福建工程学院继续教育学院成人高等学历教育课程自学指导书课程名称 建筑钢结构设计 适用专业 土木工程专业 适用层次 专升本函授 学习形式 自学 编 写 者 洪芳 审 定 人 福建工程学院继续教育学院目录第一章 绪论1一、目的和要求3二、重点和难点3三、内容提要3第二章 平台钢结构设计4一、目的和要求4二、重点和难点4三、内容提要41、型钢梁设计步骤42、组合梁设计步骤43、实腹式轴心受压构件设计步骤104、格构式轴心受压构件设计步骤115、柱节点设计12四、典型例题12五、思考题及习题18第三章 轻型门式刚架设计19一、目的和要求19二、重点和难点19三、内容提要191、门式刚架结构形式及支撑体系192、檩条设计193、刚架设计步骤和过程20四、思考题21第四章 多层框架钢结构设计22一、目的和要求22二、重点和难点22三、内容提要221、钢框架结构形式的分类222、钢框架的设计内容和设计步骤223、多层多跨框架支撑的类型及布置234、实腹式压弯构件设计235、楼盖设计246、框架节点构造及计算26四、典型例题32五、思考题及习题33第五章 普通钢屋架单层厂房设计34一、目的和要求34二、重点和难点34三、内容提要341、厂房结构横向框架342、支撑体系353、普通钢屋架设计354、吊车梁的设计38四、思考题及习题39第一章 绪论一、目的和要求1、掌握钢结构的主要优缺点和应用范围。2、掌握钢结构的主要荷载和计算要求。3、了解钢结构的发展趋势。4、掌握节点设计的分类和类型。二、重点和难点1、钢结构的主要优缺点和应用范围。2、钢结构节点设计的分类和类型。三、内容提要1、钢结构的应用范围大跨度建筑结构；高层及超高层建筑结构；高耸钢结构等。2、钢结构的特点高强轻质，塑性韧性好，工业化、施工速度快；耐火、耐腐蚀性差。3、钢结构主要荷载和计算要求风荷载，冰雪荷载，温度荷载和地震作用。承载能力极限状态和正常使用极限状态验算。4、钢结构发展采用高性能钢材；深入了解和掌握结构的真实极限状态；开发新的结构形式；提高钢结构制造工业的技术水平。5、节点设计的分类和类型刚接、铰接和半刚性连接。焊接和螺栓连接。第二章 平台钢结构设计一、目的和要求1、掌握平台板的设计与计算。2、掌握平台梁的设计与计算。3、掌握平台柱的设计与计算。二、重点和难点1、型钢及组合平台梁的设计。2、实腹式和格构式柱的设计。3、梁、柱的连接及节点设计。三、内容提要1、型钢梁设计步骤根据梁的荷载，跨度及支座情况求出根据选用的钢号确定其抗弯设计强度f单向受弯梁：选择工字钢或H型钢的型号双向受弯梁：适当增加Wx（30%50%）后选择型号 强度考虑自重后重新计算M、V，然后验算整体稳定 刚度 不满足重选型号满足（结束）2、组合梁设计步骤 梁截面确定梁高h的确定： hmin h hmax，且h he。tw的确定： 假定翼缘宽度： 由 得t 梁截面验算 强度验算抗弯强度： 单向受弯 双向受弯 抗剪强度： 局部承压强度： 折算应力： 刚度验算 整体稳定单向弯曲梁（最大刚度平面内受弯的梁）： 双向弯曲梁： 局部稳定翼缘： 工字型：（）；（）箱 型：腹板：按计算或构造设置加劲肋A加劲肋的配置要求a 当时，若时可不配置加劲肋；若时（设支承加劲肋）应按构造要求（，但对且的梁，允许）配置横向加劲肋。b 当时，应配置横向加劲肋并满足构造和计算要求。c 当时（受压翼缘扭转受到约束，如有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时）或时（受压翼缘扭转未受到约束时）或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区增配纵向加劲肋（）。局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。d 梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。e 任何情况下，（避免高厚比过大时产生焊接翘曲）。B组合梁腹板局部稳定验算 仅配置横向加劲肋的腹板（右图），其各区格的局部稳定应按下式计算：式中：s所计算腹板区格内，由平均弯矩产生的腹板计算高度边缘的弯曲压应力s=M hc/I， hc为腹板弯曲受压区高度。 t所计算腹板区格内，由平均剪力产生的腹板平均剪应力t=V/(hw tw)，hw为腹板高度。 sc腹板计算高度边缘的局部压应力sc =F /(lz tw) scr、tcr、sc,cr各种应力单独作用下的临界应力，计算如下：a. 按下列公式计算：当时： 当时： 当时： 式中：用于腹板受弯计算时的通用高厚比；当梁受压翼缘扭转受到约束时： 当梁受压翼缘扭转未受到约束时：梁腹板弯曲受压区高度。b. 按下列公式计算：当时： 当时： 当时： 式中 用于腹板受剪计算时的通用高厚比。当时： 当时： c. 计算当时： 当时： 当时： 式中 用于腹板受压计算时的通用高厚比。当时：当时： 同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板（如图所示），其局部稳定性应按下列公式计算：()() 受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格()：式中scr1、tcr1、sc,cr1的计算公式同scr、tcr、sc,cr，只要将scr式中的lb改为lb1，将tcr式中的h0改为h1，将sc,cr式中的lc改为lc1，lb1、lc1分别如下：当梁受压翼缘扭转受到约束时： 当梁受压翼缘扭转未受到约束时：受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格()： 式中s2所计算区格内由平均弯矩产生的腹板在纵向加劲肋处的弯曲压应力；sc2腹板在纵向加劲肋处的横向压应力，取0.3sc。scr2、tcr2、sc,cr2的计算公式同scr、tcr、sc,cr，只要将scr式中的lb改为lb2，将tcr、sc,cr式中的h0改为h2，lb2如下： 在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋的区格（如图所示），可按相关规范计算（略） 腹板加劲肋的构造要求 a. 加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也允许单侧配置，但支承加劲肋和重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。 b. 加劲肋可以采用钢板或型钢，应有足够的刚度，使其成为腹板的不动支承。 c. 横向加劲肋的最小间距为0.5h0，最大间距为2h0（对无局部压应力的梁，当h0/tw100时，可采用2.5h0）。d. 在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸应按下列公式确定： 外伸宽度bsh0/30+40 (mm) 厚度tsbs/15 (mm) 若在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽度应大于按上式算得的1.2倍，厚度应不小于其外伸宽度的1/15。tsbs/15xbsh0/30+40mmbs/2(60)bs/3(40)ya1=0.75h10.5h0a2h0(2.5h0)h0h2h1=(1/51/4) h0纵向加劲肋横向加劲肋短加劲肋a1a1a1 e. 在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其对腹板水平轴的截面惯性矩Iz，应满足下式的要求：；纵向加劲肋对腹板竖直轴的截面惯性矩Iy应满足下式的要求：当时，当时，f. 当配置短加劲肋时其最小间距为0.75h1。钢板短加劲肋的外伸宽度应取为横向加劲肋外伸宽度的0.71.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的1/15。 g. 为了避免焊缝的集中和交叉以及减小焊接应力，焊接梁的横向加劲肋与翼缘连接处，应切成斜角如右图，其宽度约为bs / 3(40 mm)，高约为bs /3 ( 60mm)；在纵横向加劲肋交接处纵加劲肋也采用切角。 h. 吊车梁横向加劲肋上端应与上翼缘刨平顶紧（当为焊接吊车梁时应焊牢），中间横向加劲肋下端不应与受拉翼缘焊牢，一般在距受拉翼缘50100mm处断开，为提高抗扭刚度，也可另加短角钢与加劲肋下端焊牢，但抵紧于受拉翼缘而不焊。 梁截面沿长度改变设计梁截面沿长度改变可节约钢材，其变化有两种方式：一种式变化梁高，通常是将梁下翼缘做成折线外形，翼缘截面保持不变，仅在靠近梁端l/6l/5处变化腹板高度；另一种是变化翼缘板面积来改变梁面积，通常是改变翼缘板的宽度来实现，约在距离两端支座l/6处。 焊接梁节点设计梁的拼接节点包括工厂拼接和工地拼接，前者多为焊接，后者可采用焊接或螺栓连接。主次梁连接节点多为铰接连接，按其连接位置可分为叠接和平接。前者构造简单，次梁安装方便，但建筑高度较大，使用常受到限制；后者构造相对较为复杂，需将次梁的上翼缘和部分腹板以及下翼缘的局部切除，建筑高度小，安装精度高。3、实腹式轴心受压构件设计步骤 截面尺寸的确定假定柱的长细比 查得j确定所需截面面积 根据和可求得 、型钢截面： 由As、和查表组合截面：截面高度和宽度分别为：由局部稳定条件确定厚度t： 由面积可翼缘板厚度tw ， 验算强度 当截面无削弱时，强度可不必验算整体稳定 局部稳定刚度 4、格构式轴心受压构件设计步骤 由绕实轴整体稳定，选择肢件截面规格假定 ly=60100查得fy确定所需截面面积 根据l0y可求得 由 As和， 选择肢件； 由绕虚轴整体稳定，选择肢件间距：缀条柱：；缀板柱：根据可求得 则 验算（同实腹式，只是将局部稳定改为肢件的单肢稳定验算） 缀材设计缀材受力：缀条设计：将缀条与肢件简化为平行弦桁架，计算出缀条的内力，后按轴压构件进行强度和稳定验算。缀板设计：将缀板与肢件简化为单跨多层刚架，计算缀板的内力，后按受弯构件进行强度和连接计算。 铰接连接 刚接连接柱顶支承梁的构造5、柱节