第1章鋼結(jié)構(gòu)基本知識

由于使用功能(gōngnéng)及結(jié)構(gòu)組成方式不同，鋼結(jié)構(gòu)種類繁多、形式各異。例如房屋建筑中，有大量的鋼結(jié)構(gòu)廠房、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、大跨度鋼管桁架和鋼網(wǎng)架建筑、懸索結(jié)構(gòu)及索—膜結(jié)構(gòu)建筑等。在公路和鐵路方面，有板梁橋、桁架橋、拱橋、懸索橋、斜張橋等各種形式的鋼橋。鋼塔及鋼桅桿則廣泛用作輸電線塔、電視廣播發(fā)射塔。其他特種鋼結(jié)構(gòu)有海上鋼結(jié)構(gòu)鉆井平臺、鋼衛(wèi)星發(fā)射塔架等。第1章鋼結(jié)構(gòu)基本知識1共六十五頁§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史

全國(quánɡuó)重點(diǎn)保護(hù)文物－瀘定鐵索橋，建于1705－1706年，橋身共由13根鐵鏈組成；每根（鐵鏈）由862－977節(jié)鐵環(huán)相扣，每根鐵鏈重1300－1800kg。1.古代發(fā)展§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁根據(jù)文獻(xiàn)記載，中國早在公元前五十年就建成了跨度達(dá)百米的鐵索橋，而歐美直到(zhídào)十七世紀(jì)尚未出現(xiàn)鐵索橋。瀘定鐵索橋防腐(fángfǔ)問題§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁

公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在(cúnzài)。鐵塔高17.9米，八角十三級，重53.3噸，為我國現(xiàn)存最高、最重、最大的鐵塔。已有900多年的歷史。我國古代金屬結(jié)構(gòu)建筑在世界上處于(chǔyú)領(lǐng)先地位。

鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔、荊州玉泉寺鐵塔等等?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁

甘露寺鐵塔位于(wèiyú)天王殿東北，實(shí)際上是唐寶歷元年(八二五年)衛(wèi)公李德裕建，故又稱衛(wèi)公塔。宋代重鑄為鐵塔，原塔為七級。十九世紀(jì)末又因大風(fēng)疾雷，傾倒四層?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁建國(jiànguó)前2.現(xiàn)代(xiàndài)1927~1937年是我國土木工程及金屬結(jié)構(gòu)建設(shè)的黃金時代，代表作品有：沈陽皇姑屯機(jī)車廠鋼結(jié)構(gòu)廠房（1927）廣州中山紀(jì)念堂圓屋頂（1928~1931）錢塘江大橋（1937）§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁廣州中山紀(jì)念堂是為了紀(jì)念孫中山先生建造的，于1931年10月竣工。廳內(nèi)容積為33300立方米，容量為5000人。建國后，廣州市的標(biāo)志性建筑(jiànzhù)，為國家一級文物。

§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁

由茅以升先生主持興建的杭州錢塘江大橋(dàqiáo)。該橋由他帶領(lǐng)一批留學(xué)生自行設(shè)計和監(jiān)造(實(shí)際施工由丹麥康益洋行承包下部結(jié)構(gòu)和沉箱基礎(chǔ)工程，上部結(jié)構(gòu)鋼梁則由英商道門朗公司承包制造和安裝)?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁建國(jiànguó)后第一個五年計劃：以工業(yè)(gōngyè)廠房（156個大型項目）、交通工程為主。第一重型機(jī)械廠第一汽車制造廠§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁人民大會堂第二(dìèr)~第四個五年計劃：以公共建筑為主。鋼屋架(wūjià)跨度61米高度7米§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁第五個五年計劃~：以工業(yè)廠房(chǎngfáng)、公共建筑、交通工程為主寶鋼廠區(qū)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁蕪湖長江大橋九江長江大橋(鋼材(gāngcái)15MnVN)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁瑞金飯店27層107米金沙江大酒店14層41.4米錦江賓館(bīnguǎn)

43層153.21米靜安希爾頓賓館京廣中心53層208米京城大廈(dàshà)

52層國貿(mào)中心40層長富宮25層§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁1997年，我國鋼產(chǎn)量達(dá)1億噸,1998年投產(chǎn)的軋制(zházhì)H型鋼系列1991年2月4日馬鞍山鋼鐵公司軋制我國第一根H型鋼1996年建成的深圳地王大廈高度325米1998年建成的大連遠(yuǎn)洋大廈，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑（高度201米，51層），全部由我國自己完成§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁上海金茂大廈(dàshà)上海證券(zhèngquàn)大廈§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁主跨602米的結(jié)合(jiéhé)梁斜拉橋在1994年建成時居世界斜拉橋跨度之首，現(xiàn)名列第三。上海楊浦大橋(yánɡpǔdàqiáo)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁

自1996年超過1億噸以來，一直位列世界鋼產(chǎn)量的首位，2006年更達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的3.8億噸。我國新的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017和《冷彎薄壁型鋼(xínggāng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018也已發(fā)布實(shí)施。所有這些，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁

于1777-1781年，世界上第一座鑄鐵(zhùtiě)橋。它的建造者是鋼鐵大王亞伯拉罕·達(dá)比。由建筑師T·F·普里查德協(xié)助設(shè)計。這座橋橫跨塞文河，跨度為30.5米。

3.鋼結(jié)構(gòu)在國外的發(fā)展史簡介(jiǎnjiè)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁框架結(jié)構(gòu)最初在美國得到發(fā)展，其主要特點(diǎn)是以生鐵框架代替承重墻。1858--1868年建造的巴黎(bālí)圣日內(nèi)維夫圖書館，是初期生鐵框架形式的代表。

§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁英國(yīnɡɡuó)利茲貨幣交易所

倫敦(lúndūn)老火車站

美國1850-1880年間“生鐵時代”建造的大量商店、倉庫和政府大廈多應(yīng)用生鐵構(gòu)件門面或框架?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁第一座依照現(xiàn)代(xiàndài)鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造起來的高層建筑是芝加哥家庭保險公司大廈。（1883-1885，WilliamLeBaronJenney）,共十層外形仍然保持著古典的比例§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁巴黎的埃菲爾鐵塔，在1889年為紀(jì)念法國大革命一百周年而建造，落成之日，設(shè)計者埃菲爾驕傲地向世人宣稱(xuānchēng)，世界上只有法國的國旗具有300米高的旗桿?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁英國(yīnɡɡuó)福斯橋,建于1889年，是世界上第一座現(xiàn)代化鋼橋。計算(jìsuàn)簡圖§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁鋼拱橋是二十世紀(jì)早期常見(chánɡjiàn)的橋梁形式。§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁美國舊金山的金門大橋，建于20世紀(jì)30年代(niándài)用了二萬多根鋼絲纜繩組成§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁紐約(niǔyuē)帝國大廈馬來西亞(mǎláixīyà)石油大廈§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁紐約帝國大廈

1931年102層381米

芝加哥漢考克大廈(dàshà)

1970年100層337米

紐約世界貿(mào)易中心

1973年110層411米

芝加哥西爾斯大廈

1974年109層442米

馬來西亞石油大廈

1996年88層450米

金茂大廈

88層421米§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史共六十五頁§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展(fāzhǎn)簡史芝加哥西爾斯大廈(dàshà)共六十五頁

柳京飯店，它有一百零五層，高三百八十米，約有三千個房間，朝鮮最高的建筑，朝鮮建筑史上的奇跡。平壤(pínɡrǎnɡ)古代又名柳京。介紹(jièshào)一座混凝土建筑：§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁框架結(jié)構(gòu)體系框架支撐結(jié)構(gòu)(jiégòu)體系框架剪力墻體系框架---筒體結(jié)構(gòu)體系懸掛結(jié)構(gòu)體系成束筒結(jié)構(gòu)4.高層(ɡāocénɡ)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件連接§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史共六十五頁一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(tèdiǎn)2.塑性、韌性好，各向同性、力學(xué)性能與力學(xué)假定符合程度(chéngdù)好，抗震性能好；1.強(qiáng)度/重量比大；穩(wěn)定性3.具可焊性、易加工制造、具良好的裝配性；4.密封性好；5.可以重復(fù)利用；6.有一定的耐熱性，但是耐火性較差；7.易銹蝕、有焊接殘余應(yīng)力；8.低溫冷脆?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁

工業(yè)化程度高（具可焊性、易加工(jiāgōng)制造、具良好的裝配性）§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁

密封(mìfēng)性能好§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁耐火性不好(bùhǎo)，易銹蝕鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力發(fā)生很大的變形，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，因過大變形不能使用一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火(naihuǒ)極限為15分鐘左右?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁A.外包層在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型(chéngxíng)，可以采用噴涂法。B.充水(水套)空心型鋼(xínggāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。

提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性的措施§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁屏蔽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置(shèzhì)在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的一種經(jīng)濟(jì)的防火方法。

D.膨脹材料采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)構(gòu)件具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點(diǎn)一般不需要添加輔助設(shè)施，涂層質(zhì)量輕，美觀(měiguān)先進(jìn)防火技術(shù)措施?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁1.大跨度(kuàdù)結(jié)構(gòu)

有空間桁架(héngjià)、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索、張弦梁、拱架和框架等二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用國家大劇院§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁北京中華世紀(jì)壇§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁2.工業(yè)(gōngyè)廠房

鞍鋼1700連鑄主廠房(chǎngfáng)工程

鞍鋼大連鍍鋅線主廠房工程§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁3.受動力荷載(hèzài)作用的結(jié)構(gòu)（橋梁、吊車梁）§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁深圳地王大廈(dàshà)4.多層與高層(ɡāocénɡ)結(jié)構(gòu)香港中銀匯豐銀行§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁上海環(huán)球金融中心根據(jù)(gēnjù)設(shè)計方案，大廈高492米、101層，建成后其高度將超過目前居世界第一的馬來西亞大廈（高452米）。

§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁青島(qīnɡdǎo)電視塔5.高聳(ɡāosǒnɡ)結(jié)構(gòu)神州飛船發(fā)射塔§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁多倫多電視塔多倫多電視塔東方明珠§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁6.可拆卸移動(yídòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水利、商業(yè)(shāngyè)、旅游和軍事等領(lǐng)域的辦公室、指揮部、宿舍、會議室、倉庫、商店及各種臨時用房?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁7.容器(róngqì)和管道§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁各種(ɡèzhǒnɡ)筒倉南京(nánjīnɡ)揚(yáng)子石化化工廠§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁

配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑(jiànzhù)體系，即輕鋼結(jié)構(gòu)體系。體系由工廠制作，現(xiàn)場按要求拼裝形成。具有自重輕，建設(shè)周期短，適應(yīng)性強(qiáng)，外表美觀，造價低，易維護(hù)等特點(diǎn)。由于自重輕，也降低了基礎(chǔ)的造價。8.輕型(qīnɡxínɡ)鋼結(jié)構(gòu)彩鋼板作屋面和墻面薄壁型鋼作檁條和圈梁H型截面做柱與梁現(xiàn)場用螺栓或焊接門式鋼架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁廠房、庫房(kùfáng)、體育館展覽館機(jī)場機(jī)庫

已建和在建的浦東國際(guójì)機(jī)場、首都國際(guójì)機(jī)場、蕭山國際(guójì)機(jī)場、成都雙流國際(guójì)機(jī)場等重要工程?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁全鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)無吊車砼柱+鋼屋蓋排架結(jié)構(gòu)(jiégòu)§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁多層循環(huán)類停車(tíngchē)設(shè)備§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用共六十五頁9.鋼與混凝土組合(zǔhé)結(jié)構(gòu)黑龍江省(hēilónɡjiānɡshěnɡ)聯(lián)通大廈§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用共六十五頁1.1鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)基本結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式及選型1.1.1輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房一般為輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)。剛架結(jié)構(gòu)通常是指由直線形桿件（梁和柱）通過(tōngguò)剛性節(jié)點(diǎn)連接起來的結(jié)構(gòu)。工程中習(xí)慣把梁與柱之間為鉸結(jié)的單層結(jié)構(gòu)稱為排架，多層多跨的剛架結(jié)構(gòu)則稱為框架。我們討論的剛架是單層剛架，因單層單跨或多跨剛架為“冂”字型的外形之故，習(xí)慣上稱為門式剛架。54共六十五頁圖1.1多跨剛架的形式(xíngshì)55共六十五頁1.1.2鋼框架結(jié)構(gòu)（民用建筑(mínyònɡjiànzhù)）1）框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)（1）荷載作用（2）豎向荷載傳遞路線（3）受力分析2）框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力圖56共六十五頁圖1.2框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載(hèzài)和水平荷載(hèzài)作用下的計算簡圖及內(nèi)力圖57共六十五頁1.1.3鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由很多桿件通過節(jié)點(diǎn)，按照一定規(guī)律組成的空間(kōngjiān)桿系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)根據(jù)外形可分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。通常情況下，平板網(wǎng)架稱為網(wǎng)架，曲面網(wǎng)架稱為網(wǎng)殼，如圖1.3所示。58共六十五頁圖1.3網(wǎng)架、網(wǎng)殼59共六十五頁1.1.4索膜結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)的連接必須要滿足結(jié)構(gòu)受力要求和耐久要求，具體連接構(gòu)造如圖1.4所示。1.1.5管桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)是指由桿件在端部相互連接而組成的格子式結(jié)構(gòu)，管桁架即是結(jié)構(gòu)中的桿件均為圓管桿件。管桁架中的桿件大部分情況下只受軸線拉力或壓力(yālì)，應(yīng)力在截面上均勻分布，因而容易發(fā)揮材料的作用，這一特點(diǎn)使得桁架結(jié)構(gòu)用料經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)自重小。60共六十五頁圖