一级注册结构师考试专业知识考点复习大全下.docx
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一级注册结构师考试专业知识考点复习大全下
2014年一级注册结构师考试专业知识考点复习大全（下）
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。
柱截面按长细比预估。
通常50<λ<150，简单选择值在100附近。
根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。
初学者需注意，对应不同的结构，规范中对截面的构造要求有很大的不同。
如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。
在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。
除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
结构分析
目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ，p-δ。
新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。
这为更精确的分析结构提供了条件。
并不是所有的结构都需要使用软件：
典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。
简单结构通过手算进行分析。
复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“工程判定”。
比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。
根据“工程判定”选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。
不同的软件会有不同的适用条件。
初学者应充分明了。
此外，工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差，会通过“适用条件、概念及构造”的方式来保证结构的安全。
钢结构设计中，“适用条件、概念及构造”是比定量计算更重要的内容。
工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。
美国一位学者曾警告说：
“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。
”
注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法。
构件设计
构件的设计首先是材料的选择。
比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）。
通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。
经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。
当强度起控制作用时，可选择Q345;稳定控制时，宜使用Q235.
构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。
这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。
由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。
并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。
这是常说的截面优化设计功能之一。
它减少了结构师的很多工作量。
但是，初学钢至少应注意两点：
1.软件在做构件（主要是柱）的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。
目前所有的程序都不能完全解决这个问题。
所以，尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构师应该逐个检查。
2.当上面第（三）条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。
（1）强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。
（2）变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。
使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，常常并不合适。
节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。
在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。
常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。
按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。
初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。
常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。
连接的不同对结构影响甚大。
比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。
会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。
设计手册[2}中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。
也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。
具体设计主要包括以下内容：
1.焊接：
对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。
焊条的选用应和被连接金属材质适应。
E43对应Q235，E50对应Q345.Q235与Q345连接时，应该选择低强度的E43，而不是E50.
焊接设计中不得任意加大焊缝。
焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。
其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。
2.栓接：
铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用。
普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。
高强螺栓，使用日益广泛。
常用8.8s和10.9s两个强度等级。
根据受力特点分承压型和摩擦型。
两者计算方法不同。
高强螺栓最小规格M12.常用M16～M30.超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。
自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。
国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构的连接。
3.连接板：
可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等。
4.梁腹板：
应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。
承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。
构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。
此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。
比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。
由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
1.设计图：
是提供制造厂编制施工详图的依据。
深度及内容应完整但不冗余。
在设计图中，对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。
主要材料应列表表示。
2.施工详图：
又称加工图或放样图等。
深度须能满足车间直接制造加工。
不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表。
（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（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。
结构上的作用
一、作用的定义
施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，都称为结构上的作用，简称作用。
结构上的作用有直接作用与间接作用两种。
结构构件自重，楼面上的人群、物品、设备的重力，风和雪等都是直接作用在结构上的力，称为直接作用或荷载。
温度变化、结构材料的收缩或徐变、地基变形、地震等都会使结构产生外加变形或约束变形，但它们不是直接以力的形式出现的，故称为间接作用。
二、作用的分类
作用按其随时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用三类。
两类极限状态
一.结构的功能要求——结构和构件在规定的时间内，应满足以下四项预期的功能要求，
（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;
（4）在偶然事件（如爆炸、撞击、火灾等）发生时和发生后，仍然保持必需的整体稳定性。
上述一、四项是指结构的安全性，二、三项分别指结构的适用性和耐久性
二.结构的可靠性——是结构安全性、适用性和耐久性的概称，即指结构在规定的时间内（即设计基准期），在规定的条件下（结构的正常设计、施工、使用和维护条件），完成预定功能（如强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性等）的能力。
三.设计基准期——进行结构可靠性分析是，考虑各项基本变量与时间关系所取用的基准时间。
我国取结构的设计基准期为50年，特殊建筑可以例外。
（需说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准期后，并不意味该结构不能再使用了，而是指它的可靠性水平将逐渐降低。
）
四.结构的极限状态——整个结构或结构的一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，则此特定状态称为该功能的极限状态。
梁、板的一般构造
一、梁、板形式：
矩形、T形、工字形、槽形、空心板等;
二、梁、板的截面尺寸：
符合模数，且截面尺寸统一;
三、混凝土的强度等级的选择：
常用C20、C25、C30，高强混凝土贡献不显著;
四、钢筋强度等级及常用直径：
梁纵筋常用Ⅱ级、Ⅲ级，直径从12到25;
梁的箍筋常用Ⅰ级、Ⅱ级，直径是6、8、10mm;
五、混凝土最小保护层厚度：
在室内常温下，混凝土最小保护层厚度对梁是25mm，对板是15mm;
六、纵向钢筋在梁截面内的布置要求：
钢筋间的净距要求;
七、纵向受拉钢筋的配筋百分率：
配筋率定义。
一、钢筋混凝土构件截面弯曲刚度的定义
弹性匀质构件的截面弯曲刚度;
钢筋混凝土受弯构件受力全过程中截面弯曲刚度的变化;
钢筋混凝土构件截面的M—?
曲线;
钢筋混凝土构件截面弯曲刚度的定义;
钢筋混凝土构件截面弯曲刚度的基本表达式。
二、截面的短期弯曲刚度Bs
平均的截面弯曲刚度概念;
裂缝间钢筋应变不均匀系数ψ;
受压区边缘混凝土的平均应变;
截面短期刚度Bs的计算公式。
三、截面的长期弯曲刚度Bl
挠度随时间缓慢增长的原因;
荷载短期效应组合及长期效应组合;
截面长期弯曲刚度Bl的计算方法;
挠度增大系数θ。
四、受弯构件的挠度验算
最小刚度原则;
挠度的验算方法;
梁、板的跨高比;
影响截面弯曲刚度的主要因素。
焊接中的局部变形的原因及预防措施
（一）产生原因
（1）加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩，变性不一致。
（2）加工件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大。
（3）加工人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致。
（4）焊接时咬肉过大，引起焊接应力集中和过量变形。
5）焊接放置不平，应力集中释放时引起变形。
（二）预防措施
（1）设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝。
（2）制定合理的焊接顺序，以减少变形。
如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。
（3）对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。
（4）手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。
（5）大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形。
（6）工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消。
（7）对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板v形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平。
（8）通过外焊加固件增大工件的刚性来限制焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。
（三）处理方法
对已变形的工件，如变形不大，可采用火烤矫正。
如变形较大，采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。
钢结构焊接裂纹的原因及预防措施
（一）热裂纹
热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：
纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。
其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。
此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。
总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。
针对其产生原因，其预防措施如下：
（1）限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.045%，磷的含量不应大于0.055%;另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10%以下时，热裂纹敏感性可大大降低。
（2）调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝品粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共品的有害影响。
（3）采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。
（4）适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹。
（5）采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。
（二）冷裂纹
冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内（300—200℃以下）产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。
其形成的基本条件有3个：
焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。
其预防措施主要有：
（1）选择合理的焊接规范和线能，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。
（2）采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧含量。
（3）焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干（低氢焊条300℃～350℃保温lh;酸性焊条l00℃～l50℃保温lh;焊剂200℃～250.C保温2h），认真清理坡口和焊丝，太除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源。
（4）焊后及时进行热处理。
一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性;二：
是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。
（5）提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物。
（6）采取可降低焊接应力的各种工艺措施。
钢结构焊接检验中的相关问题
（一）焊缝等级、检验等级、评定
等级的区别与联系要求进行内部质量探伤的焊缝，按质量等级分一级和二级，称一级焊缝和二级焊缝，此即为焊缝等级。
检验等级系指检验检测达到的精度，即检测仪器与检测方法结合而得到的检测结果的精确程度。
超声波探伤采用GB/Tll345l989标准按检测等级由低到高分为A、B、C三个级别，射线探伤采用GB/T3323一l987标准按检测等级由低到高分为A、AB、B三个级别，它们分别规定了手工超声波探伤的检测方法、探测面、检测范围和允许缺陷当量（dB值）以及射线探伤所要达到的灵敏度（透照厚度与像质计的关系）。
评定级别是指探伤人员在检出缺陷后依据标准对缺陷测量进而确定的焊缝内部质量级别。
具体来说，超声波探伤指对波高在测长线与判废线之间（Ⅱ区）缺陷测长后，依标准GB/Tl1345l989表6进行缺陷定级;射线探伤是指测量底片上缺陷指示长度和大小，依标准GB/T3323一l987表6.表7、表9、表l0并综合评级（见该标准l6.1～l6.4），这一条是每一个探伤人员必须熟练掌握的。
（二）超标缺陷处理与复探、扩探GB50205钢结构工程施工质量验收规范》只规定了检测方法。
检测比例和合格级别，对于缺陷的处理没有明确要求。
参照JGl8l建筑钢结构焊接技术规程》和其他行业焊接检验标准规范的要求，对十检出的缺陷可作如下处理：
（1）检测出的不允许缺陷必须返修，返修后按同种检测方法检测合格后方认为该焊缝合格。
（2）对要求抽查检验的焊缝，发现不允许缺陷后，应在被检测区域两端整条焊缝长度的各l0%且不小于00inin（长度允许时）的区域扩检。
a）若在扩检区域未发现超标缺陷，应认为该焊缝合格。
b）若在扩检区域发现超标缺陷，则该条焊缝全检。
（3）对于现场安装要求抽查检验的焊缝，发现不允许缺陷后，按下述原则扩检;a）增加该类型同一焊工焊接的两条焊缝检测，若此两条扩检焊缝未发现超标缺陷，应认为该批焊缝合格。
b）若此两条扩检焊缝发现超标缺陷，则每一条含超标缺陷的焊缝按卜述原则再各抽检两条焊缝。
C）若再次抽检的焊缝未发现超标缺陷，应认为该批焊缝合格。
d）若再次抽检的焊缝仍发现有超标缺陷，则该焊工焊接的该类型焊缝全检。
同时，可协商适当增加其余焊缝检测比例。
网架安装原因
（1）、地面拼装时支撑点不均匀，受力不合理，拼装时误差积累，个别杆件错误，导致受力改变，造成网架或个别杆件变形。
（2）、焊接工艺、焊接顺序有误，产生焊接应力，导致变形。
（3）、整体吊装时，吊点选择不合理，没有对吊点进行反力验算、杆件超应力验算、挠度验算、对超应力处进行必要加固措施。
（4）、整体吊装时，各吊点起升速度不同，位移、高差超过允许范围，导致变形、破坏。
（5）、施工方案选择错误，没有根据网架结构形式、现场施工条件合理选择方案，安装时不能形成几何不变体系，导致变形、破坏。
（6）、网架支座预埋件、预埋螺栓或柱顶偏移较大，就位困难，强迫就位，导致改变支座受力条件，杆件变形。
（7）、安装人员粗心大意，杆件位置、球角度有误。
（8）、上弦支撑时，误差积累过大，导致支座位移，腹杆与支撑面相碰。
门式刚架安装原因
（1）、较长构件运输、堆放时垫放不平整，长时间放置，导致变形、扭曲。
（2）、预埋螺栓位置不正，安装时没有复测、没有校正，导致柱、梁变形、扭曲，钢架整体垂直度、平面弯曲超差。
（3）、梁柱端板孔位不对应、错位，安装时端板没有对正，螺栓紧固时没有按顺序紧固。
（4）、现场焊接时没有按焊接规程操作或焊工技术问题，导致焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝。
（5）、安装时没有详细、认真领会图纸，导致个别构件位置错误。
（6）、安装前没有按工程实际情况制定详细施工方案、进行技术交底，导致工序颠倒等现像。
（7）、施工不按顺序进行，钢架没有形成稳定结构进行下道工序施工，导致整体失稳。
（8）、钢柱刚接插入式柱基时，混凝土达不到强度或柱脚固定不牢，进行上部构件安装，导致结构失稳。
使用及其他原因
（1）使用荷载超过设计荷载。
（2）使用环境变化。
（3）基础发生不均匀沉降。
（4）自然灾害。
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