钢结构 绪论
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《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
钢结构基本理论(第一章 绪论)
钢结构基本理论
第一章
§1.1 概述 §1.2 钢结构的特点 §1.3 钢结构的应用和发展 §1.4 钢结构的设计方法
绪论
ppt课件
1
§1.1 概述
1、什么是“钢结构”？
定义：钢结构是钢材经过设计、制作和安装而形成的工程结构形式。
2、钢结构与其它结构有何异同？
★钢筋混凝土结构 ★砌体结构 ★ 木结构
与力学计算时对材料的假定比较相符，理论分析的结果可适 用于工程实践；力学的理论研究成果可用于工程实践设计；
提示：工程力学中的相关理论，可直接应用于钢结构工程的 设计，或进行简单修正后应用，
ppt课件
5
§1.2 钢结构的特点
（4）制作简单，施工周期短，机械化程度及自动化程度高。 钢结构构件一般工厂里制作，精度高，准确度好，不受外
学习过程中，注重特点的具体体现，以便更好地掌握相关 专业知识，提高对钢结构基本理论知识的理解和应用能力。
在今后的应用中，应做到以下几个方面：
正确选择，合理使用；
精心设计，扬长避短；
精心施工，确保安全；
注重维护，经济耐久；
ppt课件
12
§1.3 钢结构应用与发展
钢结构的应用：
（1）大跨建筑结构 大会堂、纪念馆等建筑；
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；
质量轻的优点：自重轻可承担更多的外荷载；可减轻 基础负荷，降低地基基础成本ppt课；件 方便运输与吊装； 3
§1.2 钢结构的特点
与其它结构相比，钢结构有如下特点：
（1）建筑钢材强度高，塑性、韧性好；
强度：材料抗破坏能力的大小度量；
塑性：材料变形性能的重要指标；
第一章
§1.1 概述 §1.2 钢结构的特点 §1.3 钢结构的应用和发展 §1.4 钢结构的设计方法
绪论
ppt课件
1
§1.1 概述
1、什么是“钢结构”？
定义：钢结构是钢材经过设计、制作和安装而形成的工程结构形式。
2、钢结构与其它结构有何异同？
★钢筋混凝土结构 ★砌体结构 ★ 木结构
与力学计算时对材料的假定比较相符，理论分析的结果可适 用于工程实践；力学的理论研究成果可用于工程实践设计；
提示：工程力学中的相关理论，可直接应用于钢结构工程的 设计，或进行简单修正后应用，
ppt课件
5
§1.2 钢结构的特点
（4）制作简单，施工周期短，机械化程度及自动化程度高。 钢结构构件一般工厂里制作，精度高，准确度好，不受外
学习过程中，注重特点的具体体现，以便更好地掌握相关 专业知识，提高对钢结构基本理论知识的理解和应用能力。
在今后的应用中，应做到以下几个方面：
正确选择，合理使用；
精心设计，扬长避短；
精心施工，确保安全；
注重维护，经济耐久；
ppt课件
12
§1.3 钢结构应用与发展
钢结构的应用：
（1）大跨建筑结构 大会堂、纪念馆等建筑；
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；
质量轻的优点：自重轻可承担更多的外荷载；可减轻 基础负荷，降低地基基础成本ppt课；件 方便运输与吊装； 3
§1.2 钢结构的特点
与其它结构相比，钢结构有如下特点：
（1）建筑钢材强度高，塑性、韧性好；
强度：材料抗破坏能力的大小度量；
塑性：材料变形性能的重要指标；
第1章钢结构绪论
各种与钢结构有关 设计规范
防火、 防腐 设计 施工 规范
第三层次
各种与钢结构设计 规范配套的施工及 验收规范 与钢结构有关的各 种材料标准
第四层次
第五层次
图1.8 各种规范之间的相互关系
第 1章 绪 论
• 钢结构与实训是一门理论性和实践性较强的课程。 内容多、涉及面广；要求材料、力学、工厂加工、 施工机械、焊接工艺、工程测量等方面的基础知识。 • 钢结构的构造形式复杂，要求空间想象能力强； • 要处理好各个章节的独立性和联系性。 • 钢结构制作与安装的复杂性和多样性。 • 需积累收集钢结构典型的钢实际工程案例每个实训 项目确保学生将所学知识用于实际工程或模拟工程。
第 1章 绪 论
复习思考题
1.通过网上查阅近期有关钢结构方面的信息，了解目前 我国钢结构的发展趋势。 2.通过网上查阅目前我国和世界上各5座具有代表性的钢 结构建筑，按下表填写这些钢结构建筑的基本情况。 3.钢结构有哪些优缺点？ 4.与钢结构有关的现行规范、规程、规定有哪些？举例 说明。 5.试分析国家体育场“鸟巢”、游泳中心“水立方” 和 国家大剧院的钢结构分别属于那种结构形式。 6.钢结构施工课程有哪些主要内容和特点？ 7.根据学院和当地的实际情况，选择性的完成下篇第 13.2节的实训项目。
建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高 点高度53.00m，可容纳观众数60,000。 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。
天津奥林匹克体育场俯瞰效果图
第 1章 绪 论
国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷， 总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分 设计与施工验收审查会议。 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 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 第 1章 绪 论
钢结构设计基本原理
二 极限状态设计法(limit-state design method)
极限状态设计法问世于20世纪50年代。它将变异性的设计 参数采用概率分析引入结构设计中。根据应用概率分析的程度 分为三种水准。即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态 设计法和全概率极限状态设计法。目前，钢结构设计方法采用 的是近似概率极限状态设计法，有时也称为概率极限状态设计 法。
1ห้องสมุดไป่ตู้2钢结构的应用范围
站在现代建筑结构技术的发展前沿，可以说世 界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。根 据钢结构本身的特点，结合我国国民经济的发展， 钢结构在土木工程领域合理的应用范围大致如下：
1.工业厂房(industrial factory building)
工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根 据是否设臵吊车以及吊车吨位的大小和运行频繁程度而定 。例如，炼钢车间、锻压车间等。近年来，轻型门式刚架 结构在工业厂房中的应用十分普遍。
7.其他构筑物
如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。
1.3钢结构的设计方法
钢结构设计应遵循的一般原则是‚技术先 进、经济合理、安全适用、确保质量‛。钢结 构的设计方法可分为容许应力法和极限状态设 计法两种。分述如下：
一 容许应力法(allowable stress method)
“容许应力法‛也称为‚安全系数法‛或‚定值法‛。 即将影响结构设计的诸因素取为定值，采用一个凭经验选 定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，以衡量结构 的安全度。其表达式为： (1-1)
n 0 G SGk Q1 SQ1k Qi ci SQik i 2
n 0 G S Gk Qi ci S Qik i 1
钢结构设计原理复习
钢结构设计原理复习第一章绪论1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点）1）强度高、重量轻2）材质均匀，塑性、韧性好3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好）4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差7)耐腐蚀性差8)低温冷脆倾向2、钢结构的应用1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房）2）工业厂房【具有耐热性】3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等）3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。
4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值）5、涉及标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料1、钢材的加工①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。
（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃）②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。
（冷作硬化现象：钢材经冷加工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。
（退火、正火、淬火和回火）3、钢材的六大机械性能指标屈服点f y：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
（作为钢结构设计可以达到的最大应力）抗拉强度f u：它是钢材破坏前所能承受的最大应力。
（强度的安全储备）伸长率δ：代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
断面收缩率ψ：断面收缩率ψ越大，钢材的塑性越好。
冷弯性能（塑性）：钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。
冲击韧性：【韧性：反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。
第1章绪论
普通高等学校土木工程专业规范推荐教材
钢结构基本原理
第1章 绪 论
大连交通大学土木与安全工程学院 建筑工程教研室
第1章 绪 论
主要内容：
1 钢结构的特点 2 钢结构的发展现状及合理应用范围 3 钢结构构件的分类 4 钢结构设计的基本方法
重点：
钢结构的特点及钢结构设计的基本方法
第1章 绪 论
1.1 钢结构的特点
对应于构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继 续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
正常使用极限状态
对应于影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响 正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
2.钢结构的设计表达式
采用 。
R ——结构抗力分项系数，Q235钢构件取1.087，Q345、Q390和Q420
钢构件取1.111。 SGk、SQk ——永久荷载效应和可变荷载效应 。
Rk ——按标准的材料性能、几何参数和抗力计算公式求得的构件抗力值。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
（1）承载能力极限状态设计表达式
➢对于拉杆和压杆，变形是指长细比。 ➢对于受弯的梁和桁架，变形是指挠度。容许变源自值见相关规范规定第1章 绪 论
本章小结及学习指导
➢钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，具有工业化程度高，强度高且抗震性 能优良，绿色环保并可再生等优势。在设计和施工中，要特别注意钢结构容易失 稳、脆性状态下裂纹容易扩展和抗火性能差等不利因素
➢根据钢结构的优点和缺点，不难确定其合理的使用范围。大跨度、高层、重型、 密闭结构和压力容器、抗震要求高的应优先采用钢结构，另外一方面，住宅和轻 型厂房、拆装频繁的设施应采用钢结构。
钢结构基本原理
第1章 绪 论
大连交通大学土木与安全工程学院 建筑工程教研室
第1章 绪 论
主要内容：
1 钢结构的特点 2 钢结构的发展现状及合理应用范围 3 钢结构构件的分类 4 钢结构设计的基本方法
重点：
钢结构的特点及钢结构设计的基本方法
第1章 绪 论
1.1 钢结构的特点
对应于构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继 续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
正常使用极限状态
对应于影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响 正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
2.钢结构的设计表达式
采用 。
R ——结构抗力分项系数，Q235钢构件取1.087，Q345、Q390和Q420
钢构件取1.111。 SGk、SQk ——永久荷载效应和可变荷载效应 。
Rk ——按标准的材料性能、几何参数和抗力计算公式求得的构件抗力值。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
（1）承载能力极限状态设计表达式
➢对于拉杆和压杆，变形是指长细比。 ➢对于受弯的梁和桁架，变形是指挠度。容许变源自值见相关规范规定第1章 绪 论
本章小结及学习指导
➢钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，具有工业化程度高，强度高且抗震性 能优良，绿色环保并可再生等优势。在设计和施工中，要特别注意钢结构容易失 稳、脆性状态下裂纹容易扩展和抗火性能差等不利因素
➢根据钢结构的优点和缺点，不难确定其合理的使用范围。大跨度、高层、重型、 密闭结构和压力容器、抗震要求高的应优先采用钢结构，另外一方面，住宅和轻 型厂房、拆装频繁的设施应采用钢结构。
钢结构理论与设计(设计部分)：绪论
第0章 绪论
0.1 钢结构的特点和应用范围
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；
1
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性和韧性好； 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。
• GT STRUDL是一个被全球土木界广泛认 可和采用的计算机辅助设计系统，被应 用于工业、民用、桥梁、水工结构、近 海结构等工程结构的分析与设计工作中 。GT STRUDL 把图形建模、框架及有限 单元的静力分析、动力分析、非线性分 析、结果显示以及结构模型的数据库管 理集成在一起，给工程师提供准确详尽 的计算结果。
桥5 梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
6
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
8
4.高层建筑与高耸结构
金 茂 大 厦 88 层 420 米
北 京 财 富 中 心
地 王 大 厦
9
东京千 年塔
10
5.道路、桥梁结构
11
6.水利、水工结构
海上石油平台
12
7. 轻型房屋钢结构
b.正常使用极限状态: 包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用
的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。
19
(3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。
a. 半概率极限状态设计方法;
1).三系数法（当时称为计算极限状态法） :
N f yk f ＝ yk [ ]
0.1 钢结构的特点和应用范围
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；
1
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性和韧性好； 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。
• GT STRUDL是一个被全球土木界广泛认 可和采用的计算机辅助设计系统，被应 用于工业、民用、桥梁、水工结构、近 海结构等工程结构的分析与设计工作中 。GT STRUDL 把图形建模、框架及有限 单元的静力分析、动力分析、非线性分 析、结果显示以及结构模型的数据库管 理集成在一起，给工程师提供准确详尽 的计算结果。
桥5 梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
6
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
8
4.高层建筑与高耸结构
金 茂 大 厦 88 层 420 米
北 京 财 富 中 心
地 王 大 厦
9
东京千 年塔
10
5.道路、桥梁结构
11
6.水利、水工结构
海上石油平台
12
7. 轻型房屋钢结构
b.正常使用极限状态: 包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用
的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。
19
(3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。
a. 半概率极限状态设计方法;
1).三系数法（当时称为计算极限状态法） :
N f yk f ＝ yk [ ]
钢结构上一章绪论
2020/5/4
1、承载能力极限状态 在此状态下结构或构件付出了自己拥有的最大承载能
力，如果外界作用稍有增加，结构或构件将发生破坏（强 度、稳定、疲劳、倾覆、出现机动体系或过度的塑性变形 等）即结构的安全性将得不到保证。(达到最大承载能力， 不能继续承载的最大塑性变形)
2020/5/4
2、正常使用极限状态
在此状态下，结构在适用性或耐久性方面达到某种规定的限 值（包括正常使用可以接受的变形、振动限值等）。
不发生过大变形、振动、裂缝。
2020/5/4
四、极限状态的数学模型
极限状态方程
Z=g(x1,x2 ……xn)=0
Z —结构的极限状态函数
（1.1）
xi是影响结构可靠性的物理量，包括材料抗力、几何参 数以及各种作用产生的效应（内力），它们是相互独立的
上海东方明珠
深圳世界大学生运动会体育 中心体育场整体大型模型试 验研究
2020/5/4
我们身边的钢结构 咸阳T3航站楼 东航咸阳机场155 米跨机修库网架
2020/5/4
世园会长安塔
广运门
施工20中20/5/的4 名犬馆
钢结构亭子
施工中的 立体车库
2020/5/4
校本部施工 中的钢框架
1.2钢结构的特点和应用范围
2020/5/4
② 大跨度建筑物 体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库
2020/5/4
③ 高层建筑
世贸110层412米
深圳地王大厦高69层，总高度 383.95米，实高324.8米
2020/5/4
阿联酋迪拜塔160层828米
台北101层508米
上海环球金融中心101层492米
马来西亚双子塔88层452米
1、承载能力极限状态 在此状态下结构或构件付出了自己拥有的最大承载能
力，如果外界作用稍有增加，结构或构件将发生破坏（强 度、稳定、疲劳、倾覆、出现机动体系或过度的塑性变形 等）即结构的安全性将得不到保证。(达到最大承载能力， 不能继续承载的最大塑性变形)
2020/5/4
2、正常使用极限状态
在此状态下，结构在适用性或耐久性方面达到某种规定的限 值（包括正常使用可以接受的变形、振动限值等）。
不发生过大变形、振动、裂缝。
2020/5/4
四、极限状态的数学模型
极限状态方程
Z=g(x1,x2 ……xn)=0
Z —结构的极限状态函数
（1.1）
xi是影响结构可靠性的物理量，包括材料抗力、几何参 数以及各种作用产生的效应（内力），它们是相互独立的
上海东方明珠
深圳世界大学生运动会体育 中心体育场整体大型模型试 验研究
2020/5/4
我们身边的钢结构 咸阳T3航站楼 东航咸阳机场155 米跨机修库网架
2020/5/4
世园会长安塔
广运门
施工20中20/5/的4 名犬馆
钢结构亭子
施工中的 立体车库
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校本部施工 中的钢框架
1.2钢结构的特点和应用范围
2020/5/4
② 大跨度建筑物 体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库
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③ 高层建筑
世贸110层412米
深圳地王大厦高69层，总高度 383.95米，实高324.8米
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阿联酋迪拜塔160层828米
台北101层508米
上海环球金融中心101层492米
马来西亚双子塔88层452米
pdf钢结构设计手册
pdf钢结构设计手册目录
一、绪论
1.钢结构发展概况
2.钢结构分类及特点
二、材料及基本性能
1.钢材类型及选用
2.钢材的基本性能
三、结构构件设计
1.轴心受力构件
2.受弯构件
3.拉弯和压弯构件
四、连接与节点设计
1.焊接连接
2.螺栓连接
3.铆钉连接
五、稳定性设计
1.稳定性概念及分类
2.失稳类型及特点
六、防腐与防火设计
1.防腐设计
2.防火设计
七、参考文献
第一章绪论
钢结构，作为一种重要的建筑结构形式，在现代建筑中得到了广泛应用。
钢结构以其强度高、重量轻、结构稳定等优点，被广泛应用于大型工业厂房、高层建筑、大跨度桥梁等领域。
钢结构的出现和发展，极大地推动了建筑工业化和现代化进程。
本章将简要介绍钢结构的发展概况、分类及特点。
1.1钢结构发展概况
钢结构的发展历史可以追溯到19世纪中叶。
随着工业革命的兴起，钢铁工业得到了迅速发展，钢结构也逐渐应用于建筑领域。
20世纪以来，随着现代建筑和工程技术的不断发展，钢结构的应用范围越来越广泛。
目前，钢结构已经成为现代建筑中不可或缺的一种结构形式。
1.2钢结构分类及特点
钢结构的分类和特点可以根据不同的标准和需求进行分类。
一般来说，可以根据构件的类型、材料的特点、用途等方面进行分类。
钢结构的优点包括强度高、重量轻、结构稳定、施工速度快等。
同时，钢结构也存在一些缺点，如耐火性差、耐腐蚀性差等。
在选择和应用钢结构时，需要综合考虑各种因素，以便选择最合适的结构形式。
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。
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。
第1章绪论-2010-12-2
公路
悬索桥，主跨 3300 m
意大利
2011
公铁
3
图 1-10 明石海峡大桥
图 1-11 多多罗大桥
工程名称
新奥尔良体育馆 多伦多天空穹顶 太阳海岸穹顶 福冈体育馆 （如图 1-12） 日本名古屋穹顶 乔治亚穹顶 千年穹顶 （如图 1-13） 澳大利亚主体育场
表 1-5 国外经典的大跨度钢结构工程
英国 英国 美国 日本 英国 日本 法国
悬索桥，主跨 1624 m 悬索桥，主跨 1991 m
丹麦 日本
建成时间 1850 1889 1937 1980 1981 1988 1995 1996 1998
用途
铁路 铁路 公路 公路 公路 公铁 公路 公路 公路
钢混组合梁斜拉桥，跨径 890 m
日本
1999
城市
结构形式及主要技术指标
新奥尔良市 多伦多
圣彼得堡 福冈
双层网壳，直径 207.3m 开合钢结构屋顶，跨度 208m 索穹顶，直径 210m 开合钢结构屋顶，跨度 222m
名古屋 亚特兰大
伦敦
单层球面网壳，净跨为 187 2 m 索穹顶，241m×193m 索穹顶，直径 320m
悉尼
双曲抛物面网壳，跨度 220m
2008 2008
图 1-4 中央电视台新台址
图 1-5 上海环球金融中心大厦
工程名称 北京工人体育馆 首都四机位机库 国家大剧院
国家体育馆
国家体育场（鸟巢） （如图 1-6） 北京工业大学羽毛球馆 （如图 1-7） 国家游泳中心 （水立方） 首都 A380 飞机维修机库
首都机场三期
表 1-3 国内经典大跨度建筑钢结构
2.8
弦支穹顶结构，跨度 93m
钢结构基本原理绪论
二、钢结构特点
1、优点 强度高、结构重量轻、刚度大 具有较好的抗震性能 材质均匀、符合各种假定，计算可靠性好 制造简便，施工工期短 良好的加工和焊接性能
二、钢结构特点
2、缺点 钢材耐热不耐火
钢材在温度低于200℃时性能变化不大，超过时会 出现蓝脆现象。当温度达到600℃时，钢材进入 热塑性状态，将丧失承载能力。
4.高层建筑（巨型框架结构）
§1.2钢结构应用
5.轻型钢结构
§1.2钢结构应用
5.轻型钢结构
§1.2钢结构应用
6.高耸结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
§1.3钢结构设计方法
一、概述
1、设计目的 结构设计的目的是要使设计的结构和结构构件在
1.工业厂房
§1.2钢结构应用
1.工业厂房
§1.2钢结构应用
2.大跨度建筑
国家大剧院——网壳结构
§1.2钢结构应用
2.大跨度建筑
国家体育馆——鸟巢
§1.2钢结构应用
3.多层建筑
§1.2钢结构应用
4.高层建筑
结构形式主要有框架结构、框架—支撑结构、框筒 结构、钢板剪力墙结构、防屈曲钢板剪力墙结构、 悬挂结构、巨型框架结构等。
框架—支撑结构
防屈曲支撑
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（框筒结构）
钢框架——核心筒结构 密柱筒结构
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（钢板剪力墙结构）
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（防屈曲钢板剪力墙结构）
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（悬挂结构）
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
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彭州市小鱼洞镇
汶川地震中发生了什么事情？
都 江 堰 市 新 建 小 学--建筑物破坏都 江 堰 市 聚 源 中 学 都江堰市中医院
汶川地震中发生了什么事情？ --高层建筑
汉旺东方汽轮机厂主楼
--高层建筑
都江堰市公安局大楼
汶川地震中发生了什么事情？
--桥梁破坏
百花大桥
汶川地震中发生了什么事情？
讨论：某点的地震波类型
纵波速度最快，横波次之，面波最慢。所以人可能感觉 先上下振动，后水平摇晃。
因到达路径多样某特定地点的地震波类型是不定的、混 合的。
地震本身描述：
地震三要素： 时间： 地点：震中
＋震源深度 震级：
人口和城市稠密区、震源深度越浅、震级越大，则地 震灾害越严重
地震的描述：里氏震级
汶川地震中发生了什么事情？ --道路破坏
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震级：表示一次地震释放能量大小的度量。 里氏震级（1935年提出）： M log A
1.2 地震成因与类型：板块学说与断层
地球构造：
地壳平均厚度约60km 地幔厚度约2840km 外核半径约3470km 内核半径约1400km
破坏性地震一般发生在地壳层内 （震源深度约3到几十公里）
板块构造运动
二十世纪初大陆漂移学说（魏格纳），五十 年代发展为“板块构造运动”。
板块构造运动
六大板块示意图
二是欧亚地震带，大致从印尼西部，缅甸经我国 横断山脉，喜玛拉雅山地区，经中亚细亚到地中海， 又称喜玛拉雅-地中海地震带。
我国处在世界两大地震带之间，是一个地震活动 较多且强烈的地区。
地震分类：
构造地震： 岩层应力集中，岩层断裂应变能突然释放，以弹性波形式传 播到地表引起振动。
火山地震： 由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的振动。
地震前的北川县城
汶川地震中发生了什么事情？
--家园被毁
地震前的映秀镇 地震后的映秀镇
陈家坝大滑坡
汶川地震中发生了什么事情？
--建筑物破坏
汶川县映秀镇
汶川地震中发生了什么事情？
--建筑物破坏
彭州市白鹿中心学校
最牛抗震学校：白鹿中学
汶川地震中发生了什么事情？
--建筑物破坏
绵竹市汉旺镇
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地震波及类型
体波：在地球介质内部传播的波
(1) 纵波：由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向与波的
前进方向一致。特点：周期短，振幅小。
(2) 横波：由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波的
前进方向垂直。特点：周期较长，振幅较大。
地震波及类型
面波：只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过 地层界面多次反射形成的次生波。面波包括：瑞雷波和 洛夫波。周期长，振幅大，比体波衰减慢，能传播到很 远的地方。
陷落地震： 由于地层陷落引起的地震，例如，当地下溶洞或矿山采空
区支撑不住顶部的压力时，就会塌陷，引起振动。
人类活动诱发地震： 水库诱发地震（广东新丰江地震，60年代）；地下核爆炸；
人工地震（科学研究）
汶川地震成因：
成 都
周边地势
汶川地震成因：
地震波及类型
地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是 地震波。包括体波和面波两类。
板块运动：边界处相互作用
地震成因：弹性回跳学说
地震发生特点：
1. 地震发生历史： 从地球形成到现在就不断地发生，形成
了高山、大峡谷、大断裂带等地质地貌现象
2. 地震发生位置: 大多发生于板块边缘和板内（断层）断
裂带上（中国大陆)
世界两大地震带：
一是环太平洋地震带，该带基本沿着南、北美洲西 海岸，经堪察加半岛、千岛群岛、日本列岛，至我国 台湾省和菲律宾群岛一直到新西兰。是地球上最活跃 的地震带，集中了全世界80%以上的地震，释放的地 震能量占全球的75%。
地震现场►心痛
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让我们永远铭记这个时刻：2008年5月12日14时28分， 在不足100秒的时间内有近9万条鲜活的生命被吞噬， 地震的发生是不可避免的， 但土木工程师可以通过自己的努力减轻地震损失，挽救生命， 我们有责任、有能力完成这个使命！ 让我们共同努力，使地震不再成为人类的噩梦！ 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
不信？过来瞧瞧。。。1995年神户地震
我们应该做些什么？
了解敌人。。。 认识自己。。。 新理念、新材料、新理论、新技术。。。 土木工程师要完成减轻地震灾害的历史使
命，必须具备坚实、宽广的知识基础！
地震现场►见闻
最不幸的狗
现场工作
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地震现场►灾民救助
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百 花 大 桥
汶川地震中发生了什么事情？
--桥梁破坏
小鱼洞大桥
汶川地震中发生了什么事情？
--桥梁破坏
小 鱼 洞 大 桥
汶川地震中发生了什么事情？
都映 汶秀 公镇 路顺 上河 的大 桥桥 梁
--桥梁破坏
映庙 秀子 岷坪 江岷 大江 桥大
桥
汶川地震中发生了什么事情？
--隧道破坏
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第一章 绪论
1.1 地震灾害概说：以汶川地震为例 1.2 地震成因与类型：板块学说与断层 1.3 地震的描述：地震波、震级和烈度 1.4 工程抗震对策：多水准多阶段设计
空前的灾难……
2008年5月12日 四川汶川地震
汶川地震：震源破裂
汶川地震中发生了什么事情？
--家园被毁 地震后的北川县城
汶川地震中发生了什么事情？
--地表破坏
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汶川地震中发生了什么事情？ --地表破坏
汶川地震中发生了什么事情？ --地表破坏
汶川地震中发生了什么事情？ --砂土液化
汶川地震中发生了什么事情？
--人员伤亡
不信？过来瞧瞧。。。
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不信？过来瞧瞧。。。
北川县陈家坝乡
不信？过来瞧瞧。。。1978年唐山地震