钢结构设计基本原理

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3.高层结构(high-rise structure)
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高层结构，尤其是超高层结构能充分发挥钢结构强度 高，塑性、韧性好，抗震性能优越等优点。例如，办公 楼、宾馆、住宅等。近年来，随着我国钢产量的逐年增 加，钢结构在多层、高层、超高层建筑中的应用将会更 加广泛。
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
钢材本身组织致密，焊接的钢结构可以做到完全密 闭，甚至铆接或螺栓连接都可以做到。因此，可用于建 造气密性和水密性要求高的气罐、油罐和高压容器。
7.耐腐蚀性差
钢材在湿度大和有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。 因此，为确保钢结构的耐久性，必须采用油漆、镀锌等 防护措施，故维护费用较高。
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8.耐热不耐火
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第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点 第二节 钢结构的应用 第三节 钢结构的设计方法 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 第四节 钢结构的发展方向
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1.1钢结构的特点
不同材料形成的结构有各自的特点。钢结构(steel structure)是由钢板或型钢制造而成的结构，其主要特 点如下：
大连远洋大厦
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高 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 层 建 筑
长宽各150m，总面积30277m2， 塔高508m，世界第一高（至2008 年8月；2003年10月17日竣工） ， 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。
3.材质均匀
钢材的内部组织均匀，非常接近于各向同性体，在 使用应力阶段，钢材为理想弹性工作，符合工程力学的 基本假定。因此，钢结构实际受力情况与力学计算结果 吻合好，可根据力学原理建立钢结构的计算方法。
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4.可焊性(weldability)好
可焊性是钢结构的独特优点。由于钢材的可焊性解决了 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 钢结构的制作问题，致使钢结构连接大为简化，可制造各种 复杂形状的结构。当然焊接也将产生残余应力、残余变形以 及热影响区脆性等问题。
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。
2.大跨结构(large span structure)
大跨结构可以充分发挥钢结构强度高、自重轻的 优点。比如，体育馆、会展中心、飞机库、剧场等。 尤其在悬索桥、斜拉桥等桥梁工程中的应用。
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46.285m。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 。由设计法国 巴黎机场航站楼的安德鲁建筑师设计，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/m2。
4.高耸结构(towering structure)
高耸结构主要包括塔架和桅杆结构。如电视塔、 输电线塔、钻井塔、环境大气监测塔、广播发射桅杆 等。
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5.容器、贮罐、管道
如大型油库、油罐、气罐、煤气库、输油管等。
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6.可拆卸或移动的结构
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东方明珠塔由三根直径为9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。
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塔 桅 结 构
236m高青岛广播电视塔
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壳体结构
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台北101 大厦
直径5.5m，重660 t 的阻尼器
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高耸结构
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东 方 明 珠 电 视 塔
电视塔、微波塔、通讯塔等
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。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。
央视新台址
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高层建筑
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大连远洋大厦由大连远洋 运输公司、中远房地产开 发公司与美国ESPIRIT公 司联合投资14.8亿人民币 开发的集五星级酒店和甲 级写字楼为一体的智能大 厦。 总建筑面积14.8万平 方米。其中：A座为五星级 酒店，地上51层，总高 200.8m。钢筋混凝土核心 筒，外框钢框架。设计、 加工、安装全部国产化。
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2.塑性(plasticity)、韧性(toughness)好
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由于钢材的塑性好，一 般情况下，钢结构不会因偶然 或局部超载而发生突然断裂，而是以事先有较大变形为先 兆。钢材的韧性好，则使钢结构能很好地承受动力荷载， 这些性能均对钢结构的安全提供了可靠保证。
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本课程的内容
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• 第一章 绪 论
• 第二章 钢结构的材料 • 第三章 钢结构的连接 • 第四章 轴心受力构件 • 第五章 受弯构件设计 • 第六章 拉弯和压弯构件
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学习参考书
• 钢结构设计规范, GB50017-2003. 北京: 中国计划出版社, 2003 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 • 陈绍蕃等编著. 钢结构（上下册）. 北京: 中国建筑工业出 版社, 2003 • 沈祖炎，陈以一编著. 钢结构基本原理(第二版). 北京: 中 国建筑工业出版社, 2005 • 张耀春等. 钢结构设计原理. 北京: 高等教育出版社, 2006 • 《钢结构设计手册》（第三版 上下册）.北京: 中国建筑 工业出版社, 2003, 2004 • 邱鹤年. 新编钢结构设计手册. 北京: 中国电力出版社, 2005 • 钢结构设计计算示例.北京: 中国计划出版社, 2007 • 夏志斌，姚谏 编著.钢结构——原理与设计.北京: 中国建 筑工业出版社, 2004
上海金茂大厦
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高层建筑
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央视新台址建设工程位 于北京朝阳区东三环中 路、北京商务中心区的 核心地段，占地面积 18.7万平方米，总建筑 面积55万平方米, 高 230m。央视新台址建 设工程总投资约50亿 元人民币，2003年10 月开工建设，2008年 正式运行 。
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高 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 层 建 筑
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。 总用钢量14000t，钢筋混 凝土核心筒，外框钢骨混 凝土及钢柱。设计者为美 国S.O.M事务所。
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大跨结构-国家体育场
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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。屋盖中间有一个146m× 76m 的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱 Leabharlann Baidu截面 ，总用钢量达16万t 。
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大 跨 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 建 筑
上 海 体 育 场
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大跨结构-国家大剧院
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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。
钢结构基本原理
The Fundamental Theory of Steel Structures
凌云
安徽理工大学土木建筑学院
钢结构课程的学习方法
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• 根据教学大纲要求，本课程主要讲授钢结 构的基本原理以及构件设计计算内容； • 本课程的特点是大家对钢结构的感性认识 还较少，结构构造复杂，理论性强（特别 是稳定理论）； • 受课时限制，不能过多地详细讲解例题， 一定要从受力概念上理解问题，加强课前 预习与课后复习； • 多做习题与思考题。
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多层房屋
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高 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 层 建 筑
上海环球金融中心
由日本森大株式会社的 全额子公司森海外株式会 社及日本具有代表性的银 行、保险公司、商社等36 家企业，偕同政府系统机 构日本海外经济协力基金 (OECF)联合投资的上海环 球金融中心，总投资逾750 亿日元。位于陆家嘴金融 贸易区，建筑总面积 335,420平方米，地下3层， 地上94层。建成后的高度 达492米 。总用钢量 26000t，钢筋混凝土核心 筒，外框钢骨混凝土及钢 柱。
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国家游泳中心——水立方 建筑面积 79532㎡； 投资：大约为10.2亿RMB
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钢骨架结构效果
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多层房屋
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钢材当辐射热温度低于150℃时，钢材的主要性能变化 很小。因此，其耐热性能较好。当温度超过150℃时，材质 性能有所变化，需采取隔热措施，当温度达到600℃左右， 钢结构会瞬间崩溃，完全丧失承载力。因此，耐火性能差， 必须采取一定的防火措施。美国世贸大楼的坍塌充分 说明了钢结构耐火性能差是一致命缺憾。
1.强度(strength)高
与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比，钢材的容 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 重虽然大，但强度高很多。现举例说明，《钢结构设计 规范》（GB50017-2003）中，强度最低的钢材为Q235， 其抗拉、抗压强度设计值为215N/mm2，《混凝土设计规 范》（GB50010-2002 ）中标号最高的为C80，其抗拉、 抗压强度设计值分别为 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可 见，前者抗拉强度为后者的 97倍，而抗压强度为6倍。 因此，在相同的荷载和条件下，钢结构的重量轻。
1.2钢结构的应用
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)
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根
5.工业化程度高
钢结构采用的型钢和钢板，经专业厂家制作为钢构件，然 后运至工地安装。型钢的大量采用再加上专业化的生产，故精 度高、制作周期短。工地安装广泛采用螺栓连接，良好的装配 性使工期大为缩短。此外，已建钢结构也易于拆卸。
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6.密闭性好
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如建筑工地的活动房，临时的商业或旅游业建筑， 塔式起重机，龙门吊等。此类结构多为轻钢结构并采用 螺栓或扣件连接。
7.其他构筑物
如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。
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重型厂房结构
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西安变压器厂（400t吊车）
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厂房结构
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