第一章钢结构概述
钢结构施工技术指导手册
钢结构施工技术指导手册第一章概述1.1 本手册目的本手册旨在系统介绍钢结构施工技术，包括材料选择、施工工艺、质量控制等方面的知识，为施工人员提供理论指导和实践经验，确保钢结构工程施工的安全、质量和效率。
1.2 钢结构施工概述钢结构具有高强度、轻量化、施工周期短等特点，广泛应用于工业厂房、桥梁、体育馆等建筑领域。
其施工过程相对复杂，需要特殊的施工工艺和技术支持。
第二章钢结构材料及构件2.1 钢材选用钢结构主要采用碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢等材料。
对于不同的工程要求，需根据材料的力学性能、耐腐蚀性能等特点进行合理选择。
2.2 钢结构构件钢结构构件包括梁、柱、桁架等，其制作需要满足强度、刚度和稳定性的要求。
施工人员需了解构件的制作工艺、质量控制及安装要求。
第三章钢结构施工工艺3.1 拼装施工钢结构构件通常在工厂预制，然后在现场进行拼装。
施工人员需掌握合理的拼装顺序、连接方法和施工工艺，以确保结构的安全和稳定。
3.2 起吊安装起吊是钢结构施工的关键环节，需严格按照起吊方案操作，并配备专业起重设备和人员，确保起吊安全和顺利进行。
3.3 焊接工艺钢结构连接一般采用焊接方式，施工人员需熟悉不同材料的焊接工艺、焊缝形式和质量检测要求，确保焊接连接的牢固和密封。
3.4 防腐处理钢结构对外部环境要求较高，施工完毕后需进行防腐处理。
施工人员需了解不同防腐涂料的选用和施工方法，确保钢结构的长期使用性能。
3.5 安全施工钢结构施工涉及高空作业、大型设备操作等危险环节，施工人员需严格遵守安全操作规程，做好现场防护工作。
第四章施工质量控制4.1 材料检验在材料进场前，需对钢材、焊材等进行检验，严格控制材料质量，确保施工材料符合设计要求。
4.2 焊接质量控制焊缝质量对钢结构安全性影响较大，对焊接工艺参数、焊接工艺进行严格控制，同时进行焊缝的无损检测，确保焊接质量。
4.3 结构安装质量结构安装过程中，需对吊装、连接、固定等工序进行质量监控，确保结构连接牢固、稳定。
《钢结构》第一章 钢结构绪论
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
钢结构制造手册
钢结构制造手册钢结构制造手册第一章：钢结构制造概述1.1 钢结构制造的定义钢结构制造是利用钢材进行构建建筑及其他工程结构的过程。
它包括设计、制造、加工和安装等环节。
1.2 钢结构制造的优势钢结构制造具有以下优势：强度高、耐久性强、施工速度快、可重复利用、环保等。
这些优点使得钢结构制造在许多工程中得到广泛应用。
1.3 钢结构制造的工艺流程钢结构制造的工艺流程包括：图纸设计、材料采购、加工制造、质量控制和安装等一系列环节。
每个环节都具有其特定的要求和流程。
第二章：钢结构材料2.1 钢结构常用材料钢结构常用的材料包括钢管、钢板、钢梁、钢柱等。
每种材料具有不同的特性和适用范围，需要根据具体工程的要求进行选择。
2.2 钢结构材料的标准和规范钢结构材料的标准和规范是保证钢结构质量的重要依据。
常见的标准有国家标准、行业标准和企业标准等。
在材料采购过程中，需要按照相关标准进行选材和验收。
第三章：钢结构制造工艺3.1 钢结构制造设备钢结构制造需要使用一系列专业设备，包括钢材切割机、焊接机、钢筋连接机等。
这些设备可以提高制造效率和质量。
3.2 钢结构制造工艺步骤钢结构制造的工艺步骤包括：材料准备、切割加工、焊接装配、表面处理和质量检查等。
每个步骤都需要严格操作，以确保制造质量。
第四章：钢结构安装4.1 钢结构安装前的准备工作钢结构安装前需要进行场地勘察、基础施工、预制构件的运输等准备工作。
这些工作的精细程度直接影响到后续安装的顺利进行。
4.2 钢结构安装步骤钢结构安装的步骤包括：主体安装、次要构件安装、节点连接和焊接加固等。
每个步骤都需要按照相关标准和规范进行操作。
第五章：钢结构质量控制5.1 钢结构制造质量控制钢结构制造质量控制包含原材料质量控制、制造过程质量控制和最终产品质量控制。
每个环节都需要严格控制，以确保最终产品质量稳定。
5.2 钢结构安装质量控制钢结构安装质量控制包括安装过程的控制和验收两部分。
安装过程中需要检查安装工艺和连接方式，验收则需要检查安装质量是否符合设计要求。
钢结构PPT
6、耐久性要求
第二章 钢结构的材料
2.1 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能 一、 六大性能要求 1、强度要求 （1）屈服强度和抗拉强 度必须得到保证
σ fy fp
上屈服点
fu
下屈服点 比例极限
图2-1 单轴应力 ① 屈服强度fy是钢结构强 度设计时，钢材的极限强度，其重要性可想而知。采 用高的屈服强度可减轻自重，节约钢材，降低造价。
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 三、钢结构的发展 1、高效钢材 低合金钢材
利用添加少量合金元素提高钢材的强度，改善其他一些 性能，代替普通碳素钢，从而达到降低钢材用量和延长钢材 使用寿命等目的。结构上常用锰、钒低合金钢材。 以提高耐候性为主要目的发展起来的低合金钢为耐候钢 （耐大气腐蚀钢）
1 k 1.35 1.0 1.7 0.8
345 [ ] 200 MPa 1. 7
（2）钢材标准强度与设计强度
见教材附表4-1。
此外，钢材设计强度指标或允许应力指标的取值还
与如下因素有关：
钢材种类：
受力特点：受拉、剪切、弯曲等 钢材尺寸：同一种类钢材，厚度不同，屈服强度也 会不同。因此，对各类钢材给出了设计强度（或允 许应力）。对同一类钢材，又按照其厚度分组，给
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 一、 特点 1、轻质高强
6、耐腐蚀性差
7、防火性差
2、塑性、韧性好
3、材质均匀
4、具有可焊性
5、制造简便
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用
二、钢结构的应用前景
1、钢结构发展的历史机遇 钢结构发展的基础 钢结构发展的技术政策 钢结构发展的市场需求 2、钢结构是一项绿色环保建筑产业 钢结树材料可再生利用，大气污染物少 工厂化生产，现场施工周期短，最大限度地减少了施工工地 对环境的影响 钢结构体系可以带动其他"节能环保"型建筑材料的推广应用Biblioteka f fy fpfu
钢结构设计原理——第一章
1.2 钢结构的特点及应用
钢结构的特点：
强度高，结构重量轻 材质均匀，且塑性和韧性好（最符合一般工程力学假定） 良好的加工性能和焊接性能 密封性好 钢材的可重复使用性 耐热不耐火 >200℃兰脆，500～600 ℃强度几乎为零，防 火处理：防火涂料、蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 耐腐蚀性差 低温冷脆 钢结构制造简便，施工周期短
产生的变形值（该值使计算结果为最大）；
1.4 钢结构的新发展
1.4.1 结构用钢的新发展
（1）高性能钢材（高强度、塑性和韧性），低屈服点钢，耐 火和耐候等） （2）更合理的型钢截面有H型钢和T型钢，可直接用作梁、柱 或屋架杆件，使制造简便，工期缩短，已列入我国钢结构 构件设计规范。 压型钢板也是一种新材料，在组合楼板中可兼作施工模板 使用，大大缩短施工周期。
Z
Pf
μz
Z=R-S
Z 的概率密度曲线
1.3 钢结构的设计方法 因为R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布，由 概率论原理知功能函数 Z=R-S 也服从正态分布,则:
Pf P ( Z 0)
0
f ( Z ) dZ
f(z)
Z
令：Z、R、S的平均值分别为
μz、μR、μs，标准差分
n
S
G
S
Gk
Q1
S
Q 1k
i2
S
Qi ci
Qik
2.由永久荷载效应控制的组合：
S
G
S
Gk
i 1
n
S
Qi ci
Qik
1.3 钢结构的设计方法 3.荷载分项系数取值如下： （1）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 （2）可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的 活荷载标准值应取1.3。
钢结构基本原理
钢结构基本原理第一章概述1、钢结构设计是怎样确保结构安全、可靠、经济的？钢结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在设计使用年限内满足各项功能要求并且经济合理。
我国《建筑结构设计统一标准》规定，建筑结构必须满足安全性、适用性和耐久性的要求。
为使建筑物设计符合技术先进、经济合理、安全适用，确保质量的要求，建筑结构方案设计，包括结构选型设计占有重要的地位。
建筑结构方案设计和选型的构思是一项很细致的工作，其有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分析，才能做出优化的方案选择。
结构选型应综合考虑建筑对使用空间的要求、结构的合理几何体型、建筑结构材料的种类、结构设计理论的差异、经挤因素等多种影响因素。
4、钢材脆性破坏和塑性破坏的原因、现象及后果是什么?原因：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到钢材的抗拉强度后才发生，破坏前构件产生较大的塑性变形；脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。
现象：塑性破坏加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。
脆性破坏加载后，无明显变形，因此破坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。
后果：脆性破坏危险性大。
塑性破坏可以及时采取措施予以补救，危险性相对于脆性破坏稍小。
7、钢材为什么会发生疲劳破坏？如何验算疲劳强度？钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载循环下不断扩展至断裂的脆性破坏。
第二章钢结构的连接1、钢结构有哪些连接方法？各有什么特点？答：钢结构常用的连接方法有：焊缝连接、螺栓连接、铆接；焊缝连接：属刚接（可以承受弯矩），除了直接承受动力荷载的结构中、超低温状态下，均可采用焊缝连接。
螺栓连接：属铰接（弯矩为零）一般情况下均可使用；特点是现场作业快，容易拆除，维修方便；铆接：当结构受力较小的情况下使用；2、焊缝的连接形式有哪些？简述各种连接形式的适用范围。
钢结构设计原理第章钢结构的特点应用和发展
-A b (f)
GB 50017-2003
-B b (f)
Q235 -C
-D
-A
-B
Q345
-C
(390、420)
-D
-E
（2）对结构承载能力的认识
从构件
整体
从弹性
弹塑性
应力蒙皮效应
计算手段的改进
（3）新型结构形式
— 高强钢索 — 钢和混凝土组合结构、混合结构 — 杂交结构 （索、拱配合）
钢结构的缺点有：
（1）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。 （2）耐热但不耐火
150℃时强度无变化，600 ℃时强度约为0。
1.1.2 钢结构的应用
（1）大跨度钢结构 钢屋架 网架、网壳结构 悬索结构 拱架结构 桥梁结构
国家体育场
国家体育场 建筑体形上 像鸟巢。可 容纳8万人。 平面为椭圆 形,长轴 340m短轴 292m。屋 盖中间有 146m×76 m的开口， 这部分将设 计成开合屋 盖。采用加 肋薄壁箱形 截面.总用钢 量达16万t 。
＊几何不变 ＊在外载作用下保持稳定性承载力和刚度
○ 跨越式结构 跨越地面上的一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。 ○ 高耸结构 从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅 杆结构。
1.4 钢结构设计方法
1.4.1钢结构的概率极限状态
（1）承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续
总用钢量26000t，钢筋混 凝土核心筒，外框钢骨混凝 土及钢柱。
上海金茂大厦
金茂大厦是由中国上海 对外贸易中心股份有限 公司独家投资5.6亿美元 建设的一座88层的超高 层大厦，建筑高度 420.5米，建筑面积 28.9万平方米，于1998 年8月28日竣工。
钢结构基本知识讲授培训(83页)
（2）高强螺栓连接 高强螺栓分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓
第三章 钢结构的连接
● 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传 递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。
● 承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦 力），以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为 承载力极限状态。
第二章 钢结构的材料
一、钢的种类 碳素钢和合金钢
1、碳素钢 ● 分结构钢（低碳钢）和工具钢（高碳钢）； ● 碳素结构钢—《GB700－88》质量等级：A、B、C、
D四级； ● A—只保证抗拉强度、屈服点和伸长率；
B、C、D—保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯性能 和冲击韧性（分别为＋20℃、 0℃ 和－20℃），同时 严格控制C、S、P的极限含量； ● 钢号：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等
第二章 钢结构的材料
● 钢材的物理性能指标：①弹性模量E＝206×10³ （N/mm²）②剪切模量G＝79 ×10³（N/mm²） ；③线 膨胀系数α＝12 ×10-6 ；④质量密度ρ＝7850kg/m3 。
2、冷弯性能 不分层、不裂纹
3、冲击韧性αk
断裂工程中吸收能量
的能力αk ＝A k /A（J/cm2）
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
型钢 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
薄壁型钢
（a)方钢管；（b)等肢角钢；（C）槽钢；（d)卷边槽钢 （e)卷边Z型钢；（f)卷边等直角钢；（g)焊接薄壁钢管
第二章 钢结构的材料
2、钢材的选用
●结构的重要性：一级（重要的）、二级（一般的）和三 级（次要的）。
钢结构基础课程教案
钢结构基础课程教案第一章：钢结构的概述1.1 钢结构的基本概念钢结构的定义钢结构的特点钢结构的分类1.2 钢结构的材料钢材的组成和分类钢材的性能钢材的选择和使用1.3 钢结构的应用范围钢结构的常见应用领域钢结构的优势和限制钢结构的未来发展趋势第二章：钢结构的连接2.1 钢结构连接的基本要求连接的目的和重要性连接的类型和特点连接的设计和计算2.2 焊接连接焊接连接的原理和工艺焊接连接的优缺点焊接连接的应用和实例2.3 螺栓连接螺栓连接的原理和类型螺栓连接的设计和计算螺栓连接的应用和实例第三章：钢结构的受力分析3.1 钢结构的基本受力元件杆件的受力特性梁的受力特性柱的受力特性3.2 钢结构的受力分析方法静力平衡法动力平衡法受力图的绘制和分析3.3 钢结构的受力极限状态弹性极限状态塑性极限状态疲劳极限状态第四章：钢结构的设计计算4.1 钢结构设计的基本原则安全性的要求可靠性的要求经济性的要求4.2 钢结构的设计计算方法弹性设计计算方法塑性设计计算方法极限状态设计计算方法4.3 钢结构的设计计算实例杆件的设计计算实例梁的设计计算实例柱的设计计算实例第五章：钢结构施工与验收5.1 钢结构施工的基本要求施工准备和施工方案钢材的加工和制作钢结构的组装和焊接5.2 钢结构施工的注意事项施工安全和管理施工质量控制和验收施工过程中的问题处理5.3 钢结构验收的标准和程序验收标准和规范验收程序和机构验收结果的判定和处理第六章：钢结构的稳定性与变形6.1 钢结构稳定性的概念稳定性的定义和重要性失稳的现象和原因稳定性的分类6.2 钢结构稳定性的计算临界力的计算临界应力的计算稳定性校核的方法6.3 钢结构变形的控制变形的定义和原因变形限值的要求控制变形的方法和措施第七章：钢结构的抗震设计7.1 抗震设计的基本原则抗震安全性的要求抗震可靠性的要求抗震经济性的要求7.2 钢结构抗震设计的计算方法弹性抗震设计计算方法塑性抗震设计计算方法极限状态抗震设计计算方法7.3 钢结构抗震设计的实例杆件的抗震设计实例梁的抗震设计实例柱的抗震设计实例第八章：钢结构的保护与防腐8.1 钢结构腐蚀的原因和类型腐蚀的定义和现象腐蚀的原因和类型腐蚀的影响和危害8.2 钢结构防腐的方法防腐材料的选用防腐涂层的施工防腐措施的维护和管理8.3 钢结构保护的实例防腐涂层的实例防腐涂料的实例防腐措施的实施和检查第九章：钢结构的安全评估与检测9.1 钢结构安全评估的概念和重要性安全评估的定义和目的钢结构安全评估的必要性安全评估的方法和程序9.2 钢结构检测的方法和设备检测方法的分类和原理检测设备的选用和使用检测数据的分析和处理9.3 钢结构安全评估的实例结构检测的实例安全评估报告的编制安全评估结果的处理和改进第十章：钢结构案例分析与实践10.1 钢结构案例分析的目的和方法案例分析的定义和意义案例分析的目的和原则案例分析的方法和步骤10.2 钢结构案例分析的实例案例选取和背景介绍结构分析和设计计算施工和验收过程的解析10.3 钢结构实践活动的建议实践活动的类型和内容实践活动的组织和实施实践活动成果的总结和评价重点和难点解析重点环节1：钢结构的定义和特点钢结构是由钢材构成的结构体系，具有高强度、重载、施工速度快等特点。
钢结构施工概述
第一章钢结构施工概述第一节钢结构工程概况本工程的主体钢结构包括：混凝土核芯筒内的劲性柱、外筒结构、楼层结构（包括塔顶转换层和空中漫步道）和天线桅杆等。
劲性柱共设置14根，沿混凝土核芯筒周边布置，为工字型截面型式。
钢结构外筒是电视塔主要的垂直承重及抗侧力结构，包括三种类型的杆件：立柱，环和斜撑。
外筒共有24根立柱，由地下二层柱定位点沿直线至塔体顶部相应的柱定位点，全部采用钢管混凝土组合柱。
柱截面尺寸由底部的钢管直径2.0米逐渐减小到顶部的1.2米，柱内填充混凝土的强度等级为C60。
斜撑的材料为钢管，其直径大小为Φ850～Φ700。
斜撑与钢管混凝土柱的连接采用相贯节点刚接形式。
外筒的环梁共有46组，环梁材料亦为钢管，环梁直径均为Φ800。
环梁与钢管混凝土柱通过外伸的圆柱节点相贯连接。
所有现场节点均为焊接连接。
内外筒之间共设置37层楼层。
楼层钢结构为主次梁结构，主梁一端与混凝土核芯筒连接，另一端与钢外筒连接。
考虑内外筒存在垂直位移差，连接节点采用铰接。
部分楼层采用重型桁架和悬挂结构。
在+178.400～+272.000米和+287.600～+318.800米，围绕核芯筒外侧旋转而上设有空中漫步道，对应核芯筒楼层处设置休息平台。
漫步道悬挑横梁长度约1.4米，采用H型钢。
连接桅杆天线和外筒钢管混凝土柱的转换层从+438.40米至+448.80米，高10.4米。
共设置八榀转换桁架，中间与椭圆钢环连接，外端与钢外筒连接。
混凝土核芯筒顶标高居于转换层之下约200mm，待结构稳定后中间填充柔性垫层。
转换桁架上下弦杆采用600x1200的箱形截面，斜杆采用600x1000的箱形截面，竖杆为Φ600的钢管。
桅杆天线高度达156米，位于塔体顶部，下部采用格构式钢结构，上部采用全钢板焊接成箱形截面。
桅杆天线平面形状为正八边形和方形两种形式，底部正八边形平面轮廓为10.0m x 10.0m，顶部平面轮廓为0.75m x 0.75m。
钢结构基本原理课件：第一章
钢筋混凝土屋架中钢筋的重量。
质量轻有利于抗震。 质量轻对荷载敏感（拉、压反号）
3、材质均匀和力学计算的假定比较符合
连续、匀质、各向同性，为理想弹塑性体，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 实际受力情况。 现代化冶炼、扎制技术使钢材质量稳定，材质波动小。
4、钢结构制作简单，施工工期短
建筑用钢”。
我国建筑业中发展最快的就是钢结构，钢结 构设计施工人才短缺，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。
一、钢结构的应用
应用范围不仅取决于钢结构本身的特点， 还取决于国民经济发展的情况。
1、重型工业厂房 冶金厂房 重型机械厂房
随网架结构的大量应用，一般厂房也采用钢网架
上海中心大厦
上海中心建 成后将与金 茂大厦、上 海环球金融 中心形成 “品”字型 超高层建筑 群
上海中心大厦模型
（3）埃菲尔铁塔
是1887年1月26日动工， 1889年5月15日开放的，距今 近120年。 埃菲尔铁塔占地一公顷。 除了四个脚是用钢筋水泥之外， 全身都用钢铁构成，塔身总重 量7000吨。塔分三层，第一层 高57米，第二层115米，第三 层274米。除了第三层平台没 有缝隙外，其他部分全是透空 的。从塔座到塔顶共有1711级 阶梯。
1.2.2 概率极限状态设计法
极限状态: 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能 满足设计规定的某一功能要求, 此特定状态就称为该 功能的极限状态. （1）承载能力极限状态 （2）正常使用极限状态
（1）承载能力极限状态
对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适
于继续承载的变形，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。
钢结构ppt课件.ppt
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构。
二、钢结构的应用
2、多层、高层及超高层建筑结构。
二、钢结构的应用
3、塔桅等高耸结构。
二、钢结构的应用
4、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计方法
经济、安全、适用、耐久
颠覆 强度破坏
承载能力极 限状态 疲劳破坏
丧失稳定
极限状态设计法
变为可变体系
n
5、普通螺栓群偏心受剪承载力计算
Ni
N iF
F n
(NiTx )2
(NiF
NiTy )2
Nb v,min
NiT
T ri ri2
NiTx
T yi xi2 yi2
NiTy
T xi xi2 yi2
例题3、一厚度为12mm的钢板与H型钢柱的翼缘板（厚14mm） 通过8个C级普通螺栓连接，钢板均为Q345，螺栓直径为20mm， 孔径为21.5mm，F=200KN，e=100mm，螺栓水平间距为 120mm，竖向间距为80mm，验算螺栓强度。
3、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝
三、高强度螺栓连接（摩擦型、承压型）
四、对接焊缝的计算
1、轴向受力的对接焊缝
N lwt
f
t
w或f
w c
2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用
1、 max
Mymax Ix
ft
w或f
w c
2、
max
VSx I xt
f
w v
3、 2 3 2 1.1 ftw
第三节 角焊缝连接设计
一、角焊缝形式
侧面角焊缝 斜角焊缝
正面角焊缝
直角角焊缝
二、角焊缝截面形状
(钢结构设计原理)第一章
优缺点-耐热性好，耐火性差
➢ 当普通钢材温度在200℃以内时，钢材的主要性能变化很小， 具有较好的耐热性能。当温度达600℃以上时，钢材的承载 力几乎完全丧失，所以说钢材不耐火。当温度在250 ℃左右 时，钢材的塑性和韧性降低，破坏时常呈脆性断裂。
➢ 裸露钢结构的耐火极限一般为15~20分钟； ➢ 考虑一定的安全储备，当结构表面长期受辐射热温度不小于
• 新中国成立后 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。
• 改革开放以来 1996年我国的钢产量超过一亿吨，一直位于世界钢产量的首位， 每年以15%~20%的水平递增，2009年钢产量直逼6亿吨；
中外建筑钢结构用量比较
中外建筑钢结构应用比较
2010年就达到6%
制造简便，施工工期短
优点—制作简便、施工工期短
制造简便，施工工期短
优点—制作简便、施工工期短
➢ 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是工程结构 中工业化程度最高的一种结构；
➢ 构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构，施工工期短， 可尽快发挥投资的经济效益；
➢ 钢结构由于良好的加工性能和焊接性能，易于加固、改建 和拆迁；
钢结构的应用
钢结构应用
1）活动式结构 2）可拆卸或移动结构 3）大跨度钢结构 4）高层建筑 5）工业建筑 6）轻型结构 7）高耸结构 8）容器和大直径管道 9）抗震要求高的建筑 10）急需早日交付使用的工程 11）特种结构
活动式结构
活动式结构
水工钢闸门、升船机等，发挥钢结构重量轻的特点，降低 启闭设备造价和运转能耗。
三峡永久船闸采用双线五级连续梯级船闸，总水级差113m， 闸门孔口净宽34m，每级均采用人字钢闸门，共有12道24扇闸 门，每扇闸门高38.5m，宽20m，重864t。船过船闸一般需2小 时35分钟。
钢结构_西安建筑科技大学
图2.2 钢材的冷弯试验
第2章 钢结构的材料
2.2.3 冲击韧性
与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性。韧性是钢 材断裂时吸收机械能能力的量度。吸收较多能量才断裂的 钢材，是韧性好的钢材。钢材在一次拉伸静载作用下断裂 时所吸收的能量，用单位体积吸收的能量来表示，其值等 于应力-应变曲线下的面积。塑性好的钢材，其应力-应变 曲线下的面积大，所以韧性值大。然而，实际工作中，不 用上述方法来衡量钢材的韧性，而用冲击韧性衡量钢材抗 脆断的性能，因为实际结构中脆性断裂并不发生在单向受 拉的地方，而总是发生在有缺口高峰应力的地方，在缺口 高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态。
高层钢结构建筑
杂交结构 第一章 概述
1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷
1.2.1 钢结构的建造过程
¾ 工厂制造：验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂 漆
¾ 工地安装：扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定
1.2.2 钢结构的初始缺陷
¾ 几何缺陷：初弯曲 初倾斜 杆件长度误差 ¾ 材料缺陷：钢材并非理想的匀质体和各向同性体
第2章 钢结构的材料
¾ 铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni) 铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减
少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高 钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。
¾ 硫（S） 硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊
不得超过0.05%，在焊接结构中不超 过0.045%。
第2章 钢结构的材料
2.2.2 冷弯性能
根据试样厚度，按规定的弯心 直径将试样弯曲180度，其表面及 侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合格 ”。 “冷弯试验合格”一方面同伸 长率符合规定一样，表示材料塑性 变形能力符合要求，另一方面表示 钢材的冶金质量(颗粒结晶及非金属 夹杂分布，甚至在一定程度上包括 可焊性)符合要求，因此，冷弯性能 是判别钢材塑性变形能力及冶金质 量的综合指标。重要结构中需要有 良好的冷热加工的工艺性能时，应 有冷弯试验合格保证。
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当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时 永久荷载对设计有利(如屋盖当风的作用而掀 起时)，应取：
G ＝1.0； Q ＝1.4
3.2 设计表达式
承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表 达式中最不利值确定：
可变荷载效应控制的组合：
0 GG K Q 1
按照我国钢材标准，强度为420的钢材可满足普通建筑用钢标准，而鸟巢 的用钢总量极大，重量也超出想象，因此，420强度的钢不能满足鸟巢的需 求，因此，必须采用超出我国现有标准的钢材。
§1.1 钢结构的定义和特点
一、钢结构的特点
1.轻质高强;
由于钢材强度高，结构需要的 构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小，结构相 对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m；
本课程的基本要求
1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；
2.了解“钢结构”的计算方法； 3.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； 4.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；
5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、 柱)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。
不失效(Z≥0)。以p s 表示结构的可靠度，则上述 定义可表达为： ps p(Z0)
结构的失效概率以p f 表示，则 pf p(Z0)
由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是对立的，所以结构可
靠度与结构的失效概率符合下式：ps pf 1
3.2 设计表达式
钢结构设计规范除疲劳计算外，采用以概率理论
为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计
二、钢结构的应用范围 1.大跨度结构
拱 结 构
网架结构
桥梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂 房
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
4.高层建筑与高耸结构
金
茂
大
厦
88
地
层
王
420 米
大 厦
东京千年塔
5.道路、桥梁结构
大纲要求
1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围； 2．了解钢结构按极限状态的设计方法； 3．了解钢结构在我国的发展趋势。
鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材的两倍，性能 达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。
Q460EZ235是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材的强度，这表明这种 钢的强度是普通钢材的两倍，“E”指的是负40度的冲击韧性指标，这表明 此钢的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的功能函数：
Z＝g(R，S)＝R-S R—结构构件的抗力 S —荷载效应
R 、S是随机变量，其函数Z也是一个随机变量。
在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z＞0 结构处于可靠状态； Z＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z＜0 结构处于失效状态。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的可靠度：结构在规定的时间内、规定的条 件下，完成预定功能的概率。 “完成预定功能”就是对于规定的某种功能结构
表达式进行计算。以简单的荷载情况为例，分项
系数设计式：
RK
R
GSGKQSQK
RK —抗力标准值(由材料强度标准值和截面公称 尺寸计算而得)；
SGK —按标准值计算的永久荷载(G)效应值； S QK —按标准值计算的可变荷载(Q)效应值； —分项系数。
3.2 设计表达式
《建筑结构可靠度设项系数：
6.水利、水工结构
海上石油平台
7. 轻型钢结构 (1).波纹拱壳结构
(2) 门式刚架结构
（3）多层轻型房屋建筑
8.可拆卸、移动房屋及 移动结构
活动车库
9.构筑物 10.建筑小品
三 钢结构的设计方法
结构必须满足的功能：
1）承受正常施工和正常使用时可能出现的各种 情况：荷载、温度变化、基础不均匀沉降、地 震作用等；
6.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； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
第一章 钢结构概论
学假定符合较好;
钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹
塑性材料
4.制造简便，施工方便，具有良好的装配性;
国 钢结构住宅 家 大 剧 院 屋 架 安 装
5、密闭性好，不渗漏。 6、钢材耐腐蚀性差; 7、钢材耐热性好，耐火性差;
当结构表面长期受辐射热达150℃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。
n
Q 1K
QiciQi K f
i2
永久荷载效应控制的组合：
拱 结 构
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性好，韧度高； 塑性和韧度是概念上完全不同的两个物理量。
塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。
塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而 突然断裂，给人以安全保证；
韧度——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。
韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。
3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力
2）正常使用情况下结构具有良好的工作性能；
3）正常维护下结构具有足够的耐久性；
4）偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳 定性。
三 钢结构的设计方法
3.1 概率极限状态设计方法
极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就 不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就 称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可以分为下列两类：
承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大 承载能力或是出现不适于继续承载的变形，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。
正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常 使用或耐久性能的某项规定限值，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 能的局部损坏以及影响正常使用的振动。