第一章概念设计第一章概念设计1.1钢结构的适用范围1.2钢材的选用1.3建筑钢结构荷载与作用的特点1.4钢结构的计算1.5结构体系1.6节点设计提纲提纲提纲提纲1、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围优点：轻质高强，材质均匀，工业化生产，施工工期短，韧性好，密封性好，抗震性好；缺点：耐腐蚀性较差，耐火性差，单价高，维护费用高。钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计1 1、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围、钢结构的适用范围钢结构的适用性：1）结构选材目标：技术性能和经济性。（性价比）2）选用钢材的原因：A）基本原因结构自重与全部荷载与作用之比越大，采用钢结构越合理。B）强震地区（受力小，延性好）C）劳动力价格高（工业化生产，现场劳动力少）D）软土地基（基础耗资小）E）大跨、超高结构2、钢材的选用、钢材的选用钢材强度的选择1）变形控制选低强度等级）变形控制选低强度等级2）强度控制选高强度等级）强度控制选高强度等级3）长细比控制或应力水平较低选低强度等级）长细比控制或应力水平较低选低强度等级4）施工条件差选较低强度等级）施工条件差选较低强度等级钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计2、钢材的选用、钢材的选用钢材冲击韧性指标冲击韧性指标选择：影影 响响 因因素素结构重结构重要性要性1 1荷载状荷载状况况2 2连接状况连接状况3 3使用温度使用温度4 4 选择因选择因子数值子数值类别类别三类三类静力静力全螺栓、无焊全螺栓、无焊接接不低于不低于01二类二类一般动一般动力力大部分工厂焊、大部分工厂焊、工地螺栓工地螺栓不低于不低于- -202一类一类疲劳动疲劳动力力大部分现场、大部分现场、高空焊高空焊不低于不低于- -403表表1-1 1-1 选择钢材冲击韧性指标的影响因素及选择因子选择钢材冲击韧性指标的影响因素及选择因子 =1234 选择因选择因子之积子之积23161824245454材料等材料等级级ABCDE表表1-2 1-2 选择因子之积选择因子之积与材料冲击韧性指标的关系表与材料冲击韧性指标的关系表 钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计建筑工程重要性等级划分l一级工程一级工程，重要工程，重要工程,后果很严重，重后果很严重，重要工业、民用建筑要工业、民用建筑;20层以上的高层建层以上的高层建筑筑;体型复杂的体型复杂的14层以上高层层以上高层;对地基变对地基变形有特殊要求的形有特殊要求的,单柱荷载在单柱荷载在4000KN以以上的上的二级工程，二级工程，一般工程一般工程,后果严重，一后果严重，一般的工业、民用建筑般的工业、民用建筑三级工程三级工程，次要工程，次要工程,后果不严重，后果不严重，次要的建筑物次要的建筑物3、建筑钢结构荷载与作用的特点、建筑钢结构荷载与作用的特点风荷载风荷载冰雪荷载冰雪荷载温度作用温度作用地震作用及抗震地震作用及抗震荷载与结构的变异荷载与结构的变异钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计1.3.1风荷载（控制性荷载之一）（控制性荷载之一）风对墙体的压力、吸力风对墙体的压力、吸力风对墙体的压力、吸力风对墙体的压力、吸力 结构整体侧向风力计算结构整体侧向风力计算结构整体侧向风力计算结构整体侧向风力计算 维护结构的阵风系数维护结构的阵风系数维护结构的阵风系数维护结构的阵风系数 与主体结构的风振系数与主体结构的风振系数与主体结构的风振系数与主体结构的风振系数钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计空气流动形成的风遇到建筑空气流动形成的风遇到建筑空气流动形成的风遇到建筑空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物物时，就在建筑物物时，就在建筑物物时，就在建筑物表面产生表面产生表面产生表面产生压力或吸力压力或吸力压力或吸力压力或吸力，这种风力作用，这种风力作用，这种风力作用，这种风力作用叫风荷载。叫风荷载。叫风荷载。叫风荷载。 风的大小与风的大小与风的大小与风的大小与（1 1）近地风的性质、风速、风向有关）近地风的性质、风速、风向有关（2 2）建筑物所在地的地藐及周围环境）建筑物所在地的地藐及周围环境（3 3）建筑本身的高度、形状以及表面状况有关）建筑本身的高度、形状以及表面状况有关风的破坏力vv“ “森拉克森拉克” ”肆虐浙闽肆虐浙闽 防波堤被防波堤被冲垮百米冲垮百米 2003 2003 七月七月 28 28 12:4312:43 由于由于1616号号“ “森拉森拉克克” ”台风的袭击，投资台风的袭击，投资1.21.2亿亿元、总长达元、总长达18371837米的玉环县坎米的玉环县坎门渔港防波堤遭受严重的损坏。门渔港防波堤遭受严重的损坏。渔港西堤被巨浪冲垮渔港西堤被巨浪冲垮2 2个缺口，个缺口，造成防波堤砌面下滑，总长达造成防波堤砌面下滑，总长达100100多米。险情发生后，当地多米。险情发生后，当地政府组织公安、边防、民兵应政府组织公安、边防、民兵应急分队和群众及时进行抢修，急分队和群众及时进行抢修，力争将损失降低到最低限度。力争将损失降低到最低限度。 风的破坏力风的破坏力风的破坏力风的破坏力广州大道南一栋五层厂房广州大道南一栋五层厂房近近10001000平方米的平方米的2 2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂，块铁皮被卷起后砸中附近五金厂，100100多名工人侥幸逃过大难多名工人侥幸逃过大难 8 8月月月月1818日台风圣帕日台风圣帕日台风圣帕日台风圣帕建筑结构荷载规范：规范正文条文说明7 7 7 7 风风风风 荷荷荷荷 载载载载 7.1 7.1 7.1 7.1 风荷载标准值及基本风压风荷载标准值及基本风压风荷载标准值及基本风压风荷载标准值及基本风压7.1.1 7.1.1 7.1.1 7.1.1 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：式计算：式计算：式计算： 2 2 2 2 当计算围护结构时当计算围护结构时当计算围护结构时当计算围护结构时 (7.1.1-2)(7.1.1-2)(7.1.1-2)(7.1.1-2) 7.1.2 7.1.2 7.1.2 7.1.2 基本风压应按本规范附录基本风压应按本规范附录基本风压应按本规范附录基本风压应按本规范附录D.4D.4D.4D.4中附表中附表中附表中附表D.4D.4D.4D.4给出的给出的给出的给出的50505050年年年年一遇的风压采用，但不得小于一遇的风压采用，但不得小于一遇的风压采用，但不得小于一遇的风压采用，但不得小于0.3kN0.3kN0.3kN0.3kNm m m m2 2 2 2。规范正文规范正文风荷载标准值风荷载标准值nominalvalueofwindloadl垂至于建筑物表面的风荷载标准值垂至于建筑物表面的风荷载标准值(kN/m(kN/m2 2) )风压高度变化系数风压高度变化系数l按照按照地面粗糙度类别和距地面高度地面粗糙度类别和距地面高度确定确定l地面粗糙度分类地面粗糙度分类A近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠B田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡镇及镇及城郊城郊C有密集建筑群的城市市区有密集建筑群的城市市区D有密集建筑群且房屋较高的城市市区有密集建筑群且房屋较高的城市市区风压高度变化系数风压高度变化系数离地面或海平面高度地面粗糙度类别(m)ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.251.350.620.620.620.620.620.730.840.93(m)ABCD7080901001502002503003504004502.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.121.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.12L021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12总风载总风载（kN/mkN/m）建筑物各个表面承受的风力的合力为总建筑物各个表面承受的风力的合力为总风载，是沿高度变化的分布荷载风载，是沿高度变化的分布荷载1.3.2冰雪荷载屋面外形设计的原则：快速排水，排向强处屋面外形设计的原则：快速排水，排向强处屋面外形设计的原则：快速排水，排向强处屋面外形设计的原则：快速排水，排向强处覆冰荷载覆冰荷载覆冰荷载覆冰荷载覆冰荷载危害的产生过程覆冰荷载危害的产生过程覆冰荷载危害的产生过程覆冰荷载危害的产生过程建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定活荷载不与雪荷载同时组合。规定活荷载不与雪荷载同时组合。规定活荷载不与雪荷载同时组合。规定活荷载不与雪荷载同时组合。钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计第三节第三节 雪荷载雪荷载积雪过重压塌市场屋顶积雪过重压塌市场屋顶积雪过重压塌市场屋顶积雪过重压塌市场屋顶 莫斯科市场坍塌压死莫斯科市场坍塌压死莫斯科市场坍塌压死莫斯科市场坍塌压死4848人人人人0606年德国东南部阿尔卑斯山小镇年德国东南部阿尔卑斯山小镇年德国东南部阿尔卑斯山小镇年德国东南部阿尔卑斯山小镇巴特赖兴哈尔当地时间巴特赖兴哈尔当地时间巴特赖兴哈尔当地时间巴特赖兴哈尔当地时间1 1月日发月日发月日发月日发生惨剧，大雪压塌当地一处溜冰馆生惨剧，大雪压塌当地一处溜冰馆生惨剧，大雪压塌当地一处溜冰馆生惨剧，大雪压塌当地一处溜冰馆的屋顶，的屋顶，的屋顶，的屋顶，2121人死亡人死亡人死亡人死亡3 3人失踪人失踪人失踪人失踪20052005年威海年威海年威海年威海1212月月月月8 8日讯日讯日讯日讯( (特派记者特派记者特派记者特派记者 黄强黄强黄强黄强) )今天凌晨今天凌晨今天凌晨今天凌晨3 3时时时时5858分，分，分，分，位于威海市崮山镇的威海大峻金属制品有限公司一车间发位于威海市崮山镇的威海大峻金属制品有限公司一车间发位于威海市崮山镇的威海大峻金属制品有限公司一车间发位于威海市崮山镇的威海大峻金属制品有限公司一车间发生坍塌，造成生坍塌，造成生坍塌，造成生坍塌，造成1 1人死亡、多人受伤。人死亡、多人受伤。人死亡、多人受伤。人死亡、多人受伤。 基本雪压基本雪压定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计 得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。 S =S =S =S =gh=gh=gh=gh=hh 雪压（雪压（雪压（雪压（2 2 2 2 ） 雪重度（）雪重度（）雪重度（）雪重度（） 雪密度（雪密度（雪密度（雪密度（kgkg） h h h h 雪深（雪深（雪深（雪深（) ) ) )屋面雪压屋面雪压 屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：S S S Sk k k kr r r rS S S S0 0 0 0 式中式中式中式中 S S S Sk k k k- - - -雪荷载标准值，雪荷载标准值，雪荷载标准值，雪荷载标准值，kN/mkN/mkN/mkN/m2 2 2 2； r r r r- - - -屋面积雪分布系数；屋面雪载与地面雪载比值屋面积雪分布系数；屋面雪载与地面雪载比值屋面积雪分布系数；屋面雪载与地面雪载比值屋面积雪分布系数；屋面雪载与地面雪载比值 S S S S0 0 0 0- - - -基本雪压，基本雪压，基本雪压，基本雪压，kN/mkN/mkN/mkN/m2 2 2 2。影响屋面雪压的因素：影响屋面雪压的因素：影响屋面雪压的因素：影响屋面雪压的因素： 风；风；风；风；屋面形式；屋面形式；屋面形式；屋面形式；屋面散热屋面散热屋面散热屋面散热 漂积作用的影响：漂积作用的影响：漂积作用的影响：漂积作用的影响：高低屋面上漂积雪的分布如右示高低屋面上漂积雪的分布如右示高低屋面上漂积雪的分布如右示高低屋面上漂积雪的分布如右示使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于邻近地面上的雪压；邻近地面上的雪压；邻近地面上的雪压；邻近地面上的雪压；在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大的漂积荷载；高低屋面上漂积雪的分布如右示：的漂积荷载；高低屋面上漂积雪的分布如右示：的漂积荷载；高低屋面上漂积雪的分布如右示：的漂积荷载；高低屋面上漂积雪的分布如右示：在多跨坡屋面情况下，屋谷附近区域的积雪比屋脊区在多跨坡屋面情况下，屋谷附近区域的积雪比屋脊区在多跨坡屋面情况下，屋谷附近区域的积雪比屋脊区在多跨坡屋面情况下，屋谷附近区域的积雪比屋脊区大大大大当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上产生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面产生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面产生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面产生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面雪载越小。雪载越小。雪载越小。雪载越小。 屋面坡度对屋面积雪分布系数的影响屋面坡度对屋面积雪分布系数的影响屋面坡度对屋面积雪分布系数的影响屋面坡度对屋面积雪分布系数的影响2 2屋面形式对积雪的影响屋面形式对积雪的影响屋面形式对积雪的影响屋面形式对积雪的影响滑落滑落滑落滑落“ “爬坡风爬坡风爬坡风爬坡风” ”效应。风速越大，吹走的积雪越多。而效应。风速越大，吹走的积雪越多。而效应。风速越大，吹走的积雪越多。而效应。风速越大，吹走的积雪越多。而且坡度越陡，这种效应越明显。对双坡屋面及曲线型且坡度越陡，这种效应越明显。对双坡屋面及曲线型且坡度越陡，这种效应越明显。对双坡屋面及曲线型且坡度越陡，这种效应越明显。对双坡屋面及曲线型屋面，风作用使总的屋面积雪减少，还会引起屋面的屋面，风作用使总的屋面积雪减少，还会引起屋面的屋面，风作用使总的屋面积雪减少，还会引起屋面的屋面，风作用使总的屋面积雪减少，还会引起屋面的不平衡积雪荷载。不平衡积雪荷载。不平衡积雪荷载。不平衡积雪荷载。 3 3 3 3 屋面散热的影响屋面散热的影响屋面散热的影响屋面散热的影响 屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生，故采暖房屋的积雪一般比非采暖房滑移更易发生，故采暖房屋的积雪一般比非采暖房滑移更易发生，故采暖房屋的积雪一般比非采暖房滑移更易发生，故采暖房屋的积雪一般比非采暖房屋小。屋小。屋小。屋小。例例例例1 1 1 1 某木屋架仓库屋盖，剖面图如图所示坡度为某木屋架仓库屋盖，剖面图如图所示坡度为某木屋架仓库屋盖，剖面图如图所示坡度为某木屋架仓库屋盖，剖面图如图所示坡度为26.5626.5626.5626.56度，该度，该度，该度，该地区基本雪压为地区基本雪压为地区基本雪压为地区基本雪压为0.55KN/m0.55KN/m0.55KN/m0.55KN/m2,2,2,2,求作用在屋盖上的雪荷载标准值求作用在屋盖上的雪荷载标准值求作用在屋盖上的雪荷载标准值求作用在屋盖上的雪荷载标准值（雪不均匀分布）。（雪不均匀分布）。（雪不均匀分布）。（雪不均匀分布）。r=11.56*0.2/5=0.94r=11.56*0.2/5=0.94S Sk k =1.25r=1.25r S S0 0=0.65KN/m=0.65KN/m2 21.3.3温度作用建筑结构的建筑结构的绝对温度绝对温度作用作用 （即时温度与合龙温度之最大差值）（即时温度与合龙温度之最大差值）建筑结构的建筑结构的相对温度相对温度作用作用 （同一结构不同温度下的温差）（同一结构不同温度下的温差）钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计什么是温度作用？l指结构或构件受外部或内部条件约束指结构或构件受外部或内部条件约束, ,当当外界温度变化时或在有功的条件下外界温度变化时或在有功的条件下, ,不能不能自由胀缩而产生的作用自由胀缩而产生的作用. .l当然对于当然对于静定结构静定结构,通常温度的改变不会引起构件内力通常温度的改变不会引起构件内力的变化的变化.但需要说明的是但需要说明的是,这种结论是在结构的变形能够这种结论是在结构的变形能够自由充分发展的假设上的自由充分发展的假设上的.而实际的结构或多或少与计而实际的结构或多或少与计算模型有一定的差异算模型有一定的差异,因此需要在构造上保证结构的温因此需要在构造上保证结构的温度变形不要受到约束度变形不要受到约束.例如桥梁结构的支座构造和伸缩例如桥梁结构的支座构造和伸缩缝的构造就是一个很好的例子缝的构造就是一个很好的例子.ll对于超静定结构对于超静定结构,温度引起的变形是受到约束的温度引起的变形是受到约束的,会产生会产生附加的内力附加的内力.因此必须在结构分析中考虑温度的作用因此必须在结构分析中考虑温度的作用,将将其作为两种工况来考虑其作为两种工况来考虑(1.温度升高温度升高2.温度降低温度降低),并参并参与荷载效应组合与荷载效应组合.1.3.4地震作用及抗震尽可能减小配套结构的重量尽可能减小配套结构的重量-采用轻质围护结构采用轻质围护结构提高钢结构的延性变形能力提高钢结构的延性变形能力-延性变形可促使结构内力重新分布延性变形可促使结构内力重新分布 避免坍塌避免坍塌利用一切附加因素提高阻尼比利用一切附加因素提高阻尼比1.3.5荷载与结构的变异在钢结构的建造及使用过程中，结构本身以及荷载的状态都在不在钢结构的建造及使用过程中，结构本身以及荷载的状态都在不断变化。断变化。钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计4、钢结构的计算、钢结构的计算钢结构计算的两种方法（1）极限状态设计法：强度、刚度、稳定（2）许用应力法：疲劳、对变形敏感结构的稳定1钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计结构极限状态验算 (1-2) (1-2) 永久荷永久荷载载效效应应控制控制 (1-3) (1-3) 标标准准组组合合 (1-4) (1-4) 频频遇遇组组合合 (1-5) (1-5) 准永久组合准永久组合 长期效应长期效应 基本基本组组合合 承载能承载能力极限力极限状态状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 （罕遇地震验算）偶然组合（罕遇地震验算）偶然组合结构效应计算短期效应短期效应 (1-1)(1-1)可可变变荷荷载载效效应应控制控制 =1.0=1.0图图2 2 极限状态验算公式关系图极限状态验算公式关系图4、钢结构的计算、钢结构的计算钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计钢结构概念设计荷载效应对结构有利荷载效应对结构有利于否于否计算内容计算内容永久荷载分项系数永久荷载分项系数rG不利可变荷载控制1.2永久荷载控制1.35有利一般结构计算1倾覆、滑移0.9可变荷载分项系数可变荷载分项系数rQ一般情况1.4标准值大于4kN/m2工业房屋楼面1.3可变活荷载的组合值系数可变活荷载的组合值系数可变活荷载的组合值系数可变活荷载的组合值系数为为为为0.70.7雪荷载组合值系数雪荷载组合值系数雪荷载组合值系数雪荷载组合值系数为为为为0.70.7风荷载组合值系数风荷载组合值系数风荷载组合值系数风荷载组合值系数为为为为0.60.6积灰荷载组合值系数积灰荷载组合值系数积灰荷载组合值系数积灰荷载组合值系数为为为为0.90.9作业