钢材性质与结构体系设计综述.ppt

高等钢结构理论高等钢结构理论2010年9月26日1课程特点课程特点n n实践性：实践性：从工程实践中发现问题，总结经验；从工程实践中发现问题，总结经验；n n综合性：综合性：综合应用各种知识解决问题；综合应用各种知识解决问题；n n创新性：创新性：创造新的技术，推动工程实践发展。创造新的技术，推动工程实践发展。2第一章第一章 钢材性质与结构体系设计综述钢材性质与结构体系设计综述1.1 1.1 钢结构的核心价值钢结构的核心价值1.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域钢结构工程发展的主要四个领域1.3 1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因1.4 1.4 钢结构设计的流程钢结构设计的流程1.5 1.5 钢结构的验算钢结构的验算1.6 1.6 钢结构的概念设计：钢结构的概念设计：1.6.1 1.6.1 1.6.1 1.6.1 钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点 1.6.2 1.6.2 1.6.2 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法 1.6.3 1.6.3 1.6.3 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法 1.6.4 1.6.4 1.6.4 1.6.4 提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法1.7 1.7 钢结构的创新反向平衡法兰的研发钢结构的创新反向平衡法兰的研发31.1 1.1 钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好1 1）承载能力与重量之比高（用于主体结构）承载能力与重量之比高（用于主体结构）承载能力与重量之比高（用于主体结构）承载能力与重量之比高（用于主体结构）传统概念：强质比，针对材料传统概念：强质比，针对材料传统概念：强质比，针对材料传统概念：强质比，针对材料 新概念：承、重比，针对结构新概念：承、重比，针对结构新概念：承、重比，针对结构新概念：承、重比，针对结构 区区区区别别别别：承承承承载载载载能能能能力力力力包包包包含含含含材材材材料料料料强强强强度度度度因因因因素素素素，也也也也包包包包含含含含用用用用此此此此种种种种材材材材料料料料做做做做成成成成结结结结构构构构件件件件的的的的几几几几何何何何要要要要素素素素，如如如如作作作作为为为为梁梁梁梁、柱柱柱柱，钢钢钢钢材材材材可可可可形形形形成成成成高高高高效效效效的的的的截截截截面面面面；作作作作为为为为楼楼楼楼板板板板，钢钢钢钢材材材材难难难难以以以以形形形形成成成成适适适适用用用用、高高高高效效效效（高高高高抗抗抗抗弯弯弯弯模量、高惯性矩）的截面。模量、高惯性矩）的截面。模量、高惯性矩）的截面。模量、高惯性矩）的截面。2 2）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短 i i）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效 ii ii）工地螺栓连接快速、省工）工地螺栓连接快速、省工）工地螺栓连接快速、省工）工地螺栓连接快速、省工 iii iii）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期 41.1 1.1 钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好3 3）结构延性好）结构延性好）结构延性好）结构延性好 i i i i）在极限荷载与作用下可进行内力重分布）在极限荷载与作用下可进行内力重分布）在极限荷载与作用下可进行内力重分布）在极限荷载与作用下可进行内力重分布 iiiiiiii）可耗能减振）可耗能减振）可耗能减振）可耗能减振4 4）为实现钢结构核心价值应解决的问题）为实现钢结构核心价值应解决的问题）为实现钢结构核心价值应解决的问题）为实现钢结构核心价值应解决的问题 i i）稳定问题）稳定问题）稳定问题）稳定问题 ii ii）锈蚀问题）锈蚀问题）锈蚀问题）锈蚀问题 iii iii）防火问题）防火问题）防火问题）防火问题 51.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因1 1 1 1、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库 工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程外形特点：简单、标准化工程外形特点：简单、标准化工程外形特点：简单、标准化工程外形特点：简单、标准化61.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因大众汽车三期工程山东省日照市双禾家纺轻钢车间某轻钢厂房现代轻型钢结构厂房71.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因2 2 2 2、大跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程外形特点：造型复杂多变工程外形特点：造型复杂多变工程外形特点：造型复杂多变工程外形特点：造型复杂多变代表建筑物代表建筑物代表建筑物代表建筑物 江宁体育场江宁体育场江宁体育场江宁体育场 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1010 上海浦东国际机场上海浦东国际机场上海浦东国际机场上海浦东国际机场 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1111 上海新国际博览中心上海新国际博览中心上海新国际博览中心上海新国际博览中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1212 南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1313 国家体育场的国家体育场的国家体育场的国家体育场的“鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”方案方案方案方案 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片141481.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因江宁体育场 大跨度公共建筑91.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因9 大跨度公共建筑上海浦东国际机场101.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑上海新国际博览中心111.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑 南京奥体中心主场馆的整体雄姿121.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑2008奥运会国家体育场方案131.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因3 3 3 3、超高层建筑、超高层建筑、超高层建筑、超高层建筑工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之势。势。势。势。代表建筑物代表建筑物代表建筑物代表建筑物 上海金贸大厦上海金贸大厦上海金贸大厦上海金贸大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1616 浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片17 17 北京京广中心北京京广中心北京京广中心北京京广中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1717 深圳地王大厦深圳地王大厦深圳地王大厦深圳地王大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1818 广州中信大厦广州中信大厦广州中信大厦广州中信大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1919141.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 1998年年 金茂大厦金茂大厦 88层层 420m 混凝土核心筒混凝土核心筒:钢巨型外伸桁架钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱钢骨混凝土巨型柱 超高层建筑151.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑浦东国际金融大厦226m高，56层，12万m2，2000年竣工。北京京广中心208m高，52层161.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑1996年：深圳地王大厦混凝土核心筒，钢框架81层，384m高，14.7万m2，用钢量为24500T。171.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑深圳发展中心大厦广州中信大厦广州中信大厦华南第一高楼，391m高，80层。181.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因4 4 4 4、高耸结构、高耸结构、高耸结构、高耸结构工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点）代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点）代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点）代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点）佛山广播电视塔佛山广播电视塔佛山广播电视塔佛山广播电视塔（230m230m高高高高）详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2020 黑龙江广播电视塔黑龙江广播电视塔黑龙江广播电视塔黑龙江广播电视塔（336m336m高高高高）详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 林芝电视塔林芝电视塔林芝电视塔林芝电视塔 （103m103m高）高）高）高）详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 临沂电视塔临沂电视塔临沂电视塔临沂电视塔 （326m326m高）高）高）高）详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 海南电视塔海南电视塔海南电视塔海南电视塔 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 河南电视塔河南电视塔河南电视塔河南电视塔 （388m388m高）高）高）高）详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222191.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构230m高佛山广播电视塔201.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 黑黑龙龙江江广广播播电电视视塔塔被被称称为为龙龙塔塔，坐坐落落在在哈哈尔尔滨滨高高新新技技术术开开发发区区，高高度度为为336336米米，亚亚洲洲第第一一钢钢塔塔。电电视视塔塔集集广广播播电电视视发发射射、旅旅游游观观光光、广广告告传传播播、餐餐饮饮娱娱乐乐、科科技技乐乐园园、无无线线通通讯讯、环环境境气气象象监监测测等等多多种种综综合合性性功功能能于于一一身身，成成为为素素有有“东东方方莫莫斯斯科科”美美誉誉的的北北国国名名城城哈哈尔尔滨滨市市乃乃至至黑黑龙龙江江省省新新的的标标志志性性景景观。观。黑龙江电视塔211.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 西西藏藏林林芝芝多多功功能能电电视视塔塔建建于于具具有有“西西藏藏江江南南”之之称称的的林林芝芝市市，塔塔高高103103米米。该该塔塔既既具具有有电电视视发发射射功功能能，又又兼兼有有旅旅游游观观光光功功能能。林林芝芝电电视视塔塔塔塔身身由由3636根根笔笔直直的的钢钢管管在在空空中中巧巧妙妙地地组组合合成成双双曲曲抛抛物物面面，充充分分体体现现了了现现代代建建筑筑优优美美而而独独特特的的造造型型风风格格；其其内内由由压压型型钢钢板板和和采采光光板板构构成成的的正正十十六六边边形形井井道道，玲玲珑珑剔剔透透，与与外塔身配合相得益彰。外塔身配合相得益彰。林芝电视塔221.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构临沂电视塔总高临沂电视塔总高326326米，塔顶米，塔顶天线段总高天线段总高9898米。米。塔楼总体塔楼总体塔楼总体塔楼总体呈笔头状；塔身沿渐开线状呈笔头状；塔身沿渐开线状呈笔头状；塔身沿渐开线状呈笔头状；塔身沿渐开线状桁架向下有一些不锈钢索，桁架向下有一些不锈钢索，桁架向下有一些不锈钢索，桁架向下有一些不锈钢索，使塔身像一架竖琴，给人以使塔身像一架竖琴，给人以使塔身像一架竖琴，给人以使塔身像一架竖琴，给人以音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建筑，平面为渐开线状，立面筑，平面为渐开线状，立面筑，平面为渐开线状，立面筑，平面为渐开线状，立面由内向外逐渐降低，恰似舒由内向外逐渐降低，恰似舒由内向外逐渐降低，恰似舒由内向外逐渐降低，恰似舒展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简形幕墙上的窗洞大小参差，形幕墙上的窗洞大小参差，形幕墙上的窗洞大小参差，形幕墙上的窗洞大小参差，疏密有致，细看能品位出书疏密有致，细看能品位出书疏密有致，细看能品位出书疏密有致，细看能品位出书法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。临沂电视塔231.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构海南电视塔方案由海南电视塔方案由900900个个立方体钢框架构成，四立方体钢框架构成，四翼呈螺旋状收缩上升，翼呈螺旋状收缩上升，塔座平面布局呈风车状，塔座平面布局呈风车状，塔楼根据需要，采用玻塔楼根据需要，采用玻璃幕墙对立方体框架进璃幕墙对立方体框架进行封闭，形成镶嵌在金行封闭，形成镶嵌在金属框架中晶莹剔透的宝属框架中晶莹剔透的宝石。石。海南电视塔方案241.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 河南省广播电视发射塔总河南省广播电视发射塔总高高388m,由塔身结构、塔楼结由塔身结构、塔楼结构及桅杆结构等组成。塔身由构及桅杆结构等组成。塔身由内筒及外筒组成内筒及外筒组成,采用全钢结构。采用全钢结构。外筒由外筒由10 根桉叶糖形钢管塔柱根桉叶糖形钢管塔柱构成。构成。河南电视塔251.3 1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因1 1 1 1）基本原因：）基本原因：）基本原因：）基本原因：活活活活荷荷荷荷载载载载与与与与全全全全部部部部竖竖竖竖向向向向荷荷荷荷载载载载之之之之比比比比越越越越小小小小，采采采采用用用用钢钢钢钢结结结结构构构构优优优优越性更大；越性更大；越性更大；越性更大；2 2 2 2）附加原因：）附加原因：）附加原因：）附加原因：i i i i）跨度大，结构效应放大系数大）跨度大，结构效应放大系数大）跨度大，结构效应放大系数大）跨度大，结构效应放大系数大 ii ii ii ii）地震烈度大）地震烈度大）地震烈度大）地震烈度大 iii iii iii iii）软土地基）软土地基）软土地基）软土地基 IV IV IV IV）劳动力价格高）劳动力价格高）劳动力价格高）劳动力价格高 V V V V）造型复杂）造型复杂）造型复杂）造型复杂 261.4 1.4 钢结构设计的流程钢结构设计的流程钢结构设计的流程钢结构设计的流程图图1-1 钢结构设计流程图钢结构设计流程图 前期准备，调查研究概念设计和结构布置施工图设计初步设计271.5 1.5 钢结构验算的内容钢结构验算的内容钢结构验算的内容钢结构验算的内容图1-2 钢结构验算内容图 281.6 1.6 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1.6.1 1.6.1 钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点1 1）风荷载）风荷载）风荷载）风荷载 i i）阵风系数）阵风系数）阵风系数）阵风系数 gzgz（计算墙、梁）（计算墙、梁）（计算墙、梁）（计算墙、梁）和风振系数和风振系数和风振系数和风振系数 z z （计算主体结构）（计算主体结构）（计算主体结构）（计算主体结构）ii ii）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应2 2）冰雪荷载：条件、取值和导向）冰雪荷载：条件、取值和导向）冰雪荷载：条件、取值和导向）冰雪荷载：条件、取值和导向3 3）温度作用：整体尺度，平衡点；）温度作用：整体尺度，平衡点；）温度作用：整体尺度，平衡点；）温度作用：整体尺度，平衡点；分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取4 4）地震作用）地震作用）地震作用）地震作用 减轻附属结构减轻附属结构减轻附属结构减轻附属结构 增加结构延性增加结构延性增加结构延性增加结构延性 减少地震作用效应 增大结构阻尼增大结构阻尼增大结构阻尼增大结构阻尼5 5）荷载与结构的变异）荷载与结构的变异）荷载与结构的变异）荷载与结构的变异291.6 1.6 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1.6.2 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法1 1）使使使使尽尽尽尽可可可可能能能能多多多多的的的的构构构构件件件件处处处处于于于于均均均均布布布布和和和和简简简简单单单单应应应应力力力力状状状状态态态态（如如如如桁桁桁桁架架架架，拱拱拱拱，索索索索结结结结构等）构等）构等）构等）2 2）均衡发挥结构整体效应：）均衡发挥结构整体效应：）均衡发挥结构整体效应：）均衡发挥结构整体效应：如如如如对对对对高高高高层层层层钢钢钢钢结结结结构构构构的的的的筒筒筒筒中中中中筒筒筒筒，外外外外筒筒筒筒与与与与内内内内筒筒筒筒共共共共同同同同抗抗抗抗弯弯弯弯，但但但但若若若若外外外外筒筒筒筒柱柱柱柱长长长长细细细细比比比比加加加加大大大大，则则则则不不不不能能能能与与与与内内内内筒筒筒筒共共共共同同同同抗抗抗抗弯弯弯弯，要要要要用用用用桁桁桁桁架架架架法法法法解解解解决决决决共共共共同抗弯问题。同抗弯问题。同抗弯问题。同抗弯问题。3 3）传力直接）传力直接）传力直接）传力直接例例例例1 1）龙门吊提升支架柱的连接法兰图。）龙门吊提升支架柱的连接法兰图。）龙门吊提升支架柱的连接法兰图。）龙门吊提升支架柱的连接法兰图。柱的压力通过局部承压直线传递柱的压力通过局部承压直线传递柱的压力通过局部承压直线传递柱的压力通过局部承压直线传递 （不通过法兰板抗弯及焊缝传递）（不通过法兰板抗弯及焊缝传递）（不通过法兰板抗弯及焊缝传递）（不通过法兰板抗弯及焊缝传递）龙门吊提升支架柱的连接法兰图龙门吊提升支架柱的连接法兰图龙门吊提升支架柱的连接法兰图龙门吊提升支架柱的连接法兰图301.6 1.6 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龙门吊提升支架大梁连接图龙门吊提升支架大梁连接图龙门吊提升支架大梁连接图龙门吊提升支架大梁连接图例例例例2 2）龙龙龙龙门门门门吊吊吊吊提提提提升升升升支支支支架架架架大大大大梁梁梁梁连连连连接接接接图。图。图。图。梁梁梁梁上上上上翼翼翼翼缘缘缘缘压压压压力力力力通通通通过过过过局局局局部部部部承承承承压压压压直直直直线线线线传传传传递递递递（不不不不通通通通过过过过高高高高强强强强螺栓抗剪传递）螺栓抗剪传递）螺栓抗剪传递）螺栓抗剪传递）例例例例3 3）高强螺栓直接张拉法）高强螺栓直接张拉法）高强螺栓直接张拉法）高强螺栓直接张拉法 提高螺栓强度提高螺栓强度提高螺栓强度提高螺栓强度20%20%311.6 1.6 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 4）利用各种可能的因素传递内力）利用各种可能的因素传递内力）利用各种可能的因素传递内力）利用各种可能的因素传递内力 例例例例：利利利利用用用用柱柱柱柱脚脚脚脚次次次次弯弯弯弯矩矩矩矩产产产产生生生生的的的的柱柱柱柱脚脚脚脚局局局局部部部部弯弯弯弯曲曲曲曲压压压压应应应应力力力力产产产产生生生生剪力抗剪，取消抗剪键。剪力抗剪，取消抗剪键。剪力抗剪，取消抗剪键。剪力抗剪，取消抗剪键。5 5）区区区区别别别别不不不不同同同同受受受受力力力力类类类类别别别别和和和和比比比比例例例例，分分分分别别别别确确确确定定定定稳稳稳稳定定定定控控控控制制制制条条条条件件件件和和和和验验验验算算算算方方方方法。法。法。法。例例例例：对对对对轴轴轴轴压压压压柱柱柱柱，径径径径厚厚厚厚比比比比限限限限定定定定小小小小于于于于100100；对对对对于于于于主主主主要要要要受受受受弯弯弯弯管管管管结结结结构构构构，径径径径厚厚厚厚比比比比超超超超过过过过100250100250之之之之间间间间，可对强度作折减。可对强度作折减。可对强度作折减。可对强度作折减。321.6 1.6 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6 6）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径 例：法兰板受压，法兰板受拉。例：法兰板受压，法兰板受拉。例：法兰板受压，法兰板受拉。例：法兰板受压，法兰板受拉。法兰连接示意法兰连接示意法兰板计算法兰板计算33341.6 1.6 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6 6）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径）通过研究明确结构传力途径 例：外法兰受弯，内法兰受弯。例：外法兰受弯，内法兰受弯。例：外法兰受弯，内法兰受弯。例：外法兰受弯，内法兰受弯。外法兰盘外法兰盘内法兰盘内法兰盘1.6 1.6 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1.6.3 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法1 1）基本方法：工厂制造，工地螺栓连接）基本方法：工厂制造，工地螺栓连接）基本方法：工厂制造，工地螺栓连接）基本方法：工厂制造，工地螺栓连接2 2）工工工工厂厂厂厂成成成成型型型型，焊焊焊焊接接接接有有有有专专专专用用用用设设设设备备备备，优优优优质质质质高高高高效效效效，检检检检验验验验严严严严格格格格，还还还还可可可可消消消消除部分内应力除部分内应力除部分内应力除部分内应力3 3）工工工工厂厂厂厂制制制制作作作作完完完完喷喷喷喷砂砂砂砂后后后后作作作作防防防防腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀涂涂涂涂层层层层，工工工工地地地地螺螺螺螺栓栓栓栓连连连连接接接接保保保保护护护护涂涂涂涂层层层层完完完完好，提高结构耐久性好，提高结构耐久性好，提高结构耐久性好，提高结构耐久性4 4）工地螺栓连接省时、省工，内应力小）工地螺栓连接省时、省工，内应力小）工地螺栓连接省时、省工，内应力小）工地螺栓连接省时、省工，内应力小5 5）螺栓连接特殊问题的处理：）螺栓连接特殊问题的处理：）螺栓连接特殊问题的处理：）螺栓连接特殊问题的处理：i i）螺栓连接的位置选择）螺栓连接的位置选择）螺栓连接的位置选择）螺栓连接的位置选择 a a ）考虑构件制造、运输、安装单元划分；）考虑构件制造、运输、安装单元划分；）考虑构件制造、运输、安装单元划分；）考虑构件制造、运输、安装单元划分；b b ）考虑安装设备及安装工艺）考虑安装设备及安装工艺）考虑安装设备及安装工艺）考虑安装设备及安装工艺 c c ）考虑内力较小位置）考虑内力较小位置）考虑内力较小位置）考虑内力较小位置 d d ）考虑节约用钢量）考虑节约用钢量）考虑节约用钢量）考虑节约用钢量 e e）对设计内力较小而变异较大的构件采用均衡设计法）对设计内力较小而变异较大的构件采用均衡设计法）对设计内力较小而变异较大的构件采用均衡设计法）对设计内力较小而变异较大的构件采用均衡设计法351.6 1.6 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ii ii）螺栓连接与工地焊接的适当互补）螺栓连接与工地焊接的适当互补）螺栓连接与工地焊接的适当互补）螺栓连接与工地焊接的适当互补 a a）螺栓为焊缝作定位保证）螺栓为焊缝作定位保证）螺栓为焊缝作定位保证）螺栓为焊缝作定位保证 b b）焊接用于翼缘受力直接、高效，无突出物。）焊接用于翼缘受力直接、高效，无突出物。）焊接用于翼缘受力直接、高效，无突出物。）焊接用于翼缘受力直接、高效，无突出物。c c ）螺栓要与焊缝共同受力须为高强螺栓）螺栓要与焊缝共同受力须为高强螺栓）螺栓要与焊缝共同受力须为高强螺栓）螺栓要与焊缝共同受力须为高强螺栓iiiiii）螺栓的防松）螺栓的防松）螺栓的防松）螺栓的防松 a a ）普普普普通通通通螺螺螺螺栓栓栓栓应应应应要要要要求求求求在在在在荷荷荷荷载载载载频频频频遇遇遇遇值值值值下下下下不不不不滑滑滑滑动动动动。（预预预预拉拉拉拉力力力力取取取取1/3P1/3P）b b ）普通螺栓用双螺母或扣紧螺母防松）普通螺栓用双螺母或扣紧螺母防松）普通螺栓用双螺母或扣紧螺母防松）普通螺栓用双螺母或扣紧螺母防松 c c ）受剪、受拉高强螺栓靠预应力防松）受剪、受拉高强螺栓靠预应力防松）受剪、受拉高强螺栓靠预应力防松）受剪、受拉高强螺栓靠预应力防松 d d ）受受受受疲疲疲疲劳劳劳劳拉拉拉拉、压压压压交交交交变变变变力力力力的的的的高高高高强强强强螺螺螺螺栓栓栓栓连连连连接接接接使使使使用用用用长长长长螺螺螺螺杆杆杆杆，直接张拉法施工防直接张拉法施工防直接张拉法施工防直接张拉法施工防 松松松松 361.6 1.6 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1.6.4 1.6.4 提高钢结构延性的措施提高钢结构延性的措施提高钢结构延性的措施提高钢结构延性的措施1 1）保证材料延性和冲击韧性）保证材料延性和冲击韧性）保证材料延性和冲击韧性）保证材料延性和冲击韧性 参数：延性，冲击韧性，厚度，参数：延性，冲击韧性，厚度，参数：延性，冲击韧性，厚度，参数：延性，冲击韧性，厚度，Z Z向性能，杂质含量向性能，杂质含量向性能，杂质含量向性能，杂质含量2 2）避免外形突然变化或锐角交叉）避免外形突然变化或锐角交叉）避免外形突然变化或锐角交叉）避免外形突然变化或锐角交叉3 3）避免焊缝三向交叉及大量集中）避免焊缝三向交叉及大量集中）避免焊缝三向交叉及大量集中）避免焊缝三向交叉及大量集中4 4）连接配置刚柔相济，减少安装应力）连接配置刚柔相济，减少安装应力）连接配置刚柔相济，减少安装应力）连接配置刚柔相济，减少安装应力5 5）用滑移，转换结构造成可控的延性变形）用滑移，转换结构造成可控的延性变形）用滑移，转换结构造成可控的延性变形）用滑移，转换结构造成可控的延性变形 例：高强螺栓由摩擦型向承压型转换过程及其应用例：高强螺栓由摩擦型向承压型转换过程及其应用例：高强螺栓由摩擦型向承压型转换过程及其应用例：高强螺栓由摩擦型向承压型转换过程及其应用 37长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 概念概念 按照控制梁上塑性铰的原则按照控制梁上塑性铰的原则,采用长圆孔变型性高强螺栓节采用长圆孔变型性高强螺栓节点作为抗震延性节点。所谓变型性点作为抗震延性节点。所谓变型性,是指在加载过程中是指在加载过程中,连接节点连接节点的高强螺栓由摩擦型变成承压型这种性能。节点的翼缘与腹板的高强螺栓由摩擦型变成承压型这种性能。节点的翼缘与腹板均采用螺栓连接均采用螺栓连接,螺栓孔开成长圆形螺栓孔开成长圆形,通过螺栓的滑动来增加节点通过螺栓的滑动来增加节点的延性变形能力。的延性变形能力。38长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 试验概况试验概况 i）试验对象）试验对象 试验对象为钢框架结构中带悬臂梁段的梁柱刚接节点，其中试验对象为钢框架结构中带悬臂梁段的梁柱刚接节点，其中柱截面为柱截面为HN800 300,通过支座及锚栓固定在试验台上通过支座及锚栓固定在试验台上,梁截面为梁截面为HM600 300。对对4个试件进行循环加载个试件进行循环加载,其中其中1个为对比试件个为对比试件,3个为优化试件。对比个为优化试件。对比试件节点连接采用实际工程中应用较试件节点连接采用实际工程中应用较多翼缘完全焊透的坡口对接焊多翼缘完全焊透的坡口对接焊,腹板腹板用螺栓连接。而优化试件采用的是长用螺栓连接。而优化试件采用的是长圆孔变型性高强螺栓连接节点，长圆圆孔变型性高强螺栓连接节点，长圆孔长轴方向是沿梁的轴线方向孔长轴方向是沿梁的轴线方向，构，构件在连接处接触面处理方法为喷砂后件在连接处接触面处理方法为喷砂后生赤锈。生赤锈。39长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 ii）试验加载点与测点布置）试验加载点与测点布置 采用液压千斤顶在梁端加劲肋处施加循环荷载采用液压千斤顶在梁端加劲肋处施加循环荷载P,上下上下2个千个千斤顶分别加载。为了防止试件发生整体失稳斤顶分别加载。为了防止试件发生整体失稳,在梁的两侧各设置在梁的两侧各设置1个侧向支撑。个侧向支撑。为了测量梁的变形及塑性转角为了测量梁的变形及塑性转角,在梁上在梁上C1、C2、C3、C4 位位置布置测点置布置测点,每个测点处都布置电子位移计。为测量加载过程中每个测点处都布置电子位移计。为测量加载过程中节点处的应力节点处的应力,在拼接板上粘贴了电阻应变片在拼接板上粘贴了电阻应变片。加载点及测点布置图加载点及测点布置图iii）加载制度）加载制度 采用低周反复加载模采用低周反复加载模式式,即在每级荷载下按静力即在每级荷载下按静力荷载试验的模式加载和卸荷载试验的模式加载和卸载载,再反向加卸载进行低周再反向加卸载进行低周循环。循环。40长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 试验现象试验现象 弹性阶段：弹性阶段：4 个试件加载中均无声音发出个试件加载中均无声音发出,试件几乎没有任何变形。试件几乎没有任何变形。塑性阶段：对比试件在加载中逐渐听见细微的响声塑性阶段：对比试件在加载中逐渐听见细微的响声,最终剖口处的腹最终剖口处的腹板与翼缘连接处出现断裂（图板与翼缘连接处出现断裂（图a）。）。3个优化试件个优化试件,随着循环荷载的增大随着循环荷载的增大,翼缘拼接板出现弯曲变形（图翼缘拼接板出现弯曲变形（图b），并在加载过程中伴随着数声巨响），并在加载过程中伴随着数声巨响,翼翼缘的上下两块拼接板发生错动。最终翼缘连接板屈曲缘的上下两块拼接板发生错动。最终翼缘连接板屈曲,梁端变形过大梁端变形过大,试试件发生扭转件发生扭转,停止加载。在试验结束之后观察停止加载。在试验结束之后观察,螺栓在连接板上留下的滑螺栓在连接板上留下的滑移痕迹非常明显（图移痕迹非常明显（图c）。）。图图 a图图 c图图 b41长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 试验结果与分析试验结果与分析 i）滞回性能）滞回性能 对比试件对比试件的滞回曲线呈纺锤型的滞回曲线呈纺锤型,无捏拢现象无捏拢现象,而优化试件的滞回而优化试件的滞回曲线基本成平行四边形曲线基本成平行四边形,滞回环所包含的面积较大滞回环所包含的面积较大,说明具有较好的说明具有较好的耗能能力。耗能能力。试件滞回曲线图试件滞回曲线图42长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 ii）塑性转角塑性转角 对比试件的塑性转角只达到对比试件的塑性转角只达到0.0204 rad,而而3个优化试件的塑性转角都个优化试件的塑性转角都大于大于0.05 rad,远远超过了远远超过了0.03 rad（FEMA临时指南要求刚性连接试件在临时指南要求刚性连接试件在破坏时的塑性转角）破坏时的塑性转角）,抗震性能得到大幅提高。抗震性能得到大幅提高。梁端塑性转角表梁端塑性转角表注：注：p 是指梁端塑性位移除是指梁端塑性位移除以梁的长度。以梁的长度。iii）延性）延性 3个优化试件节点的位移延性系数达到对比试件的个优化试件节点的位移延性系数达到对比试件的23倍倍,延性变形延性变形能力有较大的提高。能力有较大的提高。延性系数表延性系数表注：位移延性系数注：位移延性系数根据根据C4点的点的极限位移极限位移u 与屈服位移与屈服位移y(梁梁截面进入塑性或螺栓滑移时对截面进入塑性或螺栓滑移时对应的位移应的位移)之比来确定。之比来确定。43长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点长圆孔变型性高强螺栓节点 iv）耗能能力耗能能力 试件的能量耗散能力用能量耗散系数试件的能量耗散能力用能量耗散系数E表示表示。对比试件随着对比试件随着构件进入塑性构件进入塑性,能量耗散系数能量耗散系数E 逐渐增大逐渐增大,最终破坏时耗散系数达最终破坏时耗散系数达到到1.45。而优化试件的