1.1　钢结构常见结构体系及组成

钢结构的结构体系丰富多样，目前，应用最多、最常见的结构体系主要包括应用在厂房和仓储建筑中的轻钢门式刚架结构（图1-1），应用在机场、展览馆等大跨和大空间建筑中的空间网格结构（图1-2），以及应用在高层和超高层建筑中的钢框架结构（图1-3）。本书将围绕这三种结构体系进行相关内容的介绍，本节将首先介绍三种结构体系的构造组成。

1.1.1　轻钢门式刚架结构体系组成

轻钢门式刚架结构厂房由轻钢结构骨架、围护结构檩条、彩色压型钢板或复合夹芯板墙屋面及其他配套设施（门窗、采光带、通风口等）等部分组成。轻钢门式刚架结构厂房的结构形式可根据用户的具体工艺要求，除门式刚架结构形式外，还可选择单跨、多跨等高或多跨不等高排架结构等。

轻钢门式刚架的结构体系包括以下组成部分：

（1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等；

（2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等；

（3）围护结构：屋面板和墙板；

（4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等；

（5）基础。

轻钢门式刚架结构厂房的组成如图1-4所示。

平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻钢门式刚架的主要受力骨架，即主结构体系。屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻钢门式刚架的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻钢门式刚架的整体刚度。

外部荷载直接作用在围护结构上。其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身强度和刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。

1.1.2　空间网格结构体系组成

空间网格结构体系常见的结构类型主要有桁架结构和网架结构。

桁架结构是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，目前最常见的桁架类型为管桁架结构，管桁架即是指结构中的杆件均为圆管或矩形管杆件。单榀管桁架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。管桁架结构一般由主桁架、次桁架、系杆和支座共同组成，如图1-5和图1-6所示。

管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点（或称管节点）。相贯节点处，只有在同一轴线上的两个主管贯通，其余杆件（即支管）通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件（即主管）的外表，非贯通杆件在节点部位可能有一定间隙（间隙型节点），也可能部分重叠（搭接型节点），如图1-7所示。

网架结构可以看作是平面桁架的横向拓展，也可以看作是平板的格构化。网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架。通常情况下，平板网架称为网架，曲面网架称为网壳，如图1-8所示。网架和网壳结构是由许多规则的几何体组合而成，这些几何体就是网架结构的基本单元，常用的有三角锥和四角锥等。

网架和网壳的杆件一般采用普通型钢和薄壁型钢，有条件时应尽量采用薄壁管形截面。其尺寸应满足下列要求：普通型钢一般不宜采用小于∟45mm×3mm或∟56mm×36mm×3mm的角钢；薄壁型钢厚度不应小于2mm。

网架和网壳的杆件节点分为焊接钢板节点、焊接空心球节点和螺栓球节点。

焊接钢板节点一般由十字节点板和盖板组成。十字节点板由两块带企口的钢板对插焊接而成，也可由3块焊成，如图1-9所示。焊接钢板节点多用于双向网架和四角锥体组成的网架，焊接钢板节点常用的结构形式如图1-10所示。

焊接空心球节点中，空心球是由两个压制的半球焊接而成，分为加肋和不加肋两种，如图1-11所示，适用于钢管杆件的连接。当空心球的外径大于300mm时，且杆件内力较大需要提高承载能力时，可在球内加肋，当空心球的外径大于等于500mm时，应在球内加肋，肋板必须设在轴力最大杆件的轴线平面内，且其厚度不应小于球壁厚。球节点与杆件相连接时，两杆件在球面上的净距离不得小于10mm，如图1-12所示。

螺栓球节点系通过螺栓将管形截面的杆件和钢球连接起来的节点，一般由螺栓、钢球、销子、套管和锥头或封板等零件组成，如图1-13和图1-14所示。

1.1.3　钢框架结构体系组成

钢框架结构体系是指沿房屋的纵向和横向用钢梁和钢柱组成的框架结构来作为承重和抵抗侧力的结构体系。随着层数及高度的增加，除承受较大的竖向荷载外，抗侧力（风荷载、地震作用等）要求也成为多高层框架的主要特点，其基本结构体系一般可分为三种：纯框架体系、框架-支撑体系（图1-15）和钢-混凝土组合结构体系。

钢框架结构体系基本结构组成包括框架柱、框架梁、楼板、墙板、支撑体系、基础以及之间的连接节点。

钢柱常用截面形式有H型钢柱、焊接箱型或方钢管截面柱、钢管及钢管混凝土柱和十字柱，如图1-16所示。

对于柱距较小的钢框架结构，其钢梁一般采用H型钢，其强轴平行于水平面设置。对于柱距特别大的钢框架结构，其钢梁一般采用焊接箱型截面，其强轴平行于水平面设置。

在钢框架结构建筑中楼板的形式也呈现多样性。近年来，采用较多的楼板形式主要有压型钢板混凝土楼盖、现浇整体混凝土楼盖、SP预应力空心板楼盖、混凝土叠合板楼盖、自承式钢筋桁架压型钢板组合楼盖等，如图1-17～图1-19所示。

钢框架结构节点形式包括梁-柱节点、梁-梁节点、柱-柱节点、柱脚节点以及支撑节点等。

梁柱刚接节点有短梁刚接（螺栓连接梁）、短梁刚接（焊接连接梁）、短梁刚接（栓焊混接梁）等常见节点形式，如图1-20所示。

钢框架中梁-梁节点通常把型钢主次梁设计成铰接节点，型钢主次梁铰接节点形式如图1-21所示。

为进行柱子的接长，钢框架结构还需要有柱-柱节点，柱-柱节点有螺栓连接和焊接两种形式，钢管柱一般采用焊接连接，如图1-22所示。

钢框架柱脚节点通常设计为刚性柱脚，不同的型钢将采用不同的柱脚节点，如图1-23～图1-25所示。

在带支撑的钢框架结构中，支撑往往与在梁柱节点位置处设置的连接板进行连接，如图1-26所示。