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1、LOGO钢结构基本原理钢结构基本原理 土木工程学院土木工程学院长春工程学院长春工程学院Changchun Institute of TechnologyChangchun Institute of TechnologyChangchun Institute of TechnologyChangchun Institute of TechnologyLOGO1 绪 论本章难点：本章难点：钢结构和其他材料的结构相比较钢结构和其他材料的结构相比较 有哪些优缺点有哪些优缺点（1 1）钢结构的特点钢结构的特点（2 2）钢结构的设计方法钢结构的设计方法（3 3）钢结构的应用与发展钢结构的应用与发展（4 4

2、）钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法本章内容：本章内容：本章重点：本章重点：钢结构的特点钢结构的特点LOGO1、建筑钢材强度高，塑性、韧性好、建筑钢材强度高，塑性、韧性好强度高强度高 是相对的，与其他建材相比其强度高的多，是相对的，与其他建材相比其强度高的多，适用于建造适用于建造大跨度结构大跨度结构，高层建筑结构高层建筑结构以以 及及重型结构重型结构。由于强度高，构件截面小而。由于强度高，构件截面小而 壁薄，受压时容易为稳定性和刚度所限制，壁薄，受压时容易为稳定性和刚度所限制，强度不能充分发挥，同样截面的杆件压杆强度不能充分发挥，同样截面的杆件压杆 承载力低于拉杆。承载力低于拉杆。塑性好

3、塑性好 塑性，塑性，承受承受静力荷载静力荷载时，时，材料吸收材料吸收 变形能的能力变形能的能力。塑性好，钢结构一般塑性好，钢结构一般 不会因偶然超载或局部超载不会因偶然超载或局部超载 而突然断裂破坏。而突然断裂破坏。1.1.1 1 钢结构的钢结构的特点特点LOGO韧性好韧性好 韧性，即承受韧性，即承受动力荷载动力荷载时，时，材料吸收材料吸收 能量的多少能量的多少。韧性好，就是发生断裂时吸收的能量多。韧性好，就是发生断裂时吸收的能量多。因此，适宜在动力荷载下工作，因此，适宜在动力荷载下工作，在地震区采用在地震区采用钢结构钢结构较为有利。较为有利。1、建筑钢材强度高，塑性、韧性好、建筑钢材强度高，

4、塑性、韧性好1.1.1 1 钢结构的钢结构的特点特点LOGO2、钢结构的重量轻钢结构的重量轻 钢钢材材 ，但但由由于于其其强强度度高高，故故所所需需的的构构件截面小。屋架件截面小。屋架:G:G钢钢=（1/31/31/41/4）G G钢砼钢砼。如为轻型钢结构如为轻型钢结构1818米跨屋架，混凝土重米跨屋架，混凝土重3700kg3700kg，冷弯型钢仅有冷弯型钢仅有579kg579kg，重量仅为混凝土的，重量仅为混凝土的1/161/16。一定条件下，冷弯薄壁型钢屋架的总量可以一定条件下，冷弯薄壁型钢屋架的总量可以不超过钢筋混凝土屋架中钢筋的重量。不超过钢筋混凝土屋架中钢筋的重量。1.1.1 1 钢

5、结构的钢结构的特点特点LOGO3、材质均匀和力学计算的假定比较符合、材质均匀和力学计算的假定比较符合 连续、匀质、各向同性，为连续、匀质、各向同性，为理想弹塑性体理想弹塑性体，在一般情，在一般情况下处于弹性阶段工作，采用力学方法计算，其结果符合况下处于弹性阶段工作，采用力学方法计算，其结果符合实际受力情况。实际受力情况。4、钢结构制作简单，施工工期短、钢结构制作简单，施工工期短 型型 材材 多多T T型、型、H H型、工字型、冷弯更多。型、工字型、冷弯更多。精精 度度 高工厂加工，车、磨、洗、刨、钻。高工厂加工，车、磨、洗、刨、钻。连接方法螺栓、焊接连接方法螺栓、焊接5、钢结构密闭性较好、钢结

6、构密闭性较好 钢结构的钢材和连接的水密性和气密性较好，适宜做钢结构的钢材和连接的水密性和气密性较好，适宜做要求密闭的结构。（如高压容器、油库、管道等）要求密闭的结构。（如高压容器、油库、管道等）1.1.1 1 钢结构的钢结构的特点特点LOGO1.1.1 1 钢结构的钢结构的特点特点LOGO6、钢结构耐腐蚀性差、钢结构耐腐蚀性差 在湿度大或有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀，使结构在湿度大或有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀，使结构受受损，因此须采取防护措施，如除锈、刷油漆或涂料损，因此须采取防护措施，如除锈、刷油漆或涂料(锌、铝锌、铝)。维护费用高。维护费用高。7、钢材耐热但不耐火、钢材耐热但不耐火 小于

7、小于10001000无影响，大于无影响，大于15001500需要防护，大于需要防护，大于30003000时，强度逐渐降低，当温度大于时，强度逐渐降低，当温度大于6000C6000C，钢材，钢材进入塑性，无承进入塑性，无承载能力。钢材可用于温度不超过载能力。钢材可用于温度不超过2500C2500C的场合的场合.防火防火涂料、防火漆防火防火涂料、防火漆8、钢结构在低温和其他条件下，可能发生、钢结构在低温和其他条件下，可能发生 脆性断裂脆性断裂1.1.1 1 钢结构的钢结构的特点特点LOGO1.2 1.2 钢结构的设计方法钢结构的设计方法结构计算的目的：结构计算的目的：1.2.1 概述概述 在于保证

8、所设计的结构和结构构件在施工和工作过程在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用要求。中能满足预期的安全性和使用要求。设计准则设计准则:结构由各种荷载所产生的效应（内力和变形）不大于结构由材料性能和结构由各种荷载所产生的效应（内力和变形）不大于结构由材料性能和几何因素等所决定的抗力或规定限值。几何因素等所决定的抗力或规定限值。LOGO(1)(1)允许应力设计法（单一系数法）：允许应力设计法（单一系数法）：(2)(2)半概率设计法（多系数法）：半概率设计法（多系数法）：1.2 1.2 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.2.1 概述概述(3 3)近似概率设计法（现行

9、规范设计法）近似概率设计法（现行规范设计法）(4 4)全概率设计法（将来规范设计法）全概率设计法（将来规范设计法）LOGO 结构设计首层规范建筑结构可靠度设计统一标准结构设计首层规范建筑结构可靠度设计统一标准规定：结构的可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态规定：结构的可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定。设计方法分析确定。1.2 1.2 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.2.1 概述概述(4 4)全概率设计法（将来规范设计法）全概率设计法（将来规范设计法）结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

10、成预定功能的概率。钢结构和其他建筑结构一样，遵循钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标统一标准准”要求，采用的也是要求，采用的也是以概率理论为基础，用分以概率理论为基础，用分项系数表达的极限状态设计方法项系数表达的极限状态设计方法。LOGO1.2 1.2 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.2.2 概率极限状态设计法概率极限状态设计法极限状态极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态就称为设计规定的某一功能要求，此特定状态就称为该功能的该功能的极限状态极限状态。结构的极限状态可以分为如下两类结构的极限状态

11、可以分为如下两类：（1）承载能力极限状态）承载能力极限状态（2）正常使用极限状态）正常使用极限状态LOGO1.2 1.2 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.2.2 概率极限状态设计法概率极限状态设计法承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用正常使用极限状态极限状态 对应于结构或结构件达到最大承载能力或出现不适于对应于结构或结构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性对应于结构或

12、结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动。损坏以及影响正常使用的振动。注：极限状态设计方法，在前序课程（如注：极限状态设计方法，在前序课程（如钢筋混凝土结构）已作介绍，不再讲述。钢筋混凝土结构）已作介绍，不再讲述。LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展我国是最早应用钢结构的国家我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相

13、比钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距已有相当大的差距。97年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点发展建筑钢年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点发展建筑钢结构结构，国家相关部门也多次发布文件国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的要求扩大钢结构住宅的市场占有率市场占有率。96年我国钢产量已开始超亿吨年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位居世界首位，为钢结构发展奠为钢结构发展奠定物质基础定物质基础，对钢材的使用已由对钢材的使用已由“节约使用节约使用”变为变为“合理用钢合理用钢”、“加大建筑用钢加大建筑用钢”。当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构当今我国建筑业中发展最快的就是

14、钢结构，最缺的最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务已成为建筑业发展的重要任务。LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用 应用范围不仅取决于钢结构本身的特点，还取决于国应用范围不仅取决于钢结构本身的特点，还取决于国民经济发展的情况。民经济发展的情况。1、重型工业厂房重型工业厂房 吊车吨位吊车吨位100t，高度，高度20 30m。2、大跨度结构大跨度结构 减轻自重可获得明显的经济效益。减轻自重可获得明显的经济效益。LOGO1.1.3 3

15、钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 鸟鸟 巢巢LOGO水水立立方方1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 广广州州会会展展中中心心LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 奥奥林林匹匹克克主主体体育育场场雅雅典典LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展

16、应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 奥奥林林匹匹克克主主体体育育场场 是是2004年年雅雅典典奥奥运运会会的的中中心心，位位于于雅雅典典北北郊郊马马罗罗西西，是是雅雅典典奥奥林林匹匹克克综综合合体体育育场场的的一一部部分分。体体育育场场可可容容纳纳55000名名观观众众，进进行行开开闭闭幕幕式式、田田径径和足球比赛。和足球比赛。西西班班牙牙建建筑筑师师圣圣迭迭戈戈-卡卡拉拉特特拉拉瓦瓦受受雅雅典典文文化化部部创创意意的的启启发发，在在综综合合体体育育场场的的升升级级改改造造工工程程中中增增加加了了很很多多创创新理念，包括奥林匹克主体育场屋顶结构的设计。新理念，包括奥林匹克主体育场屋顶结构的设计。主体育场工程由希腊文化部负责实施，工程主体育场工程由希腊文化部负责实施，工程在在2004年年7月完工。月完工。LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大跨度结构大跨度结构 奥奥林林匹匹克克馆馆雅雅典典LOGO1.1.3 3 钢结构的钢结构的应用和发展应用和发展1.3.1 钢结构的应用钢结构的应用2、大