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幕墙支撑钢结构的设计

发布时间:2018-11-10 22:42:29浏览次数:11355文章出处:娱乐城幕墙设计

  一、幕墙支撑钢结构体系分类

  幕墙的支撑钢结构形式多样、千变万化。从受力机理上来区分,大致可以分为刚架结构、桁架结构及预应力索杆结构三种,或者由这三种结构组合而成。

  (1)、刚架结构体系

  在刚架结构体系中杆件与杆件之间都采用刚性连接。因此结构整体刚度比较大,抵抗变形能力强,在幕墙中得到很广泛的应用。但是为了保证构件之间连接能够很好的传递弯矩,节点连接构造比较复杂,而且质量要求很高。

  (2)、桁架结构体系

  桁架结构体系是指在体系中构件与构件之间采用铰接的结构,因此构件只产生拉压轴力,而不产生弯矩。这种结构的特点是结构受力简单清晰,节点构造容易实现。某些结构采用手工就可以计算。缺点是整体刚度不如刚架结构,抵抗变形性能不是太好。

  (3)、预拉力索杆结构

  预应力索杆结构,顾名思义,是在细杆或者索构件中灌注预应力,从而使结构产生刚度以抵抗结构的变形。预拉力索杆结构由于其结构体系轻盈、形式千变万化、通透性强、艺术表现力强,因此得到广大建筑师和投资者的喜爱。

  但是其结构刚度受其内力的影响很大,属于几何非线性结构。分析和设计很复杂。因此在这里就不做详细的介绍,只介绍几个基本概念给大家了解。

  形——预应力结构在某状态下的几何形状

  态——预应力结构在某状态下的内力分布

  对于预应力结构的分析是从三个阶段来考虑的:

  始态——没有施加预应力前结构的状态。

  初态——施加完预应力之后结构在自重或其它恒载作用下的平衡状态。

  终态——在初态的基础上考虑了外部可变荷载作用下的平衡状态。

  对于复杂结构,这三种状态的确定是很重要的。

幕墙支撑钢结构的设计

钢结构设计效果图

  二、常用钢材的分类及其力学性能

  1、 钢材的分类

  在幕墙后支撑钢结构中常用的钢材可分为碳素结构钢、低合金钢、不锈钢。

  (1)、碳素结构钢

  碳素结构钢是最普遍的工程有钢,按照其含碳量的多少又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。通常把含碳量为0.03~0.25%称为低碳钢,0.26~0.6%称为中碳钢,0.6~2.0%称为高碳钢。而在建筑中最常用的是Q235牌号的低碳钢及优质碳素结构钢20#钢。

  Q235钢在质量上可分为A、B、C、D四个等级。从脱氧方法上可分为沸腾钢F、半镇静钢b、镇静钢Z、特殊镇静钢TZ。

  不同厚度钢材的抗弯曲强度是不一样的,厚度越大的钢材其强度越不好。

  (2)、低合金高强度结构钢

  低合金高强度结构钢是指在炼钢过程中增添一些合金元素,其总量不超过5%的钢材,加入合金元素后刚才的强度可明显提高,在建筑幕墙支撑结构中比较常用的低合金钢为Q345牌号。

  Q235钢在质量上可分为A、B、C、D、E五个等级。

  不同厚度钢材的抗弯曲强度是不一样的,厚度越大的钢材其强度越不好。

  (3)、钢材牌号的表示方法

  由代表屈服点的Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分组成。

  例如:Q235-A、F

  在牌号的组成表示中“Z”和“TZ”符号予以省略。

  2、 钢材的选择

  为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,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。

  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。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合有关标准的规定和要求。

  下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢:

  1 焊接结构。

  1) 直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。

  2) 工作温度低于-20℃时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构。

  3) 工作温度等于或低于-30℃的所有承重结构。

  2 非焊接结构。工作温度等于或低于-20℃的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。

  承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、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。焊接承重结构以及重要的非焊接结构承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格证。

  对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材。应具有常温冲击韧性的合格保证, 当结构工作温度不高于0℃但高于-20℃时幕墙主题,Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;当结构工作温度不高于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证;

  对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材,也应具有常温冲击韧性的合格保证当结构工作温度不高于,当结构工作温度不高于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有0℃的冲击韧性的合格保证。

  三、幕墙后支撑钢结构的计算

  幕墙后支撑钢结构的计算一般采用有限元软件来进行计算。计算主要分析结构在以下三方面的性能:

  (1)、强度的验算

  主要是计算在承载能力极限状态作用下构件的强度。在计算时应把各种工况考虑全面。

  (2)、变形的验算

  不同形式的结构,不同使用功能的结构其变形的控制都不一样,详细的大家可以看《钢结构设计规范》附录部分。对于幕墙中的刚架或者桁架结构,在风荷载作用下的挠度限值为其跨度的1/250,对于悬挑结构跨度取其悬挑长度的2倍。

  而对于张拉结构取其跨度的1/200。

  (3)、稳定的计算

  对于构件的稳定计算可以按照《钢结构设计规范》中相关规定来进行计算。对于复杂的结构可以采用软件进行几何非线性屈曲分析。

  对于构件稳定相关内容见《钢结构设计规范》

  四、焊接节点的设计

  焊缝连接是幕墙中比较常用的连接形式,以下从几个方面来对焊缝的设计和计算来进行讲解。

  1、 焊缝的分类及质量等级

  常用的焊缝主要包括对接焊缝、角焊缝、对接焊缝与角焊缝的组合焊缝。其中对接焊缝与角焊缝的组合焊缝的计算与角焊缝相同。

  对接焊缝质量上分为1、2、3三个等级,其中1级和2级与母材等强度,1级焊缝探伤比例为100%,2级焊缝的探伤比例为20%,而三级焊缝由于不需要无损探伤四川佳科幕墙,因此焊缝的内部质量不易控制,因此焊缝的设计强度需要折减。

  角焊缝由于其形状的原因,在受力后应力分布比较复杂,尤其是焊接后残余应力的存在。因此角焊缝设计强度要低于三级对接焊缝。

  焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况,按照下列原则来分别选用不同质量等级的焊缝:

  (1)、在需要进行疲劳计算的构件中外墙设计,凡对接焊缝均应焊透,其质量等级为:

  作用力垂直于焊缝长度防哪个乡的横向对接焊缝或T形对接焊缝与角焊缝的组合焊缝,受拉时应为一级,受压时宜为二级;作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。

  (2)、不需要计算疲劳的构件中,凡要求与母材等强的对接焊缝均应焊透,对于受拉构件,焊缝质量等级不得小于2级,受压宜为2级。

  (3)、不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接焊缝与角焊缝的组合焊缝,以及搭接连接采用的角焊缝,其质量等级为:

  对直接承受动力荷载且需要计算疲劳的结构,焊缝的外观质量应符合二级;对于其它结构外观质量应符合三级。

  2、 焊接焊条的选用

  对应钢材选用合适的焊条是设计人员应该掌握的基础知识。下面给出常用钢材的对应焊条型号:

  不同强度钢材之间的焊接,一般应该选择与低强度钢材相适应的焊条。也就是就低不就高的原则。

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