钢结构设计知识点总结

一、脆性断裂与疲劳断裂问题（可能不考，有计算题）[不考是指填空和简答题]：1.疲劳断裂：微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。2.导致结构脆性破坏的因素：a)焊缝缺陷的存在，使裂纹萌生的概率增大。b)焊缝结构中数值可观的残余应力，作为初应力场，与荷载应力场的叠加可导致驱动开裂的不利应力组合。c)焊缝连接通常使得结构的刚度增大，结构的变形，包括塑性变形的发展受到更大的限制，尤其是三条寒风在空间垂直时。d)焊缝连接使结构形成连续整体，没有止裂的构造措施，则可能一裂到底。e)对选材在防止脆性破坏中的重要性认识不足。3.脆性断裂的特点：结构或构件破坏前没有明显变形，平均应力低于极限抗拉强度uf，甚至低于屈服点yf，破坏时没有明显征兆，脆性破坏断口平齐，并呈有光泽的晶粒状。脆性断裂常发生在低温下或内部有“先天缺陷”的构件中。4.疲劳破坏的特点：a)疲劳破坏时应力值远低于静荷载作用下破坏时的应力值；b)疲劳破坏时构件没有明显的塑性变形，是一种脆性破坏，具有突发性。c)疲劳破坏在应力循环多次以后才发生。d)疲劳破坏过程是构件中裂纹的萌生、扩展直到断裂的过程。e)疲劳破坏时，断口上有裂纹源、疲劳扩展区（光滑区）、脆断区（粗糙区）。5.疲劳极限：疲劳强度的大小用疲劳极限来说明，通常意义上的疲劳极限是指在疲劳应力作用下，经无数次循环，材料或构件不发生疲劳破坏的最大应力值（或应力幅）。6.防止脆性断裂的方法（考虑因素）：a)正确选用钢材，使之具有足够的韧性。b)尽量减少初始裂纹尺寸，避免在构造处理中形成类似于裂纹的间隙。c)注意在构造处理上缓和应力集中，以减少应力值。7.脆性断裂的种类有：过载断裂、非过载断裂、应力腐蚀断裂、疲劳断裂与疲劳腐蚀断裂、氢脆断裂。8.塑性材料组成的结构或构件也会发生脆性断裂，原因主要有：缺陷、低温、应力腐蚀、疲劳和氢脆。9.钢材的疲劳强度与重复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环特征、应力集中程度和残余应力等有着直接关系。10.引起女疲劳破坏的重复荷载有两种。如果重复作用的荷载数值不随时间变化，则在所有应力循环内的应力幅将保持常量，称为常幅疲劳；如果重复作用的荷载数值随时间变化，则在所有的应力循环内的应力幅将变为变量，称为变幅疲劳。11.改善结构疲劳性能的工艺措施：a)在整个施工过程中对承受疲劳荷载的构件做好严格的质量管理b)在表面形成压缩残余应力，参与压应力是抑止减缓裂纹扩展的有利因素。c)缓和应力集中、消除切口，焊缝表面的光滑处理经常能有效地环节应力集中，表面光滑处理最普遍的方法是打磨。12.常幅疲劳计算a)计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；计算疲劳时，应采用荷载标准值。b)对于直接承受动力荷载的结构，在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载系数不乘动力系数。c)计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时，吊车荷载应按在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定。d)直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其联接，当应力变化循环次数n等于或大于5x104次时，应进行疲劳计算。e)疲劳计算采用容许应力幅法，应力按弹性状态计算，容许应力福按构件和连接类别以及应力循环次数确定，在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。二、梁与柱、梁与梁的连接及柱脚（上册教材P255-282，可能不考，有画图题）1.梁的拼接分为工厂拼接和工地拼接。由于钢材尺寸的限制必须将钢材接长或拼大，这种拼接常在工厂中进行，称为工厂拼接；由于运输或安装条件的限制，梁必须分段制造和运输，然后再工地拼装连接，这种拼接称为工地拼接。（P255-262）2.次梁和主梁的连接分为铰接连接（即简支连接）和刚接连接（又称为刚性连接或连续连接）两种。就主次梁的相对位置不同，连接构造可分为叠接和侧面连接。（P262-265）3.梁与柱的连接分为铰接连接（柔性连接）、刚接连接（固结连接）和半刚性连接三种形式，轴心受压柱与梁的连接应采用铰接连接。梁的转动刚度与连接的构造方式有直接关系。（P265-272）4.多层框架梁柱的刚性连接（P266-267）5.无加劲肋节点计算（P268-270）、有加劲肋节点计算（P270-271）6.柱脚的具体构造取决于柱的截面形式及柱与基础的连接方式。柱与基础的连接方式有刚接和铰接两种形式。刚接柱脚与混凝土基础的连接方式有支承式（也称外露式）、埋入式（也称插入式）、外包式三种。铰接柱脚均为支承式。三、桁架节点设计（上册P282-298，应该会考，没有计算题）1.节点设计具体任务是确定节点的构造、连接焊缝及节点承载力的计算。2.节点设计的一般原则（P282-283）a)双角钢截面杆件在节点处以节点板连接，各杆件轴线汇交于节点中心。b)角钢的切断面一般应与其轴线垂直，需要斜切以便使节点紧凑时只能切肢尖。c)如弦杆截面需沿长度变化，截面改变点应在节点上、且应设置拼接材料。d)为施焊方便，且避免焊缝过分密集使材质变脆，节点板上各杆件肢尖焊缝净距不宜过小，用控制杆端间隙a来保证。但也不宜过大，因增大节点板将削弱节点的平面外刚度。3.节点板的厚度a)节点板受力复杂，对一般跨度的屋架可以不做计算而由经验确定厚度。b)梯形屋架和平行屋架的节点板把腹板的内力传给弦杆，节点板的厚度即由腹杆最大内力（一般在支座处）来决定c)三角形屋架支座处的节点板要传递端节间弦杆的内力，节点板的厚度应由上弦杆内力决定。d)此外，节点板的厚度还受到焊缝的焊脚尺寸hf和T型钢腹板厚度等因素影响。4.节点的构造与计算（P285-294）：一般节点（P285）、有集中荷载的节点（主要指上弦节点P286）、下弦跨中拼接节点（P286-288）、上弦跨中拼接节点（P288）、支座节点（P288-291）四、轻型门式刚架结构（应该会考，没有计算题，内容见下册）1.门式钢架的定义P12.单层门式钢架结构的特点（P2）：a)质量轻b)工业化程度高c)综合经济效益高d)柱网布置比较灵活3.单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车房屋时，当钢架不是特别高且风荷载也不是很大时，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱，但在设有桥式吊车的房屋时，中柱宜采用两端刚接，以增强钢架的侧向刚度。中柱用摇摆柱的方案体现了“材料集中使用的原则”。（P3）4.门式刚架的结构布置（P5）：跨度、高度、间距、挑檐、温度区段、伸缩缝。5.支撑和刚性系杆的布置规则（P6）（前四个是支撑，后四个是刚性系杆）a)在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系b)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系c)端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定。一般取30~45m；有吊车时不宜大于60m。d)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。e)在刚架转折处（边柱柱顶、屋脊及多跨钢架的中柱柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆。f)由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。g)刚性系杆可由檩条兼任，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在钢架斜梁上设置钢管、H形钢或其他截面形式的杆件。6.钢架的荷载（P6-7）：主要注意屋面活荷载的要求（只有这个有数值限定）a)屋面活荷载：当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/mm2，对受荷水平投影面积超过60m2的钢架结构，计算时采用的竖向均布荷载标准值可取0.3kN/mm2.设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为1kN。7.钢架的荷载效应组合P7。a)屋面局部或荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。b)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载的较大值同时考虑。c)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑d)多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定e)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑8.钢架的控制截面及控制截面的内力组合（P9-10）9.梁腹板的加劲肋的设置P13：梁腹板应该在中柱连接处，较大固定集中荷载处和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置加劲肋，根据计算需要确定。10.斜梁的设计P21；a)当斜梁坡度不超过1:5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和钢架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。b)实腹式钢架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承点的间距。当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点的距离。斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点最大长度，可取受压翼缘宽度的16235yf倍。侧向支承点由檩条（或刚性系杆）配合支撑体系来提供。c)当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设置横向加劲肋时，除应按照规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力，还应进行腹板压皱验算。11.隅撑设计P22-23a)实腹式钢架斜梁的两端为负弯矩区，下翼缘在该处受压。为了保证梁的稳定，常有必要在受压翼缘两侧布置隅撑作为斜梁侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。12.门式钢架斜梁与柱的刚接连接，一般采用高强度螺栓-端板连接，具体构造有端板竖放、端板斜放和端板平放三种形式。（P22）13.钢架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。14.门式刚架的柱脚，一般采用平板式铰接柱脚，当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时，则应采用刚接柱脚。（下册P25）15.当有桥式吊车时，需在钢架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接，牛腿截面一般采用焊接工字形截面（下册P26）五、门式钢架中的压型钢板（下册P30-36，可能不考，无计算题）六、檩条设计等（下册P36-46，可能不考，有计算题）1.檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度（柱距）不超过9m时，宜优先选用实腹式檩条。2.卷边槽钢檩条适用于屋面坡度1/3i的情况，直卷边和斜卷边Z形檩条适用于屋面坡度1/3i的情况。3.格构式檩条的截面形式有下撑式、平面桁架式和空腹式。4.檩条的构造要求（P41-42）5.拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转，并且提供x轴方向的中间支点。七、中、重型厂房结构设计（下册P50-88，应该会考，没有计算题）5.拔柱、托梁、托架概念及构造要求见P52e)托梁或托架与屋架的连接有叠接和平接两种。6.中、重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩绝对值，而且增大横向框架的刚度。7.屋架与竹子的连接既可以是铰接，也可以是刚接。对于一些刚度要求较高的厂房，尤其是单跨重型厂房，宜采用刚接框架。在多跨时，特别在吊车重量不很大和采用轻型维护结构时，适宜采用铰接框架。8.柱的吊车肢和屋盖肢通常用水平板做柔性连接。这种连接既减小了吊车肢在框架平面内的计算长度，又实现了两肢分别单独承担吊车荷载和屋盖荷载的设计意图。9.从耗钢量考虑，中、重型厂房中的承重柱很少采用等截面实腹式柱，一般采用阶梯形柱。双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见形式。阶形柱无论是实腹式还是格构式，均是以肩梁将其各阶段连接在一起形成整体。10.作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震力等均要求厂房具有足够的纵向刚度。这在结构上是通过合理的柱间支撑和屋盖支撑的设置来实现的。（P56）11.每列柱都必须设置柱间支撑，多跨厂房的中列柱间支撑宜与其边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。下部柱间支撑一般布置在温度区段的中部，以减少纵向温度应力的影响。当温度区段的长度大于150或抗震设防烈度为8度Ⅲ、Ⅵ类场地和9度时，应当增加一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不应超过72m。上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外，还应当在每个温度区段的两端设置。每列柱顶均要布置刚性系杆。（P56）12.桁架形式选择的原则（P58-60），桁架主要尺寸的确定（P60）13.屋盖支撑的作用（下册P62）a)保证屋盖的几何稳定性；b)保证屋盖的刚度和空间整体性；c