）的延续，所以归总讲详图行业应该归属于机械加工类，而不是建筑类，没有哪个详图会被要求去搞结构设计，因为它的职能是保证图纸的正确，而不是结构的安全。 轻钢引进中国，首先受益的是建筑行业，因为中国跟美国的行业划分不同，所以由建筑统帅是必要的。但是，随着钢结构的发展，慢慢占上风的企业逐渐转换成了像浙江精工这样有机械底子的公司了，而且目前行业分级愈发加剧，目前真正能做正经的钢结构，比如高层、桥梁、复杂的造型的愈发的集中到原有的大船厂，有独立设备和软件设计能力的机械加工厂，大的建筑企业只能做个总包，当初耳熟能详钢构公司，如巴特勒，ABC之类的被紧紧地挤在了轻钢的角落里了，不再具有钢结构的主导地位了。这与决策也有关，杭萧钢构是转型成功，他们在轻钢泛滥之初，毅然转手做高层，目前的加工能力和生产能力有了质的飞跃。钢结构不是简简单单的烧电焊，需要数控的箱型
钢结构设计任务书2016
钢结构原理与设计课程设计任务书 一、题目：普通梯形钢屋架设计 二、设计资料（由老师分组确定） 某厂房总长度90M，跨度根据不同班级及学号从附表1中取，纵向柱距6m。 1.结构形式:梯形钢屋架。屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，二类场地。屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。 3.屋盖结构及荷载 无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载： ①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取0.6 KN/m2。 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层（根据学号按附表取) 一毡二油隔气层0.05KN/m2 水泥砂浆找平层0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板1.45KN/m2 三、设计内容 1．课程设计计算书 包括如下内容的全部设计和计算过程：
①屋盖支撑、檩条布置的示意图 ②设计荷载统计 ③檩条设计及验算过程 ④屋架杆件几何尺寸、内力的计算过程及结果 ⑤屋架杆件截面计算过程及结果,屋架节点计算过程及结果 2．钢屋架施工详图 绘制2#施工图，屋架轴线比例1：20或1：30，相应构件比例为1：10或1：15，内容包括： ①屋架简图，左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及超拱度。 ②屋架正面图，上、下弦平面图（有二个比例）。 ③侧面图，剖面图及零件详图。 ④注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 ⑤材料表。 ⑥说明 四、设计要求 1.计算书须按规范要求完成，插图应用按一定比例绘制，做到眉目清晰，文图配合，表明表、图号；要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。 2.图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）》和《建筑结构制图标准（GB/T 50105—2001）》的要求；绘制钢屋架施工图，其中包括屋架简图、屋架结构图、上下弦平面图、必要的剖面图和零件大样图、材料表和设计说明等。施工图1～2张（2号）。 要求图面清楚整洁，线条粗细分明，尺寸及标注齐全，符号及比例正确，构造合理，能表达设计意图，符合国家制图标准并与计算书一致。 3.屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见附表所示。请学生按附表2将自己的取值填入设计任务书中。
钢结构住宅建筑设计探讨 吴启东
钢结构住宅建筑设计探讨吴啟东 发表时间：2019-07-24T11:30:51.380Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：吴啟东[导读] 本文对上述问题进行了分析,并对住宅平面进行了研究,推出几种适合钢结构体系的住宅单体平面。 广东天元建筑设计有限公司 528237 摘要：钢结构住宅的建筑设计是钢结构住宅设计的重要组成部分,钢结构住宅除了要将钢结构建筑的特点体现出来之外,同时又要满足多样化的住宅功能需求，使人们对多样化住宅功能的需求得到满足，故设计人员应该着力解决钢结构结构体系和住宅房型功能需求之间的冲突，同时还应与住宅建筑设计相结合，基于此，本文对钢结构住宅建筑设计进行了分析和介绍，着力解决住宅房型功能需求与钢结构结构体系的矛盾,并结合住宅建筑设计,采用标准化、模数化的方式对连接部件和结构构件进行设计。本文对上述问题进行了分析,并对住宅平面进行了研究,推出几种适合钢结构体系的住宅单体平面。 关键词：钢结构；住宅；建筑设计；标准化;模数化 前言：在我国住宅建筑工程高速发展的今天，有越来越多的住宅工程开始采用钢结构体系，整个住宅建筑工程的质量在很大程度上受到了设计质量的影响，因此在住宅工程设计中钢结构住宅建筑设计具有十分重要的地位，正因为如此住宅建筑设计人员开始重视钢结构的设计工作并全面的提升住宅建筑工程的整体质量。钢结构住宅跟传统的砌筑式住宅不同,具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工快等优点,钢构件以工厂加工为主,易实现标准化、模数化、系列化,同时,其结构体系及维护体系也有别于传统的住宅同时也是钢结构住宅的建筑设计是钢结构住宅设计的重要组成部分。因此杜宇钢结构住宅,需要针对钢结构建筑的特点,在建筑设计方面进行研究,并对一些特殊问题进行深入探讨。 1钢结构住宅建筑的优势 (1)便于功能区间的合理布置钢结构住宅本身具有较强的钢材强度，因此在布置的时候可以采用大开间柱的方式，灵活地分割建筑平面，通过其非承重墙体可以对室内空间进行灵活分割，从而实现开放式住宅。同时，由于钢结构具有连接简单的优势，因此可以将跃层或错层结构更好地应用在垂直平面内。在结构布置条件相同的情况下，通过改造可以根据需要改成2室2厅2卫或者2室2厅1卫两种形式。 (2)具有较高的抗震性能和承载强度在荷载相同的情况下，采用钢结构具有最小的截面；在截面相同的情况下，采用钢结构具有最大的承载力。因为钢结构本身具有较轻的重量，4层砖混结构的重量相当于6层轻钢住宅的重量，所以地震对钢结构的影响作用比较小。 (3)具有较短的设计制造周期通过对专业化结构分析软件和计算机的运用，钢结构住宅建筑设计中能够极大地缩短设计周期，而且还可以很方便地进行设计修改和调整。由于可以实现工厂预制和现场安装，因此设计人员在工作室完成钢结构住宅的设计工作之后，工厂的生产线就可以将后续的产品制作完成，因此其可以有效的缩短项目建设周期[1]。 (4)钢结构重量轻、强度高。从国内外震害调查结果看,钢结构住宅建筑倒塌数量最少。钢结构构件、墙板及有关部品在工厂制作,减少现场工作量,缩短施工工期,钢结构住宅在工地的施工实质上是工厂产品的组装和集成,再补充少量无法在工厂进行的工序项目,符合产业化的要求。钢材可以回收,建造和拆除时对环境污染较少。符合推进住宅产业化,发展节能省地型住宅的国家政钢结构工厂制作质量可靠,尺寸精确,安装方便,易与相关部品配合。 2存在的主要问题 (1)钢结构住宅的研发投入不够如对钢结构住宅防火、防腐性能研究及施工集成的研究还不系统配套。当前要集中力量解决多层(4～6层)、小高层(11～12层)、高层(12层以上)与钢结构住宅配套使用的外墙板性能、生产、施工和价格的难题。 (2)缺乏政策的配套和支持,缺乏系统合理的协调与分工,使产业总体发展不协调没有制订废物处理、有效利用资源、建筑材料回收等政策法律。建筑业应对砂石开采应有严格政策和措施、对水泥工业的发展、对水的利用等应有总量控制。应建立“钢结构住宅产业体系技术开发补助金制度”、“钢结构住宅产业化基金”、对钢结构住宅试点工程应给予补贴,对钢结构住宅也应制订专门的经济技术考核指标等。 (3)钢结构住宅数量少钢结构住宅在住宅建筑中的比例不足1%,虽有部分房地产开发商也开始研究钢结构住宅,但广大住宅开发商还未投入钢结构住宅中来,成本高、防火、防锈问题,影响他们的积极性。没有从钢结构住宅综合效益和“终生成本”来考虑也是原因之一。 (4)住宅单元的标准化设计与建筑空间造型多样化的矛盾按照钢结构特点,在钢框架范围内可按照使用需求对内部空间进行分割,但对钢结构的外部维护结构的处理,由于受到钢框架结构的限制而无法象传统住宅一样有较大的选择余地。钢结构住宅单元或套型模块设计要综合考虑柱、梁、楼板、外墙板、屋面板和隔墙板及设备、管线的优化选型,但不能因此完全简单划一,要尽量避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板,创造形式丰富多样的钢结构住宅造型。 3提高钢结构住宅设计的建议 (1)建筑设备要考虑钢结构住宅的特点,各种管线和设备是住户一进门首先遇到的问题。要选用和开发适合钢结构住宅的各项设备,选用先进的技术和设备用于钢结构住宅。 (2)钢结构设计要做到安全合理。选择合理结构体系、可靠方便的节点构造、尽量减少构件规格品种;现场焊接工作量较少、为构件制作、运输、吊装创造条件。 (3)钢结构住宅建筑要以建筑设计为主导,其他专业紧密互动配合。改变目前仅有结构工程师的积极性,而没有建筑师声音。钢结构住宅建筑除要遵循住宅建筑设计一般原则外,还要注重解决:如何发挥钢结构的优势?梁跨度可增大、开间更灵活、为住户创造更大的空间和面积;如何避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板的问题。目前在钢结构住宅设计中建筑师的智慧和积极性发挥不够。要发挥建筑师与结构、水、电、设备等专业协调能力,如解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题,做到成本增加不多而效果较好。 (4)从试点工程和国外的经验看,要发展钢结构住宅体系,宜釆用研究开发、设计制造、施工维修、管理一条龙的模式。以企业为核心,院校、设计、研究单位发挥各自优势,相互配合解决关键技术和产品的研发生产,组成专业的钢结构房屋开发公司或房地产开发公司来实施。如莱钢建设集团公司、北京赛博思金属结构工程有限责任公司、天津市建委、北新建材集团、杭萧钢构、浙江宝业集团等公司的做法。各企业要找到钢结构住宅突破口,长远规划,分步实施,以取得较好的经济效益。
钢结构施工详图设计修订稿
钢结构施工详图设计集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
模块二钢结构工作任务 任务一 学习情境1钢结构施工详图设计 1.1钢结构工程设计分工特点 钢结构的设计制图是钢结构工程的基础和指导,它直接影响着钢结构工程的质量与进度。从内容和形式上划分,钢结构制图可分为:钢结构设计制图阶段划分和深度,钢结构设计图的绘制以及钢结构施工详图的绘制等。从钢结构工程设计制图基础、屋盖钢结构设计制图的内容深度及表示方法与实例、单层房屋钢结构设计制图的内容深度及表示方法与实例、钢结构设计制作、运输、安装与防护、钢结构加固设计制图的内容深度及表示方法与实例等方面结合大量实例与实际用图详细论述了钢结构工程的设计编制方法、内容深度与表示方法。 根据03G102《钢结构设计制图深度和表示方法》 钢结构设计图（KM） 钢结构工程设计制图 钢结构施工详图（KMд） 一、钢结构设计制图阶段划分 把钢结构制图分为设计图和施工详图两个阶段。 钢结构设计图应由具有相应设计资质级别的设计单位设计完成。 钢结构施工详图由具有相应设计资质级别的钢结构加工制造企业或委托设计单位完成。 二、钢结构设计图的深度 钢结构设计图是提供编制钢结构施工详图（也称钢结构加工制作详图）的单位作为深化设计的依据。所以钢结构设计图在内容和尝试方面应满足编制钢结构施工详图的要求。必须对设计依据荷载资料、建筑抗震设防类别和设防标准，工程概况，材料选用和材料质量要求，结构布置，支撑设置，构件选型，构件截面和内力，以及结构的主要节点构造和控制尺寸等均应表示清楚，以便供有关主管部分审查并提供编制钢结构施工详图的人员能正确体会设计意图。 设计意图的编制应充分利用图形表达设计者的要求，当图形不能完全表示清楚时，可用文字加以补充说明。设计图所表示的标高、方位应与建筑专业的图纸相一致。图纸的编制应考虑各结构系统间的相互配合和各工种的相互配合，编排顺序应便于阅图。 三、钢结构设计图的内容 钢结构设计图内容一般包括： 图纸目录