钢结构基本概念(1).ppt

1、第第1717章章 钢结构基本概念钢结构基本概念第一节第一节 钢结构的发展钢结构的发展第二节第二节 钢结构概述钢结构概述 第三节第三节 钢结构构件钢结构构件第四节第四节 钢结构连接方式钢结构连接方式 钢结构的发展，与钢铁产量和钢铁冶炼技术钢结构的发展，与钢铁产量和钢铁冶炼技术有着密切的关系。有着密切的关系。我国在春秋时期就有炼钢生产，比欧洲早我国在春秋时期就有炼钢生产，比欧洲早1000多年。多年。我国是最早用钢铁建造桥梁等承重结构的少数我国是最早用钢铁建造桥梁等承重结构的少数几个国家之一几个国家之一 。公元前二百多年（秦始皇时代）公元前二百多年（秦始皇时代）用铁建造桥墩用铁建造桥墩公元公元606

2、0年前后（汉明帝时代）年前后（汉明帝时代）铁链悬桥铁链悬桥 第一节第一节 钢结构的发展钢结构的发展3我国古代的铁桥和一些纪念性建筑我国古代的铁桥和一些纪念性建筑大渡河桥大渡河桥(泸定桥泸定桥)建于康熙四十五年（建于康熙四十五年（1706年）年），为铁索悬桥。全长，为铁索悬桥。全长103.67米，宽米，宽3米，由桥身、桥台、桥亭三部分组成：米，由桥身、桥台、桥亭三部分组成：桥身由桥身由13根根碗口粗的铁链组成，左右两边各根，算是桥栏，底下并排碗口粗的铁链组成，左右两边各根，算是桥栏，底下并排根，铺上木板，就算是桥面。每根铁链由根，铺上木板，就算是桥面。每根铁链由862至至997个手个手工打造的铁

3、环相扣，总重量达工打造的铁环相扣，总重量达21吨多。吨多。4崇觉寺铁塔崇觉寺铁塔南北朝（560年）位于山东省济宁市，铁位于山东省济宁市，铁塔原来是八角七层楼阁塔原来是八角七层楼阁式塔，明万历九年式塔，明万历九年（1581年）重修，并增年）重修，并增建为九层，塔通高建为九层，塔通高23.8米米。塔的下部是一砖砌。塔的下部是一砖砌的八角形基座的八角形基座。5玉泉寺铁塔玉泉寺铁塔北宋公元1061年 位于位于湖北省湖北省当阳县当阳县,全称全称“如来舍利宝塔如来舍利宝塔”,是我国目前最高是我国目前最高（十三层）、最重（十三层）、最重（十万六千六百斤）（十万六千六百斤）和保存最完整的铁塔。和保存最完整的铁

4、塔。6 1818世纪欧洲工业革命以后，我国由于长期受封建主义世纪欧洲工业革命以后，我国由于长期受封建主义社会制度的束缚，特别是社会制度的束缚，特别是18401840年鸦片战争以后，钢结构发年鸦片战争以后，钢结构发展非常缓慢，与欧美各国差距拉大。但在这段时期，也建展非常缓慢，与欧美各国差距拉大。但在这段时期，也建造了一些钢结构厂房、桥梁等工程。造了一些钢结构厂房、桥梁等工程。19371937年建成的杭州钱塘江大桥年建成的杭州钱塘江大桥 是我国著名是我国著名桥梁桥梁专家茅以升专家茅以升主持设计的第一座双层式公主持设计的第一座双层式公路、铁路两用路、铁路两用特大桥特大桥。为上。为上下双层钢结构桁下双

5、层钢结构桁梁桥梁桥，全长，全长1453米，宽米，宽9.1米。大桥于米。大桥于1935年年4月动工，月动工，1937年年9月月26日建成通车。日建成通车。国家体育馆国家体育馆 20082008奥运会国家体育场奥运会国家体育场鸟巢鸟巢 水立方水立方 19781978年改革开放以来，经济年改革开放以来，经济发展迅速，钢产量迅速增长，钢发展迅速，钢产量迅速增长，钢结构得到了很大的发展和运用。结构得到了很大的发展和运用。双塔双索面双塔双索面钢箱梁钢箱梁斜拉桥斜拉桥，总长，总长8206米。米。斜拉桥主孔斜拉桥主孔跨度跨度1088米，列世界第一；米，列世界第一；主塔高度主塔高度300.4米米,列世界第一；列

6、世界第一；斜拉索的斜拉索的长度长度577米米,列世界第一；列世界第一；群桩基础群桩基础平面尺寸平面尺寸113.75米米X48.1米，列世界第一。米，列世界第一。苏通大桥苏通大桥2.1 2.1 钢结构的特点钢结构的特点第二节第二节 钢结构概述钢结构概述由钢板、热轧型钢、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制由钢板、热轧型钢、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制成的工程结构称之为钢结构。成的工程结构称之为钢结构。2.2 2.2 钢结构的应用范围钢结构的应用范围2.3 2.3 钢结构的组成原理钢结构的组成原理2.4 2.4 建筑钢材的类别及选用建筑钢材的类别及选用2.5 2.5 钢材的规格钢材的规格2.1 2.1

7、 钢结构的特点钢结构的特点(1)(1)钢材强度高钢材强度高,塑性和韧性好塑性和韧性好Ec=(2.23.8)104N/mm2砼砼fc=(1080)N/mm2 Es=2.0105N/mm2Q235钢钢fy=235N/mm2塑性：塑性：钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能。钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能。塑性指标：塑性指标：伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率韧性：韧性：材料材料在冲击断裂前吸收能量和进行在冲击断裂前吸收能量和进行塑性变形塑性变形的能力。的能力。反映结构对动力荷载的适应能力。反映结构对动力荷载的适应能力。试验测定方法：试验测定方法：把标准试件置于冲击试验机的支座上，用摆锤打断把

8、标准试件置于冲击试验机的支座上，用摆锤打断试件，以破坏试件时每单位面积上所消耗的能量作为材料的冲击韧试件，以破坏试件时每单位面积上所消耗的能量作为材料的冲击韧性指标，用性指标，用表示表示主要杂质对钢的塑性、韧性的影响：主要杂质对钢的塑性、韧性的影响：硫硫在固溶体中的溶解度极小，在钢中常以在固溶体中的溶解度极小，在钢中常以FeS的形式存在，的形式存在，FeS与与Fe形成低熔点（约形成低熔点（约985）共晶体。当钢在）共晶体。当钢在8001200进行锻造时，会因晶体发生熔化而开裂，呈进行锻造时，会因晶体发生熔化而开裂，呈热脆性热脆性。磷磷可溶于铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使其塑性、韧可溶于铁素

9、体，使钢的强度、硬度提高，但使其塑性、韧性显著降低，尤其在低温时更为严重，呈性显著降低，尤其在低温时更为严重，呈冷脆性冷脆性。氮氮可溶于铁素体，当钢快冷后再可溶于铁素体，当钢快冷后再200250加热时，会有加热时，会有氮化物析出，降低钢的塑性、韧性，使钢呈现氮化物析出，降低钢的塑性、韧性，使钢呈现时效脆性（蓝时效脆性（蓝脆性脆性）。）。氧氧在钢中形成在钢中形成FeO，与，与FeS可形成低熔点（约可形成低熔点（约930）共晶）共晶体，会体，会加剧钢的热脆性加剧钢的热脆性。(2)(2)材质均匀材质均匀 内部微观组织均匀，各向同性。内部微观组织均匀，各向同性。最符合材料力学和结构力学最符合材料力学和

10、结构力学的基本假定。所以钢结构的实际受力情况与计算结果最吻合，精的基本假定。所以钢结构的实际受力情况与计算结果最吻合，精度可达度可达5%5%左右左右。(3)(3)制造简便，施工周期短制造简便，施工周期短 钢结构的建造过程：工厂制造钢结构的建造过程：工厂制造工地安装工地安装 制作、安装简便，施工精度高，工期短，符合工业化要求。可制作、安装简便，施工精度高，工期短，符合工业化要求。可以降低造价，节省投资，提高经济效益和资金周转率以降低造价，节省投资，提高经济效益和资金周转率。(4)(4)质量轻质量轻 a=a=容重容重/屈服强度屈服强度,a,a越小，结构就越轻。越小，结构就越轻。钢材：钢材：a=1.

11、7a=1.73.73.71010-4-4/m/m；钢砼：钢砼：a=18a=181010-4-4/m/m；木材：木材：a=5.4a=5.41010-4-4/m/m。当跨度和荷载相同时，普通钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架当跨度和荷载相同时，普通钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架重量的重量的1/41/41/31/3。特别适用于跨度大、建筑物高、荷载重的结构。特别适用于跨度大、建筑物高、荷载重的结构。(6)(6)钢结构耐热，但不耐火钢结构耐热，但不耐火 温度温度 150300 300 时，钢材的屈服点和极限强度急剧下降；时，钢材的屈服点和极限强度急剧下降；温度到达温度到达600600左右时，强度接近于零。

12、左右时，强度接近于零。故当结构表面长期受辐射热达故当结构表面长期受辐射热达150150以上或在短时间内可能以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。(5)(5)钢材耐腐蚀性差钢材耐腐蚀性差 耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质(大气、水蒸气、有大气、水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等害气体、酸、碱、盐等)腐蚀作用的能力。腐蚀作用的能力。全世界因锈蚀每年损失的钢材大约为当年钢产量的全世界因锈蚀每年损失的钢材大约为当年钢产量的10%10%；除锈涂漆或镀锌定期维护。除锈涂漆或镀锌定期维护。一、大跨度结构一、大跨度结构拱结构

13、拱结构网架结构网架结构膜结构膜结构网壳结构网壳结构钢屋架结构钢屋架结构拉索、悬索结构拉索、悬索结构2.2 2.2 钢结构的应用范围钢结构的应用范围网架结构网架结构拱拱结结构构膜膜结结构构深圳会展中心钢钢屋架结构屋架结构网网壳壳结结构构国家大剧院天津奥林匹克体育场拉索结构拉索结构悬悬索索结结构构二、重型厂房结构二、重型厂房结构 西安变压器厂（承重西安变压器厂（承重400t吊车）吊车）三、承受动力荷载及三、承受动力荷载及强大地震作用的结构强大地震作用的结构美国世界贸易大厦美国世界贸易大厦两座塔楼两座塔楼110110层的塔楼（层的塔楼（北楼高北楼高北楼高北楼高417m417m417m417m，南楼高

14、，南楼高，南楼高，南楼高415m415m415m415m）组成，采用）组成，采用框筒体系。外圈为密柱深梁型框框筒体系。外圈为密柱深梁型框筒，由筒，由240240根钢柱组成，柱距为根钢柱组成，柱距为1.021.02米；内中核心区为米；内中核心区为4747根钢柱根钢柱形成的框架。形成的框架。四、高层建筑及高耸结构四、高层建筑及高耸结构香港中国银行香港中国银行钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构东方明珠电视塔东方明珠电视塔巴黎铁塔巴黎铁塔五、可拆卸、活动结构五、可拆卸、活动结构活动车库

15、活动车库活动桥活动桥六、轻型钢结构六、轻型钢结构彩板彩板拱形波纹屋面拱形波纹屋面门式刚架门式刚架结构结构(1)(1)跨越结构跨越结构2.3 2.3 钢结构的组成原理钢结构的组成原理平面体系平面体系空间体系空间体系28(2)(2)高耸结构高耸结构 梁和柱刚性连接形成空间刚架；梁和柱刚性连接形成空间刚架；水平荷载占主导地位，水平荷载占主导地位，2020层以上建筑需借助于剪力墙。层以上建筑需借助于剪力墙。291 1、钢材的种类、钢材的种类 按用途可分为：结构钢、工具钢、特殊钢；按用途可分为：结构钢、工具钢、特殊钢；按冶炼方法可分为：转炉钢、平炉钢、电炉钢；按冶炼方法可分为：转炉钢、平炉钢、电炉钢；按

16、脱氧方法可分为：沸腾钢按脱氧方法可分为：沸腾钢(F)(F)、半镇静钢半镇静钢(b)(b)、镇静钢镇静钢(Z)(Z)、特殊镇静钢特殊镇静钢(TZ)(TZ)；按成型方法可分为：轧制钢（热轧、冷轧）、锻钢、铸钢；按成型方法可分为：轧制钢（热轧、冷轧）、锻钢、铸钢；按化学成分可分为：碳素钢、合金钢。按化学成分可分为：碳素钢、合金钢。2.4 2.4 建筑钢材的类别及选用建筑钢材的类别及选用沸腾钢沸腾钢为脱氧不完全的钢。冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢为脱氧不完全的钢。冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出）。锭模内产生沸腾现象（气体逸出）。镇静钢镇静钢为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。腾。组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。半镇静钢半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象