钢结构课件第一章1绪论.ppt

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,,1,绪 论,,,,,,讲 课 张卉,,,钢 结 构,Steel Structure,,,1.1,钢结构的发展概况,1.2,钢结构的特点及应用,1.4,钢结构的设计方法和发展趋势,1.3,钢结构的主要结构形式,1.5,钢结构课程的学习,1,绪论,,钢结构是土木工程的主要结构形式之一。,钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。,1.1,钢结构的发展概况,,由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢以及钢索通过连接而形成的能够承担预定功能的结构体系。如房屋、桥

2、梁等，称为,钢结构,。,什么是钢结构,?,1.1,钢结构的发展概况,,古代,,,我国也是较早发明炼铁技术的国家之一，在河南辉县等地出土的大批战国时代（公元前,475,～前,221,年）的铁制生产工具说明，早在战国时期，我国的炼铁技术已很盛行。,,秦始皇年代已有铁桥墩，公元,60,～,70,年代，已建成铁链桥，此外还建有不少铁塔。,,早在公元前,2000,年左右，在人类古代文明的发祥地之一的美索不达米亚平原（位于现代伊拉克境内的幼发拉底河和底格里斯河之间）就出现了早期的炼铁术 。,,钢,(steel),是铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密不可分的。,1.1,钢结构的发展概况

3、,公元,65,年，汉明帝时代建造了,铁链悬桥,——,云南,“,兰津桥,”,1705,年建成的,四川泸定大渡河桥,，桥宽,2.8m,，跨长,100m,，由,9,根桥面铁链和,4,根桥栏铁链构成，两端系于直径,20cm,、长,4m,的生铁铸成的锚桩上。,公元,1061,年（宋代）在湖北荆州,玉泉寺,建成的,13,层铁塔,十九世纪五十年代前为,铸铁结构,，这是钢结构的前身结构。,,1851,年英国伦敦第一届世博会的,水晶宫,是铸铁结构的典型建筑,(9,万,m,2,,6,个月，用,4500,吨铸铁、,10,t,玻璃建成，,1936,年火毁,),。,它是英国工业革命时期的最具有代表性的建筑。,近代,,,

4、这是一座完全用钢铁和玻璃构造的“功能主义”建筑，一改维多利亚时代石头建筑庞大、笨重的建筑风格，不管是从外面看还是从里面瞧，都非常透亮，人们因此称它“水晶宫,,1870,年,生产型钢，标志着人类社会开始由,铸铁结构转为钢结构。,,巴黎的标志,——,艾菲尔铁塔,,,1889,年,为纪念法国大革命,100,周年建造的,艾菲尔铁塔,。,于,1887,年,11,月,26,日动工,1889,年,3,月,31,日竣工，历时,21,个月，铁塔占地,12.5,公顷，高,320.7,m,，,重,7000,t,,,由,18038,个优质钢铁部件和,250,万个铆钉铆接而成，建筑设计中最著名的是防范强风吹袭的对称钢结

5、构设计。,以艾菲尔铁塔为标志，,钢结构应用有,1,2,0,多年的历史,。,,第一座依照现代钢结构框架结构设计原理建造起来的高层建筑是,芝加哥家庭保险公司大厦,（,1883-1885,）共十层。这是真正意义上世界上建造的第一座钢结构大厦。,芝加哥家庭保险公司大厦,,Home Insurance Building,,芝加哥是美国摩天大楼的发源地,，从此人们建造的房屋越来越高，结构和功能都同传统建筑相比发生了非常大的改变。,,我国钢结构的发展概况,50,年代,,,为,初盛时期,（,156,项援建工程大部分为重型钢结构）,。,,,60-70,年代,,,为,限制使用,时期,，,当时中国钢产量仅,1,～,

6、2,千万吨，主要用于国防,.,机械业。当时国家政策建筑业中,“,凡是可用其它材料代替的，均不用钢结构建造,”,。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,。,二十世纪钢筋混凝土结构成为中国主导结构。,,,80-90,年代,后,,,出现了,新的发展时期,（,钢产量自,1996,年（实现,1,亿吨）起连续多年超亿吨,),,国家,鼓励建筑用钢,。,,建国以来 我国钢结构应用发展的三个时期,,刚解放时钢产量几乎是零,20,世纪,50~70,年代,：,应用较少,,,20,世纪,80,年代以来,：,飞速发展，广泛应用,。,,,自,1996,年以后，钢产量世

7、界第一；到,2012,年我国粗钢产量达,7,亿吨。,应用范围扩张,,高层建筑,,体育场馆,,机场航站楼,,会展中心,,剧院,,火车站,,飞机库,,工业厂房,,电视塔,结构体系丰富,,纯框架,,带支撑框架,,框筒,,网架网壳,,空间桁架,,刚架、拱架,,悬索、张弦梁,,索膜结构,,塔桅结构,,20,世纪,80,年代以来,：,飞速发展，广泛应用。,,自,1996,年以后，钢产量世界第一；如：网架结构的飞速发展；如：轻型门式刚架结构的飞速发展。,1949 十几万吨,,1990 5000万吨,,1995 7000万吨,,1996 1亿吨,,2000 1.285亿吨,,2004

8、 2.72亿,,2006 4.62亿吨,,2007 4.89亿吨,,2008 5.84亿吨,,,6.92亿吨,,,6.83,亿吨,,,7,亿吨,,7.8,亿吨,2013,年中国粗钢产量占全球,48.5%,,不锈钢产量占,48.3%,。,,,建筑用钢占各国钢材消费的比例都很高。,,,,中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的,20,％－,25,％；,,中国用于钢结构房屋建筑仅占,3%,左右,;,2010,年达到,6%,。,,欧盟,15,国占,41%;,,,美国占,21%;,,,日本占,43.2%,。,中外建筑钢结构应用比较,国家,中国,韩国,日本,美国,钢结构建筑总

9、量,/,建筑总量,6,％,20,％,50,％,68,％,我国钢结构应用现状，与发达国家比较,1.1,钢结构的发展概况,,从发达国家来看，钢结构建筑已成为主流。,,世界各国建筑业都是钢材的主要用户之一，工业发达国家在其建筑业的增长时期基本建设用钢量一般占钢材总量的,30%,以上。,我国各类钢结构工程建设消费钢材比例,,我国建设部建筑用钢发展规划,“,十五,”,期间建筑钢结构用钢达到总钢产量,3,％,2015,年建筑钢结构用钢达到总钢产量,6,％,节约用钢,,开始转向,,鼓励用钢,1.1,钢结构的发展概况,,钢结构建筑已经成为二十一世纪建筑结构的总趋势，成为一个国家国力和建筑水平、文明水平的重要标

10、志。,1.2,钢结构的特点及应用,1.2.1,钢结构的特点,1.2,钢结构的特点及应用,轻质高强，塑性好；,材性均匀可靠；,工业化程度高，施工工期短；,密闭性好；,抗震及抗动力性能好；,稳定性问题突出；,耐火性较差；,易腐蚀；,单价高。,60,年代,80,年代,90,年代,未来,0,250,500,750,1000,材料强度,/MPa,,,,,,,,,,,,,,,,,,,钢材屈服点,,钢材极限强度,,混凝土强度,,轻质高强、塑性好,——,更大的跨越能力，更高的发展空间。,材料,钢筋混凝土,木材,钢, (,kN/m,3),25,5,78,,= ,/,f,18×10,-4,5.4×10,-4

11、,2.7×10,-4,,= ,/,f,,——,密度强度比,,反映材料在承载条件下的轻质性。,,f,——,设计强度,(,kN/m,2,),1.2,钢结构的特点及应用,,这样的桥型才显示了钢材造桥的特点，但这还不是钢桥最典型的特点。,Steel Pier,RC Pier,钢桥墩和,RC,桥墩的设计截面比较,意大利罗马万神庙,墙厚,5.9m,，从墙到穹顶均用混凝土浇筑，穹顶从根部逐渐减薄，最薄处,1.5m,厚。穹顶直径,43.3m,，顶部园洞直径,8.9m,，穹顶高也是,43.3m,。,上海铁路南站,,世界第一超大透光钢结构屋顶，直径,278m,，由,54,根钢柱支撑而起，最高处离地面,42m,

12、，安装总面积达,6,万多,m,2,，屋面采用阳光板，可采光隔热。,,采用钢结构结构构件的尺寸已经变得很小，换来的是大片的空透采光空间，房屋失去了以前的厚重感觉,——,轻盈舒展,材质均匀,——,钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，为理想的弹塑性材料，,理论计算与实际结果吻合良好，更安全的结构。,RC,桥墩的倒塌,钢桥墩的损伤（局部屈曲）,1.2,钢结构的特点及应用,抗震及抗动力性能好,塑性和韧性好,——,钢材良好的塑性，使结构在一般情况下不会因超载而突然断裂，在破坏前变性增大，有明显征兆，易于补救；良好的韧性是结构适于承受冲击荷载和动力荷载，具有良好的抗震性能,工业化程度高,——,良好的加工性能

13、和焊接性能，易于工厂化生产，施工周期短、效率高、质量好。,1.2,钢结构的特点及应用,密闭性能好,——,钢材本身组织致密，焊接的钢结构可以做到完全密闭，具有良好的气密性和水密性。（,储存、运输,）,拆迁方便，可重复性使用性,——,质量轻，连接简便，拆装方便，灾后易修复、基础造价低、材料可回收和再生、节能、省地、同时又是绿色环保可持续发展的建筑材料，符合当前节地节能政策。,耐腐蚀性差,——,钢材在潮湿、腐蚀环境中易锈蚀，维护费用高。,1.2,钢结构的特点及应用,>>>>,耐候钢的开发与应用,耐火性差,——,钢材虽为非燃烧体，但裸露钢结构耐火极限一般为,15,～,20,分钟,。,1851,年世博会

14、结束后水晶宫移至伦敦南部的西得汉姆，并以更大的规模重新建造，,1854,年,6,月,10,日由维多利亚女王主持向公众开放。它作为伦敦的娱乐中心存在了,82,年。,1936,年,11,月,30,日晚上,6,点，在中央大厅的员工厕所内突然着火。很快大火烧遍了整幢建筑，第二天早上，除了一堆扭曲的金属和融化的玻璃，其它什么都没有留下。水晶宫的焚毁也宣告了辉煌的维多利亚时代结束。,纽约世界贸易中心大楼,1966,年开工，历时,7,年，,1973,年竣工以后，以,411m,的高度作为,110,层的摩天巨人而载入史册。大楼采用钢结构，用钢,7,万,8,千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“

15、世界之窗”之称。,,2001,年,9,月,11,日纽约世贸大楼双子塔遭受飞机撞击后，挺立了近两个小时之后突然坍塌。主要原因是波音,757,载油,35,吨 ，波音,767,载油,51,吨 ，大火燃烧，钢材变软，引起坍塌。,钢结构防火保护措施,1.2,钢结构的特点及应用,,钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势。,A,）恒载占比越大，采用钢结构越合理。,,B,）强震地区（受力小，延性好）,,C,）劳动力价格高（工业化生产，现场劳动力少）,,D,）软土地基（基础耗资小）,,E,）大跨、超高结构（结构效应函数值大）,1.2.2,钢结构的应用,,多层与高

16、层建筑（宾馆、办公楼、住宅等）,,大跨度建筑（体育馆、会展、机场、厂房）,,大跨度桥梁（公路桥、铁路桥）,,高耸构筑物（电视塔、发射塔、输电塔）,,密闭结构（油罐、煤气罐、天然气管道）,,轻型钢结构,,其它结构,,受动力荷载影响的结构（重工业厂房、钻井平台）,可拆移结构,1.2,钢结构的特点及应用,钢结构被誉为,21,世纪“绿色建筑”,,钢结构的适用范围,第一章 绪 论,国家大剧院,,总建筑面积近,15,万,m,2,，该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴,212.2m,，南北短轴,143.64m,，总高度,46.285m,。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，整体结构用钢量

17、达,6750t,。,,大跨度建筑,1.2,钢结构的特点及应用,,世界跨度最大的钢结构建筑,——,鸟巢,，建筑面积,25.8,万,m,2,，可容纳观众,9.1,万人，其中固定坐席,8,万座，临时坐席,1.1,万座。平面为椭圆形，,顶面呈鞍形，,长轴,332.3m,，短轴,296.4m,；最高点高度为,68.5m,，最低点高度为,42.8m,。大跨度屋盖支撑在,24,根桁架柱上，主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，有,22,榀主桁架直通或接近直通，少量主桁架在内环附近截断。钢结构大量采用由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主桁架与屋面及立面的次结构一起形成了“,鸟巢,”的特殊建筑造型。用钢,4.2

18、,万,t,，钢结构,焊缝总长,300,公里,。主看台部分采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。,单根桁架柱,立柱高,70m!,重,600t!!,1.2,钢结构的特点及应用,建设中的鸟巢,1.2,钢结构的特点及应用,世博演艺中心作为上海世博会最重要的永久性场馆之一。世博演艺中心的造型呈飞碟状，在不同角度与不同时间会呈现出不同形态。外观造型宛如从天而降的太空,“,飞碟,”,。根据规划，该演艺中心建筑面积,8,万,m,2,，地上约,4.5,万,m,2,,，地下约,3.5,万,m,2,，整个工程投资约合十一亿元人民币 。,世博演艺中心,,屋盖为大跨度焊接钢管拱形桁架网壳结构，主体

19、结构由,7,榀拱形主桁架通过次桁架和水平支撑组成。主桁架拱跨,94.6m,，矢高,27.5m,，相邻主桁架轴线距为,8m,。,华中科技大学光谷体育馆,1.2,钢结构的特点及应用,,拱形屋盖施工监测点,,,内部,华科大结构试验中心,,大型节点足尺模型试验,1.2,钢结构的特点及应用,1.2,钢结构的特点及应用,神龙轿车二期焊装车间,工业厂房,建设中的武汉重型机床厂,,苏格兰,Forth,海湾大桥是世界上第一座钢铁桥，建成于,1890,年，该桥主跨达,521.2m,，总长,1620m,，支承处桁高达,110m,。铁路高出水位,47.8m,，因风力过大，桥梁桁架做成向内倾斜，塔顶宽约,10m,，塔底

20、宽,36.6m,，全桥共计,3,个桥塔，六个伸臂，各长,206m,，悬跨长,107m,，为当时世界上最大的悬臂钢桁架桥，也是世界上最早采用平炉钢建造的桥梁。是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一。这是一座弦杆用管形杆件的双伸臂梁铁路桥，设计人承认，这座桥的结构系统是,从中国的木伸臂梁（鹊巢桥）演变而来的,。,苏格兰福斯海湾桥,1.2,钢结构的特点及应用,,大跨度桥梁,19,世纪的工程奇迹之一,,在,1878,年，,THOMAS BOUCH,建成了当时世界上最长的大桥，它横跨敦提的泰河海湾。,BOUCH,采用了铸铁河熟铁，使用了一种新的设计方法，这座大桥被认为是一个工程奇迹。建成不到两年，在,1879

21、,年,12,月,28,日的夜里，大桥在一场暴风雪中倒塌了，当时正好有一列承载着,75,人的列车经过，列车上所有的人都遇难了。这在当时是一场巨大的工程灾难，所以，,1882,年当设计,FORTH,海湾大桥的时候，设计者使用了更多的钢铁，这样做不仅使得大桥更安全，而且使公众看起来也觉的安全，并且是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一。,金门海湾大桥,1.2,钢结构的特点及应用,,金门大桥,(Golden Gate Bridge),，主桥,1966m,（主跨,1280 m,，边跨,344m,），建成于,1937,年，该桥塔采用钢结构，水面以上塔高,228m,，桥下净空,67m,。主梁也是钢结构，桥面宽,2

22、7m,。公路面宽,18m,，两边各设,3.3m,的人行道。两个锚碇各重,5.44,万,t,。主缆长度,2332m,，直径,0.92m,，主缆、吊索及附件总重,2.22,万,t,。,保持了,27,年是世界最大跨径的桥梁的记录。,,位于悉尼港，,1932,年建成。桥全长,1149.1m,，主跨,503m,，保持近半个世纪的世界桥跨记录。桥型为双铰中承式桁架拱，拱桁高度：拱顶处为,18.29m,，拱脚处为,57.25m,；两拱肋的中距,30m ,,桥面总宽为,48.8m,；主桥两端各设桥头堡和,5,孔钢梁引桥。全桥用钢量为,52,万,t,，其中拱桥用量,38,万,t,。世界著名造型奇特的悉尼大剧院建

23、在桥傍，二者相互辉映，相得益彰。,澳大利亚悉尼港桥,(Sydney Harbor Bridge) -,钢拱桥，,1.2,钢结构的特点及应用,,,位于日本本州岛与四国岛之间,跨越明石海峡的一座特大跨径的悬索桥。,,1998年,建成,通车,，大桥主桥全长,3910m,（,960+1991+960,），,,主跨1990,m,，是目前世界上主跨最长的悬索桥，钢桥塔高,297m,，也是世界上最高的桥塔。两根主缆各由,290,根高强钢索构成，直径为,1222m,，主缆的极限强度为,1800MPa,。,1.2,钢结构的特点及应用,日本明石海峡大桥,,南京大,勝関長江大橋,,2006年8月开工，2009年9月

24、开通。,世界,同类桥梁,最大,跨度,,6,跨连续钢,桁架,拱桥（109+192+2×336+192+109）,m,,铁路桥：,6,车轨高铁，,2,车轨城市轻轨。,,,,,,武汉天兴洲公铁两用长江大桥,,该大桥总,投资约,110,亿元,,,,是四线铁路，六车道公路的双塔三索面三主桁公铁两用特大型钢桁梁斜拉桥。大桥,正桥全长,4657m,，正桥主孔采用公铁合建长,2842m,，主跨为,504m,，,主桁宽度,30m,，,铁路设计速度为,200,公里,/,小时,。,,在当今世界同类型大桥中冠以“,跨度、荷载、速度、宽度,”,4,项第一：主跨,504m,，超越丹麦海峡大桥,490m,的跨度；承载,2,

25、万,t,荷载；可满足列车,250km,的运行时速，远超目前世界上同类大桥,120km,至,160km,里水平；主桁宽度,30m,。此外，天兴洲大桥能抵抗,11,级的地面风，可抗,300,年一遇的洪水，可抗烈度,7,度地震。,2009,年,5,月,3,日试通车。,1.2,钢结构的特点及应用,建设中的宁波大红鹰技术学校学生宿舍,外墙,内墙龙骨安装,,多层与高层建筑,1.2,钢结构的特点及应用,上海金茂大厦,位于上海浦东新区，陆家嘴金融贸易中心，采用钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及,钢柱结构,。建筑面积,28.9,万,m,2,，地下,3,层，地上,88,层，建筑高度,420.5m,，总用钢量,1.

26、8,万,t,。设计者为美国事务所。,,,1999,年,3,月,18,日,竣工,上海环球金融中心,,工程占地面积为,3,万,m,2,，总建筑面积达,38.16,万,m,2,。地上,101,层，地下,3,层，建筑主体净高,492m,，总用钢量,2.6,万,t,，采用钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱结构。,2008,年竣工。,1.2,钢结构的特点及应用,,中国,2010,年上海世界博览会，主题为“城市，让生活更美好”。,,永久建筑“一轴四馆”即,世博轴,、,中国馆,、,主题馆,、,世博中心,、,演艺中心,。,1.2,钢结构的特点及应用,,中国馆总建筑面积达,16.01,万,m,2,，由中国国家

27、馆、地区馆等组成。其中国家馆由,4,个钢筋混凝土核心筒立柱和钢结构组成，钢结构从柱高,33.3m,居中升起，层叠出挑，呈拱斗型，成为凝聚中国元素、象征中国精神的雕塑感造型主体,——,东方之冠,。浇筑混凝土,50,万,m,3,，制作吊装钢结构,2.2,万,t,，耗用电焊条,125t,，焊缝总长,18,公里。四根巨型钢筋混凝土核心筒，两个筒之间边长,70m,，而由其挑空托起的四方斗拱，顶层边长达,140m,，即屋顶宽度是底座宽度的,2,倍，,1.96,万,m,2,的屋顶，面积之大，相当于两个半足球场。,中国国家馆,1.2,钢结构的特点及应用,,深圳地王大厦,,地上,78,层，地下,3,层高,342

28、.95m,，加桅杆总高,383.95m,。于,1996,年完工，其建筑形体的设计灵感来源于中世纪西方的教堂和中国古代文化中通、透、瘦的精髓，它的宽高比例为,1:9,，创造了世界超高层建筑最扁最瘦的记录。地王大厦钢结构总量达,2.45,万,t,，高强度螺栓,50,万个,,,焊缝长,60,万,m,。,1.2,钢结构的特点及应用,,台北,101,——,楼高,101,层，总高度,508m,，世界第一高楼，,26,层以上以,8,层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。,台北,101,设置了,“,调谐质块阻尼器,”,（,tuned mass damper,，调质阻尼器），是在,88-92,楼层挂置一

29、个重达,660t,的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的因高空强风及台风引起的晃幅。,1.2,钢结构的特点及应用,,高雄,T&C,大厦,,T&C Tower S- 85/348,1.2,钢结构的特点及应用,,最终高度,818m,，,162,层。使用,33,万,m,3,混凝土、,7.8,万,t,钢材（动用了超过,31,万,m,3,的强化混凝土及,6.2,万吨的强化钢筋）及,14.2,万,m,2,玻璃。大厦内设有,56,部升降机，速度最高达每秒,10m,，另外还有双层的观光升降机，每次最多可载,42,人。,阿联酋迪拜塔,1.2,钢结构的特点及应用,东方明珠电视塔,,东方明珠广播电视塔

30、座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其,468,m,的高度成为亚洲第一高塔。她于,1994,年,11,月完工，总重量达,12,万,t,。,,,东方明珠塔由三根直径为九,m,的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,高耸构筑物,东京千年塔,巴黎的埃菲尔铁塔,东京晴空塔,东京天空树,广播电视塔,火箭发射塔,输电塔,,受动力荷载影响的结构,西安变压器厂（,400t,吊车）,1.2,钢结构的特点及应用,东方汽轮机厂,,密闭结构,大型储油罐,管道,大型煤气罐,1.2,钢结构的特点及应用,施工钢模,海上石油平台,可拆移结构,中国南极长城站综合仓库,1.2,钢结构的特点及应用,架桥机,汶川地

31、震光四川就用了,60,万套钢结构板房,,,轻型钢结构,1.2,钢结构的特点及应用,轻钢结构住宅,日本水户艺术馆,摩天轮,,其它结构,化工厂生产设备支架,1.2,钢结构的特点及应用,1.3,钢结构的主要结构形式,,桁架结构（杆系）,,框架结构（杆系）,,网架结构（杆系）,,拱结构（曲杆）,,板式结构（板）,,张拉结构,——,索桁架、斜拉索、悬索、索膜,※,结构的组成：,由若干个单元所组成的结构骨架。,※,基本单元：,承重体系中具有独立力学性能的构件。可以是杆件、板件、索等单元或这些单元的组合。,1.3,钢结构的主要结构形式,桁架,(,Truss),钢结构设计原理,Design Principle

32、s of Steel Structure,,,钢屋架,框架,(Frame),刚架,(Rigid Frame),网架结构是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成,空间杆系结构,，其外形成平板状。,网架结构,螺栓球节点,网架,(,Spatial Grid Structure; Space Truss Structure,),网壳,(,Spatial,Shell Structure,),,网壳结构同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，,但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状,。,,一般为单层或双层，按其外形为单曲面或双曲面而构成网状穹顶、网状筒壳以及双曲

33、抛物面网壳等多种形式。,,网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。,世博轴,6,个阳光谷每个高,40m,、均为下小上大的悬挑式单层网壳结构，上口最大直径为,90m,，节点总数为,10348,个，节点数繁多是工程钢结构的一个显著特性，在杆件制作及安装等方面均面临世界级挑战。,纵向跨度为,240m,，顶部高,55m,，拱形骨架有,12,度的倾角，其截面为,3.5m,2,。,,香港大球场,拱结构,(Arch Structure),板式结构,(Plated Structure),钢结构设计原理,Design Principles of Steel Structure,

34、,,,以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，,使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式,。,索,(Cable),索桁架、斜拉索、悬索,钢结构设计原理,Design Principles of Steel Structure,,,武汉军山长江大桥,（斜拉）,美国旧金山大桥,（悬索）,,,斜拉索在钢结构建筑物中的应用,1.3,钢结构的主要结构形式,,轴心受力构件,(Concentrically Loaded Member /Axial Force Member/Axial Member),,,—,拉杆,(Tension Member),,,—

35、,压杆,(Compression Member),,受弯构件,(Bending Member),,,—,梁,(Beam),,偏心受力构件,(,Eccentrically Loaded Member/Combined Compression and Bending Member),,,—,拉弯杆（偏心受拉,）,Eccentrically Loaded Tension Member,,,—,压弯杆（偏心受压）,,Eccentrically Loaded Comp. Member,,拱,(Arch),,索,(Cable),结构中构件主要受力形式,,本课程学习,1.3,钢结构的主要结构形式,,钢结构的

36、设计目的：,使所建造的结构能充分满足各种预定功能要求，并做到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量。,1.4,钢结构的设计方法和发展趋势,1.4.1,钢结构的设计方法,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,1.,结构设计的原则,1,）结构的功能要求：,安全性，适用性，耐久性,。,,能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；,,在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性；,,在正常使用时，具有良好的工作性能（结构的适用性要求）；,,在正常维护下，具有足够的耐久性（结构的耐久性要求）,。,（,1,）,使结构产生内力和变形,，,作用效应,，,外部因素,。,2,）,作用（,S,）,（,2,

37、）,荷载,,按随时间的变异分：,,永久,荷载：,恒载(,G),；,,可变,荷载：,活载(,Q),，,风载(,W),，雪载，积灰；,,偶然作用：,地震，,爆炸。还有,温度,，,沉降,；,,按结构反应（是否使结构产生不可忽略的加速度）：,静载，动载,（,1,）结构,承受作用的能力,，,结构特性,；,,（,2,）,与,结构,形式、尺寸、材料,性能,有关。,3,）,抗力（,R,）,（,1,）,设计基准期内（,一般,50年），,,（,2,）,安全性(,S0,，,或,R>S,，安全状态,,Z

38、<0,，,或,R

39、,Ps,），,失效概率,（,Pf,），,,Ps + Pf,＝,1,结构可靠度：,结构在规定的时间，规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。,,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,3.,设计表达式,统计变量,：,标准值,、,设计值,、,分项系数,,结构安全等级,：,,结构重要性分三级（,重要、一般、次要,）,对各类材料的规定,:,,对于,Q235,钢：,,R,=1.087,；,,Q345,、,Q390,、,Q420,钢：,,R,=1.111,,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,永久荷,载,,S,G,=,g,G,S,Gk,；,,可变荷,载,,S,Q,=,g

40、,Q,S,Qk,；,,抗 力,,R,=,R,k,/,g,R,,采用计算结构的失效概率或可靠指标与所定的最优失效概率或目标可靠指标相比较的设计方法较难掌握。,《,建筑结构可靠度设计统一标准,》(GB50068),规定结构构件的极限状态设计表达式，应根据各种极限状态的设计要求，采用有关的,荷载代表值,、,材料性能标准值,、,几何参数标准值,以及各种,分项系数,等表达。,钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。,,教材,P268~271,，、,7.12,、表,,在工程应用中，考虑到钢结构主要为单一材料制成，,钢结构设计中常采用应力形式表达的极限状态分项系数设计公式。,,可变荷载起控制作用时

41、：,永久荷载,起控制作用时：,1,）承载能力极限状态,对于一般排架和框架结构：,1.4,钢结构的设计方法和发展趋势,,按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。,Y,ci,：荷载组合系数；,,f,：材料强度设计值。,,g,o,：结构重要性系数，,g,o,=,1.1,(,一级,),；,g,o,=,1.0,(,二级,),；,g,o,=,0.9,(,三级,),；,g,G,=1.2,；,g,Q,=1.4,g,G,=1.35,；,g,Q,=1.4,（,2,）可变荷载的分项系数 （,g,Q,）,,,--,一般情况下应取,1.4,；,,,--,对标准值大于,4kN

42、/m,2,的工业房屋楼面结构的活荷载,,标准值应取,1.3,。,（,1,）永久荷载分项系数,（,g,G,）,当其效应对结构不利时,,,--,对可变荷载效应控制的组合，应取,1.2;,,--,对永久荷载效应控制的组合，应取,1.35;,当其效应对结构有利时,,,--,一般情况下应取,1.0,；,,,--,对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取,0.9,。,1.4,钢结构的设计方法和发展趋势,,ci,——,第,i,个可变荷载的组合值系数,,,按,《,建筑结构荷载规范,》,的,,规定采用；,,,——,简化设计表达式中采用的荷载组合系数，一般情况取,0.9,，,,只有一个可变荷载时取,1.0,；,（,

43、3,）荷载效应,S,GK,——,按永久荷载标准值计算的荷载效应值；,S,Q1k,、,S,Qik,——,按第一个和其它任意第个可变荷载标准值计算的可变荷载效应。,（,4,）组合系数,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,f,——,钢材或连接材料强度,设计值,。,R,(·)——,结构构件的抗力函数,,R,——,结构构件的抗力分项系数，其值应符合相关,《,规范,》,,,f,k,——,材料性能的标准值；,（,5,）抗力,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,,对于正常使用极限状态，要求分别采用,荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计,，并使变形等设计值不超过相应的规定限值。对于钢结构,只考虑荷载的

44、标准组合,。,,Gk,--,永久荷载标准值,在结构或构件中产生的变形值；,,,Q1k,—,起控制作用的,第,1,个,可变荷载的标准值,在结构或结构构件中产生的变形值（该值使计算结果为最大）；,2,）正常使用极限状态,,,Qik,--,其他第,i,个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值。,,,[,,]--,结构或结构构件的容许变形值。,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,1.4.2,钢结构的发展趋势,,钢结构非线性理论和方法更深入的探索,,,大跨度、复杂体系的钢结构施工吊装技术研发,,,高强度钢材、耐火、耐腐蚀钢材的研发,,钢结构构筑物、建筑物高度、跨度向更大方向发展,,,钢管混凝土

45、、钢,-,混凝土组合结构应用更多,,,大跨度桥梁与钢结构结缘,,,钢结构承重体系的民用住宅吸引房地产商开发。,1.4,钢结构的设计要求和发展趋势,1.5,本课程的学习,课程主要内容、特点,钢结构设计原理,,材料、连接、基本构件,,结构设计,结构力学,稳定理论,材料力学,,,,,材料学,工艺学,施工学,,材料标准,,设计规范,,制作标准,,验收标准,1.5,本课程的学习,授课学时计划,课堂讲授内容,计划学时,1,,绪论,3,2,,钢结构的材料,2,3,钢结构的可能破坏形式,1,4,连接,6,5,,轴向受力构件,5,6,,钢梁,5,7,,钢桁架,2,合计,24,,,1.5,本课程的学习,课程学习方

46、式与要求,,听课,出勤、笔记、复习、看课件,,,读书,教材、规范、参考书,,,作业,自己做，按时交,,,成绩,平时,20%+,考试,80,％,课堂纪律,请关闭手机或设置在振动,请不要将食物带入教室,请不要在座位上长时间交流、睡觉,请准时到课堂,1.5,本课程的学习,,整体,→,局部,→,整体,,基本理论、基本概念、基本方法放在首位,,归纳、分析、比较，加深理解,,理论联系实际,,通过本章的学习，,掌握钢结构的特点和钢结构的应用；了解钢结构按极限状态的设计方法，理解其设计表达式的应用；,初步了解钢结构的主要结构形式；了解钢结构在我国的发展趋势；为进一步深入学习钢结构知识打下基础。,1.5,本课程的学习,