鋼結構課件57369

1、第一章第一章 緒緒 論論本章的主要內容本章的主要內容: : 鋼結構的特點及應用范圍鋼結構的特點及應用范圍 本課程的學習方法本課程的學習方法一、什么是鋼結構一、什么是鋼結構1）定義：）定義：鋼結構是鋼結構是鋼材鋼材經過經過設計設計、制作制作和和安裝安裝而形成的工程而形成的工程結構形式結構形式2 2、鋼結構鋼結構課與其它專業(yè)課之間的關系課與其它專業(yè)課之間的關系鋼結構設計需要鋼結構設計需要: : 理論基礎理論基礎+ +工程經驗工程經驗 設計過程：設計過程：整體結構整體結構分析分析結構力學結構力學為基礎為基礎 單個單個構件構件分析分析材料力學材料力學為基礎為基礎 連接連接分析分析結合工程實際結合工程實

2、際二、鋼結構的特點二、鋼結構的特點材質均勻，可靠性高材質均勻，可靠性高強度高，重量輕強度高，重量輕塑性韌性塑性韌性、抗震性能、抗震性能好好便于機械化制造，施工期短便于機械化制造，施工期短可回收，建筑造型美觀可回收，建筑造型美觀耐火性和耐腐蝕性差耐火性和耐腐蝕性差低低溫溫等條件下，發(fā)生脆性斷裂等條件下，發(fā)生脆性斷裂三、三、鋼結構的應用范圍鋼結構的應用范圍（1 1）工業(yè)廠房）工業(yè)廠房鋼鐵、化工、機械、發(fā)電鋼鐵、化工、機械、發(fā)電 （2 2）大跨度建筑物）大跨度建筑物體育館、展覽館、影劇院、體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機庫會議中心、機庫 （3 3）大跨度橋梁）大跨度橋梁公路，鐵路，跨江，跨海公路

3、，鐵路，跨江，跨海 （4 4）多層和高層建筑）多層和高層建筑 上海上海 美國紐約世貿大廈美國紐約世貿大廈（5 5）塔桅結構）塔桅結構電視塔、天線、發(fā)射架、管道支架電視塔、天線、發(fā)射架、管道支架 （6 6）容器和管道）容器和管道油罐、儲氣罐油罐、儲氣罐 （7 7）可拆卸、移動的結構）可拆卸、移動的結構舞臺舞臺、展棚、展棚、軍用設施軍用設施、溫室溫室 北京中華世紀壇北京中華世紀壇（8 8）輕型結構）輕型結構廠房、住宅、公共建筑廠房、住宅、公共建筑 （9 9）在地震區(qū)抗震要求高的工程結構。）在地震區(qū)抗震要求高的工程結構。四、四、鋼結構體系鋼結構體系1 1、桿、桿受力受力：受拉受拉, ,受壓受壓應用應

4、用：桁架、支撐、網架桁架、支撐、網架2 2、梁、梁受力：受力：受彎受彎應用：應用： 框架、樓層梁框架、樓層梁、吊車梁、吊車梁3 3、桁架、桁架受力：受力：整體受彎，桿件受拉，受壓整體受彎，桿件受拉，受壓應用應用：屋架、支撐屋架、支撐4 4、框架、框架受力：受力：梁受彎，柱受壓彎梁受彎，柱受壓彎應用應用：單層、多高層建筑：單層、多高層建筑5 5、拱、拱受力：受力：受壓為主，局部受彎受壓為主，局部受彎應用應用：桁架拱、薄板拱桁架拱、薄板拱6 6、空間（剛性、空間（剛性）受力：受力：整體受彎，局部受拉整體受彎，局部受拉應用應用：網架，網殼，拱殼網架，網殼，拱殼7 7、張力、張力( (非線性非線性）受

5、力：受力：整體受彎，局部桿件受拉為主整體受彎，局部桿件受拉為主應用應用：索，網，膜，索，網，膜，索穹頂結構索穹頂結構部分已建成索穹頂工程1、漢城奧運會體操館（D=119.8m)；2、漢城奧運會擊劍館（D=89.9m)；3、佛羅里達州雷聲穹頂（D=210m)；4、德國科隆比賽館（橢圓140160m)；5、伊利諾斯州大學紅鳥體育館（橢圓91.476.8m)；6、荷蘭赫倫文溜冰場（橢圓90200m)； 7、亞特蘭大喬治亞穹頂（橢圓193240m)；五、五、我國鋼結構的應用前景我國鋼結構的應用前景（1 1）鋼產量穩(wěn)步增長，鋼產量穩(wěn)步增長，質量可靠質量可靠： 2001年鋼材量達到1.57億噸，2003年

6、達2億噸，穩(wěn)居世界第一； 中國鋼材產量 1 9 7 8 -2001 中國鋼材產量 1 9 7 8 -2001 萬噸萬噸02000400060008000100001200014000160001800078798081828384858687888990919293949596979899 2000 2001年份產量（2 2）擴大鋼材）擴大鋼材建筑建筑市場市場：目前僅：目前僅3-5%3-5%；（3 3）擴大應用范圍）擴大應用范圍：住宅、公共、商業(yè)：住宅、公共、商業(yè)； 中國經濟持續(xù)快速增長； 我國進入WTO； 2008年奧運會將在北京召開； 2010年世博會在上海召開； 建設部制定建筑鋼結構“十

7、五”規(guī)劃和2015發(fā)展綱要。（4 4）新材料：不銹鋼，耐候鋼，高強鋼；新材料：不銹鋼，耐候鋼，高強鋼；5050年代：年代：A3A3鋼（鋼（16q16q）：）：235Mpa235Mpa；6060年代：年代：16Mn16Mn（16Mnq16Mnq）：）：340Mpa340Mpa；7070年代：年代：15MnV15MnV：390Mpa390Mpa； 15MnVNq15MnVNq：450Mpa450Mpa；GB50017-2003:Q235,Q345,Q390,Q420GB50017-2003:Q235,Q345,Q390,Q420（5 5）規(guī)范規(guī)范( (程程) )和設計理論的不斷完善和設計理論的不斷

8、完善1)結構設計結構設計 1、鋼結構設計規(guī)范（GB 50017-2003）； 2、冷彎薄壁型鋼結構術規(guī)范（GB 50018-2003）； 3、網架結構設計與施工規(guī)程（JCJ7-91）； 4、門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程（CSCS 102:2003）； 5、型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程（JGJ 138-2001）； 6、鋼混凝土組合結構設計規(guī)程（DL/T 5058-1999）；2)施工驗收施工驗收 1、鋼結構質量驗收規(guī)范（GB 50205-2001）； 2、建筑鋼結構焊接與驗收規(guī)程（JGJ 81-91）； 3、鋼管混凝土結構設計施工規(guī)程（9082-97） （6 6）新體系）新體系、新理論：、新理

9、論：組合結構組合結構，輕鋼，索膜，輕鋼，索膜；鋼鋼- -混凝土組合結構：混凝土組合結構：組合梁：組合梁： 簡支、連續(xù)、剛接、組合扁梁簡支、連續(xù)、剛接、組合扁梁組合柱：組合柱： 鋼管混凝土柱、勁性鋼管混凝土柱、勁性( (鋼骨鋼骨) )混凝土柱混凝土柱組合樓板：壓型鋼板組合梁、疊合板組合梁、現澆組合梁組合樓板：壓型鋼板組合梁、疊合板組合梁、現澆組合梁 （7 7）建筑結構一體化：新穎結構形式表現建筑）建筑結構一體化：新穎結構形式表現建筑。索梁結構索梁結構(Beam String Structure)懸支穹頂結構懸支穹頂結構(Suspen Dome)1. 課程的性質及主要內容課程的性質及主要內容 鋼結

10、構課程是全國高等教育土木工程專業(yè)的鋼結構課程是全國高等教育土木工程專業(yè)的核心課程之一，從此課程中我們可獲得很多有關核心課程之一，從此課程中我們可獲得很多有關建筑結構的概念、計算方法和設計技能建筑結構的概念、計算方法和設計技能. 通過本課程的學習通過本課程的學習,我們可深刻理解鋼材的基我們可深刻理解鋼材的基本性能，梁、柱等基本構件及其連接的工作性能，本性能，梁、柱等基本構件及其連接的工作性能，掌握這些方面的基本知識、基本理論和構造原則；掌握這些方面的基本知識、基本理論和構造原則；能正確使用鋼結構設計規(guī)范，進行基本構件的設能正確使用鋼結構設計規(guī)范，進行基本構件的設計計.鋼結構鋼結構(1(1) )鋼

11、結構基本構件鋼結構基本構件 緒論緒論 鋼結構的材料鋼結構的材料 鋼結構的連接鋼結構的連接軸心受力構件（桿軸心受力構件（桿）受彎構件（梁受彎構件（梁）拉彎和壓彎構件（柱拉彎和壓彎構件（柱）2. 鋼結構課程的學習方法鋼結構課程的學習方法 對鋼結構課程的學習首先應將基本理論和基對鋼結構課程的學習首先應將基本理論和基本概念放在重要位置，并要對材料合理選用、本概念放在重要位置，并要對材料合理選用、連接計算、基本構件計算和結構設計等內容認連接計算、基本構件計算和結構設計等內容認真學習，善于歸納、分析和比較，并不斷加深真學習，善于歸納、分析和比較，并不斷加深理解。理解。 同時，還需聯(lián)系工程實踐，吸取感性知識

12、。同時，還需聯(lián)系工程實踐，吸取感性知識。 另外，在設計和做習題時，應條理清晰、步另外，在設計和做習題時，應條理清晰、步驟分明、計量單位采用得當，以避免計算中的驟分明、計量單位采用得當，以避免計算中的遺漏和失誤。遺漏和失誤。一、結構設計的原則一、結構設計的原則1 1、目標、目標（1）承受各種作用，滿足功能）承受各種作用，滿足功能要求；要求； 安全性安全性:承受作用承受作用,保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定,不倒塌不倒塌; 適用性適用性:工作性能良好工作性能良好,滿足使用要求滿足使用要求; 耐久性耐久性:隨時間仍能滿足使用要求。隨時間仍能滿足使用要求。（2）技術先進，經濟合理）技術先進，經濟合理， 安全適用，確保

13、質量安全適用，確保質量。2 2、作用（、作用（S S）（1）使結構產生效應）使結構產生效應(內力、變形內力、變形、應力、應力、 應變等應變等)各種原因的總稱各種原因的總稱, 直接作用直接作用:荷載荷載 間接作用間接作用:變形變形(溫度溫度, 沉降沉降,地震地震等等) 永久作用：永久作用： 可變作用：可變作用： 偶然作用：偶然作用：（2）荷載荷載 恒載恒載(G)，活載，活載(Q)，風載，風載(W); 靜載靜載, 動載。動載。（3）作用效應）作用效應(S):作用引起的內力和變形：作用引起的內力和變形： 荷載效應：荷載效應：S=CQ3 3、抗力（、抗力（R R）（1）結構）結構承受作用的能力承受作用

14、的能力(承載能力、剛度等承載能力、剛度等)， 屬結構特性屬結構特性參量；參量；（2）與與結構結構形式形式、幾何參數幾何參數、材料、材料性能性能(強度、強度、 彈性模量彈性模量)和計算模型和計算模型有關有關。4 4、功能、功能（1）設計基準期設計基準期（一般一般5050年年，也有，也有100100年和年和2525年年），），（2）滿足功能要求：）滿足功能要求：安全性安全性( (S0，或，或RS，安全狀態(tài)；，安全狀態(tài)； Z0，或，或RS，失效狀態(tài)；，失效狀態(tài)； Z=0，或，或R=S，極限狀態(tài)，極限狀態(tài) 一次二階矩一次二階矩 （隨機變量的（隨機變量的 平均值、方差）平均值、方差）(4)(4)可靠度指

15、標可靠度指標 可靠度可靠度度量結構可靠性的指標；度量結構可靠性的指標； 安全度安全度度量結構安全性的指標；度量結構安全性的指標； 可靠概率可靠概率（Ps），）， 失效概率失效概率（Pf）: Ps + Pf =1, 可靠度指標可靠度指標的確定采用了的確定采用了校準法校準法 計算復雜。計算復雜。(5)(5)結構安全等級結構安全等級（建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準GB50068） 結構重要性分三級（結構重要性分三級（一級、二級、三級一級、二級、三級） 一般工業(yè)與民用建筑鋼結構的安全等級為一般工業(yè)與民用建筑鋼結構的安全等級為二級二級, ,特殊另定。特殊另定。 結構安全等級與可靠

16、度指標結構安全等級與可靠度指標b b和失效概率和失效概率Pf的關系的關系破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)2.7(3.47x10-3)脆性破壞4.2(1.34x10-5)3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)三、設計表達式三、設計表達式1 1、統(tǒng)計變量統(tǒng)計變量： 標準值，設計值，分項系數標準值，設計值，分項系數； 恒載恒載SG=gGSGk；活載活載SQ=gQSQk；抗力抗力R=Rk/gR2 2、荷載組合、荷載組合： 設計基準期內荷載的最不利組合，即考慮若干種荷載設計基準期內荷載的最不利組合，即考慮若干種荷載共同作用引起

17、的荷載組合。共同作用引起的荷載組合。 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：應考慮荷載效應的基本組合，必應考慮荷載效應的基本組合，必要時尚應考慮荷載效應的偶然組合；要時尚應考慮荷載效應的偶然組合； 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)：應考慮荷載效應的標準值，對鋼應考慮荷載效應的標準值，對鋼與混凝土組合梁，尚應考慮準永久組合。與混凝土組合梁，尚應考慮準永久組合。3 3、由可變荷載效應控制的組合、由可變荷載效應控制的組合表達式表達式（承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài))g gG =永久永久(恒恒)荷載分項系數：一般情況下取荷載分項系數：一般情況下取1.2，當其效應對結構，當其效應對結構 有利時取有利時取1

18、.0，對抗傾覆和滑移有利的可取對抗傾覆和滑移有利的可取0.9 ；g gQ1, g gQi=可變荷載分項系數：一般情況下取取可變荷載分項系數：一般情況下取取1.4，有時取，有時取1.3(樓樓 面活荷載標準值大于等于面活荷載標準值大于等于4kN/m2) ；g gR=結構構件抗力分項系數：取結構構件抗力分項系數：取1.087(Q235,Q345) 1.111(Q390)。yci=第第i i個可變荷載個可變荷載組合值系數：有風荷載組合時取組合值系數：有風荷載組合時取0.6，無風荷，無風荷 載組合時取載組合時取1.0(高聳建筑物和特殊情況另定高聳建筑物和特殊情況另定);go =結構重要性指標：結構重要性

19、指標：go=1.1(一級一級);go=1.0 (二級二級); go=0.9 (三級三級)。ak =結構幾何特性；結構幾何特性； f =材料強度設計值。材料強度設計值。Rk2QikQciQ1kQ1Gko/)SSS(ggygggRniiGfafaRkRkkRk/gg 4 4、由永久荷載效應控制的組合：、由永久荷載效應控制的組合：1()/noGGkciQiQikkRiSSRggy gg當永久荷載的效應對結構不利時取當永久荷載的效應對結構不利時取g gG=1.35 5 5、框架、排架結構由可變荷載效應控制時、框架、排架結構由可變荷載效應控制時 承載能力極限狀態(tài)的簡化應力計算式：承載能力極限狀態(tài)的簡化應力計算式：faniiGk1QikQGko/ )SS(gygg一般情況下一般情況下y y=0.90，當只有一個可變荷載時，取當只有一個可變荷載時，取y y=1.06 6、正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)設計表達式設計表達式有風載參與組合時有風載參與組合時y y=0.85；w w為限制值（變形、剛度）為限制值（變形、剛度）一般表達式一般表達式： wniQiKciKQGKSSS21簡化表達式簡化表達式：/