全套课件钢结构设计原理--胡习兵

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第3章钢结构的连接资料

3.2.1 常用焊接方法
焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊（埋弧自动或半自动焊）、气体保护焊以及电阻焊等。
3.1.1 焊缝连接
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图3-3 手工电弧焊
图3-4 埋弧自动电弧焊
1 焊件；2 V形坡口；3 垫板；4 焊剂；5 焊剂斗；6 焊丝； 7 送丝轮；8 导电器；9 电缆；10 焊丝盘；11 焊剂回收器；?
主要内容：
3.1 钢结构的连接方法 3.2 焊接方法和焊接连接形式 3.3 对接焊缝的构造与计算 3.4 角焊缝的构造及计算 3.5 焊接应力与焊接变形 3.6 普通螺栓连接的构造和计算 3.7 高强度螺栓连接的构造和计算
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钢结构设计原理
第3章
3.1 钢结构的连接方法
帮助
对接焊缝连接
角焊缝连接
钢结构设计原理
第3章
3.1.2 螺栓连接
分为：
普通螺栓连接
N
高强度螺栓连接
1.普通螺栓连接
分为A、B、C三个等级, 3A.1级.1和焊B缝级连为接精制螺栓，C级为粗制螺栓。
1）A B级精制螺栓：Ⅰ类孔，孔径比杆径大0.3-0.5mm；性能等级有5.6级和8.8级；抗剪性能好, 制造安装费工，少用。
2.高强螺栓连接材料：45号钢、40B钢和32.10.M1 n焊Ti缝B等连接性能等级:8.8级和10.9级 1）摩擦型连接：只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则；螺杆与螺孔之差1.5～2.0mm，变形小，承载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。
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第3章
3.气体保护焊

钢结构设计原理第2版课件第2章

2.2.2 冶金过程
冶炼：平炉、转炉浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺）轧制：改善内部组织结构热处理：显著提高强度
2.2.3 钢材硬化
冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。自然时效、人工时效应变时效
2.2.4 温度
正温在200℃以内钢材性能没有很大变化， 430～540℃强度急剧下降。
同外增加一个等级E，主要是要求-40℃的冲击韧性。钢的牌号如：
Q345-B、Q390-C等等。
3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如：斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。高强钢丝分光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”；多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。
2.4.4 钢材的规格：
热轧钢板：薄板、厚板
热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型钢、T型钢
冷弯薄壁型钢：
工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种腹板厚度分别为a、b、c三类。如I30a、I30b、I30c，a类腹板较薄用作受弯构件较为经济，c类腹板较厚。轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，因而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。H型钢是世界各国使用很广泛的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相连。它可分为宽翼缘H型钢，代号HW，翼缘宽度B与截面高度H相等；中翼缘 H型钢，代号HM，B＝(1/2～2/3)H；窄翼缘H型钢，代号HN，B=(1/3—1/2)H。各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和剖分 T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1

《钢结构设计原理》课件

计算方法和设计基础
钢梁的结构分析
钢结构设计中最重要的分析方法之一，可用来计算钢梁的最大荷载和位移。
优化算法
应用优化算法可以大幅提高钢结构的设计效率和减少成本。主要算法包括基于遗传、模拟退火和神经网络的设计优化方法。
有限元法
有限元法是数值计算的一种方法，钢结构设计中可用于分析复杂结构的应力和变形。这反过来可以帮助优化方案。
克莱斯勒大厦建于20世纪30年代，为典型的带钢框架的摩天大厦。它是纽约市第一座突破高度纪录的建筑。
如今，越来越多的建筑师和设计师使用新技术和接近自然状态的钢材，例如模块化的建筑结构，以及轻质的钢材。
钢材的性能和种类
不锈钢
具有较好的耐蚀性和抗热性能，广泛应用于建筑、航空工业、食品加工等领域。
部分荷载。梁的型号和尺寸应根据荷载、
跨度和梁长来确定。
3
支撑体系
4
支撑体系用于平衡钢结构的荷载和变形。它包括支承、弥栋、须具备足够的稳定性和强度。钢结构的柱子通常为H型或方形异形钢管。
螺栓、焊缝和铆钉
用于将结构连接在一起的连接件，具有抗震、抗冲击和承载能力强的特点。
合金钢
合金钢通常由各种元素组成，具有好的韧性和耐磨性，广泛地用于汽车工业和制造业。
碳素钢
碳素钢含碳量较高，价格低廉。广泛地应用于建筑、桥梁、机械等领域。
铝钢板
铝合金具有良好的强度、重量轻和耐腐蚀性等特点，广泛应用于建筑、交通运输以及航空航天等领域。
钢结构的构件和构造形式
1
梁
2
梁是连接柱子的横向构件，它承担着大
《钢结构设计原理》PPT 课件
本课件介绍钢结构设计原理，涵盖钢材的性能和种类，钢结构的构造形式与构件，计算方法和设计基础，设计实例和分析，以及常见问题解答。

钢结构设计原理-第一章-绪论PPT课件

10
国家奥林匹克游泳馆
11
广州新体育馆 12
台湾桃园体育馆
13
重型——主要是内有大吨位重级工作制吊车等重工业厂房如鞍钢、首钢、宝钢及一些电厂的主厂房等。
14
15
高层、超高层建筑结构
如台北101大厦（508m）、吉隆坡双塔大厦（452m）、美国西尔斯大厦（443m）、上海金茂大厦（421m ）、深圳地王大厦（384m）、北京京广大厦（208m ）等。
校准分析后，其值在 3.2左右，即 =3.2，属
延性破坏，安全等级为
二级。
43
1.3.3结构设计表达式
现行钢结构设计规范，采用以概率理论为基础的极限状态设计法（疲劳计算除外），采用分项系数的设计表达式进行计算。其分项系数不是凭经验确定，而是以可靠指标为基础，用概率设计法求出。若直接应用概率法的设计表达式，目前还有困难。其原因是：
木材：
a=5.4 × 10- 4 /m
混凝土： a=18× 10- 4 /m
因此，做成的结构构件面积小，自重轻。
如：在同样跨度承受同样荷载下，钢屋架的自重最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3~1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，而高层钢结构自重则为高层钢筋混凝土的 1/2~3/5。
优点：方便运输和吊装；减小地震作用；减轻基础负荷，降低地基、基础部分的造价；増加建筑有效使用面积。4
问题是：R和S的分布非常复杂，而且目前的统计数据还不够多，因此一般来说，Z的分布很难求出。失效概率的计算仅仅在理论上是可行的，实际上很难求出。所以人们只能寻求近似概率设计法。
41
在近似概率设计法中，由于R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布。根据概率原理，功能函数Z也服从正态分布。

钢结构设计原理第2版课件第3章

lw
;
N A
he
N
lw
;
T A
T ry J
;
T A
T
rx J
由剪力V引起的应力均匀分布，A点处应力垂直于焊缝长度方
向，属于正面角焊缝受力性质，可计算出：
V A
he
V
lw
;
N A
he
N
lw
;
T A
பைடு நூலகம்
T ry J
;
T A
T
rx J
由轴力N引起的应力在A点处平行于焊缝长度方向，属侧面
气体保护焊：
是利用惰性气体或 CO2气体作为保护介质，在电弧周围形成保护层，使被融化的金属不与空气接触，而形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。
电弧加热集中，熔化深度大，焊接速度快，焊缝强度高，塑性好，其效率是手工电弧焊的3~4倍。
可以手工操作或自动操作。
3.1.2 焊缝连接型式
lw —两焊件间角焊缝计算长度总和。每条焊缝取实际长度
减去 2h f 。
f
w f
—角焊缝的强度设计值，参见附表1-2。
圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝的有效厚度：
圆钢与平板： he 0.7hf
圆钢与圆钢： he 0.1d1 2d2 a
式中：
d1、d2 —大、小圆钢直径。
a —焊缝表面至两个圆钢公切线距离。
按被连接构件的相对位置分：平接；T 形连接；搭接；角接；
按焊缝本身构造分：对接焊缝；角焊缝按施焊位置分：俯焊（平焊）、立焊、
横焊和仰焊；
1. 焊缝连接形式
对接连接（用盖板的对接）、搭接连接、T形连接、角部连接
对接焊缝
角焊缝

钢结构设计原理课件第九章

设置屋架下弦（横向）支撑并以系杆连接各屋架，以承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动，与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系，
第9章桁架及屋盖
9.3 屋架的支撑系统
4.（上）下弦纵向水平支撑（必要时设置）
第9章桁架及屋盖
9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
一、概述桁架是以轴向受力为主的杆件，通过节点连接成形成的格构式
承重结构（扩大构件）。荷载传递特点：平面桁架（屋架）、空间桁架（网架、网壳）
第9章桁架及屋盖
9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
第9章桁架及屋盖
9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
第9章桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸
第9章桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸
第9章桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸
第9章桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸
第9章桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸
钢屋盖系统的主要平面尺寸是屋架的跨度和屋架的间距。
第9章桁架及屋盖
9.6 桁架杆件的计算长度和容许长细比
平面外两节间内力不等时时，计算长度应取：
l0

l1 (0.75

0.25
N2 N1
)

0.5l
N1—两节间中的较大压力，
N2— 为两节间中的较小压力
(或拉力，对拉力应取负值)。
2.容许长细比
压杆：取 [ l ] 150；拉杆：当承受静荷载或间接承受动荷载时取 [ l ] 350，

第5章受弯构件分析

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X Y
A1 X Aw
下一章
Y 对X轴 F 1.07 ( A1 Aw )
帮助
对Y轴 F 1.5
钢结构设计原理
第5章
F 值仅与截面的几何形状有关，而与材料的性质无关，称 F为截面形状系数,一般截面的 F值如图5 8所示。
主页
X
X
γF =1.5
(a)
X
X
X
γF =1.7
第5章
5.1 受弯构件的种类和截面形式
5.1.1 实腹式受弯构件
翼缘板腹板
焊缝
焊缝 A种钢
B种钢
(a)
(b)
(c)
(d) (e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
图 5-13钢.1梁.1的焊截缝面连类接型
（a）热轧槽钢；（b）热轧工字钢；（c）热轧T型钢；（d）热轧H 型钢；（e）冷弯薄壁Z型钢；（f）冷弯薄壁C型钢；（g）冷焊接H型钢；（h）焊接箱型截面；（i）异种钢板梁；（j）弯薄壁 C型钢组合截面；（k）钢-混凝土组合梁
主要内容：
5.1 受弯构件的种类和截面形式 5.2 受弯构件的强度和刚度 5.3 受弯构件的整体稳定 5.4 轴心受压构件的局部稳定和加劲肋设计 5.5 考虑腹板屈曲后强度的组合梁设计 5.6 型钢梁的设计 5.7 组合梁的设计 5.8 梁的拼接、连接与支座
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钢结构设计原理
抗弯强度强度抗剪强度
局部压应力 3.1.1 焊缝连接折算应力
整体稳定
正常使用极限状态
局部稳定刚度
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钢结构设计原理

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1.2.2 钢材的缺点
➢ 耐热性好，防火性能差 ➢ 耐腐蚀性差 ➢ 造价相对较高
1.3 钢结构的工程应用
（1）大跨度结构（2）高层建筑钢结构（3）工业厂房钢结构（4）高耸钢结构（5）桥梁钢结构（6）板壳钢结构（7）索膜结构（8）移动钢结构（9）钢-混凝土组合结构
1.3 钢结构的工程应用
1.4 钢结构发展趋势
今后我国钢结构工程的发展方向主要在以下几个方面： ➢ 提升钢产量，发展高强度低合金钢材
➢ 钢结构设计方法的改进 ➢ 结构形式的革新 ➢ 做好标准与规范衔接 ➢ 加强科研工作
第二章钢结构材料
本章内容
2.1 钢材的力学性能 2.2 钢材的破坏形态 2.3 影响钢材性能的因素 2.4 钢材的分类 2.5 钢材的选用 2.6 钢材的规格
第一章绪论
本章内容
1.1 钢结构概况 1.2 钢结构特点 1.3 钢结构的工程应用 1.4 钢结构的发展趋势
1.1 钢结构概况
一、什么是钢结构
➢ 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。
➢ 用H型钢（H Beam）、工字钢（I-beam）、槽钢（channel steel）、角
高420m，地上88层，高234m，造型奇特，地下3层， 1999年 2007年建成
建成
鸟巢（北京）
最高点高度68.5m，最低点高度42.8m， 2008奥运主场馆
1.2 钢结构特点
1.2.1 钢材的优点
➢ 重量轻而强度高 ➢ 塑性和韧性好 ➢ 材质均匀 ➢ 工业化程度高，工期短 ➢ 密闭性好 ➢ 绿色环保
（1）大跨与空间结构
某体育馆看台网架结构
长沙高铁站空间钢管结构
1.3 钢结构的工程应用
（2）高层建筑钢结构
迪拜塔
台北101
（目前世界第一高楼）（内设670T风阻尼器）
金贸大厦
1.3 钢结构的工程应用
（3）高耸钢结构
火箭发射塔
巴黎埃菲尔铁塔
1.3 钢结构的工程应用
（4）工业厂房钢结构
重型工业厂房
活动车库
三一重工3600T履带起重机
1.3 钢结构的工程应用
（9）钢-混凝土组合结构
钢骨混凝土结构
1.4 钢结构发展趋势
目前，钢结构工程在中国土木工程中所占的比例远远低于其他国家，说明中国在钢结构工程这一领域还具有很大的上升空间。
根据国家产业政策发展要求，“十二五”期间，我国建筑钢结构发展的指导方针是：深入贯彻科学发展观，以建筑节能减排为重点，大力推行绿色、低碳的建设理念，通过技术引领、优化设计，逐步实现年建筑钢结构用材占到全国钢材总产量的10％左右，钢结构住宅建设占到房屋总建筑面积15％左右。
二、我国钢结构的发展概况
➢ 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
1957年建成的武汉长江大桥 1959年建成的北京人民大会堂，钢屋架跨度为
60.9m，高度为7m，大会堂会场挑台钢梁悬臂长度达16m 1961年建成的北京工人体育馆，比赛大厅屋盖为轮式双层悬索结构，直径为94m 1968年建成南京长江大桥为钢桁架结构
图2.2 拉伸试件
2.1 钢材的力学性能
2.1.3 钢材的冷弯性能
钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时，抵抗产生裂纹能力的一项指标，由冷弯试验确定。
它还是显示钢材内部缺陷状况的一项指标；是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。
2.1 钢材的力学性能
2.1.1 钢材的强度
强度是钢材的一项主要机械性能，可通过单向拉伸实验确定。
图2.1 钢材的应力-应变关系
2.1 钢材的力学性能
2.1.1 钢材的强度
1.比例极限P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。
2.屈服点y 应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。
2.1 钢材的力学性能
2.1.1 钢材的强度
1.比例极限P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。
2.屈服点y 应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。
2.1 钢材的力学性能
2.1.2 钢材的塑性
钢材的塑性一般是钢材破坏前产生塑性
变形的能力。衡量钢材塑性的好坏的主要

指标是伸长率δ和截面收缩率ψ。
L 1
L 0 100%
L
0
A0 A1 100%
A0
轻型工业厂房
1.3 钢结构的工程应用
（5）桥梁钢结构
天津解放桥（可开启的百年老桥）
上海卢浦大桥（世界第一钢结构拱桥）
1.3 钢结构的工程应用
（6）板壳钢结构
使用中的油罐
安装中的压力容器
1.3 钢结构的工程应用
（7）索膜结构
世博会城市广场
三亚膜结构游泳池
1.3 钢结构的工程应用
（8）移动钢结构
二、我国钢结构的发展概况
➢ 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 2003年达到创记录的2.2亿吨钢结构政策从限制使用改为积极合理的推广应用钢结构进入飞速发展的阶段，工程应用中取得了
巨大的成就
二、我国钢结构的发展概况
金茂大厦（上海）央视大楼（北京）
桥建于公元1061年的湖北荆州玉泉寺13层铁塔江苏镇江甘露寺铁塔
二、我国钢结构的发展概况
➢ 18世纪欧洲工业革命后钢结构在欧洲各国的应用逐渐增多，而我国钢结构的发展非常缓慢。
1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房 1931年建成的广州中山纪念堂圆屋顶 1937年建成的杭州钱塘江大桥等
钢（angle steel）等热轧型钢和钢板（steel plate）组成的以及用冷弯薄壁型钢制成的承重构件或承重结构统称为钢结构（steel structure）。
二、我国钢结构的发展概况
➢ 古代公元65年（汉明帝时代），建成了世界上最早的
铁链悬桥—兰津桥 1705年（清康熙四十四年）建成的四川泸定大渡河

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第3章 钢结构的连接资料

钢结构设计原理 第2版课件第2章