房屋钢结构1

房屋钢结构框架结构、门式刚架轻钢结构的设计与施工平面抗侧力结构体系当代丐帮武状元生活状况迪拜分舵鸟巢鸟巢“鸟巢”数据：“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。“鸟巢”建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。“鸟巢”，建筑面积25.8万平方米，占地20.4公顷。“鸟巢”有9.1万个标准坐席，其中包括1.1万个临时坐席。“鸟巢”总用钢量约为11万吨。外部钢结构用钢4.2万吨，其中主结构用钢约2.3万吨。“鸟巢”整个膜结构总面积约为10万平方米。“鸟巢”混凝土浇筑量约18万立方米。有各类桩柱3145根，土方挖运量约28万立方米，钢筋绑扎量约5.2万吨。“鸟巢”钢结构焊缝长度近320公里，经检测，合格率为100%。“鸟巢”主体结构设计使用年限为100年。耐火等级为一级。抗震设防烈度8度。Teflon（特氟龙）材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度要求较高，寿命一般在30年以上，适用于永久建筑。乔治亚穹顶1992年在美国建造了世界上最大的索穹顶体育馆—乔治亚穹顶(GeorgiaDome),它是1996年亚特兰大奥运会的主体育馆,平面为亚特兰大奥运会的主体育馆椭圆形(193m×240m),这种双曲抛物面型张拉整体索穹顶的耗钢量少得令人难以置信,还不到30㎏/㎡.张拉整体索穹顶结构源于富勒的张拉整体思想,属于张拉整体体系的范畴,但由于它还没有完全实现结构自支承、自应力的原则,离开下部受压环梁则不能成立,故而可以说彻底的大跨度张拉整体结构还没有建成.因此对于张拉整体结构无论在理论分析方面还是施工技术及建筑材料方面都还有很多工作要做.单索结构点支式玻璃幕墙网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。第1章综述1．1简述现代土木工程的概念发生了很大的变化，已不是土和木的问题了，不再是木结构、土木结构甚至砖混结构，而是混凝土结构、钢筋混凝土结构和钢结构。在土木工程中，科技含量高的是钢结构，体现土木工程结构进步的是钢结构，能够尽快实现工厂化，工业化进而体现规模化的是钢结构。人类文明的发展对建筑提出了更高的要求，希望我们的建筑是环保型的建筑即达到所谓绿色建筑的要求；希望我们的建筑节约能量即达到所谓节能型建筑的要求，而钢结构则是所有结构形式中最能满足这些要求的结构。钢结构提供结构的安全性，稳定性，在设计上更加灵活、先进，并能很好的满足建筑师丰富多彩的设计要求。钢结构是一个脱胎于传统产业，溶合了传统建筑和机械制造业的一个新的边缘产业，是具有原有产业厚重的的技术沉淀，又有新的广阔市场的朝阳产业。1998年10月建设部发文《关于建筑业进行推广应用10项新技术的通知》，其中推广的新技术的第八项为钢结构技术。其主要内容为：高层钢结构技术；空间钢结构技术；轻钢结构技术；钢——混凝土组合结构技术；高强度螺栓连接和焊接技术；钢结构的防护技术。专家们提出将建筑钢结构归纳为高层重型钢结构、空间大跨度钢结构、轻型钢结构、钢——混凝土组合结构、住宅钢结构五大类。1．2我国建筑钢结构发展历程（l）高层钢结构：上海金茂大厦（88层，总高度达420m）及近期的上海中心大厦，121层，结构高度580米，总高632米；与此相适应的高层钢结构的科学研究、设计及各项配套的施工技术均取得了较大进展，一大批建工、造船、冶金、电力、铁道系统的金属结构厂和上海、北京及中建系统的机械化施工公司等，在钢结构制作和安装方面都达到了较高的水平。（2）空间结构：以网架和网壳为代表的空间网格结构继续大量发展。其特点是跨度大、面积大、形式多样。不仅用于一般民用建筑，而且广泛用于工业厂房、飞机库、机场侯机楼、体育场馆、展览中心等。天津无缝钢管厂、首都机场飞机维修库（306m×90m）；空问网格结构又富于造型的变化．如宜春体育馆的飞蝶形网壳、威海体育馆的贝壳形网壳，以及海南大佛的多层多跨网架都属此例。近年开始采用矩型钢管、圆钢管制作空间衍架、拱架及斜拉网架结构，其节点采用管件直接相连的相贯节点，加上波浪形屋面，在大跨屋盖方面已取代网架和网壳结构。如上海浦东机场候机楼、成都双流机场新候机楼等。（3）轻钢结构：包括门式刚架、轻钢房屋和压型钢板屋盖及拱壳屋盖。一般采用门式刚架结构并用圆钢制成柔性支撑和高强螺栓连接。骨架用钢量一般在30kg/m2左右，建设速度快，得到业主的欢迎。国内也有几百家的轻钢结构制作厂，因此市场竟争很激烈。与此同时，与轻钢结构相配套的保温、隔热材料、防火、防腐涂料、采光构件、门窗及连接件等制造业也得到了迅速发展。（4）住宅钢结构：钢结构具有重量轻、抗震性能好、工业化程度高等优点，是一种绿色环保产品，住宅建筑可以大量采用钢结构，国外各类住宅中已采用了钢结构。目前要解决住宅钢结构（包括6层以下、12层以下、18层以下）造价的合理定位、建筑设计完善创新、优化钢结构体系和相应节点构造、发展配套建材和设备，特别是外墙材料，开展试点工程进行技术交流，特别解决钢结构房屋的防火、防腐、及保温、隔声等问题。此外还有桥梁、塔桅、容器、管道及大型装备等，也大量采用钢结构。中国既是产钢大国，也是世界上消耗钢材最多的国家。1．3建筑钢结构的展望目前大多数工业厂房都是采用钢结构。高层建筑特别是超高层建筑采用钢结构或钢—混凝土组合结构。我国是一个多地震国家，百万以上人口的大城市多数位于6度以上地震区，抗震能力成为高层建筑的一个重要课题，地震区特别是8度及以上高烈度区的高层建筑宜采用钢结构。与钢结构的迅速发展形成鲜明对照的是人才培养的严重滞后。土木工程课程设置中，钢结构课时少，局限于一些基本理论的讲授，相应的教师和科研人员也少；同样设计单位和施工单位钢结构的设计和施工人员缺乏钢结构工程经验，不熟悉基本理论和现行规范的要求。钢结构作为一个行业的发展趋势，主要集中在以下领域：（1）设计领域；（2）配套技术领域；（3）制造领域。（1）设计领域：第一、建筑设计与结构设计一体化，原来的设计都是先建筑设计后结构设计，而钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构设计一体化；第二、围护系统和主体结构设计一体化，原来分为两个阶段，现在是同时设计一次完成。第三、配件系统与整体建筑系统设计一体化，因而基本可以保证安装结束的时候，地上没有多余的配件。设计软件不仅要有先进的结构分析功能，还要有优化设计方面的优势，同时必须要有依据计算数据，自动生成详图的详图设计软件，以实现真正意义上的计算机辅助设计，提高我们设计工作的计算机智能化程度和设计效率，有利于工厂制造实现自动化即所谓CAM。（2）配套技术领域这一领域是国内企业和国外企业技术水平上差距最大的一块，基本上出于待开发状态。各种色彩丰富的连续滚弯成型的收边、收口附件、天沟、落水斗、落水管套件及与各种建筑相适应的推拉门、平开门、上翻、中翻门系列等等。配套技术领域另一个重要方面就是屋面系统和墙面系统，国外知名企业一般都拥有自成体系，有独立知识产权的屋面或墙面系统，并以此展示企业的技术优势和技术能力。（3）制造领域这是钢结构建安企业与传统建安企业产生最大不同的地方，钢结构企业能不能盈利？在于你的产品如何体现出标准化、装配式的特点，如何保证质量体现精确施工快速装配的特点，这是我国建筑钢结构大力发展的瓶颈。我国钢结构制造有非常好的机悈工业多年打下的基础，但这仅指共性的东西，既然钢结构建筑是通过机械工业制造出来的建筑，是一个新的边缘产业，它就肯定有它个性的东西。把共性的东西继承、发扬，把个性的东西找准、做好，形成特色，是制造领域发展的关键。钢结构建安企业与传统建安企业还有一个不同的方面，就是在制造安装前，要根据设计单位提供的施工图，细化绘出加工和安装详图，提出相应的技术要求，这是钢结构建安企业必需具备的技术能力。1.4建筑钢结构对钢材性能的要求及选用1.4.1对钢材性能的要求（1）通用要求--保证承重结构的承载能力及防止在一定条件下出现脆性破坏。1．考虑结构的重要性、荷载特征、结构型式、连接方法、钢材厚度、环境温度和构件所处部位等情况的不同要求；2.钢材的抗拉强度、伸长率、屈服强度、强屈比、冷弯试验、冲击韧性等各项指标合格；3．硫、磷的含量低于限值。（2）焊接结构附加要求1．含碳量2．断面收缩率（1）厚度较大的钢板，在轧制过程中存在着各向异性。（2）采用焊缝连接的梁一柱节点和支撑节点，节点的约束较强。（3）国家标准GB/T5313《厚度方向性能钢板》的规定。3．钢材的冷弯性能（3）抗震结构附加要求1．钢材的“屈强比”应不小于0.85；2．钢材的拉伸试验应具有明显的屈服台阶；3．钢材的伸长率应大于20％（标距50mm）；4．钢材应具有能保持足够延性的良好可焊性。5．抗震类别为甲类或乙类的高层建筑钢结构，钢材的屈服强度平均值不宜超过其规定值（标准值）的10％。6．钢材的冲击韧性必须得到保证。7．抗震设防建筑中仅承受重力荷载的钢构件，上述各项要求可适当放宽。8.板件厚度t40mm时应采用厚度方向性能钢板。（4）特殊构件附加要求1．处于外露环境、且对大气腐蚀有特殊要求的承重和承力钢构件，宜采用耐候钢，质量要求应符合现行国家标准GB/T4172《焊接结构用耐候钢》的规定。2．处于低温环境下的承重和承力钢构件，其钢材性能尚应符合“避免低温冷脆”的要求。3．重要的受拉或受弯的焊接结构以及需要验算疲劳的焊接结构，其钢材的低温性能应符合表1-1的要求。1.4.2国产钢材牌号和性能1、牌号表示方法1）钢的牌号（例如Q235-A·F）由如下四部分按顺序组成：①代表屈服强度的字母“Q”；②屈服强度值，如235等；③质量等级符号，A,B,C,D，E等；④脱氧方法符号，如F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）和TZ（特殊镇静钢）。2）在牌号组成表示方法中，“Z”和“TZ”符号可予以省略。3）行业标准Y84104-2000规定，高层建筑结构用钢板的牌号表示为Q345GJC,它是由以下四部分按顺序组成：①表示屈服点的汉语拼音字母“Q“；②屈服点数值；③代表高层建筑的汉语拼音字母“GJ”；④质量等级符号“C,D,E”,对于厚度方向性能钢板，则在质量等级符号之前加上厚度方向性能级别“Z15、Z25、Z35”，如Q345GJZ15C。2、钢材选用1）选用原则保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏。2）适用钢材（1）对普通钢结构，承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。对地震区钢结构，钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级的B、C、D、E的低合金高强度结构钢。高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235C、D等级的碳素结构钢，或采用Q345C,D,E等级的低合金高强度结构钢。（2）重要的焊接构件宜采用碳、硫、磷含量较低的C、D、E级碳素结构钢和D、E级低合金结构钢。（3）屈服强度超过350N/mm2的高强度钢材，要经过充分研究，证明其性能符合要求后，方可在抗震设防的高层建筑钢结构中应用。若用于型钢混凝土构件中，为使型钢芯柱的屈服应变小于混凝土压碎时的应变，钢材的强度设计值不应超过350N/mm2。（4）上海宝钢集团近期开发生产的耐火耐候钢，其耐候性为普通钢的2～8倍，其耐火性达到6000C高温时钢材屈服强度降低幅度不超过30%；而价格仅比普通钢贵10%。有条件时，工程中应优先采用耐火耐候钢，以提高结构的安全性和耐久性。3）不适用钢材（1）Q235-A级钢因为不保证焊接需要的低含碳量，所以