钢结构课件第一章1绪论2014.4
合集下载
《钢结构》第一章 钢结构绪论
能保证塑性变形和焊接性能的钢材。使用在抗震结 构构件和部位中；SN400C及SN490C具有非常好的
抗层状撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材 等需要板厚方向性能（Z向性能）的构件和部位中。 SN B、C类钢材均对屈服点的上限值做出了规定，
以防构件需塑性变形耗能的部位不能进入塑性屈服； 并对碳当量及磷、硫的上限予以严格限制。
③不能精确地考虑结构体系与它的构件之间 的相互影响，无法在给定荷载下预测结构体 系的破坏模式；④需要花费大量时间进行各 构件的承载力验算，包括计算长度的计算； ⑤不便于基于计算机的分析和设计。
要克服上述问题，必须开展以整个框架结构 体系为对象的二阶非弹性分析，即所谓高等 分析和设计。此时，可求得在特定荷载作用 下框架体系的极限承载力和失效模态，而无 需对各个构件进行验算。
目前大多数国家(当然包括我国)采用计算长度法计 算钢结构的稳定问题。该方法的步骤是：采用一阶 分析求解结构内力，按各种荷载组合求出各杆件的 最不利内力，按第一类弹性稳定问题建立结构达临 界状态时的特征方程，确定各压杆的计算长度；将 各杆件隔离出来，按单独的压弯构件进行稳定承载 力验算，验算中考虑了弹塑性、残余应力和几何缺 陷等的影响。该方法的最大特点是采用计算长度系 数来考虑结构体系对被隔离出来的构件的影响，计 算比较简单，对比较规则的结构也可给出较好的结 果。
上述“各种作用”是指凡使结构产生内力或变形的各种原
因，如施加在结构上的集中荷载或分布荷载，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因，例如地震、地基沉降、温度变化等。
二. 结构的可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定功能的能力，称为结构的可靠性(reliability)。结构 可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对 结构可靠度的要求与结构的设计基准期长短有关，设 计基准期长，可靠度要求就高，反之则低。一般建筑 物的设计基准期为50年
抗层状撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材 等需要板厚方向性能（Z向性能）的构件和部位中。 SN B、C类钢材均对屈服点的上限值做出了规定，
以防构件需塑性变形耗能的部位不能进入塑性屈服； 并对碳当量及磷、硫的上限予以严格限制。
③不能精确地考虑结构体系与它的构件之间 的相互影响，无法在给定荷载下预测结构体 系的破坏模式；④需要花费大量时间进行各 构件的承载力验算，包括计算长度的计算； ⑤不便于基于计算机的分析和设计。
要克服上述问题，必须开展以整个框架结构 体系为对象的二阶非弹性分析，即所谓高等 分析和设计。此时，可求得在特定荷载作用 下框架体系的极限承载力和失效模态，而无 需对各个构件进行验算。
目前大多数国家(当然包括我国)采用计算长度法计 算钢结构的稳定问题。该方法的步骤是：采用一阶 分析求解结构内力，按各种荷载组合求出各杆件的 最不利内力，按第一类弹性稳定问题建立结构达临 界状态时的特征方程，确定各压杆的计算长度；将 各杆件隔离出来，按单独的压弯构件进行稳定承载 力验算，验算中考虑了弹塑性、残余应力和几何缺 陷等的影响。该方法的最大特点是采用计算长度系 数来考虑结构体系对被隔离出来的构件的影响，计 算比较简单，对比较规则的结构也可给出较好的结 果。
上述“各种作用”是指凡使结构产生内力或变形的各种原
因，如施加在结构上的集中荷载或分布荷载，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因，例如地震、地基沉降、温度变化等。
二. 结构的可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定功能的能力，称为结构的可靠性(reliability)。结构 可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对 结构可靠度的要求与结构的设计基准期长短有关，设 计基准期长，可靠度要求就高，反之则低。一般建筑 物的设计基准期为50年
钢结构设计全套教学课件
附图1：拉伸试件
20
2
附 图 ： 冲 击 韧 性 试 验
21
3
附 图 ： 冷 弯 试 验
22
第二章 钢结构的材料
2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
影响钢材性能的两大方面：生产过程
使用过程
一、生产过程
1：化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1% 普通低合金钢中有＜5%的合金元素
2.按炉种分
平炉
成本高，质量好（6小时100t左右）
氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 按脱氧程度分
沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
32 2.5 钢的种类和钢材规格
第二章 钢结构的材料
4. 按质量等级分 A级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量 B、C、D级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击
梅氏U型缺口试件: k J / cm2
冲击试验的标准试件型式：
夏比V型缺口试件: CV J
我国采用夏比V型缺口试件
➢ 冲击韧性受温度的影响
17 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
四、冷弯性能 ➢ 冷弯性能是检验钢材适应冷加工（常温下加工）
的能力和显示钢材内部缺陷状况的一项指标 ➢ 冷弯性能是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性
变形能力的指标 ➢ 冷弯性能由冷弯试验确定
18 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ 钢材物理性能指标
弹性模量 E 206 103 N mm 2
泊松比 0.3
剪变模量
G
E
21
79
钢结构基础知识教程PPT课件
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
3
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
4
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 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，已成为建筑业发展的重要任务。
5
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
6
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
3
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
4
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 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，已成为建筑业发展的重要任务。
5
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
6
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
钢结构经典教程PPT课件
• —— 结构重要性系数，
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
钢结构 ppt课件
东方明珠广播电视塔座落在 上海浦东新区黄浦江畔，以 其468米的度成为亚洲第 一高 塔。她于1991年3月开 始建造，1994年11 月完工， 总重量达12万吨，总投资8.3 亿元人民币。
东方明珠塔由三根直径为九 米的擎天立柱、太空舱、上 球体、下球体、五个小球、 塔座和广场组成。
ppt课件
6
三、钢结构的主要结构形式及组成杆件的分类： 1、结构形式：
1）框架 2）桁架 3）拱架 4）索 5）壳体
2、具体结构应用：
1）厂房钢结构 ： 2）轻型钢结构 ： 3）大跨度钢结构 ：（1）网架结构（图） （2）悬索及索桁架结 构 （3）网壳结构 4）桥梁钢结构 ： 5）高耸钢结构 ： 6）高层钢结构 ： 7） 综合应用
大连远洋大厦
ppt课件
17
长宽各150m，总面积 30277m2，塔高508m，世 界第一高，26层以上以8层 为一单元。主要由巨柱、核
心系统及外伸桁架梁。巨柱 自地下5层至地上90层，最 大尺寸为2.4mx3m。
台北101
直径5.5m，中670t的阻尼器
ppt课件
18
图（4）:高耸建筑
电视塔、微波塔、通讯塔等
钢结
概述 建筑钢材 设计方法 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件 屋架
构
ppt课件
1
第一章 绪论
一、钢结构特点
1、优点： ①轻质(密度/强度)、高强: ②材质好(塑韧性见第P2)，可靠性高 ③工业化程度高，工期短 ④抗震性能好：刚性抗能，柔性耗能 ⑤(水\气)密封性能好，耐热性较好 ⑥可重复利用
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴 212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416 席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面 采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入 口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑 设计研究院参与主体设计 ，整体pp结t课件构用钢量达6750t，195kg/m。 11
东方明珠塔由三根直径为九 米的擎天立柱、太空舱、上 球体、下球体、五个小球、 塔座和广场组成。
ppt课件
6
三、钢结构的主要结构形式及组成杆件的分类： 1、结构形式：
1）框架 2）桁架 3）拱架 4）索 5）壳体
2、具体结构应用：
1）厂房钢结构 ： 2）轻型钢结构 ： 3）大跨度钢结构 ：（1）网架结构（图） （2）悬索及索桁架结 构 （3）网壳结构 4）桥梁钢结构 ： 5）高耸钢结构 ： 6）高层钢结构 ： 7） 综合应用
大连远洋大厦
ppt课件
17
长宽各150m，总面积 30277m2，塔高508m，世 界第一高，26层以上以8层 为一单元。主要由巨柱、核
心系统及外伸桁架梁。巨柱 自地下5层至地上90层，最 大尺寸为2.4mx3m。
台北101
直径5.5m，中670t的阻尼器
ppt课件
18
图（4）:高耸建筑
电视塔、微波塔、通讯塔等
钢结
概述 建筑钢材 设计方法 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件 屋架
构
ppt课件
1
第一章 绪论
一、钢结构特点
1、优点： ①轻质(密度/强度)、高强: ②材质好(塑韧性见第P2)，可靠性高 ③工业化程度高，工期短 ④抗震性能好：刚性抗能，柔性耗能 ⑤(水\气)密封性能好，耐热性较好 ⑥可重复利用
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴 212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416 席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面 采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入 口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑 设计研究院参与主体设计 ，整体pp结t课件构用钢量达6750t，195kg/m。 11
钢结构课件第一二章
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊 接结构应控制在≤0.20%。
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
• Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，
对其它性能影响不大，有益。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
负温影响（P27，图2.12）
• 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择
一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类
钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法” 四部分组成。
最新2019-钢结构第1章_绪论-PPT课件
进行防锈涂装，在涂装前需认真除锈，以后定期涂装， 所以维修费用较高，这是钢结构的主要缺点。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.1.2 钢结构的特点
9、低温冷脆倾向 10、容易发生噪声
在动荷载作用下，钢结构容易因震动而产生噪声， 在对环境有要求的场所需采用必要的消声措施。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
第1.2节 钢结构的设计方法
νQik ——其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值； [ν] ——结构或结构构件的变形容许值。
第一章 绪 论
第1.3节 钢结构的设计规范
本节目录
1. 概述 2. 主要设计规范
基本要求
1.了解与钢结构有关的主要设计规范
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.3.1 概述
1、什么是设计规范 设计规范是国家颁布的关于设计计算和构造要求的技
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
2、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(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或 规定限值。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
3、设计方法 （1）容许应力方法
fk[]
k
(1 -1 )
式中 σ ——由标准荷载与构件截面公称尺寸所 计算的应力；
fk——构件截面几何特征； K——大于1的安全系数； [σ]——钢材的容许应力。
第一章 绪 论
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
本章目录
1.1 钢结构的特点 1.2 钢结构的设计方法 1.3 钢结构的设计规范 1.4 钢结构的应用和发展 1.5 本课程的主要内容和特点
基本要求
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.1.2 钢结构的特点
9、低温冷脆倾向 10、容易发生噪声
在动荷载作用下，钢结构容易因震动而产生噪声， 在对环境有要求的场所需采用必要的消声措施。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
第1.2节 钢结构的设计方法
νQik ——其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值； [ν] ——结构或结构构件的变形容许值。
第一章 绪 论
第1.3节 钢结构的设计规范
本节目录
1. 概述 2. 主要设计规范
基本要求
1.了解与钢结构有关的主要设计规范
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.3.1 概述
1、什么是设计规范 设计规范是国家颁布的关于设计计算和构造要求的技
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
2、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(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或 规定限值。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
3、设计方法 （1）容许应力方法
fk[]
k
(1 -1 )
式中 σ ——由标准荷载与构件截面公称尺寸所 计算的应力；
fk——构件截面几何特征； K——大于1的安全系数； [σ]——钢材的容许应力。
第一章 绪 论
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
本章目录
1.1 钢结构的特点 1.2 钢结构的设计方法 1.3 钢结构的设计规范 1.4 钢结构的应用和发展 1.5 本课程的主要内容和特点
基本要求
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中外建筑钢结构应用比较
从发达国家来 看，钢结构建筑已 成为主流。
国家 钢结构建筑总量 /建筑总量 中国 6％ 韩国 20％
1.1
日本 50％
美国 68％
钢结构的发展概况
1
绪 论
我国各类钢结构工程建设消费钢材比例
1
绪 论
我国建设部建筑用钢发展规划
“十五”期间建筑钢结构用钢达到总钢产量3％
2015年建筑钢结构用钢达到总钢产量6％
绪 论
耐火性差——钢材虽为非燃烧体，但裸露钢结构耐火极限一般
1
绪 论
纽约世界贸易中心大楼 1966年开工，历时7年， 1973年竣工以后，以411m 的高度作为110层的摩天巨 人而载入史册。大楼采用 钢结构，用钢7万8千吨， 楼的外围有密置的钢柱， 墙面由铝板和玻璃窗组成， 有“世界之窗”之称。 2001年9月11日纽约世 贸大楼双子塔遭受飞机撞 击后，挺立了近两个小时 之后突然坍塌。主要原因 是波音757载油35吨 ，波 音767载油51吨 ，大火燃 烧，钢材变软，引起坍塌。
RC桥墩的倒塌
钢桥墩的损伤 （局部屈曲）
1
绪 论
塑性和韧性好——钢材良好的塑性，使结构在一般情况下不会 因超载而突然断裂，在破坏前变性增大，有明显征兆，易于补 救；良好的韧性是结构适于承受冲击荷载和动力荷载，具有良 好的抗震性能
抗震及抗动力性能好
1.2 钢结构的特点及应用
1
化生产，施工周期短、效率高、质量好。
绪 论
工成型的薄壁型钢以及钢索通
过连接而形成的能够承担预定 功能的结构体系。如房屋、桥 梁等，称为钢结构。
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。
1.1 钢结构的发展概况
1
1.1 钢结构的发展概况
绪 论
古代
钢(steel)是铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼 钢技术的发展是密不可分的。
1949 1990 1995 1996 2000 2004 2006 2007 2008 2009 2011 2012 2013 十几万吨 5000万吨 7000万吨 1亿吨 1.285亿吨 2.72亿 4.62亿吨 4.89亿吨 5.84亿吨 6.92亿吨 6.83亿吨 7亿吨 7.8亿吨
2013年中国粗钢产量占全球48.5%,不锈钢产量占48.3%。
1
钢结构防火保护措施
绪 论
钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、 抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势。
1.2
钢结构的特点及应用
1
1.2.2 钢结构的应用
绪 论
A）恒载占比越大，采用钢结构越合理。 B）强震地区（受力小，延性好） C）劳动力价格高（工业化生产，现场劳动力少） D）软土地基（基础耗资小） E）大跨、超高结构（结构效应函数值大）
绪 论
工业化程度高——良好的加工性能和焊接性能，易于工厂
Hale Waihona Puke 1.2钢结构的特点及应用
1
绪 论
密闭性能好——钢材本身组织致密，焊接的钢结构可以做
到完全密闭，具有良好的气密性和水密性。（储存、运输）
拆迁方便，可重复性使用性——质量轻，连接简便，拆装
方便，灾后易修复、基础造价低、材料可回收和再生、节 能、省地、同时又是绿色环保可持续发展的建筑材料，符 合当前节地节能政策。
1
绪 论
上海铁路南站
世界第一超大透光钢结构屋顶，直径278m，由54根钢柱支撑而起，最高处离地 面42m，安装总面积达6万多m2，屋面采用阳光板，可采光隔热。 采用钢结构结构构件的尺寸已经变得很小，换来的是大片的空透采 光空间，房屋失去了以前的厚重感觉——轻盈舒展
1
绪 论
材质均匀——钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，为理想 的弹塑性材料，理论计算与实际结果吻合良好，更安全的结构。
1.1 钢结构的发展概况
1
• 公元65 年，汉明帝时代建造了铁链悬 桥——云南“兰津桥” • 1705年建成的四川泸定大渡河桥，桥 宽 2.8m ，跨长 100m ，由 9 根桥面铁链 和 4 根桥栏铁链构成，两端系于直径 20cm、长4m的生铁铸成的锚桩上。
绪 论
• 公元1061年（宋 代）在湖北荆州 玉泉寺建成的13 层铁塔
1
绪 论
近代
• 十九世纪五十年代前为铸铁结 构，这是钢结构的前身结构。 • 1851 年英国伦敦第一届世博会 的水晶宫是铸铁结构的典型建 筑 (9 万 m2 ,6 个月，用 4500 吨铸 铁、 10t 玻璃建成， 1936 年火 毁 ) 。它是英国工业革命时期 的最具有代表性的建筑。
这是一座完全用钢铁和玻璃构造的 “功能主义”建筑，一改维多利亚时 代石头建筑庞大、笨重的建筑风格， 不管是从外面看还是从里面瞧，都非 常透亮，人们因此称它“水晶宫
80-90年代后, 出现了新的发展时期（钢产量自1996年（实现1亿吨）
起连续多年超亿吨),国家鼓励建筑用钢。
20世纪80年代以来：飞速发展，广泛应用。
自1996年以后，钢产量世界第一；到2012年我国粗钢产量达7亿吨。
1
绪 论
20世纪80年代以来：飞速发展，广泛应用。 自1996年以后，钢产量世界第一；如：网架结构的 飞速发展；如：轻型门式刚架结构的飞速发展。 应用范围扩张 高层建筑 体育场馆 机场航站楼 会展中心 剧院 火车站 飞机库 工业厂房 电视塔 结构体系丰富 纯框架 带支撑框架 框筒 网架网壳 空间桁架 刚架、拱架 悬索、张弦梁 索膜结构 塔桅结构
1
钢结构的适用范围
大跨度建筑（体育馆、会展、机场、厂房）
绪 论
大跨度桥梁（公路桥、铁路桥）
多层与高层建筑（宾馆、办公楼、住宅等） 高耸构筑物（电视塔、发射塔、输电塔） 受动力荷载影响的结构（重工业厂房、钻井平台） 密闭结构（油罐、煤气罐、天然气管道） 可拆移结构 轻型钢结构 其它结构
1
第一座依照现代钢结构框
绪 论
架结构设计原理建造起来的高
层建筑是芝加哥家庭保险公司 大厦（ 1883-1885 ）共十层。
这是真正意义上世界上建造的
第一座钢结构大厦。 芝加哥是美国摩天大楼的发 源地，从此人们建造的房屋越来 越高，结构和功能都同传统建筑 相比发生了非常大的改变。
芝加哥家庭保险公司大厦 Home Insurance Building
钢结构被誉为21世纪“绿色建筑”
1.2 钢结构的特点及应用
1
大跨度建筑
绪 论 绪 论
第一章
国家大剧院
总建筑面积近15万m2，该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆 球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。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6750t。
节约用钢
开始转向
鼓励用钢
钢结构建筑已经成为二十一世纪建筑结构的总趋势，成 为一个国家国力和建筑水平、文明水平的重要标志。
1.1 钢结构的发展概况
1
1.2 钢结构的特点及应用
1.2.1 钢结构的特点
绪 论
轻质高强，塑性好； 材性均匀可靠；
稳定性问题突出； 耐火性较差； 易腐蚀； 单价高。
工业化程度高，施工工期短；
1
1870年生产型钢，标志着 人类社会开始由铸铁结构转为 钢结构。
1889 年为纪念法国大革命
绪 论
100 周年建造的艾菲尔铁塔。于
1887年11月26日动工1889年3月31 日竣工，历时 21 个月，铁塔占地
12.5公顷，高320.7m，重7000t,由
18038个优质钢铁部件和 250 万个 铆钉铆接而成，建筑设计中最著 名的是防范强风吹袭的对称钢结 构设计。以艾菲尔铁塔为标志， 钢结构应用有120多年的历史。 巴黎的标志——艾菲尔铁塔
1.2
(kN/m3) = /f
= /f ——密度强度比 反映材料在承载 条件下的轻质性。 f——设计强度 (kN/m2)
钢结构的特点及应用
1
绪 论
这样的桥型才显示了钢 材造桥的特点，但这还不 是钢桥最典型的特点。
1
绪 论
钢桥墩和RC桥墩的设计截面比较
22 294
10125 20250 10125
1
我国钢结构的发展概况
绪 论
刚解放时钢产量几乎是零
建国以来 我国钢结构应用发展的三个时期
20世纪50~70年代：应用较少
50年代, 为初盛时期（156项援建工程大部分为重型钢结构）。 60-70年代,为限制使用时期，当时中国钢产量仅1～2千万吨，主要
用于国防.机械业。当时国家政策建筑业中 “凡是可用其它材料代替的， 均不用钢结构建造”。由于受到钢产量的制约，钢结构仅在重型厂房、 大跨度公共建筑、铁路桥梁以及塔桅结构中采用。二十世纪钢筋混凝土 结构成为中国主导结构。
11 210 1 800 1 200 3 855
After reconstruction
Steel Pier
RC Pier
500 1800
3 000
10600
4000
6000
4000
1
绪 论
意大利罗马万神庙 墙厚5.9m， 从墙到穹顶均用混凝土浇筑，穹 顶从根部逐渐减薄，最薄处1.5m 厚。穹顶直径43.3m，顶部园洞 直径8.9m，穹顶高也是43.3m。
1
绪 论
钢结构
Steel Structure 讲 课 张卉 E-mail: zhangh0202@
1
绪 论
1 绪论
1.1 钢结构的发展概况 1.2 钢结构的特点及应用 1.3 钢结构的主要结构形式 1.4 钢结构的设计方法和发展趋势 1.5 钢结构课程的学习