钢结构设计原理听课笔记：绪论6

第一章绪论钢结构发展简史公元前2000年左右，美索不达米亚平原，古巴比伦、古埃及、古代中国、古印度，幼发拉底河和底格里斯河之间，早期炼铁术。我国也是较早发明炼铁术的国家之一，河南辉县等地出土的大批战国时代（公元前475~前221年）铁制生产工具。公元65年（汉明帝时代2.8m100m94根桥栏铁链构成。大周万国颂德天枢——腾云承露盘，铜5033035m宋代（公元1061年，湖北荆州玉泉寺13层铁塔。欧美等国，建筑用铁英国始，1840年以前，铸铁拱桥。以后，铆钉连接和锻铁技术的发展，铸铁被锻铁结构取代，1846~1850年，英国威尔士的布里塔尼亚桥是典型代表。1855~1870年，贝氏转炉炼钢法和平炉炼钢法的出现，工字钢，1890年，金属结构的主要材料。20世纪初焊接技术出现，1934年高强度螺栓连接出现。我国受生产力的影响，钢结构发展缓慢，在很长一段时间内，钢结构被限制在其他结构不能代替的重大工程项目中。改革开放后，从“限制使用”改为“积极合理地推广应用GB50017-2003设计规范》和GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范轻型房屋钢结构技术规程钢结构的特点及应用钢结构的特点钢材强度高，结构重量轻。跨度和荷载相同时，钢屋架/钢筋混凝土屋架=1/3~1/4冷弯薄壁型钢屋架/钢筋混凝土屋架=1/10材质均匀，且塑性韧性好。组织构造均匀，各向同性，弹性模量高，延性良好，简化为理想的弹塑性体，符合一般工程力学的基本假定。抗震性能好。良好的加工性能和焊接性能。专业化的金属结构厂大批量生产出高精度的构件，然后现场组装。保证质量，缩短工期。密封性好。水密性和气密性，可制压力容器、管道，甚至载人太空结构。钢材的可重复使用性。绿色建筑材料或可持续发展的材料。钢材耐热但不耐火。钢材长期经受100℃辐射热时，性能变化不大，具有一定的耐热性能。但当温度超过200℃时，会出现兰脆现象，当温度达到600℃，钢材进入热塑性状态，将丧失承载能力。耐火材料保护。耐腐蚀性差。没有侵蚀介质的一般厂房，彻底除锈并涂合格油漆后，锈蚀问题并不严重。湿度大，有侵蚀介质环境中，采用耐候钢或不锈钢。钢结构的低温冷脆倾向。钢结构的应用大跨结构跨度大，自重在荷载中占的比例就越大，减轻自重会带来明显的经济效益。桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。工业厂房吊车起重量大或其工作繁重的车间，强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。轻钢结构工业厂房。良好的韧性。抗震要求高的结构。多层和高层建筑综合效益指标优良。多、高层应用广泛。多层框架、框架-支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等。高耸结构塔架、桅杆结构、电视塔等可拆卸的结构重量轻，螺栓或其他便于拆装的手段连接，易拆除。模板、脚手架等。容器和其他构筑物海上采油平台、皮带通廊、栈桥、管道支架等。轻型钢结构对屋面活荷载特别轻的小跨结构有优越性。门式钢架、冷弯薄壁型钢结构（拱形波纹屋盖、钢管结构等。钢受拉，混凝土受压。高层建筑、大跨桥梁、工业厂房、地铁站台柱等。钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱、叠合板等。钢结构的设计方法概率极限状态设计法1、结构的功能要求建筑结构要解决的基本问题是：力求以较为经济的手段，使所要建造的结构具有足够的可靠度，以满足各种预定功能的要求。结构在规定的设计使用年限内应满足的功能有：在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；在正常使用时具有良好的工作性能；在正常维护下具有足够的耐久性；各种作用——使结构产生内力或变形的各种原因。2、结构的可靠度结构的可靠性——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。结构的可靠度——结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。设计基准期，50年。3、结构的极限状态此状态为该功能的极限状态。《规范》规定，承重结构应按下列两类极限状态进行设计：承载能力极限状态。强度破坏、疲劳破坏、过度变形，失稳，机动体系、倾覆。正常使用极限状态影响正常使用或耐久性能的局部损坏。4、概率极限状态设计原理x——影响结构或构件可靠度的基本变量xi仅有作用效应S和结构抗力R两个基本变量时，结构的功能函数可表示为：Z=g(R,S)=R-S功能函数Z存在三种可能状态：Z=R-S >0 结构处于可靠状态=0 结构处于极限状态<0 结构处于失效状态由于Z的随机性，结构失效事故仍时有所闻结构或构件的失效概率： Pf=p(z)<0钢结构一般情况下属延性破坏，总体安全等级为二级。5、设计表达式承载能力极限状态表达式根据结构的功能要求设计时，应考虑作用效应的基本组合，必要时考虑作用效应的偶然组合。1基本组合可变荷载效应控制的组合： 见书对于一般排架、框架结构，可采用简化式计算：见书。2偶然组合专门规范的规定。正常使用极限状态表达式标准组合、频遇组合和准永久组合。钢结构只考虑荷载的标准组合： 见书。结构内力的分析方法1、一阶弹性分析内力分析一般按结构静力学的方法进行。分析时力的平衡条件按变形前的结构杆件轴线建立，即不考虑结构变形对内力的影响。叠加原理。2、框架结构的近似二阶弹性分析见图。框架结构的近似二阶弹性分析钢结构的新发展结构用钢的新发展高性能钢材的应用方面：高强度高性能钢、低屈服点钢、耐火钢的开发和应用。