钢结构讲义PPT课件

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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,*,钢 结 构,主讲人：杨 斌,1,参 考 资 料,钢结构设计规范,GB500172003,建筑结构荷载规范,GB500092001,钢结构设计原理 张耀春主编 高等教育出版社,钢结构 魏明钟主编 武汉工业大学出版社,钢结构 陈绍蕃主编 中国建筑工业出版社,2,第 一 章,概 述,3,1.1 钢结构的发展历史,公元前,200年，秦始皇时代，铁造桥墩；,公元60年，,汉明帝时代，铁链悬桥（兰津桥）,济宁寺,甘露寺,大渡河铁索桥,广州中山纪念堂圆屋顶,钱塘江大桥,南京长江大桥,首都体育馆,上海体育馆,大型企业厂房,

2、300多,年前,上世纪30年代,上世纪,5060,年代,4,中国国际贸易中心,京广中心大厦,深圳发展中心,地王大厦,黑龙江电视塔,1990,年北京亚运会场馆,现在，金茂大厦,421m，环球金融中心460m,帝国大厦381m,新加坡双塔大厦450m,sears tower 443m,世界贸易中心402m,结论：,材料：,连接：,结构形式：,上世纪,80,年代后,国外,桥,销钉,钢,锻铁,铸铁,铆钉,工业与民用建筑,塔,焊接,螺栓,5,金茂大厦,6,台北101大厦448/508,最高使用楼层438m,最高屋顶高度448m,7,环球金融中心,8,新加坡双塔大厦95层,9,10,11,12,世贸中心,

3、13,英国伦敦千年穹顶D320m,14,02年世界杯韩国大邱体育场,15,国家大剧院,16,上海八万人体育场,17,上海八万人体育场施工现场,组合钢管悬挑空间桁架70m多,18,澳门东亚运动会体育馆,19,澳门东亚运动会体育馆亚洲跨度最大的桁架,20,上海南站钢结构圆屋顶D265m,21,东海大桥钢结构工程长31km 海上段28km 桥宽31.5m,22,336m 320m,23,迪拜塔改名为“哈里发”,高度828米,24,建设中的迪拜塔,建筑高度是绝密，现已建成629m,25,迪拜塔效果图,26,鸟 巢,27,水立方,28,中国工程院院士 董石麟：“(水立方)结构形式我们现在,叫它多面体空间

4、钢架结构。这一种结构在过去，不单单,在我们国家，在世界上还是没有的”。,水立方,29,济南奥体中心效果图,（十一届全运会）,30,济南奥体中心,31,石家庄晋州近200米在建电视塔雨夜折断,整个电视塔高186.8米，,第一断裂处位于塔高56米处，,第二断裂处位于塔高约70米处。,32,a,石家庄晋州近200米在建电视塔雨夜折断,33,1.2 钢结构的特点和应用,一.钢结构的特点,1.自重轻、承载力高；,为同跨度、同荷载钢筋混凝土屋架的（1/31/4）重。,特别是地质条件差的地区，降低地基、基础的造价。,2.钢材的塑性和韧性好；（后面介绍）,3.接近于匀质等向体；,内部组织均匀，各方向物理性能基

5、本相同，在使用阶,段，变形较小。此特点与力学假定吻合较好。,4.焊接性能；,指钢材在焊接过程中和焊后，保持焊接部分不开裂的,完整性的性质。,5.不渗漏；,便于做成密闭容器。,6.制造简便、施工方便、具有良好的装配性；,34,7.耐腐蚀性差；,涂防腐漆,混凝土包裹,8.耐热好，防火差。,t,150，性能变化大,t,600,，强度为0,涂防火涂料,混凝土包裹,二.,钢结构的,应用,1.工业厂房,跨度、柱距较大，有100t以上重级或中级工作制吊车,的厂房，有热辐射的厂房。现什么厂房都可采用。,2.大跨结构,体育馆、会馆,解决办法,解决办法,钢屋架,网架、网壳、悬索,周围温度超过150，,采取防护措施

6、,厂房,35,3.高耸结构和高层结构,自重轻、截面小，减小风荷载。,4.受动力荷载作用的结构,钢材的韧性好，动力性能高。,5.容器与管道,6.可拆卸和移动的结构,如流动式展览馆、活动房。,7.其它。,如海洋平台、码头、输煤栈桥等。,总之，采用钢结构，工期短、造价高，应从综合经,济效益来考虑。,1.3,钢结构的设计方法,钢结构设计时，必须满足一定的设计准则，即在满,足功能要求的前提下，做到安全可靠、技术先进、确保,质量和经济合理。,36,一.安全系数法（,容许应力设计法,）,S：全部荷载引起的结构构件中的内力；,A：几何特性，即截面面积或截面抵抗矩等；,f,y,：材料的标准强度，针对钢材为屈服点

7、；,K：,安全系数。,安全系数凭经验而定，因而不同构件的安全度不可,能相同，故不合理。,注意：疲劳计算还采用此法。,二.极限状态设计法,当结构或其组成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时，此特定状态就,称为该功能的极限状态。,构件中应力,容许应力,极限状态：,37,承载力极限状态,正常使用极限状态,指结构或构件达到最大承载能力或是,出现不适于继续承载的变形。,包括静力强度、动力强度、稳定、倾覆等。,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；,如倾覆。,结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包,括疲劳强度），或因过度变形而不适于继续,承载；,结构转变为机动体系；,结构或结构构件

8、丧失稳定；,地基丧失承载能力而破坏。,指结构或构件达到正常使用或耐久,性的某项规定限值。,分为,具体为,承载力极限状态：,正常使用极限状态：,38,影响正常使用或外观的变形；,影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括,裂缝）；,影响正常使用的振动；,影响正常使用的其它特定状态。,1.极限状态设计法,是以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过,概率分析引入结构设计中。,根据应用概率分析的程度分为三种水准：,半概率极限状态设计法；,近似概率极限状态设计法；,全概率极限状态设计法。,是使结构产生内力和变形的所有原因。,又称荷载效应，以S表示,。,如荷载、温度变化、地震力等。,具体为,作用：,39,结构

9、或构件的承载力，以,R,表示。,它取决于材料的强度和构件的几何因素。,指结构在规定的时间内、规定的条件（正常设,计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成,预定功能的能力。,预定功能：就是对于规定的某种功能来说，结构,不失效。,可靠性是结构安全性、适用性、耐久性的概称。,用来衡量结构可靠性的指标。,指结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定,功能的概率。,当结构或构件的抗力等于荷载效应时，此结构或,构件达极限状态。,抗力：,可靠性：,可靠度：,40,极限状态方程,RS时，可靠,R0),p,f,g(R-S 0),41,所以，极限状态函数Z=R-S也是正态分布的随机变量。,Z的概率分布曲线,Z0,

10、失效概率,Z很难求出，而Z的特征值较易求。,用 、表示R、S的平均值,R,、,S,表示R、S的标准差,则Z的平均值,Z的标准差,从图中看出，p,f,与 至原点的距离有关，,计算复杂，想其它办法。,令 ，则 p,f,与,之间也存在相应关系，,大，则 p,f,小，反之亦然，,经理论计算，,与p,f,一一对应。,即 R-S,0失效,42,故,也可作为衡量结构可靠性的一个指标，称为,“可靠指标”。,当然，要满足结构构件承载能力的可靠指标要求，,不应小于规范规定值。,由于R、S采用了近似的正态分布，故算得的,、,P,f,值是近似的，故称为近似概率极限状态设计法。,由于Z的分布很难求出，P,f,计算复杂，

11、采用,代替,P,f,来度量结构的可靠性。,据统计资料，知R、S平均值和标准差后，即知,。,2.,设计表达式,按可靠指标设计不易掌握，,规范,将极限状态设计,公式等效地转化为分项系数设计公式。,分项系数不是凭经验而定，是以可靠指标,为基础,采用概率设计法求出。,对应查出,P,f,43,（1）,承载力极限状态,ZR-S0,SR,其中：R,K,：抗力标准值；,：材料抗力分项系数；,f,K,：钢材强度标准值；,A：截面几何因素；,f,d,：材料强度设计值。,S取值：,由活荷载效应控制的组合,由恒荷载效应控制的组合,偶然设计状况（如撞击、爆炸、火灾等）,引入结构重要性系数,1.1 重要结构,0.9 次要

12、结构,1.0 一般结构,应考虑,偶然组合：,基本组合,取不利组合,44,由活荷载效应控制的组合,式中：,：永久荷载的分项系数；,：第,i,个可变荷载的分项系数；,S,GK,：按永久荷载标准值,G,K,计算的荷载效应值；,：按可变荷载标准值,计算的荷载效应值；,：可变荷载,Q,i,的组合值系数（查规范）。,由恒荷载效应控制的组合,此处不区分各可变荷载作用的大小。,（）,45,取不利组合,仍用（）式，即：,由活荷载效应控制的组合,由恒荷载效应控制的组合,或,若仅有一个可变荷载，,组合值系数取为1.0,对框架、排架，公式简化为：,46,注：,基本组合中的设计值适用于荷载与荷载效应线性,的情况；,S,

13、Q1K,无法判断时，轮次以各可变荷载为S,Q1K,，然,后取不利者；,当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，可,变荷载仅取竖向荷载；,取值：,=1.2 （可变荷载效应控制时）,=1.35（永久荷载效应控制时）,当效应对结构,有利,时：=1.0,=1.4,=1.3(工业楼面活荷标准值4kN/m,2,),（2）正常使用极限状态,SC,式中：C：结构或构件达到正常使用要求的规定,限值。,当效应对结构,不利,时,取值：,47,S取值：,标准组合：,频遇组合：,准永久组合：,钢结构只考虑荷载的标准组合。,准永久组合适用于钢与混凝土组合梁，另外还得考,虑标准组合。,1.4 钢结构的新发展,1.高效能钢材

14、的研究和应用；,提高承载力：,H型钢,耐腐蚀钢、耐火钢。,2.设计准则的进一步完善；,现行准则还仅是构件或某一截面的可靠度。,准永久值系数,应考虑,Q235,Q345,Q390,Q420,强度更高,48,3.构件和结构稳定理论的进一步研究；,构件稳定研究的很多，,结构体系稳定研究的不够。,4.大跨度结构、高层结构、轻型钢结构的研究；,5.组合结构的研究,组合梁,钢管混凝土,1.5 钢结构设计中的主要问题,1.,钢材材质：,2.,稳定问题：,截面面积小,截面开展,3.,构造问题,指,构件截面的组成和连接方式，以及构件与构件间的,节点形式。,节点处，内力分布复杂，计算简化因而近似，处理不,当，可能导致构件或结构的破坏。,整体稳定、局部稳定,化学成分、冶金缺陷对钢材性能的影响。,49,