钢结构基本原理(戴国欣)复习课件第一章.ppt

1、钢 结 构 原 理主讲教师：主讲教师：郭耀杰郭耀杰Design Principles of Steel Structure教学计划教学计划 绪论绪论2 2学时学时 结构钢材结构钢材4 4学时学时 连接连接1414学时学时 稳定稳定4 4学时学时 轴心受压构件轴心受压构件1212学时学时 受弯构件受弯构件1 14 4学时学时 拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件1212学时学时 课程总结课程总结2 2学时学时4.4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；的主要因素及提高稳定性的措施；3.3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影

2、响因素，并能掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并能正确地选择钢材；正确地选择钢材；2.2.理解理解“钢结构钢结构”的计算方法；的计算方法；1.1.了解钢结构的应用和发展概况了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；掌握钢结构的特点；本课程的基本要求本课程的基本要求5.5.掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、梁、柱和屋架柱和屋架)的工作性能、破坏特征及的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。其设计的基本方法。教学参考书及规范教学参考书及规范:1.1.钢结构钢结构 魏明钟魏明钟 主编主编 武汉工业大学出版社武汉工业大学出版社2.2.钢结

3、构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-GB50205-2001)2001)3.3.钢结构设计规范钢结构设计规范 （GB50017-2003)GB50017-2003)6.6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；程以及构造原则；7.7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。第一节第一节 钢钢结构特点与应用结构特点与应用 第二节第二节 钢结构设计基本方法钢结构设计基本方法第一章第一章 绪论绪论(Chapter 1 Preface to Steel Structure)第一节第一节

4、 钢结构特点与应用钢结构特点与应用 一、什么是钢结构一、什么是钢结构钢材钢材经过经过设计设计、制作制作和和安装安装而形成的工程结构形式而形成的工程结构形式。定义定义由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢以及由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢以及 钢索为主材建造的工程结构，如房屋、桥梁等。钢索为主材建造的工程结构，如房屋、桥梁等。钢与铁的区别钢与铁的区别含碳量小于含碳量小于2 2的铁碳合金称作钢，含碳量大于的铁碳合金称作钢，含碳量大于2 2时称作铁。时称作铁。第一节第一节 钢结构特点与应用钢结构特点与应用第一章第一章 绪绪 论论纵向跨度为纵向跨度为240m240m，顶部高，顶部高55m55m

5、，拱形骨架有，拱形骨架有1212度的度的倾角，其截面为倾角，其截面为3.5m3.5m2 2。香香港港大大球球场场钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 公、铁路两用桥，铁路桥全长公、铁路两用桥，铁路桥全长7675m7675m，公路桥全长，公路桥全长4460m4460m，正桥正桥1111孔，全长孔，全长1806m1806m，主跨，主跨216m216m，采用连续钢桁梁结构。，采用连续钢桁梁结构。九江长江大桥九江长江大桥 二、钢结构的特点二、钢结构的特点 材质均匀，可靠性高材质均匀，可靠性高这表现在：钢材在使用阶段接近理想这表现在：钢材

6、在使用阶段接近理想弹塑性体弹塑性体,这使得理论计算与实际情况这使得理论计算与实际情况相吻合相吻合;钢材具有良好的塑性和韧性，钢材具有良好的塑性和韧性，不会因偶然的超载而破坏，对动力荷不会因偶然的超载而破坏，对动力荷载适应性强。载适应性强。强度高，重量轻强度高，重量轻在结构重量相同时，钢结构的承载能力更大，因而可达到其在结构重量相同时，钢结构的承载能力更大，因而可达到其他建筑材料难以达到的跨越能力。他建筑材料难以达到的跨越能力。*塑性韧性塑性韧性、抗震性能、抗震性能好好 便于机械化制造便于机械化制造，施工期短施工期短钢结构构件一般可以在专业化工厂钢结构构件一般可以在专业化工厂由专门机具加工，生产

7、效率高，且由专门机具加工，生产效率高，且不受气候影响。不受气候影响。可回收，建筑造型美观可回收，建筑造型美观 耐火性耐火性和和耐腐蚀性差耐腐蚀性差钢材在表面温度不超过钢材在表面温度不超过200200时，其性能变化很小，因而适合于时，其性能变化很小，因而适合于热车间。温度达到热车间。温度达到200200300300以后以后,强度和弹性模量显著下降。强度和弹性模量显著下降。可以采取的对策是：用混凝土或耐火砖将其包裹起来。可以采取的对策是：用混凝土或耐火砖将其包裹起来。三、三、钢结构的应用范围钢结构的应用范围（1 1）工业厂房）工业厂房钢铁、化工、机械、发钢铁、化工、机械、发电电电电 上海上海浦东国

8、际机场候机楼屋架梁跨度浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m83m，跨中，跨中高度超过高度超过11m11m，单榀屋架梁重，单榀屋架梁重5555吨。吨。为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。应力钢索，对下弦施加足够的预应力。（2 2）大跨度建筑物）大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库 （3 3）大跨度桥梁）大跨度桥梁公路，铁路，跨江，跨公路，铁路，跨江，跨海海海海 （4 4）多层

9、和高层建筑）多层和高层建筑金茂金茂香香港港中中国国银银行行大大楼楼 于于19901990年落成，由年落成，由著名建筑学家贝著名建筑学家贝聿聿铭铭负责设计。大楼负责设计。大楼高高300300多米，形状下多米，形状下面大上面小，顶端面大上面小，顶端像针尖一样直刺云像针尖一样直刺云霄。霄。（5 5）塔桅结构）塔桅结构电视塔、天线、发射架、管道支架电视塔、天线、发射架、管道支架 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure东方明珠电视塔东方明珠电视塔 东方明珠广播电视塔座落东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，在上海浦东新区黄浦江畔，以

10、其以其468468米的高度成为亚洲米的高度成为亚洲第一高第一高 塔。她于塔。她于19941994年年1111月完工，总重量达月完工，总重量达1212万吨。万吨。东方明珠塔由三根直径为东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。塔座和广场组成。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure巴黎埃菲尔铁塔巴黎埃菲尔铁塔 建于建于18861886年，是年，是为随后为随后18891889万国博览万国博览会而建，以建筑师埃会而建，以建筑师埃菲尔的名字命名。

11、塔菲尔的名字命名。塔高高320m320m，建筑设计中，建筑设计中最著名的是防范强风最著名的是防范强风吹袭的对称钢结构设吹袭的对称钢结构设计，集实用与美感于计，集实用与美感于一体。一体。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure多功能广播电视发射塔多功能广播电视发射塔输电塔输电塔火箭发射塔火箭发射塔（6 6）容器和管道）容器和管道 油罐、储气罐油罐、储气罐 （7 7）可拆卸、移动的结构）可拆卸、移动的结构舞台舞台、展棚、展棚、军用设施军用设施、温室温室 水闸门水闸门 （8 8）轻型结构）轻型结构厂房、住宅、公共建筑厂房、住宅、公共建筑

12、（9 9）在地震区抗震要求高的工程结构）在地震区抗震要求高的工程结构（1010）海洋平台海洋平台沿海采油平台四四、钢结构体系钢结构体系杆：受拉杆：受拉,受压受压桁架、支撑、网架桁架、支撑、网架梁：受弯梁：受弯框架、楼层梁框架、楼层梁桁架：整体受弯桁架：整体受弯、杆件受拉杆件受拉受压受压屋架、支撑屋架、支撑平平面面桁桁架架空空间间桁桁架架框架：梁受弯，柱受压弯框架：梁受弯，柱受压弯单层、多高层建筑单层、多高层建筑拱：受压为主，局部受弯拱：受压为主，局部受弯桁架拱、薄板拱桁架拱、薄板拱 钢拱桥钢拱桥空间（刚性空间（刚性）：整体受弯）：整体受弯、局部受拉局部受拉压压 网架网架、网壳网壳、拱壳拱壳 总

13、建筑面积近总建筑面积近1515万平方米，外部围护结构为钢结构半椭圆球万平方米，外部围护结构为钢结构半椭圆球形网壳，东西长轴形网壳，东西长轴212.2m212.2m，南北短轴，南北短轴143.64m143.64m，总高度总高度46.285m46.285m。设计为法国巴黎机场公司。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，整体结构用钢量达安德鲁建筑师，整体结构用钢量达67506750吨。吨。国家大剧院国家大剧院 张力张力(非线性）：整体受弯非线性）：整体受弯、局部杆件受拉为主局部杆件受拉为主 索索、网网、膜膜明明石石海海峡峡大大桥桥19981998年年建建成成通通车车，大大桥桥主主桥桥全全长长3910m

14、3910m，主主跨跨19901990m m，是是目目前前世世界界上上主主跨跨最最长长的的悬悬索索桥桥，钢钢桥桥塔塔高高297m297m，是是世世界界上上最最高高的的桥桥塔塔。两两根根主主缆缆各各由由290290根根直直径径1.222m1.222m的的高高强强钢钢索索构构成成，主主缆的极限强度为缆的极限强度为1800MPa1800MPa。五五、我国钢结构的应用前景我国钢结构的应用前景（1 1）我国钢产量）我国钢产量1 1亿亿多多吨，质量可靠吨，质量可靠；（2 2）扩大钢材）扩大钢材建筑建筑市场市场：目前仅目前仅5%(5005%(500万吨左右万吨左右)；（3 3）扩大应用范围）扩大应用范围：住宅

15、、公共、商业住宅、公共、商业；（4 4）开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强钢；开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强钢；（5 5）新体系）新体系、新理论：、新理论：组合结构组合结构，预应力，索膜，预应力，索膜；（6 6）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑。六六、钢结构基本内容钢结构基本内容理论基础理论基础+工程经验工程经验复杂结构分解成单个构件，构件间连接复杂结构分解成单个构件，构件间连接整体结构分析整体结构分析结构力学为基础结构力学为基础单个构件分析单个构件分析材料力学为基础材料力学为基础连接分析连接分析结合工程实际结合工程实际钢结构钢结构(I

16、)I)钢结构的基本构件钢结构的基本构件 钢结构的材料钢结构的材料 钢结构的连接钢结构的连接 轴心受力构件（杆轴心受力构件（杆）受弯构件（梁受弯构件（梁）拉弯和压弯构件（柱拉弯和压弯构件（柱）节点构造节点构造钢结构钢结构(II)II)钢结构工程钢结构工程 单层厂房钢结构（轻钢单层厂房钢结构（轻钢）大跨房屋钢结构大跨房屋钢结构 多高层房屋钢结构多高层房屋钢结构 钢结构制作钢结构制作和安装和安装七七、预备知识、预备知识高等数学，材料力学，结构力学高等数学，材料力学，结构力学八八、考核方式考核方式出勤和课堂讨论出勤和课堂讨论10%10%每章作业每章作业20%20%大作业和测验大作业和测验20%20%期末考试期末考试50%50%第二节第二节 钢结构设计基本方法钢结构设计基本方法【钢结构设计的基本要求钢结构设计的基本要求】钢规钢规(GB50017(GB500172003):2003):“为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策济政策,做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量,特制定本特制定本规范规范”。即力求用最经济