钢结构设计原理-第1章.pptx

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钢结构设计原理第1章绪论李晓克教授李晓克教授Mobile：

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No.36BeihuanRd,Zhengzhou,China华北水利水电大学土木与交通学院华北水利水电大学土木与交通学院2015.03钢结构钢结构的定义的定义由梁、板、柱、桁架等钢构件通过焊缝、螺由梁、板、柱、桁架等钢构件通过焊缝、螺栓等连接组制成的工程结构栓等连接组制成的工程结构。

采用钢板、型钢通过连接而成的结构（赵顺波，采用钢板、型钢通过连接而成的结构（赵顺波，20132013）你所了解的钢结你所了解的钢结构都有哪些呢？

构都有哪些呢？

钢结构是土木工程的主要结构形式之一。

钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。

钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、工业化程度高、施工周期短施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向钢与混凝土对比钢与混凝土对比Q235Q235C30C30轻质高强轻质高强Q235钢钢密度密度：

7850kg/m3强度强度：

215N/mm2C30混凝土混凝土密度密度：

2450kg/m3强度强度：

14.3N/mm2同跨度同荷载条件下：

钢屋架重量为钢筋混凝土屋架的1/41/3，冷弯薄壁型屋架接近1/10钢结构建筑自重约为同高度混凝土结构建筑的1/23/5，柱面积较混凝土结构柱减少一半左右。

钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、工业化程度高、施工周期短施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向汶川地震中都江堰市华夏广场小区，底部两层整体倒塌汶川地震中都江堰市华夏广场小区，底部两层整体倒塌汶川地震中绝大部分钢结构建筑安然无恙汶川地震中绝大部分钢结构建筑安然无恙第一章第一章绪绪论论汶川地震震害反思汶川地震震害反思钢结构房屋具有良好的延性和较强的整体性，具有卓越的抗震性能，在地震中很少发生整体破坏或倒塌现象。

混凝土结构砌体结构钢结构22、塑性和韧性好、塑性和韧性好材质均匀，且塑性韧性好材质均匀，且塑性韧性好钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体，而且在一定的应钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。

因此，钢结构的实际受力情况和工力幅度内几乎是完全弹性的。

因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，计算结果比较可靠，安全可靠度高。

程力学计算结果比较符合，计算结果比较可靠，安全可靠度高。

钢材钢材在冶炼和轧制过程中质量可以严格控制，材质波动的范围在冶炼和轧制过程中质量可以严格控制，材质波动的范围小小。

塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量塑性塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。

塑性好，会塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证全保证。

韧性韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。

韧性好，说明韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能，适宜在动力荷载下工作。

材料具有良好的动力工作性能，适宜在动力荷载下工作。

适用于建造重要结构、对抗震要求较高的结构。

适用于建造重要结构、对抗震要求较高的结构。

钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、工业化程度高、施工周期短施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短，适宜建造加固、改建、可拆卸结构。

举例说明：

举例说明：

日本装配式钢结构住宅日本装配式钢结构住宅50天施工过程天施工过程第一日第一日堪察现场堪察现场第二日第二日维护现场，拆除旧房维护现场，拆除旧房第十日第十日基础完成基础完成第二十日第二十日房屋单元安装完毕房屋单元安装完毕第二十五日第二十五日门窗安装完毕，内墙安装完毕、石膏板安装完毕门窗安装完毕，内墙安装完毕、石膏板安装完毕天棚、地面开始制作天棚、地面开始制作第三十日第三十日室内外装修基本完毕室内外装修基本完毕第三十五日第三十五日电器、洁具、上下水管道安装调试完毕电器、洁具、上下水管道安装调试完毕第四十三日第四十三日班组自行检查调整班组自行检查调整第四十八日第四十八日公司检查公司检查第四十九、五十日第四十九、五十日使用说明介绍使用说明介绍完工后的室内完工后的室内完工后的外观完工后的外观钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、施工周期短、工业化程度高、施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向钢钢结结构构需需重重视视防防火火问问题题！

钢结构设计需重视防火问题！

钢结构设计需重视防火问题！

100以内，强度无影响；150以上，必须进行遮挡处理；600左右，钢材进入塑性，无承载能力。

温度在200以内时，钢材主要力学性能降低不多。

温度超过250后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。

温度达600时，钢材进入塑性状态不能继续承载。

裸钢的耐火极限通常只有1530分钟。

根据我国有关建筑防火设计规范的要求，建筑的主要承重构件，如柱、梁、墙、楼板的耐火极限的要求，分别为0.53.0小时。

我们国家已经明文规定必须在钢结构上采取防火措施，而且要达到相应的国家标准才能通过验收。

措施：

防火涂料、防火漆、外包混凝土钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、施工周期短、工业化程度高、施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向干煤棚因锈蚀倒塌因锈蚀引起钢结构的事故节点锈蚀情况节点锈蚀情况钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。

尤其是暴露在大气中的结构如桥梁，更应特别注意。

这使维护费用比钢筋混凝土结构高。

不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。

近年来出现的耐候钢具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用。

容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。

钢结构的特点钢结构的特点11、轻质高强、轻质高强22、塑性和韧性好、塑性和韧性好33、工业化程度高、施工周期短、工业化程度高、施工周期短44、耐热性较好，耐火性差、耐热性较好，耐火性差55、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差66、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向在低温和其他条件下，可能发生在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。

脆性断裂。

钢结构钢结构的应用及发展简况的应用及发展简况应用领域及结构形式的发展高层及超高层钢结构轻型钢结构住宅大跨度空间结构桥梁钢结构压力管道及容器特种钢结构材料和焊接与防护技术方面的发展钢材焊接技术防腐涂料防火涂料设计计算理论方面的发展8080年代我国建造的年代我国建造的1111栋高层钢结构栋高层钢结构基本上都是基本上都是国外设国外设计、施工承建。

计、施工承建。

目前我国已建和在建的高度超过目前我国已建和在建的高度超过100m100m的的钢结构超钢结构超200200座，座，未来平均未来平均5d5d封顶封顶11座。

座。

高层建筑高层建筑高达492米的上海环球金融中心2008年8月28日落成启用上海环球金融中心上海环球金融中心由日本森大厦株式会社的由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等保险公司、商社等3636家企业，家企业，偕同政府系统机构日本海外偕同政府系统机构日本海外经济协力基金经济协力基金（OECF）（OECF）联合投联合投资的上海环球金融中心，总资的上海环球金融中心，总投资逾投资逾750750亿日元。

位于陆亿日元。

位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面家嘴金融贸易区，建筑总面积积335,420335,420平方米，地下平方米，地下33层，层，地上地上9494层。

建成后的高度达层。

建成后的高度达460460米米。

总用钢量总用钢量26000t26000t，钢筋混凝，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。

及钢柱。

金茂大厦是由中国上金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有海对外贸易中心股份有限公司独家投资限公司独家投资5.65.6亿亿美元建设的美元建设的一座一座8888层的层的超高层大厦，建筑高度超高层大厦，建筑高度420.5420.5米，建筑面积米，建筑面积28.928.9万平方米，于万平方米，于19981998年年88月月2828日竣工。

日竣工。

总用总用钢量钢量14000t14000t，钢筋混凝，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。

设计者为凝土及钢柱。

设计者为美国美国S.O.MS.O.M事务所。

事务所。

上海金茂大厦央央视视新新台台址址央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建万平方米，总建筑面积筑面积55万平方米万平方米,230m高。

央视新台址建设工程总投资高。

央视新台址建设工程总投资约约50亿元人民币，亿元人民币，2003年年10月开工建设，月开工建设，2008年正式运行年正式运行。

大连远洋大厦由大连远大连远洋大厦由大连远洋运输公司、中远房地产洋运输公司、中远房地产开发公司与美国开发公司与美国ESPIRITESPIRIT公司公司联合投资联合投资14.814.8亿人民亿人民币币开发的集五星级酒店和开发的集五星级酒店和甲级写字楼为一体的智能甲级写字楼为一体的智能大厦大厦。

总建筑面积总建筑面积14.814.8万万平方米。

其中：

平方米。

其中：

AA座为五座为五星级酒店，星级酒店，地上地上5151层，总层，总高高200.8m200.8m。

钢筋混凝土。

钢筋混凝土核心筒核心筒，外框钢框架。

设，外框钢框架。

设计、加工、安装全部国产计、加工、安装全部国产化。

化。

大连远洋大厦台北台北101101长宽各长宽各150m，总面积，总面积30277m2塔高塔高508m，世界第一高，世界第一高，26层层以上以以上以8层为一单元。

主要由巨层为一单元。

主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。

柱、核心系统及外伸桁架梁。

巨柱自地下巨柱自地下5层至地上层至地上90层，最层，最大尺寸为大尺寸为2.4mx3m。

直径直径5.5m5.5m，重，重670t670t的阻尼器的阻尼器轻型轻型钢结构钢结构门式刚架轻钢住宅用于中、小型房屋、小型仓库等。

大跨度空间结构大跨度空间结构国家体育场建筑体形上像鸟巢。

可容纳国家体育场建筑体形上像鸟巢。

可容纳88万人。

平万人。

平面为椭圆形面为椭圆形,长轴长轴340m340m短轴短轴292m292m。

屋盖中间有一个。

屋盖中间有一个146m76m146m76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。

采用的开口，这部分将设计成开合屋盖。

采用加肋薄壁箱形截面加肋薄壁箱形截面，总用钢量达，总用钢量达1616万万tt。

用于足球和田。

用于足球和田径比赛径比赛国家体育场国家体育场建筑底面面积为建筑底面面积为80,000m280,000m2，屋顶面积，屋顶面积76,719m276,719m2，地，地上层数上层数66层，最高点高度层，最高点高度53.00m53.00m，可容纳观众数，可容纳观众数60,00060,000。

屋顶结构采用钢桁架悬挑结构屋顶结构采用钢桁架悬挑结构。