钢结构设计方法
钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法
钢结构和钢-混凝土组合结构都是常用的建筑结构形式。
钢结构设计方法通常采用计算机辅助设计(CAD) 或有限元分析，以确定结构的承载能力和稳定性。
钢-混凝土组合结构设计方法通常采用结构力学理论和计算机模拟技术，以评估结构的承载能力、稳定性和变形性能。
在钢-混凝土组合结构设计中，钢结构主要承担整体结构的抗震性能和抗弯承载能力，而混凝土结构主要承担抗压承载能力和防火防烟性能。
在设计过程中，需要考虑钢结构和混凝土结构之间的相互作用，并确保结构的整体稳定性。
在钢结构和钢-混凝土组合结构设计过程中，需要遵循相关的国家标准和规范，如《钢结构设计规范》和《钢结构混凝土组合结构设计规范》。
需要注意的是在钢-混凝土组合结构中，钢结构的强度和刚度要比混凝土结构高得多，因此在设计过程中需要特别注意钢结构和混凝土结构之间的相互作用。
《钢结构》第一章 钢结构绪论
抗层状撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材 等需要板厚方向性能（Z向性能）的构件和部位中。 SN B、C类钢材均对屈服点的上限值做出了规定，
以防构件需塑性变形耗能的部位不能进入塑性屈服； 并对碳当量及磷、硫的上限予以严格限制。
③不能精确地考虑结构体系与它的构件之间 的相互影响，无法在给定荷载下预测结构体 系的破坏模式；④需要花费大量时间进行各 构件的承载力验算，包括计算长度的计算； ⑤不便于基于计算机的分析和设计。
要克服上述问题，必须开展以整个框架结构 体系为对象的二阶非弹性分析，即所谓高等 分析和设计。此时，可求得在特定荷载作用 下框架体系的极限承载力和失效模态，而无 需对各个构件进行验算。
目前大多数国家(当然包括我国)采用计算长度法计 算钢结构的稳定问题。该方法的步骤是：采用一阶 分析求解结构内力，按各种荷载组合求出各杆件的 最不利内力，按第一类弹性稳定问题建立结构达临 界状态时的特征方程，确定各压杆的计算长度；将 各杆件隔离出来，按单独的压弯构件进行稳定承载 力验算，验算中考虑了弹塑性、残余应力和几何缺 陷等的影响。该方法的最大特点是采用计算长度系 数来考虑结构体系对被隔离出来的构件的影响，计 算比较简单，对比较规则的结构也可给出较好的结 果。
上述“各种作用”是指凡使结构产生内力或变形的各种原
因，如施加在结构上的集中荷载或分布荷载，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因，例如地震、地基沉降、温度变化等。
二. 结构的可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定功能的能力，称为结构的可靠性(reliability)。结构 可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对 结构可靠度的要求与结构的设计基准期长短有关，设 计基准期长，可靠度要求就高，反之则低。一般建筑 物的设计基准期为50年
钢结构设计制图深度和表示方法
202w0w/4w/
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (1)
钢结构设计图内容一般包括： 图纸目录 设计总说明 柱脚锚栓布置图 纵、横、立面图
构件布置图 节点详图 构件图 钢材及高强度螺栓订货表
202w0w/4w/
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (2)
1. 设计总说明 设计依据 设计荷载资料 设计简介 材料的选用 制作安装： 需要作试验的特殊说明
202w0w/4w/
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (3)
2. 柱脚锚栓布置图： 首先要按一定比例绘制柱网平面布置图。在该图上标注出各个钢 柱柱脚锚栓的平面位置，即相对于纵横轴线的位置尺寸，并在基 础剖面上标出锚栓空间位置标高，标明锚栓规格数量及埋设深度。
202w0w/4w/
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (9)
4.4.3 除主要构件外，楼梯结构系统构件上开洞、局部加强、围 护结构等可根据不同内容分别编制专门的布置图及相关节点图， 与主要平、立面布置图配合使用。 4.4.4 对于双向受力构件，至少应将柱子脚底的双向内力组合值 及其方向填写清楚，以便于基础详图设计。
202w0w/4w/
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (4)
3. 纵、横、立面图： 当房屋钢结构比较高大或平面布置比较复杂柱网不太规则，或立 面高低错落，为表达清楚整个结构体系的全貌，宜绘制纵、横、 立面图，主要表达结构的外形轮廓，相关尺寸和标高，纵横轴线 编号及跨度尺寸和高度尺寸，剖面宜选择具有代表性的或需要特 殊表示清楚的地方。
L/O/G/O
钢结构设计制图深度和 表示方法
2020/4/9
钢结构设计入门及简易方法
钢结构设计入门及简易方法-拱形钢结构屋顶2016/8/23 20:05:49来源：中国建材网浏览量：172给大家推荐一个用于钢结构设计的资料。
虽说不是大师的杰作，却不逊于大师的文章。
大师的作品对于具有一定专业水平的人是很有用途的，而对于初学者却过于高深莫测。
该资料特别适合刚从事钢结构设计的人员。
一、钢结构适用范围及选型1.钢结构适用的范围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：超高层建筑、体育馆、歌剧院、大桥、电视彩钢拱形屋顶15米跨度塔、工业厂房和临时建筑等。
这是和钢结构自身的特点相一致的。
2.钢结构的选型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。
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。
钢结构设计制图深度和表示方法
五、钢结构施工详图的设计内容(2)
a） 在设计中不得任意加大焊缝，应尽量避 免焊缝的立体交叉。
焊缝布置应尽量对称于构件或节点板截 面中和轴，避免偏心传力。 b） 焊脚尺寸，不得小于1.5√t，当焊件厚 度等于或小于时，则最小焊缝焊脚尺寸应与厚 度相同，角焊缝焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚 度的1.2倍。角焊缝长度不得小于8hf和40mm。
2016/10/26
三、钢结构设计图的内容 (4)
3. 纵、横、立面图：
当房屋钢结构比较高大或平面布置比较复 杂柱网不太规则，或立面高低错落，为表达 清楚整个结构体系的全貌，宜绘制纵、横、 立面图，主要表达结构的外形轮廓，相关尺 寸和标高，纵横轴线编号及跨度尺寸和高度 尺寸，剖面宜选择具有代表性的或需要特殊 表示清楚的地方。
中国建筑标准设计研究所
2016/10/26
三、钢结构设计图的内容 (17)
6. 构件图
平面桁架和立体桁架、格构式构件以及截面较 为复杂的组合构件等需要绘制构件图，门式钢刚架 由于采用变截面，故也要绘制构件图，通过构件图 表达构件外形及其几何尺寸，以方便绘制施工详图。 平面或立体桁架构件图。一般杆件均可用单线 绘制，但弦杆必须注明重心距，其几何尺寸应以重 心线为准。
中国建筑标准设计研究所
2016/10/26
一、钢结构设计制图阶段划分(2)
建议把钢结构设计制图分为设计图和施工 详图两个阶段。
设计图原则上必须由具有相应设计资质级 别的设计单位设计编制。 施工详图原则上是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。
中国建筑标准设计研究所
4.4.6 构件编号：首先必须按"建筑结构制 图标准"规定的常用构件代号作为构件编号构 件代号，在实际工程中，可能会有在一项目 里，同样名称而不同材料的构件，为便于区 分，可在构件代号前加注材料代号，但要在 图纸中加以说明。一些特殊构件在常用构件 代号中未作出规定，可参照规定的编制方法 用汉语拼音字头编代号。
钢结构设计制图深度和表示方法
2019/10/13
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (14)
2019/10/13
图纸幅面为A1和A2的构件表宽度可取170mm，增加备注栏 图纸幅面为A3的构件表宽度可取90mm。
如果构件截面已确定其连接方法细部尺寸已在图上交代 内力一栏可只提供柱底板处的内力。否则均应填写以便绘 工详图。网架或桁架杆件较多的构件可以在图上表示杆件 和内力。
2019/10/13
中国建筑标准设计研究所
一、钢结构设计制图阶段划分(2)
建议把钢结构设计制图分为设计图和施工 详图两个阶段。
设计图原则上必须由具有相应设计资质级 别的设计单位设计编制。
施工详图原则上是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。
2019/10/13
中国建筑标准设计研究所
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (17)
6. 构件图
平面桁架和立体桁架、格构式构件以及截面 为复杂的组合构件等需要绘制构件图，门式钢刚架 由于采用变截面，故也要绘制构件图，通过构件图 表达构件外形及其几何尺寸，以方便绘制施工详图
平面或立体桁架构件图。一般杆件均可用单 绘制，但弦杆必须注明重心距，其几何尺寸应以重 心线为准。
2019/10/13
中国建筑标准设计研究所
三、钢结构设计图的内容 (13)
4.4.7 结构布置图中的构件，当为实腹截 面或钢管时，可用单线条绘制，并明确表示 构件间连接点的位置。粗实线为有编号数字 的构件，细实线为有关联但非主要表示的其 他构件，虚线可用来表示垂直支撑和隅撑等
4.4.8 每张构件布置图均应列出构件表， 具体如下表：
三、钢结构设计图的内容 (1)
钢结构的特点、设计方法和材料
《钢结构》网上辅导材料一钢结构的特点、设计方法和材料一、钢结构的特点（1）强度高，塑性和韧性好强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。
塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。
韧性好，适宜在动力荷载下工作。
（2）重量轻（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。
（4）钢结构制作简便，施工工期短钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。
（5）钢结构密闭性较好水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。
（6）钢结构耐腐蚀性差容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。
（7）钢材耐热但不耐火温度在200℃以内时，钢材主要力学性能降低不多。
温度超过200℃后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。
温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。
（8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。
二、钢结构的设计方法和设计表达式《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。
1．极限状态当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。
（1)承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
（2)正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。
以结构构件的荷载效应S 和抗力R 这两个随机变量来表达结构的功能函数，则Z ＝g (R ，S )＝R -S (1)在实际工程中，可能出现下列三种情况：Z ＞0 结构处于可靠状态；Z ＝0 结构达到临界状态，即极限状态；Z ＜0 结构处于失效状态。
按照概率极限状态设计方法，结构的可靠度定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
钢结构设计制图深度和表示方法
三、钢结构设计图的内容 (16)
5.2 绘制那些节点图，一般是绘制结构物连接构 造复杂处；主要构件连接处；不同结构材料连接处； 需要特殊交代清楚的部位。
5.3 节点的圈法；应根据设计者要表达其设计意 图来圈定范围，重要的部位或连接较多的部分可圈 较大范围，以便看清楚其全貌，如屋脊与山墙部分， 纵横墙及柱与山墙部位等。一般是在平面布置图或 立面图上圈节点重要的典型安装拼接节点应绘制节 点详图。
五、钢结构施工详图的设计内容(4)
f） 焊接桁架应以杆件重心线为轴线，当桁 架弦杆截面变化时，如轴线变动不超过较大弦 杆截面高度的5％，可不考虑其影响。
g） 当焊接桁架的杆件用节点板连接时，弦 杆与腹杆，腹杆与复杆之间的间隙不应小于 20mm，相邻焊脚趾间净矩应大于5mm。
h） 钢管结构中支管壁与主管壁之间夹角大 于或等于120°时的区域宜用对接焊缝或带坡口 的角焊缝。角焊缝的焊脚尺寸h 不宜大于支管 壁厚的2倍。
钢结构设计制图深度和 表示方法
一、钢结构设计制图阶段划分(1)
二十世纪五十年代钢结构设计制图沿用前 苏联的编制方法分为KM图和KMⅡ图两个阶段， 即钢结构设计图和钢结构施工详图两个阶段， 以后有一段时间各行业各系统采用的编制方 法也有所不同。为推动钢结构设计的正常发 展，很有必要把钢结构设计制图阶段划分明 确，以便明确各方责任，使审图者也能掌握 统一标准。
三、钢结构设计图的内容 (15)
5. 节点详图
5.1 节点详图在设计阶段应表示清楚各构件间的 相互连接关系及其构造特点，节点上应标明在整个 结构物的相关位置，即应标出轴线编号、相关尺寸、 主要控制标高、构件编号或截面规格、节点板厚度 及加劲肋做法。构件与节点板采用焊接连接时，应 标明焊脚尺寸及焊缝符号。构件采用螺栓连接时， 应标明螺栓是什么螺栓、螺栓直径、数量。设计阶 段的节点详图具体构造作法必须交代清楚。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钢结构设计方法
一、工程结构的设计方法经历了经验定值设计法、半经验半概率设计法和概率极限状态设计法三个阶段。
目前国际上关于工程结构设计普遍采用概率极限状态设计法。
我国也是以概率极限状态设计法进行钢结构设计。
所谓以概率极限状态设计法进行钢结构设计，就是以结构概率可靠度为基础，以确定荷载和确定结构抗力为形式的结构设计方法。
这种设计方法既方便，又具有明确的概率可靠度意义。
钢结构设计方法采用以概率理论为基础的极限状态设计法（疲劳计算除外）。
二、钢结构设计方法对于承重结构来说，有以下两种极限状态设计方法：
1.承载力极限状态设计方法定义：对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的最大塑性变形。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：
（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等)；（2）结构构件或连接因材料强度被超过而
破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载；（3）结构转变为机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定(如压屈等）。
2.正常使用极限状态设计方法定义：对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的情况。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。
承载力极限状态与正常使用极限状态相比，前者可能导致人身伤亡和大量的财产损失，而后者对生命的危害则较小，主要是引起人们的不适，所以也应该给予足够的重视。
三、结构设计必须足够可靠、经济合理。
下面述说一下可靠度应满足的功能要求：
可靠是指结构必须满足下列各项功能要求：
（1）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；（2）在正常使用时具有良好的工作性能；（3）在正常维护下具有足够的耐久性能；（4）在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性，不致
倒塌。
上述四项功能可以概括为结构应具有安全性、适用性、耐久性，或统称为结构的可靠性。
四、几个非常重要的概念
1.可靠性（reliability）：结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的能力。
规定时间：一般指结构设计基准期，一般结构的设计基准期为
50年，桥梁工程的设计基准期为100年。
设计基准期（design reference period）：为了确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。
设计使用期与设计使用寿命的关系：当结构的设计使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，但并不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。
规定条件：指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为或过失因素。
2.结构的功能要求安全适用耐久
3.可靠性可靠度可靠概率失效概率
4.结构上的作用-----使结构产生效应(M、N、V 、T 、σ、τ、ε、 f 、θ)的各种因素的总和。
5.作用效应( S )----结构上的作用引起结构或构件的内力和变
形。
S=CQ6.结构抗力（ R ）----结构或构件承受内力和变形的能力R=f( σ、E、A、I )的函数。
五、必须要注意的问题有：
（1）正常使用极限状态下应采用荷载标准值（2）承载力极限状态下应采用荷载设计值（3）二者之间关系：荷载设计值=荷载标准值×荷载分项系数六、钢材的两种疲劳破坏：
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳（fatigue）。
按照断裂寿命和应力高低的不同，疲劳分为高周疲劳（high-cycle fatigue）和低周疲劳（low-cycle fatigue）两类。
高周疲劳的断裂寿命较长，断裂前的应力循环次数n≥5×104，断裂应力水平较低，因此也称低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多属于这类。
低周疲劳的断裂寿命较短，破坏前的循环次数n＝102～5×104，断裂应力水平较高，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。
对于钢材的疲劳破坏，有以下总结：
1、承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数N≥5×104次时，应进行疲劳计算。
2、在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳。
根据应力幅概念，不论应力循环是拉应力还是压应力，只要应力幅超过容许值就会产生疲劳裂纹。
但由于裂纹形成的同时，残余应力自行释放，在完全压应力(不出现拉应力)循环中，裂纹不会继续发展，故规范规定此种情况可不于验算。
3、计算疲劳时，应采用荷载的标准值，不考虑荷载分项系数和动力系数，而且应力按弹性工作计算。
4、根据试验，不同钢种的不同静力强度对焊接部位的疲劳强度无显著影响。
可认为，疲劳容许应力幅与钢种无关。
七、一些重要的概念
1、作用（action）：施加在结构上的一种分布力或集中力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。
前者亦称为直接作用，俗称荷载（自重，车辆荷载、人群荷载等）；后者亦称为间接作用（温度变化、基础沉降焊接、地震等）。
2、永久作用（permanent action）：在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。
（自重、土压力、预加应力等）亦称静载。
3、可变作用（variable action）：在结构使用期间，其量值随时间而变化，或其变化值与平均值相比不可忽略不计的作用。
（车辆荷载、人群荷载、风荷载和雪荷载等），亦称活载。
4、偶然作用（accidental action）：在结构使用期出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。
（地震、撞击力、爆炸力等）
5、作用的代表值(representative value of an action)：结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，它包括作用标准值、准永久值和频遇值。
6、作用标准值(characteristic value of an action)：结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。
7、作用频遇值(frequent value of an action)：结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合进行设计时，采用的另一种可变作用代表值。
其值可根据在足够长期观测内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。
8、作用准永久值(quasi-permanent value of an action)：结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合进行设计时，采用的一种可变作用代表值。
其值可根据在足够长期观测内作用任意时点概率分布的0.5分位值确定。
八、钢结构设计方法在不同情况下，应合理使用合理的方法，以取得理想的效果。
在有些情况下，需要综合考虑多方面的情况，得到多种方案，在最后进行评比，抉择出最优方案，使之合理、经济、方便施工等综合优点。