高等钢结构理论
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北京京广中心
深圳地王大厦 广州中信大厦
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详见幻灯片18 详见幻灯片19
7
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
4、高耸结构
工程受力特点同超高层建筑 代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点） 佛山广播电视塔（230m高） 林芝电视塔 （103m高） 临沂电视塔 （326m高） 海南电视塔 河南电视塔 （388m高）
钢 结 构 验
算
正常使用极限 标准组合 (式 1.3, 超越标准值后将 状态(对吊车 产生严重后果) 荷载不乘动力 短期效应 频遇组合(式 1.4, 超越频遇组合将产 系数, 对风荷载 生局部损害) 乘风振系数，验 算变形、加速度等) 长期效应： 准永久组合(式 1.5, 用于沉降等长期 效应起决定作用的计算) 允许应力设 疲劳强度验算 常幅疲劳计算 计法(或安 （验算应力幅） 变幅疲劳计算 全系数法) 对于变形敏感的结构体系(如单层网壳、拉线桅杆等)的整体稳定 验算
林芝电视塔
10
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸结构
海南电视塔方案由900个 立方体钢框架构成，四 翼呈螺旋状收缩上升， 塔座平面布局呈风车状， 塔楼根据需要，采用玻 璃幕墙对立方体框架进 行封闭，形成镶嵌在金 属框架中晶莹剔透的宝 石。
海南电视塔方案
11
1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因
新概念：承、重比，针对结构 区别：承载能力包含材料强度因素，也包含用此种材 料做成结构件的几何要素，如作为梁、柱，钢材可形成高 效的截面；作为楼板，钢材难以形成适用、高效（高抗弯 模量、高惯性矩）的截面。
2）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短
i）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效 ii）工地螺栓连接快速、省工 iii）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期
荷载与作 用分析
结构效应 分析及验算
出施 工图
调查 研究 调整
辅助材 料选择
节点选择 和估算 调整 调整
前期准备，调查研究
概念设计和结构布置
初步设计
施工图设计
图1-1 钢结构设计流程图
13
1.5 钢结构验算的内容
由可变荷载效应控制(式 1.1) 承载能力极限 状态(计动力 系数、荷载取 设计值，验算 强度、稳定等) 极限状态 设计法 基本组合 偶然组合 由永久荷载效应控制(式 1.2, γG 变化) (γ=1.0)(强震、断线等,按抗震规范及行 业规范)
4
1.1 钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好
3）结构延性好
i）在极限荷载与作用下可进行内力重分布 ii）可耗能减振
4）为实现钢结构核心价值应解决的问题
i）稳定问题
ii）锈蚀问题 iii）防火问题
5
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
2、大跨度公共建筑屋面
工程受力特点：表面活荷载小，跨度大 工程外形特点：造型复杂多变 代表建筑物
江宁体育场
上海浦东国际机场 上海新国际博览中心 南京奥林匹克体育中心
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详见幻灯片11 详见幻灯片12 详见幻灯片13 详见幻灯片14
国家体育场的“鸟巢”方案
6
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
3、超高层建筑
工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成 正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之 势。 代表建筑物 上海金贸大厦 浦东国际金融大厦
高等钢结构理论
1
课程特点
实践性： 从工程实践中发现问题，总结经验； 综合性： 综合应用各种知识解决问题； 创新性： 创造新的技术，推动工程实践发展。
2
第一章 钢材性质与结构体系设计综述
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 钢结构的核心价值 钢结构工程发展的主要四个领域 选用钢结构的基本原因和附加原因 钢结构设计的流程 钢结构的验算 钢结构的概念设计：
图1-2 钢结构验算内容图
14
1.6 钢结构概念设计
1.6.1 钢结构荷载与作用的特点
1）风荷载 i）阵风系数 βgz（计算墙、梁） 和风振系数βz （计算主体结构）
ii）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应
2）冰雪荷载：条件、取值和导向 3）温度作用：整体尺度，平衡点；
分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取
详见幻灯片20
黑龙江广播电视塔（336m高）详见幻灯片22
详见幻灯片22 详见幻灯片22 详见幻灯片22 详见幻灯片22
8
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸结构
黑龙江广播电视塔被 称为龙塔，坐落在哈尔滨 高新技术开发区，高度为 336 米，亚洲第一钢塔。 电视塔集广播电视发射、 旅游观光、广告传播、餐 饮娱乐、科技乐园、无线 通讯、环境气象监测等多 种综合性功能于一身，成 为素有“东方莫斯科”美 誉的北国名城哈尔滨市乃 至黑龙江省新的标志性景 观。
1.6.1 钢结构荷载与作用的特点 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法 1.6.4 提高钢结构延性的方法
1.7 钢结构的创新－反向平衡法兰的研发
3
1.1 钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好
1）承载能力与重量之比高（用于主体结构）
传统概念：强质比，针对材料
黑龙江电视塔
9
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸Hale Waihona Puke Baidu构
西藏林芝多功能电视塔建于 具有“西藏江南”之称的林 芝市，塔高 103 米。该塔既具 有电视发射功能，又兼有旅 游观光功能。林芝电视塔塔 身由 36 根笔直的钢管在空中 巧妙地组合成双曲抛物面， 充分体现了现代建筑优美而 独特的造型风格；其内由压 型钢板和采光板构成的正十 六边形井道，玲珑剔透，与 外塔身配合相得益彰。
1）基本原因：
活荷载与全部竖向荷载之比越小，采用钢结构优 越性更大；
2）附加原因：
i）跨度大，结构效应放大系数大 ii）地震烈度大
iii）软土地基
IV）劳动力价格高 V）造型复杂
12
1.4 钢结构设计的流程
调整 使用功 能及建 筑设计 调整 主体材 料选择 构件选择 和估算 结构体系 选择、确定
规 范
4）地震作用 减轻附属结构 增加结构延性 增大结构阻尼 减少地震作用效应
5）荷载与结构的变异
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1.6 钢结构概念设计
1.6.2 提高钢结构承载效率的方法
北京京广中心
深圳地王大厦 广州中信大厦
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1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
4、高耸结构
工程受力特点同超高层建筑 代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点） 佛山广播电视塔（230m高） 林芝电视塔 （103m高） 临沂电视塔 （326m高） 海南电视塔 河南电视塔 （388m高）
钢 结 构 验
算
正常使用极限 标准组合 (式 1.3, 超越标准值后将 状态(对吊车 产生严重后果) 荷载不乘动力 短期效应 频遇组合(式 1.4, 超越频遇组合将产 系数, 对风荷载 生局部损害) 乘风振系数，验 算变形、加速度等) 长期效应： 准永久组合(式 1.5, 用于沉降等长期 效应起决定作用的计算) 允许应力设 疲劳强度验算 常幅疲劳计算 计法(或安 （验算应力幅） 变幅疲劳计算 全系数法) 对于变形敏感的结构体系(如单层网壳、拉线桅杆等)的整体稳定 验算
林芝电视塔
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1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸结构
海南电视塔方案由900个 立方体钢框架构成，四 翼呈螺旋状收缩上升， 塔座平面布局呈风车状， 塔楼根据需要，采用玻 璃幕墙对立方体框架进 行封闭，形成镶嵌在金 属框架中晶莹剔透的宝 石。
海南电视塔方案
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1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因
新概念：承、重比，针对结构 区别：承载能力包含材料强度因素，也包含用此种材 料做成结构件的几何要素，如作为梁、柱，钢材可形成高 效的截面；作为楼板，钢材难以形成适用、高效（高抗弯 模量、高惯性矩）的截面。
2）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短
i）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效 ii）工地螺栓连接快速、省工 iii）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期
荷载与作 用分析
结构效应 分析及验算
出施 工图
调查 研究 调整
辅助材 料选择
节点选择 和估算 调整 调整
前期准备，调查研究
概念设计和结构布置
初步设计
施工图设计
图1-1 钢结构设计流程图
13
1.5 钢结构验算的内容
由可变荷载效应控制(式 1.1) 承载能力极限 状态(计动力 系数、荷载取 设计值，验算 强度、稳定等) 极限状态 设计法 基本组合 偶然组合 由永久荷载效应控制(式 1.2, γG 变化) (γ=1.0)(强震、断线等,按抗震规范及行 业规范)
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1.1 钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好
3）结构延性好
i）在极限荷载与作用下可进行内力重分布 ii）可耗能减振
4）为实现钢结构核心价值应解决的问题
i）稳定问题
ii）锈蚀问题 iii）防火问题
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1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
2、大跨度公共建筑屋面
工程受力特点：表面活荷载小，跨度大 工程外形特点：造型复杂多变 代表建筑物
江宁体育场
上海浦东国际机场 上海新国际博览中心 南京奥林匹克体育中心
详见幻灯片10
详见幻灯片11 详见幻灯片12 详见幻灯片13 详见幻灯片14
国家体育场的“鸟巢”方案
6
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
3、超高层建筑
工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成 正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之 势。 代表建筑物 上海金贸大厦 浦东国际金融大厦
高等钢结构理论
1
课程特点
实践性： 从工程实践中发现问题，总结经验； 综合性： 综合应用各种知识解决问题； 创新性： 创造新的技术，推动工程实践发展。
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第一章 钢材性质与结构体系设计综述
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 钢结构的核心价值 钢结构工程发展的主要四个领域 选用钢结构的基本原因和附加原因 钢结构设计的流程 钢结构的验算 钢结构的概念设计：
图1-2 钢结构验算内容图
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1.6 钢结构概念设计
1.6.1 钢结构荷载与作用的特点
1）风荷载 i）阵风系数 βgz（计算墙、梁） 和风振系数βz （计算主体结构）
ii）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应
2）冰雪荷载：条件、取值和导向 3）温度作用：整体尺度，平衡点；
分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取
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黑龙江广播电视塔（336m高）详见幻灯片22
详见幻灯片22 详见幻灯片22 详见幻灯片22 详见幻灯片22
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1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸结构
黑龙江广播电视塔被 称为龙塔，坐落在哈尔滨 高新技术开发区，高度为 336 米，亚洲第一钢塔。 电视塔集广播电视发射、 旅游观光、广告传播、餐 饮娱乐、科技乐园、无线 通讯、环境气象监测等多 种综合性功能于一身，成 为素有“东方莫斯科”美 誉的北国名城哈尔滨市乃 至黑龙江省新的标志性景 观。
1.6.1 钢结构荷载与作用的特点 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法 1.6.4 提高钢结构延性的方法
1.7 钢结构的创新－反向平衡法兰的研发
3
1.1 钢结构的核心价值：承、重比高、快速施工和延性好
1）承载能力与重量之比高（用于主体结构）
传统概念：强质比，针对材料
黑龙江电视塔
9
1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因
高耸Hale Waihona Puke Baidu构
西藏林芝多功能电视塔建于 具有“西藏江南”之称的林 芝市，塔高 103 米。该塔既具 有电视发射功能，又兼有旅 游观光功能。林芝电视塔塔 身由 36 根笔直的钢管在空中 巧妙地组合成双曲抛物面， 充分体现了现代建筑优美而 独特的造型风格；其内由压 型钢板和采光板构成的正十 六边形井道，玲珑剔透，与 外塔身配合相得益彰。
1）基本原因：
活荷载与全部竖向荷载之比越小，采用钢结构优 越性更大；
2）附加原因：
i）跨度大，结构效应放大系数大 ii）地震烈度大
iii）软土地基
IV）劳动力价格高 V）造型复杂
12
1.4 钢结构设计的流程
调整 使用功 能及建 筑设计 调整 主体材 料选择 构件选择 和估算 结构体系 选择、确定
规 范
4）地震作用 减轻附属结构 增加结构延性 增大结构阻尼 减少地震作用效应
5）荷载与结构的变异
15
1.6 钢结构概念设计
1.6.2 提高钢结构承载效率的方法