钢结构基本原理()PPT课件
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受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记， 从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；
多作习题与思考题，避免眼高手低。 参考教材：
1）夏志斌：钢结构-原理与设计，浙江大学 2）沈祖炎 陈扬骥 ：钢结构基本原理 ，同济大学
21
第二章 钢结构材料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
6．磷(P) 碳素钢中的杂质，在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。 在高温时使钢减少塑性。 但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。
7．氧(O)、氮(N) 氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈； 氮能使钢冷脆，与磷相似。 在浇铸过程中，应根据需要进行不同程度的脱氧处理。29
结构设计规范《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。
极限状态设计方法，在其他课程（如钢混结构、建筑 荷载等），对此以作详细介绍，。
建筑钢结构对材料的要求 钢材的主要性能测试 影响钢材性能的主要因素 复杂应力状态下的屈服条件 钢材的疲劳 建筑结构用钢的种类及选择
22
第一节 建筑钢结构对材料的要求
➢ 建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构承载力大，所需截面小，结构的自重轻； 2、较好的塑性及韧性：塑性好，破坏前变形明显，不易发生脆
26
一、化学成份的影响
基本成份：铁（Fe) 有益元素：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn） 有害元素：硫（S）、磷（P）、氮（N）、氧（O）
1、碳（C） 碳是形成钢材强度的主要成分； C↑强度↑塑性、韧性、可焊性、冷弯性能↓ 焊接结构应控制在≤0.20%。
27
2、锰（Mn）：提高强度但不过多降低塑性和冲击韧性； 脱氧作用，但属于弱脱氧剂； 消除硫对钢的热脆影响； 锰可使钢材的可焊性降低，故含量有限制。
钢结构基本原理
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 钢结构材料 钢结构连接 轴心受力构件 受弯构件 拉弯与压弯构件
1
第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用范围 第二节 钢结构的设计计算方法 第三节 钢结构课程的学习方法
2
美国世界贸易大厦
两座塔楼110层的塔楼（北楼高 417m，南楼高415m ）组成，采 用框筒体系。外圈为密柱深梁型 框筒，由240根钢柱组成，柱距 为1.02米；内中核心区为47根钢
应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能 要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强度的标准 值与设计值。
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Baidu Nhomakorabea
第三节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件、基 本原理部分，即前面六章内容；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构 构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
性破坏，同时可以调整局部高峰应力，内力重分布；韧性 好，利于承受动力荷载，避免发生裂纹和脆性断裂； 3、良好的加工性能：不因加工对结构的强度、塑性、韧性造成 较大的不良影响； 4、其他性能：具有适应低温、高温和抵抗腐蚀的性能；
➢ 《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采 用：炭素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、 Q390和Q420钢四种钢材。
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。
东方明珠电视塔
10
鸟巢
11
鸟巢
容纳8万人，平面 为椭圆形,长轴 340m,短轴292m。 屋盖中间有一个 146m×76m的开口
12
国家大剧院
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，最低-32.5m。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。
23
三、韧性－冲击韧性
1、定义：动力性能，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中 吸收能量的能力，即抵抗冲击荷载的能力； 2、计算：断口（单位面积上）的功即为冲击韧性； 3、试件类型：夏比（V形）和梅氏（U形） 4、温度的影响：温度越低，冲击韧性越低；按常温（20）、 零温（0） 、负温（-20、-40）四档区分。
3、硅（Si）：
有脱氧作用，是强脱氧剂。 使钢材的粒度变细，控制适量时可提高强度而不显著 影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性； 过量时则会恶化可焊性及抗锈蚀性。
4．钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)
使钢材晶粒细化；
低合金钢的合金元素；
提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。
28
5、硫(S) 生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接时易出现裂纹，称 为热脆。 降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能与抗锈蚀性能。
24
冲击韧性测量实验
25
四、冷弯性能
1、定义：在冷加工过程中产生塑性变形 （弯曲变形）时，对产生裂纹（分层）的 抵抗能力。 2、两个参数：弯心直径d和弯曲角度180； 3、意义：判别钢材塑性变形能力及冶金质 量（颗粒结晶及非金属杂质分布）的综合 指标。 4、对象：对需进行冷加工、尤其是焊接结 构焊接变形需要进行调直和调平的构件。
3
柱形成的框架；
撞机1（首先撞击北楼）
4
撞机2（约18分钟撞击南楼）
5
倒塌瞬间
6
7
上海金茂大厦
建筑高度420.5米，钢筋混凝 土核心筒，外框钢骨混凝土及 钢柱。
8
香港中国银行
钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构
9
东方明珠
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米的高 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。
13
14
索穹顶结构
汉城奥运会体操馆
亚特兰大佐治亚穹顶 用钢量不到30 kg /m2
15
16
重型厂房结构
西安变压器厂（400t吊车）
17
容器和其他构筑物
大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐
陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐
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轻钢结构
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第二节 钢结构的设计计算方法
多作习题与思考题，避免眼高手低。 参考教材：
1）夏志斌：钢结构-原理与设计，浙江大学 2）沈祖炎 陈扬骥 ：钢结构基本原理 ，同济大学
21
第二章 钢结构材料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
6．磷(P) 碳素钢中的杂质，在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。 在高温时使钢减少塑性。 但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。
7．氧(O)、氮(N) 氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈； 氮能使钢冷脆，与磷相似。 在浇铸过程中，应根据需要进行不同程度的脱氧处理。29
结构设计规范《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。
极限状态设计方法，在其他课程（如钢混结构、建筑 荷载等），对此以作详细介绍，。
建筑钢结构对材料的要求 钢材的主要性能测试 影响钢材性能的主要因素 复杂应力状态下的屈服条件 钢材的疲劳 建筑结构用钢的种类及选择
22
第一节 建筑钢结构对材料的要求
➢ 建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构承载力大，所需截面小，结构的自重轻； 2、较好的塑性及韧性：塑性好，破坏前变形明显，不易发生脆
26
一、化学成份的影响
基本成份：铁（Fe) 有益元素：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn） 有害元素：硫（S）、磷（P）、氮（N）、氧（O）
1、碳（C） 碳是形成钢材强度的主要成分； C↑强度↑塑性、韧性、可焊性、冷弯性能↓ 焊接结构应控制在≤0.20%。
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2、锰（Mn）：提高强度但不过多降低塑性和冲击韧性； 脱氧作用，但属于弱脱氧剂； 消除硫对钢的热脆影响； 锰可使钢材的可焊性降低，故含量有限制。
钢结构基本原理
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 钢结构材料 钢结构连接 轴心受力构件 受弯构件 拉弯与压弯构件
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第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用范围 第二节 钢结构的设计计算方法 第三节 钢结构课程的学习方法
2
美国世界贸易大厦
两座塔楼110层的塔楼（北楼高 417m，南楼高415m ）组成，采 用框筒体系。外圈为密柱深梁型 框筒，由240根钢柱组成，柱距 为1.02米；内中核心区为47根钢
应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能 要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强度的标准 值与设计值。
20
Baidu Nhomakorabea
第三节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件、基 本原理部分，即前面六章内容；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构 构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
性破坏，同时可以调整局部高峰应力，内力重分布；韧性 好，利于承受动力荷载，避免发生裂纹和脆性断裂； 3、良好的加工性能：不因加工对结构的强度、塑性、韧性造成 较大的不良影响； 4、其他性能：具有适应低温、高温和抵抗腐蚀的性能；
➢ 《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采 用：炭素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、 Q390和Q420钢四种钢材。
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。
东方明珠电视塔
10
鸟巢
11
鸟巢
容纳8万人，平面 为椭圆形,长轴 340m,短轴292m。 屋盖中间有一个 146m×76m的开口
12
国家大剧院
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，最低-32.5m。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。
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三、韧性－冲击韧性
1、定义：动力性能，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中 吸收能量的能力，即抵抗冲击荷载的能力； 2、计算：断口（单位面积上）的功即为冲击韧性； 3、试件类型：夏比（V形）和梅氏（U形） 4、温度的影响：温度越低，冲击韧性越低；按常温（20）、 零温（0） 、负温（-20、-40）四档区分。
3、硅（Si）：
有脱氧作用，是强脱氧剂。 使钢材的粒度变细，控制适量时可提高强度而不显著 影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性； 过量时则会恶化可焊性及抗锈蚀性。
4．钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)
使钢材晶粒细化；
低合金钢的合金元素；
提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。
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5、硫(S) 生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接时易出现裂纹，称 为热脆。 降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能与抗锈蚀性能。
24
冲击韧性测量实验
25
四、冷弯性能
1、定义：在冷加工过程中产生塑性变形 （弯曲变形）时，对产生裂纹（分层）的 抵抗能力。 2、两个参数：弯心直径d和弯曲角度180； 3、意义：判别钢材塑性变形能力及冶金质 量（颗粒结晶及非金属杂质分布）的综合 指标。 4、对象：对需进行冷加工、尤其是焊接结 构焊接变形需要进行调直和调平的构件。
3
柱形成的框架；
撞机1（首先撞击北楼）
4
撞机2（约18分钟撞击南楼）
5
倒塌瞬间
6
7
上海金茂大厦
建筑高度420.5米，钢筋混凝 土核心筒，外框钢骨混凝土及 钢柱。
8
香港中国银行
钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构
9
东方明珠
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米的高 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。
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14
索穹顶结构
汉城奥运会体操馆
亚特兰大佐治亚穹顶 用钢量不到30 kg /m2
15
16
重型厂房结构
西安变压器厂（400t吊车）
17
容器和其他构筑物
大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐
陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐
18
轻钢结构
19
第二节 钢结构的设计计算方法