关于钢结构设计及加固方法的探讨

摘要：由于钢材具有较高的强度、较好的延性而被广泛应用于建筑领域。随着社会的发展与进步，我们越来越重视钢结构设计。在钢结构应用过程中有很多方面需要做进一步的研究和探讨，本文主要对钢结构设计及加固方法进行了探讨。

关键词：钢结构；结构布置；节点设计；加固方法

中图分类号：tu391 文献标识码：a 文章编号：

1.钢结构选型与结构布置

在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确性或规范规定的情况，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，所得结构方案往往都易于计算，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。

钢结构通常是框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构形式，其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单适用的设计方法，结构和形式，方应考虑它们的特点，基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。

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。

钢结构平台设计计算书

钢结构平台设计计算书 Prepared on 22 November 2020

哈尔滨工业大学（威海）土木工程钢结构课程设计计算书姓名：田英鹏学1 指导教师：钱宏亮二零一五年七月土木工程系

钢结构平台设计计算书一、设计资料某厂房内工作平台，平面尺寸为18×9m 2（平台板无开洞），台顶面标高为 +，平台上均布荷载标准值为12kN/m 2，设计全钢工作平台。二、结构形式平面布置，主梁跨度9000mm ，次梁跨度6000mm ，次梁间距1500mm ，铺板宽600mm ，长度1500mm ，铺板下设加劲肋，间距600mm 。共设8根柱。图1 全钢平台结构布置图三、铺板及其加劲肋设计与计算 1、铺板设计与计算（1）铺板的设计铺板采用mm 6厚带肋花纹钢板，钢材牌号为Q235，手工焊，选用E43 型焊条，钢材弹性模量25N/mm 102.06E ?=，钢材密度 33kg/mm 1085.7?=ρ。（2）荷载计算平台均布活荷载标准值： 212q m kN LK =

6mm 厚花纹钢板自重： 2D 0.46q m kN K = 恒荷载分项系数为，活荷载分项系数为。均布荷载标准值： 2121246.0q m kN k =+= 均布荷载设计值： 235.174.1122.146.0q m kN k =?+?= （3）强度计算花纹钢板0.25.26001500a b >==，取0.100α=，平台板单位宽度最大弯矩设计值为：（4）挠度计算取520.110, 2.0610/E N mm β==? 设计满足强度和刚度要求。 2、加劲肋设计与计算图2 加劲肋计算简图（1）型号及尺寸选择选用钢板尺寸680?—，钢材为Q235。加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊角尺寸6mm ，每焊150mm 长度后跳开50mm 。此连接构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。加劲肋的计算截面为图所示的T 形截面，铺板计算宽度为15t=180mm ，跨度为。（2）荷载计算加劲肋自重: m kN 003768.05.7866.008.0=?? 均布荷载标准值： m kN k 51.7003768.06.05.12q =+?= 均布荷载设计值： m kN d 455.1003768.02.16.035.17q =?+?= （3）内力计算简支梁跨中最大弯矩设计值支座处最大剪力设计值

钢结构最新设计规范

钢结构设计规范GB50017-2003 第一章总则第1.0.1 条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。第1.0.2 条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。第1.0.3 条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》（CBJ68-84））制订的。第1.0.4 条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。第1.0.5 条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》）。第1.0.6 条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。第二章材料第2.0.1 条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3 号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。第2.0.2 条下列情况的承重结构不宜采用3 号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－ 20C时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于—30 C 时的其它承重结构。二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于- 20 C时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10 C采用。第2.0.3 条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50 t的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于-20 C时，对于3号钢尚应具有-20C冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有—40C冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。第2.0.4 条钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450 、ZG270-500 或ZG310-570 号钢。第2.0.5 条钢结构的连接材料应符合下列要求: 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。二、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行标准《焊接用钢丝》的规定。

PKPM—钢结构设计流程

进入PKPM钢结构——框架模块开始进行建模： 1.三维模型输入轴线输入楼层定义柱布置、主梁布置（可一边定义截面，一边布置构件）本层信息定义（主要是板厚）偏心对齐（原布置图有相应要求时使用）荷载定义（初步定义楼面恒、活荷载）楼层组装楼层组装（根据图纸实际情况，将标准层、荷载层和层高组合起来形成完整的模型）设计参数（定义相关参数）本步骤注意要点：梁柱截面初步定义：对于工字钢梁，翼缘宽度一般为150~250（可根据实际要求增大），腹板高度可按1/15~1/20跨度取值，荷载较小时可酌情减小。钢框架柱种类较多，总体来说初步估计截面根据长细比来估算，初步满足50＜λ＜150，长细比一般不能超过300（长细比为计算长度与回转半径的比值），且梁截面应满足节点连接的要求。注意洞口次梁一般都在本菜单内输入完成。设计参数相关：注意不能有空出未填项！结构形式：框架主材：钢钢构件钢材：Q235或Q345 钢截面净毛面积比值：0.85 计算振型个数：层数*3 沿高度体型分段系数，一般无高度方向急剧变化的选择1 其余参数在设计要求中均会说明。 2、输入次梁楼板楼板开洞（一般只开全房间洞）次梁布置（如未在上一个菜单完成）组合楼盖压板布置（一般选择预设的压板型号）修改板厚

设悬挑板（如有，且压板需延伸过去）楼板错层本步骤注意要点：板跨度按布置完次梁后的跨度计算压板选择基本原则：板跨不能大于压型钢板的最大简支跨度。楼梯位置板厚修改为0（不能开洞）板厚定义原则同混凝土结构（短跨的1/30~1/40） 3、输入荷载数据楼面荷载楼面恒载楼面活载梁间荷载梁间恒载梁间活载本步骤注意要点：楼面恒载为楼面附加荷载（做法）+楼板自重楼面活载为根据楼面功能在规范中查询所得数据单位均为千牛/平方米梁间恒载为梁上构件（如墙、拦板、栏杆、女儿墙等）在梁上施加的线荷载（如墙荷载未给出，则需按墙厚*墙高*容重的公式来折算，并减去开洞折减掉的荷载）梁间活载一般为设置拦板、栏杆、女儿墙等处由于被倚靠产生的线荷载单位均为千牛/米荷载根据平面布置输入完成后，进入下一步计算导算时暂时不用进行活荷载折减。 4、 SAT-8计算进入结构：SAT-8模块接PM生成SATWE数据分析与设计参数补充定义特殊构件补充定义（主要为次梁处改铰接）生成SATWE数据文件数据检查参数补充定义中的注意事项：

钢结构加固方案

目录第一章编制依据和工程概况第1页第二章施工准备第5页第三章钢构制作与安装施工方案第6页第四章施工机械进场计划第17页第五章施工材料进场计划第18页第六章劳动力计划第19页第七章施工现场和施工道路平面布置第20页第八章施工现场和周边地下管道、设施保护措施第23页第九章对周边建筑物的保护措施第24页第十章安全保证体系和保证安全生产的措施第25页第十一章质量保证体系和确保工程质量技术措施第28页第十二章施工进度计划及保证工期技术措施第31页第十三章保证文明施工措施第33页第十四章减少扰民降低环境污染和噪音的措施第34页第十五章现场管理机构及主要施工管理人员表第35页第十六章与土建及其他施工单位的配合措施第37页

第一章编制依据和工程概况第一节编制依据一、郑州日产汽车有限公司钢结构施工招标文件及施工图。二、国家现行规范、规程。三、《钢结构工程施工与质量验收实用手册》。四、招标文件中明确采用的有关技术标准、规范。（有关技术标准、规范有更新版本时，按新版本执行）。五、正岩公司《程序文件》及《管理手册》。第二节工程概况一、总体简介：二、工程概况本工程分为总装车间和焊装车间，均为钢架结构，建筑层数一层。位于

中牟境内。根据现场情况，本次工程采用加固柱增加桁架技术，即在不拆除上部结构的情况下加固柱子，在加固的柱子上设置桁架，承担工艺吊点传来的荷载。先采用混凝土柱外包钢柱的加固方法，将柱顶需要设桁架的混凝土柱进行加固，在原混凝土工字柱两侧增加双槽钢组合的新格构柱，并与原砼柱进行连接。三、主要材料 1、本次工程新增构件采用Q235B钢，钢材表面原始锈蚀等级不低于B 级。其性能除应符合《碳素结构钢》（GB/T700）规定的要求外，尚应保证屈服点、碳、磷、硫的含量，冷弯型钢还应保证冷弯实验合格。 2、钢柱脚下50厚后浇层采用C40微膨胀细石混凝土，钢柱包脚采用C10级混凝土。 3、结构涂装前应进行表面处理，本工程规定表面处理方法为抛丸除锈。 4、本工程所有钢结构构件的涂料均采用铁红环氧改性M树脂底漆，及醇酸改性氯化橡胶磁漆面漆。 5、手工焊接时Q345与Q345之间焊接焊条采用E50XX，其技术条件应符合《低合金钢焊条》（GB/T5118）手工焊接时Q235与Q235、Q345之间焊接焊条采用E43XX，其技术条件应符合《碳钢焊条》（GB/5117）自动焊或法自动焊的焊丝和焊剂应与主体金属强度相应，焊比应符合《焊接用钢丝》（GBA12470）的规定。 6、普通螺栓：C级螺栓、螺帽和垫圈套，采用Q235钢高强螺栓：10．9级螺栓，摩擦面抗滑移系数不少于0．45。 7、钢材、连接材料、焊条、焊丝及螺栓、涂料底漆、面漆均应有质量合格证明书。四、钢结构制作运输与安装

钢结构平台设计概要

浙江大学宁波理工学 2013-2014学年第II学期《钢结构设计原理》开课分院：土木建筑工程分院课程设计名称：L=9.6/l=7.2钢平台设计学生姓名：潘丽东3110621100 指导教师：王建新完成日期：2014-5-30

目录 1.设计内容与设计参数...........................................................................................................- 1 - 1.1设计内容...................................................................................................................- 1 - 1.2设计参数...................................................................................................................- 2 - 2.次梁LL-1设计 ......................................................................................................................- 2 - 2.1荷载汇集与计算简图...............................................................................................- 2 - 2.2梁截面选择...............................................................................................................- 3 - 2.3截面复核...................................................................................................................- 3 - 3.主梁L-1设计........................................................................................................................- 3 - 3.1荷载汇集与计算简图...............................................................................................- 3 - 3.2截面选择...................................................................................................................- 6 - 3.3强度及挠度验算.......................................................................................................- 6 - 3.4整体稳定验算...........................................................................................................- 8 - 3.5加劲肋设置与局部稳定验算...................................................................................- 8 - 4.柱Z3设计.......................................................................................................................... - 10 - 4.1荷载汇集与计算简图............................................................................................ - 10 - 4.2截面选择................................................................................................................ - 10 - 4.3强度、刚度与整体稳定验算................................................................................ - 11 - 4.4局部稳定验算........................................................................................................ - 11 - 5.主次梁螺栓连接计算与节点图........................................................................................ - 11 - 5.1确定节点荷载与螺栓布置.................................................................................... - 11 - 5.2螺栓连接验算........................................................................................................ - 13 -1.

钢结构最新设计规范方案

钢结构设计规GB50017-2003 第一章总则第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规。第1.0.2条本规适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。第1.0.3条本规的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规》）。第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规的要求。第二章材料第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋的结构可按该规定值提高10℃采用。第2.0.3条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50ｔ的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于－20℃时，对于3号钢尚应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有－40℃冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。第 2.0.4条钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500或ZG310-570号钢。第2.0.5条钢结构的连接材料应符合下列要求: 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。

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

钢结构的加固方法

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构，根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固，有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。全面加固是对整体结构进行加固，有不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法两类。增加或加强支承体系，也是对结构体系加固的有效方法。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法（但往往是可行的方法）；改变计算简图的方法最有效且多种多样，其费用也大大下降一、确定加固方案前，应搜集下列资料：（1）原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。（2）原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。（3）原有结构构件制作、安装验收记录。（4）原有结构设计计算书。（5）结构或构件破损情况检查报告。（6）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。二、钢结构损害的主要因素及加固技术措施 2.1钢结构损害的主要因素有：（1）由荷载变化，超期服役，规范和规程改变导致结构承载力不足；（2）构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等；（3）温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲；（4）由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱；

（5）其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。本文来源钢构联盟 2.2钢结构的加固技术措施主要有三种：（1）截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力；（2）改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值；（3）预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。 2.3 传统钢结构加固方法的特点焊接钢结构加固焊接加固时，局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形，高温作用使焊接部位的组织及性能劣化；而且焊缝必然存在缺陷，会产生新的裂纹；焊接结构内部存在残余应力，与其他作用结合可能导致开裂。焊接使结构形成连续的整体，裂缝一旦失稳扩展，就有可能一断到底，引发重大事故。粘钢钢结构加固采用结构胶将钢板粘贴在需要加固的部位，依靠结构胶将其粘结在一起共同受力，提高结构的承载力。粘贴加固技术具有明显的优势：（1）比强度和比刚度高，加固后基本不增加原结构的自重和原构件的尺寸；（2）复合材料具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能；（3）柔性的复合材料对于任意封闭结构和形状复杂的被加固结构表面具有特别的优势。密封性好，减少了渗漏甚至腐蚀的隐患；（4）简便易行、成本低、效率高，在狭小空间亦可施工，特别适合现场修复；（5）施工过程中无明火，适用于各种特殊环境。粘贴加固技术的缺点：在对受弯构件的粘钢受剪承载力的试验研究中，发现进一步加载时，粘贴钢板出现玻璃现象，导致最终极限承载力增大减小。确保粘钢加固钢板不出现剥离，仍需研究给出合理的构造措施。螺栓连接钢结构加固其需要在损伤部位附近开孔，削弱了截面，使之形成新的应力集中区，使原螺栓出现松动现象，降低了钢结构结构修补的效果。普通螺栓在动载作用下易松动，高强螺栓易发生应力松弛现象，降低了结构的修补效果。

预应力钢结构的结构体系及节点设计

预应力钢结构的结构体系及节点设计摘要预应力钢结构学科自诞生以来已经走过了60年历程。最近20年有较大的发展。尤其是近几年来的新材料、新工艺、新结构发展迅猛，且倍受国内建筑界重视和关注，对其研究越来越深入，技术越来越完善，应用也越来越广泛，新型的空间结构体系不断发展。，预应力钢结构的应用范围几乎已覆盖了全部钢结构领域。本文以综述的形式概述预应力钢结构的结构体系及节点设计。关键词预应力钢结构结构体系节点设计引言钢结构在设计、制造、施工、加固工程中，与外荷载应力符号相反的预应力被人为地在承重结构体系内引入，用来改善结构的承载特性，尽量利用材料强度幅值或者在主承重结构中引入预张力以使全部构件能够抗压或成型的，称为预应力加固钢结构或预应力钢结构。预应力钢结构的结构体系可大致分为预应力平面结构体系和预应力空间结构体系。预应力平面结构体系包括预应力梁及楼盖系统、预应力钢桁架、预应力拱架、预应力框架结构、吊挂结构以及索绳结构体系。预应力空间结构体系包括预应力网架结构、预应力网壳结构、张弦结构、索穹顶结构、索膜(张拉膜)结构等等。空间结构体系模型一预应力钢结构设计原理和基本方法 1.1 预应力钢结构的工作机理传统的钢结构引入预应力后受力机制受到改善，因为预应力调整为外部荷载与结构的内部抗力的关系，充分的挖掘了材料弹性强度的潜力，所以预应力钢结构的静，动力性能得到改善，刚度得到加强，众所皆知，在预应力作用下，任何结构的内力体系都是自相平衡的，预应力荷载及内力必须满足下列条件：

0X ∑= 0Y ∑= 0Z ∑= 0X M ∑= 0y M ∑= 0Z M ∑= 从预应力自平衡体系概念出发，除非结构的预应力体系与荷载作用系统完全吻合一致，否则在结构体系内总会产生杆件的卸载效应与增载效应，即某些杆件因预应力卸载的同时伴随着另外一些杆件的增载。因此，预应力的机理不是降低外部荷载力度，改变其作用状态或加固结构本身，而是利用材料弹性强度幅值的重复使用，内力的改性及转移来提高结构整体和杆件本身的承载能力和刚度。预应力效应的几种主要的机制图1-1 结构的承载力比较 a-非预应力结构 b-单次预应力结构 c-多次预应力结构力的重复图1-2 预应2.力梁的内力质变示意图

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。

钢结构的加固方法

浅谈钢结构的加固方法【摘要】钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。本文对钢结构的加固方法进行了详细的阐述。【关键词】钢结构；加固方法 1.改变结构计算图形改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法；改变结构计算图形的一般加固方法： 1.1对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固1.1.1增加支撑形成空间结构并按空间结构验算。 1.1.2加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性。 1.1.3增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性。 1.1.4在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷。 1.1.5在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。 1.2对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固

1.2.1改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载。 1.2.2改变端部支承情况，例如变铰接为刚结。 1.2.3增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构。 1.2.4调整连续结构的支座位置。 1.2.5将结构变为撑杆式结构。 1.2.6施加预应力。 1.3对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固 1.3.1增设撑杆变桁架为撑杆式结构。 1.3.2加设预应力拉杆。 2.加大构件截面的加固采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。 3.连接的加固与加固件的连接钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。 4.裂纹的修复与加固结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等

大跨度预应力钢结构屋盖体系设计

收稿日期:2002-07-16 作者简介:韩小雷(1963-),男,教授,主要从事高层建筑结构的研究. 文章编号:1000-565X(2002)10-0111-04 大跨度预应力钢结构屋盖体系设计韩小雷杨春季静陈庆军郑宜林鹏 (华南理工大学建筑学院,广东广州510640) 摘要:介绍广东现代国际展览中心大跨度预应力钢结构屋盖体系结构设计,重点论述该结构体系的计算模型处理、结构设计方法和结构体系优化设计,得到一些有意义的结论. 关键词:结构设计;大跨度结构;预应力钢结构;网架结构中图分类号: 文献标识码:A 1 工程概况广东现代国际展览中心属广东省东莞市标志性建筑,总占地面积约15万m 2.主馆平面形状似长方形,展厅主要部分为一层结构,两边局部为二层结构.展厅首层建筑面积约4.5万m 2,二层建筑面积约1.3万m 2 ,附房建筑面积约1.4万m 2 ,总建筑面积约7.2万m 2.展览馆建筑使用功能要求内部为大空间,利于展厅灵活布置.展览馆建筑图见图 1. 图1 展览馆建筑图 F ig.1 Ar chite ctur al dr aw ing o f e xhibitio n building 在满足建筑外观及使用功能要求的基础上,展览馆的支承结构采用钢筋混凝土柱,屋面采用预应力大跨空间网架,其规模是目前国内最大的建筑网架屋盖,柱混凝土强度等级为C35,屋盖钢结构的钢材主要采用Q235钢.基本风压值取0.6kPa,风压系数由风洞试验确定.抗震设防烈度为7b . 2 支承结构体系设计支承展厅网架结构为32根钢筋混凝土柱,分列两排,跨度90m,沿跨度方向网架向两边分别悬挑约30m.中间8根柱截面为2200mm @2600m m,柱间距为30m;两边24根柱的截面为1400m m @1600m m,柱距为21m.纵、横向柱列采用排架计算模型进行内力计算,柱底与基础为刚接,柱顶与网架为铰接,假设网架平面内刚度无穷大,纵向力学计算模型如图2所示.柱所受荷载包括结构及设备自重、屋面活荷载、风荷载及地震作用.根据荷载效应组合下柱的最不利内力进行截面配筋、结构抗侧移刚度验算以及基础设计 . 图2 排架柱计算模型示意图 F ig.2 Sketch o f c alcula ting m odel of bent c olumns 通过计算,柱底最大轴力约为12000kN,最小轴力约为6500kN,最大弯矩为12000kN #m,属于大偏心受压,截面2200mm @2600m m 柱纵筋为华南理工大学学报(自然科学版)第30卷第10期Jo urnal of So uth C hina Univ ersity o f Techno logy V o l.30 N o.102002年10月 (Natur al Scie nce Editio n) O ctober 2002

钢结构平台设计

《刚结构课程设计》平面尺寸： 1.总体设计 ①确定结构布置方案及结构布置形式通过收集资料，综合分析，主梁采用一跨;次梁采用两跨。主梁计算跨度8.2m，次梁计算跨度4.45m。主次梁连接采用等高焊接，主梁与柱采用高强度螺栓连接。 ②平台结构的平面布置及柱、主梁和次梁的平面位置。 ③平面布置的理由根据主次梁的经济跨度和平台结构的安全性，采用如上布置方式。

2.平台次梁设计平台次梁与主梁铰接连接，安单跨简支梁计算梁的内力分布。计算简图如右图所示，去中间次梁进行计算。 ①次梁内力计算（暂不考虑次梁自重）恒荷载标准值为活荷载标准值为则次梁跨中最大弯矩设计值为: ②次梁的截面选择（）由抗弯条件的次梁所需的净截面抵抗矩：初步拟定次梁采用工字钢型号为，截面参数： ③次梁截面强度验算（1）抗弯强度验算考虑次梁自重后，跨中截面最大弯矩设计值为：

作用于次梁上的荷载为静力荷载，考虑截面塑性发展系数得截面最大应力为：满足要求。（2）抗剪强度验算次梁最大剪力设计值为：截面最大剪应力为：满足要求。 ④次梁整体稳定性验算次梁的受压翼缘与铺板牢固连接，不会出现整体失稳破坏，因此次梁整体稳定性不必验算。 5)次梁的刚度验算次梁的跨中最大挠度

次梁允许挠度：因此刚度满足。 3平台主梁的设计次梁以集中力的方式传给主梁，次梁中心间距为1.025m，主梁的跨度为8.2m. 主梁的计算简图如下图所示。 1）主梁的内力计算（暂不考虑自重）恒荷载标准值：活荷载标准值：由荷载设计值计算主梁与支座反力：则跨中最大弯矩设计值为：

主梁最大剪力设计值： 2)主梁截面选择 (1)确定主梁截面高度最小高度由主梁刚度要求决定，即当平台主梁相对容许挠度时，由Q345焊接工字钢板梁经济高度以下经验公式计算或综上考虑，取腹板高度 (2)确定腹板厚度

钢结构设计步骤与思路

钢结构设计步骤与思路钢结构设计步骤与思路作者：佚名时间：2008-7-30 浏览量：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。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、平面架、网架、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,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。[19] 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

钢结构加固设计小结

钢结构加固设计小结摘要：钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件，经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时，应对钢结构进行加固。钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。关键词：钢结构锈蚀变形加固设计一、概述钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件，经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时，应对钢结构进行加固。常见的钢结构需加固补强的主要原因有：（1）由于设计或施工中造成钢结构缺陷，如焊缝长度不足，杆件切口过长，使截面削弱过多等等。（2）结构经长期使用，出现不同程度的锈蚀、磨损以及操作不正常等，造成结构缺陷，使结构构件截面严重削弱。（3）工艺生产条件变化，使结构上荷载增加，原有结构不能适应。（4）使用的钢材质量不符合要求。（5）意外、自然灾害对结构损伤严重。（6）由于地基基础下沉，引起结构的变形和损伤。二、设计前的准备确定加固方案前，应搜集下列资料：（1）原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。（2）原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。（3）原有结构构件制作、安装验收记录。（4）原有结构设计计算书。（5）结构或构件破损情况检查报告。（6）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。三、加固设计原则结构或构件加固是一项复杂的工作，要考虑的因素很多。加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择，一般原则如下：（1）加固应尽可能做到不停产或少停产，因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固，取决于结构的应力应变状态。一般构件的内应力小于钢材设计强度的80%，且构件损坏变形等不是太严重时，可采用负荷不停产加固方法。（2）结构加固方案要便于制作、施工，便于检查。（3）结构制造组装应尽量在生产区外进行。（4）连接加固应尽可能采用焊接或高强螺栓。采用焊接加固时，实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设计强度60%以下，极限不得超过80%，否则应采取相应的措施才能施焊。采用高强螺栓加固时，应验算钻孔截面削弱后的承载能力。四、加固设计方法钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面