鋼結(jié)構(gòu)第一章學(xué)習(xí)教案

1、第一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。4.4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.3.掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并能正確地選擇鋼材；能正確地選擇鋼材；2.2.理解理解“鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)”的計(jì)算方法；的計(jì)算方法；1.1.了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況, ,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；本課程的基本要求本課程的基本要求5. 5. 掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和

2、各類構(gòu)件( (梁、梁、柱和屋架柱和屋架) )的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。第1頁(yè)/共55頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。教學(xué)參考書及規(guī)范教學(xué)參考書及規(guī)范:1.1.鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 魏明鐘魏明鐘 主編主編 武漢工業(yè)大學(xué)出版社武漢工業(yè)大學(xué)出版社2.2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50017-2003)GB50017-2003)7.7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。3.3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 （GB50205-2001)GB50205-2001)第2頁(yè)/共55頁(yè)第

3、三頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第3頁(yè)/共55頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。1. 1. 掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。2 2理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其設(shè)理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其設(shè) 計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。3 3了解鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。了解鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。第4頁(yè)/共55頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)澳大利亞啤酒中心澳大利亞啤酒中心第5頁(yè)/共55頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 2.2.鋼材的鋼材的塑性塑性和和韌性韌性好；好； 塑性塑性和和韌性韌性是

4、概念上完全不同的兩個(gè)物理量。是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。 塑性塑性承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。 塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而 突然斷裂，給人以安全保證；突然斷裂，給人以安全保證； 韌性韌性承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。 韌性好，說(shuō)明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。韌性好，說(shuō)明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。 第6頁(yè)/共55頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 鋼材屈服前看作彈性材料鋼材屈服前看作彈性材料, ,屈服以后看作塑性或屈服以后看作塑性或彈塑性

5、材料彈塑性材料4 4. .制作、安裝簡(jiǎn)便，工期短，符合工業(yè)化要求制作、安裝簡(jiǎn)便，工期短，符合工業(yè)化要求; ; 國(guó)國(guó)家家大大劇劇院院屋屋架架安安裝裝鋼結(jié)構(gòu)住宅鋼結(jié)構(gòu)住宅第7頁(yè)/共55頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第8頁(yè)/共55頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁第9頁(yè)/共55頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。天津體育場(chǎng)天津體育場(chǎng)千年穹頂千年穹頂西班牙迪加航空港上海會(huì)展中心第10頁(yè)/共55頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單層廠房單層廠房多層工業(yè)廠房多層工業(yè)廠房2. 2. 工業(yè)廠房工業(yè)廠房金陵石化總廠金陵石化總廠第11頁(yè)/共55頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期三

6、：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播放單擊圖片播放第12頁(yè)/共55頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播單擊圖片播放放第13頁(yè)/共55頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。3. 3. 承受動(dòng)力荷載及承受動(dòng)力荷載及 地震作用的結(jié)構(gòu)地震作用的結(jié)構(gòu)第14頁(yè)/共55頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播單擊圖片播放放第15頁(yè)/共55頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。帝王大帝王大廈廈4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金金茂茂大大廈廈8888層層42420 0米米北京財(cái)富中心北京財(cái)富中心第16頁(yè)/共55頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。東京千年塔東京千年塔第1

7、7頁(yè)/共55頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播放單擊圖片播放第18頁(yè)/共55頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播放單擊圖片播放第19頁(yè)/共55頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。5 5. .道路、橋梁結(jié)構(gòu)道路、橋梁結(jié)構(gòu)第20頁(yè)/共55頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播放單擊圖片播放第21頁(yè)/共55頁(yè)第二十二頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。6 6. .水利、水工結(jié)構(gòu)水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)海上石油平臺(tái)第22頁(yè)/共55頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。7. 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共55頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期

8、三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播單擊圖片播放放第24頁(yè)/共55頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第25頁(yè)/共55頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第26頁(yè)/共55頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分?；顒?dòng)車庫(kù)活動(dòng)車庫(kù)8.8.可拆卸、移動(dòng)房屋及可拆卸、移動(dòng)房屋及 移動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)結(jié)構(gòu)第27頁(yè)/共55頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。單擊圖片播放單擊圖片播放第28頁(yè)/共55頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。9.9.構(gòu)筑物構(gòu)筑物10.10.建筑小品建筑小品單擊圖片播放單擊圖片播放第29頁(yè)/共55頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。N-構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件

9、截面的內(nèi)力；A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征；F-鋼材的最大強(qiáng)度；鋼材的最大強(qiáng)度；K-K-大于大于1 1的安全系數(shù)；的安全系數(shù)；-鋼材的容許應(yīng)力。鋼材的容許應(yīng)力。第30頁(yè)/共55頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。(2) 極限狀態(tài)分為兩類：極限狀態(tài)分為兩類： b.b.正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 包括：包括：影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用的影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用的振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)。a.a.承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 包括：包括：強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載強(qiáng)

10、度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。 第31頁(yè)/共55頁(yè)第三十二頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第32頁(yè)/共55頁(yè)第三十三頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 N- N-構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件截面的內(nèi)力； A-A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征； K K1 1-荷載系數(shù)；荷載系數(shù)； K K2 2-材料系數(shù)材料系數(shù); ; K K3 3-調(diào)整系數(shù)；調(diào)整系數(shù)； f fykyk-鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； -鋼材容許應(yīng)力鋼材容許應(yīng)力第33頁(yè)/共55頁(yè)第三十四頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。式中：式中： g

11、 g（）-結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)； X Xi i(i(i1 1，2,2,n)-,n)-影響結(jié)構(gòu)可靠性的各物理量。影響結(jié)構(gòu)可靠性的各物理量。 第34頁(yè)/共55頁(yè)第三十五頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量-結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力R R、 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S S，則公式（，則公式（1-31-3）可以寫成：）可以寫成： Z Zg g（R R，S S）R RS S （1-41-4） 在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況：在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況： Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于可靠可靠狀態(tài)；狀態(tài)； Z Z0 0表示

12、結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于極限極限狀態(tài)狀態(tài) Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于失效失效狀態(tài)；狀態(tài)； 判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)， 為此，通常將下式：為此，通常將下式： Z Zg(Rg(R，S)S)R RS S0 0 (1-5)(1-5) 稱為稱為極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程。第35頁(yè)/共55頁(yè)第三十六頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。P Ps sPZ0PZ0 （1-61-6）結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率( (失效概率失效概率) )用用P Pf f表示，則：表示，則：P Pf fPZ0PZ0 （1-71-7）由于事件由于

13、事件Z0Z0與事件與事件ZZ0 0是對(duì)立事件，所以結(jié)是對(duì)立事件，所以結(jié)構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿足構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿足: : P Ps s P Pf f 1 1 或或 P Ps s1- P1- Pf f （1-81-8）第36頁(yè)/共55頁(yè)第三十七頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。f(z)f(z)P Pf fz zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線Z=R-SZ=R-S Z令：令：Z Z、R R、S S的平均值分別為的平均值分別為 z z、R R、s s，標(biāo)準(zhǔn)差分，標(biāo)準(zhǔn)差分 別為別為z z、R R、s s，則，則: : 第37頁(yè)/共55頁(yè)第三十八頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 f

14、(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZZ=R-SZ=R-SZZZ 因因 服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫成：服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫成：式中式中: : ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；-1-1( ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù) 的反函數(shù)的反函數(shù)。第38頁(yè)/共55頁(yè)第三十九頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZZ=R-Z=R-S S單擊圖片播放單擊圖片播放第39頁(yè)/共55頁(yè)第四十頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。fP標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí) 與與 的對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)值值 pf4.04.

15、03.17X103.17X10-5-53.73.71.08X101.08X10-4-43 .3 .2 26.87X106.87X10-4-41.35X101.35X10-3-33.03.0 的計(jì)算的計(jì)算: : 將式將式(1-10)(1-10)、(1-11)(1-11)代入代入的定義的定義式得：式得：第40頁(yè)/共55頁(yè)第四十一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第41頁(yè)/共55頁(yè)第四十二頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第42頁(yè)/共55頁(yè)第四十三頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。荷載效應(yīng)組合如下：荷載效應(yīng)組合如下：2.2.由永久荷載效應(yīng)控制的組合：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：3.3.荷載分項(xiàng)系數(shù)取值

16、如下：荷載分項(xiàng)系數(shù)取值如下：1.1.由可變荷載效應(yīng)控制的組合：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：第43頁(yè)/共55頁(yè)第四十四頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第44頁(yè)/共55頁(yè)第四十五頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表達(dá)式用對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表達(dá)式用應(yīng)力形式表示。應(yīng)力形式表示。 可變荷載起控制作用時(shí)：可變荷載起控制作用時(shí)：永久荷載永久荷載起控制作用時(shí)：起控制作用時(shí)：AASSQikQikGkGk ,式中：式中：4、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第45頁(yè)/共55頁(yè)第四十六頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。

17、-鋼材或連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值。-鋼材或連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值。-鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235Q235鋼鋼R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420鋼鋼R R=1.111=1.111 。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。第46頁(yè)/共55頁(yè)第四十七頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第47頁(yè)/共55頁(yè)第四十八頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第48頁(yè)/共55頁(yè)第四十九頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第49頁(yè)/共55頁(yè)

18、第五十頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。第50頁(yè)/共55頁(yè)第五十一頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。(二二) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)1.1. 對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合頻遇組合和準(zhǔn)永久組合，并使變形等不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限，并使變形等不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限值。值。Gk Gk -永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的 變形值；變形值；Q1kQ1k-第第1個(gè)個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中 產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；第51頁(yè)/共55頁(yè)第五十二頁(yè)，編輯于星期三：三點(diǎn) 五十八分。 QikQik-其他第其他第i i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn) 生的變形值。生的變形值。 -結(jié)