鋼結構應用與原理參考

鋼結構應用與原理參考鋼結構課程的學習方法根據教學大綱要求，課程只講鋼結構的基本構件部分；本課程的特點是：大家對鋼結構的感性認識少，結構構造復雜，理論性強（特別是穩(wěn)定理論）；受課時限制，不能過多的詳解例題，一定要記好筆記，從機理理解一些理論問題，加強課前預習與課后復習；多作習題與思考題，避免眼高手低。第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第1章緒論第一節(jié)我國鋼結構的概況1、古代鋼結構鐵鏈橋蘭津橋（西南地區(qū)）建于公元58～75年，比歐洲早70余年云南沅江大橋貴州盤江大橋四川瀘定大渡河橋第3頁,共40頁，2024年2月25日，星期天鐵塔（古代七大鐵塔）

湖北荊州玉泉寺13層鐵塔（宋代公元1061年）山東濟寧鐵塔寺鐵塔（建于公元1105年，鐵塔包括座、塔剎共11層，高23.8米，呈八角型）江蘇鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔聊城鐵塔：山東省聊城興隆寺內，建筑年代在宋金之間，塔也是八角13層泰山鐵塔：在山東泰安市。建于明嘉靖十二年（1533年），塔身分層鑄造，呈六角13層?，F(xiàn)僅存下部3層。千佛鐵塔：坐落在陜西咸陽市社鎮(zhèn)。塔呈方形10層，此塔是我國古代最高的鐵塔，建于明代。孤山鐵塔：在陜西省府谷縣。塔形錐筆形，分12層。是明代所建，現(xiàn)僅存遺跡了。山東濟寧鐵塔寺鐵塔第4頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、現(xiàn)代鋼結構什么是鋼結構？一些典型的鋼結構建筑鋼結構是鋼材（鋼板和型鋼）經過設計、加工，形成各種基本構件，如拉桿（有時還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構件按一定的方式通過焊接和螺栓等方式連接組成的工程結構形式。五大結構形式：鋼筋混凝土結構砌體結構木結構鋼結構組合結構第5頁,共40頁，2024年2月25日，星期天“銀色彎弓”架浦江——全鋼結構盧浦大橋1、什么是鋼結構第6頁,共40頁，2024年2月25日，星期天南浦大橋夜景第7頁,共40頁，2024年2月25日，星期天大跨度鋼結構屋蓋第8頁,共40頁，2024年2月25日，星期天鋼結構高層建筑第9頁,共40頁，2024年2月25日，星期天德國斯圖加特體育場膜結構工程第10頁,共40頁，2024年2月25日，星期天合肥市工業(yè)大學新校區(qū)露天劇場第11頁,共40頁，2024年2月25日，星期天哈爾濱國際體育會展中心第12頁,共40頁，2024年2月25日，星期天鋼結構的主要形式及應用（1）桁架

平面桁架

空間桁架(網架)第13頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（2）框架

第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（3）拱架

第15頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（4）索

第16頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（5）殼體第17頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)鋼結構的特點和應用范圍1、特點①強度高，重量輕②塑性、韌性好③材質均勻，工作可靠性高④適于于機械化加工，工業(yè)化生產程度高⑤減少砂、石、灰用量，減輕對再生資源的破壞⑥環(huán)保、可回收再利用，建筑造型美觀⑦密閉性能好,能制成不滲漏的密閉容器⑧耐熱性能好，耐火性能差。⑨耐腐蝕性差第18頁,共40頁，2024年2月25日，星期天鋼和混凝土容重比：3.4強度比：210～136所以重量輕

好處:(1)便于運輸和安裝(2)可跨越更大的跨度容量：kN/m3設計強度/MPa拉壓鋼材76.9220～360220～360混凝土22.61.05～2.658.50～32.5第19頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、應用范圍①重型廠房、受振動荷載作用的廠房結構第20頁,共40頁，2024年2月25日，星期天②大跨度建筑物體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機庫

第21頁,共40頁，2024年2月25日，星期天③多層、高層和超高層建筑第22頁,共40頁，2024年2月25日，星期天④輕型鋼結構輕型鋼結構是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義。以下結構都可稱為輕型鋼結構：①由冷彎薄壁型鋼組成的結構；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；④由圓管、方管、矩形管組成的結構；⑤由薄鋼板焊成的構件組成的結構；⑥由以上各種構件組成的結構。第23頁,共40頁，2024年2月25日，星期天塔桅結構電視塔、天線、發(fā)射架、海洋平臺第24頁,共40頁，2024年2月25日，星期天可拆卸和搬遷的結構流動展覽館、舞臺、施工時的臨時房屋、溫室大棚等第25頁,共40頁，2024年2月25日，星期天板殼結構儲油庫、煤氣庫、高爐等各種容器第26頁,共40頁，2024年2月25日，星期天⑧大跨度橋梁第27頁,共40頁，2024年2月25日，星期天⑨特種結構海洋平臺、水工閘門、鍋爐骨架、起重機、棧橋、管道支架井架第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)鋼結構的發(fā)展

鋼結構是由生鐵結構逐步發(fā)展起來的，中國是最早用鐵制造承重結構的國家。遠在秦始皇時代（公元前二百多年），就有了用鐵建造的橋墩。以后在深山峽谷上建造鐵鏈懸橋、鐵塔等，這些表明我國古代建筑和冶金技術方面的高度水平。20世紀50年代后，鋼結構的設計、制造、安裝水平有了很大提高，建成了大量鋼結構工程，有些在規(guī)模上和技術上已達到世界先進水平。如采用大跨度網架結構的首都體育館、上海體育館、深圳體育館，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵馬俑陳列館，懸索結構的北京工人體育館、浙江體育館，高聳結構中的200m高廣州廣播電視塔、210m高上海廣播電視塔、325m高北京氣象桅桿等，板殼結構中有效容積達54000m3的濕式儲氣柜等。

第29頁,共40頁，2024年2月25日，星期天近期，隨著鋼結構設計理論、制造、安裝等方面技術的迅猛發(fā)展，各地建成了大量的高層鋼結構建筑、輕鋼結構、高聳結構、市政設施等。如：位于上海浦東、420.5m高、88層、總建筑面積達28.7萬m2的金貿大廈；總建筑面積達20萬m2的上海浦東國際機場；主體建筑東西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容納8萬名觀眾的上海體育場；336m高、建于哈爾濱的黑龍江廣播電視塔以及橫跨黃浦江的南浦大橋、楊浦大橋、盧浦大橋等。第30頁,共40頁，2024年2月25日，星期天鋼結構的發(fā)展方向一、研制高強度、特種鋼材高強度Q420耐候鋼，耐候性是普通鋼材的2～8倍耐火鋼，600度時屈服點不低于2/3Z向鋼,抗層狀撕裂能力強第31頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、推廣應用新型鋼材成品（1）H型鋼、T型鋼（2）彩（色）涂（層）鋼板、熱鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板（3）冷彎（薄壁）型鋼第32頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、改進設計方法

建筑科學研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究總院PS2000等

四、新型結構體系的應用和發(fā)展

1、大跨空間結構－－網架和網殼結構，張弦桁架、懸掛結構

2、輕鋼結構－－變截面輕鋼門式剛架、金屬拱型波紋屋蓋、輕鋼結構住宅

3、直接焊接鋼管結構4、鋼結構的高層建筑5、鋼-混凝土組合結構和混合結構6、索膜結構7、預應力鋼結構第34頁,共40頁，2024年2月25日，星期天建筑業(yè)十項新技術八、鋼結構技術

1.主要技術內容

(1)高層鋼結構技術。根據建筑高度和設計要求分別采用框架、框架－支撐、筒體和巨型框架結構，其構件可采用鋼、勁性鋼筋混凝土或鋼管混凝土。鋼構件質輕延性好，可采用焊接型鋼或軋制型鋼，適用于超高層建筑；勁性鋼筋混凝土構件剛度大，防火性能好，適用于中高層建筑或底部結構；鋼管混凝土施工簡便，僅用于柱結構。

(2)空間鋼結構技術?？臻g鋼結構自重輕、剛度大、造型美觀，施工速度快。以鋼管為桿件的球節(jié)點平板網架、多層變截面網架及網殼等是我國空間鋼結構用量最大的結構型式。具有空間剛度大，用鋼量低的優(yōu)點，在設計、施工方面均達到國際先進水平，有專門的設計、施工和檢驗規(guī)程，并可提供完備的CAD軟件。除網架結構外，空間結構尚有大跨懸索結構、索－膜結構等。

(3)輕鋼結構技術。伴隨著輕型彩色鋼板制成墻體和屋面圍護結構組成的新結構型式，由厚5mm以上鋼板焊接或軋制的大斷面薄壁H型鋼墻梁和屋面檁條，圓鋼制成柔性支撐系統(tǒng)和高強螺栓連接構成的輕鋼結構體系，柱距可從6m至9m，跨度可達30m或更大，高度可達十幾米，并可設輕型吊車。用鋼量20～30kg/m2?，F(xiàn)已有標準化的設計程序和專業(yè)化生產企業(yè)，產品質量好，安裝速度快，重量輕，投資少，施工不受季節(jié)限制，適用于各種輕型工業(yè)廠房。

第35頁,共40頁，2024年2月25日，星期天建筑業(yè)十項新技術

(4)鋼－混凝土組合結構技術。以型鋼或鋼管與混凝土構件組成的梁、柱承重結構為鋼－混組合結構，近年來應用范圍日益擴大。組合結構兼有鋼與混凝土兩者的優(yōu)點，整體強度大、剛性好、抗震性能良好，當采用外包混凝土構造時，更具有良好的耐火和耐腐蝕性能。組合結構構件一般可降低用鋼量15％～20％。組合樓蓋及鋼管混凝土構件，還具有少支?；虿恢?、施工方便快速的優(yōu)點，推廣潛力較大，適用于承受較大荷載的多層或高層建筑的框架梁、柱及樓蓋，工業(yè)建筑柱和樓蓋等。

(5)高強度螺栓連接與焊接技術。高強螺栓通過摩擦力來傳遞應力，由螺栓、螺母和墊圈三部分組成。高強螺栓連接具有施工簡便、拆除靈活、承載力高、抗疲勞性能和自鎖性好、安全性高等優(yōu)點，工程中已取代了鉚接和部分焊接，成為鋼結構制作及安裝中的主要連接手段。在車間內制作的鋼構件，厚板應采用自動多絲埋弧焊，箱形柱隔板應采用熔嘴電渣焊等技術?，F(xiàn)場安裝施工中，應采用半自動焊技術和氣體保護焊藥芯焊絲及自保護藥芯焊絲技術。

(6)鋼結構防護技術。鋼結構防護包括防火、防腐、防銹，一般在防火涂料處理后無需再做防銹處理，但在有腐蝕氣體的建筑中尚需做防腐處理。國內防火涂料種類較多，如TN系列、MC－10等，其中MC－10防火涂料具有防火、防腐功能。防腐防銹涂料有醇酸磁漆、氯化橡膠漆、氟橡膠涂料及氯磺化涂料等。在施工中應根據鋼結構型式、耐火等級要求及環(huán)境要求選用合適的涂料及涂層厚度。

第36頁,共40頁，2024年2月25日，星期天建筑業(yè)十項新技術

2.目標與措施

鋼結構工程涉及面廣，技術難度大，在推廣應用中必須遵循國家及行業(yè)標準規(guī)范。各地建設行政主管部門應重視鋼結構工程專業(yè)化隊伍的建設，組織好質檢隊伍培訓工作，并及時總結工程實踐和新技術應用。大專院校、設計部門和施工企業(yè)應加速鋼結構工程技術人員培養(yǎng)，推廣技術成熟的鋼結構CAD軟件。群眾學術團體應配合鋼結構技術的發(fā)展，廣泛開展國內外學術交流和培訓活動，積極把鋼結構的設計、制作與施工安裝技術的總體水平，以期在近期內能有較大的提高。

3.技術咨詢服務單位冶金部建筑研究總院中國建筑科學研究院第37頁,共40頁，2024年2月