钢结构原理与设计教程_第1章 绪论.ppt

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1、1.了解钢结构的特点和应用。2.掌握钢结构的设计方法和设计要求。,1.1 钢结构的特点1.2 钢结构的应用和发展1.3 钢结构的设计方法,本章目录,基本要求,第1.1节 钢结构的特点,1. 钢结构的定义2. 钢结构的特点,了解钢结构的定义和特点,本节目录,基本要求,1.1.1 钢结构的定义,定义：钢结构主要是钢板、热轧型钢、薄壁型钢或焊接型材等构件通过连接件组合而成的，它是土木工程的主要结构形式之一。目前，钢结构在工业厂房、大跨结构、高层建筑、大跨桥梁、高耸的塔等得到广泛运用。,1.1.2 钢结构的特点,1、强度高，塑性和韧性好,主要表现在：（1）钢材与混凝土相比虽然密度大，但是强度高得多。

2、在同样受力下，钢材构件截面小，质量轻。（2）钢材具有良好的塑性和韧性，不会因偶然的超载而 破坏，对动力荷载适应性强钢结构的抗震性能优于 其它结构。,1.1.2 钢结构的特点,2、结构重量轻,由于钢材强度高，结构需要的构件截面小，结构自重轻。a=容重/强度，a越小，结构相对越轻。 钢材：a=1.73.710-4/m 木材：a=5.410-4/m 钢砼：a= 1810-4/m,1.1.2 钢结构的特点,3、材质均匀，和力学计算的假定比较符合,钢材在使用阶段接近理想弹塑性体，这使得理论计算与实际情况相吻合。,4、结构制造简便，施工工期短,钢结构构件一般可以在专业化工厂由专门机具加工，生产效率高，且不

3、受气候影响。,1.1.2 钢结构的特点,5、密封性好,钢材本身组织致密，因而具有良好的气密性和水密性。,6、耐热但耐火,钢材在表面温度不超过200时,其性能变化很小,因而适合于热车间。温度超过200以后，强度和弹性模量显著下降。达600 时,钢材进入塑性状态已不能承载。,1.1.2 钢结构的特点,7、耐腐蚀性差,新建钢结构，一般都需要采用油漆、喷铝、镀锌等进行防锈涂装，在涂装前需认真除锈，以后定期涂装，所以维修费用较高，这是钢结构的主要缺点。,8、在低温和其他条件下可能发生脆性断裂,钢结构在低温和某些条件下，可能发生脆性断裂，应引起设计者的特别注意。,第1.2节 钢结构的应用和发展,1. 钢结

4、构的应用2. 钢结构的发展3. 钢结构应用示例,1.了解钢结构的应用和发展,本节目录,基本要求,1.4.1 钢结构的应用概况,根据钢结构的特点，它主要适用于下列结构： （1）承受荷载很大或跨度大，高度大的结构 （2）承受动力荷载作用或经常移动的结构 （3）经常拆装的拼装式结构 （4）对密闭性要求高的结构 （5）高温车间或需承受一定高温的结构 （6）轻型结构,属于上述性质的主要有下列结构: （1）工业厂房 重型车间的承重骨架，例如冶金工厂的车间，重机厂的车间，造船厂的船台车间，飞机制造厂的装配车间，以及其他车间的屋架、柱、吊车梁等常用钢结构。 （2）大跨结构 大跨度结构，如飞机库、体育馆、火车站

5、、展览厅、影剧院、会展中心等。 （3）多层和高层建筑 多层和高层建筑的骨架可采用钢结构。,（4）轻型钢结构 轻型门式刚架房屋钢结构、冷弯薄壁型钢结构和钢管结构。目前主要用于建造工业厂房、仓库和办公楼等，并向住宅和别墅发展。 （5）高耸结构 输电线路塔架、无线电广播发射桅杆、电视播映发射塔.环境气象塔、卫星或火箭发射塔等。 （6）板壳结构 油库、油罐、水塔、输油管、输气管等。,（7）可拆卸和移动式结构 建筑工地的生活、生产等临时房屋.流动式展览馆等。以及塔式起重机和龙门式起重机等。 （5）承受振动荷载影响和地震作用的结构 对于抗震要求较高的结构宜采用钢结构。 （6）其他特种结构 管道支架、井架和

6、海上采油平台等。,1.4.2 钢结构的发展,18世纪欧洲工业革命后，钢结构在欧洲各国的应用逐渐增多，而我国钢结构的发展非常缓慢。 新中国成立后，由于受到钢产量的制约，钢结构仅在重型厂房、大跨度公共建筑、铁路桥梁以及塔桅结构中采用。 改革开放以来，钢结构产量开始逐渐增加。1996年我国的钢产量超过一亿吨，2003年达到创记录的2.2亿吨，2005年上升到3.5亿吨。,伴随钢结构产量的增加，钢结构政策从限制使用改为积极合理的推广应用。钢结构在现代应用的领域更加多元化，包括大跨结构、工业厂房、受动力荷载影响的结构、多层和高层建筑、高耸结构、可拆卸结构、容器构筑物以及钢和混凝土的组合结构等。,钢结构的

7、主要发展方向： （1）发展高强度低合金钢材 （2）钢结构设计方法的改进 （3）结构形式的革新,1.4.3 钢结构应用示例,1、建筑结构,图1.4.1 国家大剧院网壳结构,图1.4.2 国家体育馆鸟巢,图1.4.3 苏州乐园宇宙大战馆球体屋面穹顶,图1.4.4台北 101大楼，508m高，2004年建成。,图1.4.5金茂大厦88层420.5米高1999年建成。,图1.4.6深圳地王大厦69层384m高1999年建成。,图1.4.7 单层工业厂房,图1.4.8 多层工业厂房,2、桥梁结构,图1.4.9 卢浦大桥，主跨550m ，2003年,图1.4.10 润扬长江大桥，2005年,图1.4.11

8、 苏通长江大桥,图1.4.12 芜湖长江大桥，主跨312m，2000年,图1.4.13 自锚式悬索桥,图1.4.14巴黎艾菲尔铁塔,3、塔结构,4、可拆卸和移动结构,图1.4.16 活动桥,图1.4.17 活动车库,图1.4.18 架桥机,图1.4.19 挂篮,第1.2节 钢结构的设计方法,1. 结构的作用与抗力2. 建筑结构的功能要求3. 结构的极限状态4. 结构的可靠性5.概率极限状态设计法,1.了解钢结构的设计准则和设计方法,本节目录,基本要求,2.掌握现行规范设计方法和设计表达式,1.2.1 结构的作用与抗力,1、作用 定义：施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原

9、因。 施加在结构上的集中力或分布力成为直接作用，也称为荷载；引起结构外加变形或约束变形的其他原因则称为间接作用（如地震、温度变化、基础不均匀沉降等）。,1.2.1 结构的作用与抗力,结构上的作用，在结构使用期间内其大小不随时间变化，或其变化量很小，与平均值相比可忽略，称之为恒荷载或永久荷载，如自重、土压力等；在结构使用期间内大小随时间变化，且变化量与平均值相比不能忽略，称之为可变荷载，如人群荷载、吊车荷载等；在结构使用期内不一定出现，而一旦出现其值就很大、持续时间很短的，称之为偶然作用，如地震作用、爆炸力等。 作用在结构或构件中引起的内力和变形成为荷载效应。,1.3.2 建筑结构的功能要求,（

10、1）安全性（2）适用性（3）耐久性,1.3.3 结构的极限状态,定义：结构的极限状态是指结构或构件能够满足设计规定的某一项功能要求的临界状态。,结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。,（1）承载能力极限状态,承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。包括以下几种状态：1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡2）构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过大变形 而不适于继续承载3）结构转变为机动体系4）结构或构件丧失稳定5）地基丧失承载能力而破坏,正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定值。包括以下几种状态：1）影响正常使用或外观

11、的变形2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂纹）3) 影响正常使用的振动4) 影响正常使用的其他特定形态,（2）正常使用极限状态,1.3.4 结构的可靠性,定义：结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性，是指结构在规定的时间内（设计基准期）和规定条件下（正常设计、施工、使用），完成预定功能的能力。可靠指标：可靠度度量的指标。 增大，可靠度增加。,1.3.5 概率极限状态设计法,（1）承载能力极限状态设计表达式,式中 结构重要性系数 R 结构构件抗力设计值 S 荷载效应组合设计值,1.3.5 概率极限状态设计法,（1）承载能力极限状态设计表达式,可变荷载控制的组合：,永久荷载效应控制

12、的组合：,永久荷载效应控制的组合：,1.3.5 概率极限状态设计法,（1）承载能力极限状态设计表达式,式中 永久荷载分布系数 第一个和其他第 i 个可变荷载分项系数 荷载组合值系数 简化式中采用的荷载组合值系数 按永久荷载标准值计算的荷载效应值 可变荷载中主导荷载标准值计算的荷载效应值 其他第 i 个可变荷载标准值计算的荷载效应值,1.3.5 概率极限状态设计法,（1）承载能力极限状态设计表达式,上式按传统习惯改为应力形式表达，以可变荷载控制组合为例：,式中 永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力 起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面 或连接中产生的应力 其他第 i 个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中 产生的应力,1.3.5 概率极限状态设计法,（1）正常使用极限状态设计表达式,式中 C 结构或构件达到正常使用要求的规定限值，如变形等。 钢结构只考虑荷载的标准组合S，并且只考虑荷载标准值产生的荷载效应，不乘分项系数，其表达式如下：,