钢结构设计原理之概述

钢结构设计原理课堂学时：48学时课程设计：1周教材及主要参考书钢结构（上册），西安建筑科技大学陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2003.2钢结构，赵根田、孙德发主编,机械工业大学出版社2005.8钢结构——原理与设计，王国周、瞿履谦主编，清华大学出版社，1993.11学习要求与成绩评价学习要求：a课前提前预习b课堂积极参与c课后及时复习，并完成课后作业。

成绩计算：

a平时成绩：20%

b期终考试：80%

第一章概述1.1钢结构的特点和应用1、什么是钢结构（steelstructure)？用钢板热轧型钢冷加工成型的薄壁型钢通过焊缝和螺栓连接而成。2、钢结构的特点力学性能好（强度、塑性、韧性）材质均匀，与力学计算假定吻合较好。内部组织接近匀质和各向同性体，在弹性范围内符合虎克定律。制造简单、施工周期短。材料单一且为成才，宜加工和安装。质量轻（容重与强度之比）。比值越大，自重越轻，地震作用越小，震害较轻，同时对地基土要求较低，减少基础造价。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；

钢砼：a=18×10-4/m；钢材耐腐蚀性差：需定期维护，维护费用较高。钢材耐热但不耐火:100℃时强度无变化，600℃时强度约为0。需采取防火措施。塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。3、钢结构的应用范围钢材的特性（特点）国民经济发展钢结构发展从建国以来分三阶段：50~60年代（初盛时期）：借助苏联的经济和技术支援，有百十个项目，都是重型工业厂房；60年代中后期~70年代（低潮期）：冷弯薄壁型钢结构、轻钢屋盖；80年代以后~至今（发展时期）：向高、大、重方向发展。应用范围围：（1）大大跨度结结构：桥桥梁、体体育馆、、展览馆馆国家体育育场国家体育育场建筑筑体形上上像鸟巢巢。可容容纳8万万人。平平面为椭椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖盖中间有有一个146m×76m的开开口，这这部分将将设计成成开合屋屋盖。采采用加肋肋薄壁箱箱形截面面，总总用钢量量达16万t。。天津奥林林匹克体体育场俯俯瞰效果果图“绿色奥奥运”、、“科技技奥运””、“人人文奥运运”建筑底面面面积为为80,000m2，，屋顶面面积76,719m2，地上上层数6层，最最高点高高度53.00m，可可容纳观观众数60,000。。屋顶结构构采用钢钢桁架悬悬挑结构构。屋屋面桁架架落地，，形似露露珠。。国家大剧剧院位于北京京人民大大会堂西西侧，西西长安街街以南，，总占地地面积近近12公公顷，总总建筑面面积近15万平平方米，，总投资资26.88亿亿元，目目前已进进行过网网壳部分分设计与与施工验验收审查查会议。。该工程外外部围护护结构为为钢结构构网壳，，是半椭椭圆球形形，东西西长轴212.2m，，南北短短轴143.64m，，总高度度46.285。内设设歌剧院院（2416席席）、音音乐厅（（2017席））及戏剧剧院（1040席）及及公共大大厅等。。屋面采采用钛金金属板，，整个网网壳外环环绕人工工湖（35500m2）,各各种通道道及入口口均设在在水下。设计为法法国巴黎黎机场公公司安德德鲁建筑筑师，北北京市建建筑设计计研究院院参与主主体设计计，整体结结构用钢钢量达6750t，195kg/m。（2））重型厂房房工业厂房；“重”指指厂房内吊吊车吨位大大，工作频频繁。上海宝山钢钢铁厂连铸铸车间内吊吊车吨位达达450t。单层厂房多层工业厂厂房金陵石化总厂（3）受动动力荷载影影响的结构构主要利用钢钢材的冲击韧性性能，当厂厂房内设有有产生动力力作用的设设备如：锻锻锤、电机机、风机、、吊车等，，厂房的承承重结构用用钢结构。。（4）可拆拆卸结构临时性建筑筑物移动的建筑筑物需拆迁的建建筑物主要是由于于其承重结结构的构件件之间的连连接可用螺螺栓，便于于拆卸，并并且构件可可以重复使使用。（5）高耸耸结构塔架桅杆东方明珠电电视塔东方明珠广广播电视塔塔座落在上上海浦东新新区黄浦江江畔，以其其468米米的高度成成为亚洲第第一高塔塔。她于1991年年3月开始始建造，1994年年11月月完工，总总重量达12万吨，，总投资8.3亿元元人民币。。东方明珠塔塔由三根直直径为九米米的擎天立立柱、太空空舱、上球球体、下球球体、五个个小球、塔塔座和广场场组成。（6）高层建筑80年代我我国建造的的11栋高高层钢结构构基本上都都是国外设设计、施工工承建。至今为止，，我国已建建和在建的的高层钢结结构有80多幢。主主要分布在在上海、北北京、深圳圳等。地王大厦上海金茂大大厦金茂大厦是是由中国上上海对外贸贸易中心股股份有限公公司独家投投资5.6亿美元建建设的一座座88层的的超高层大大厦，建筑筑高度420.5米米，建筑面面积28.9万平方方米，于1998年年8月28日竣工。。总用钢钢量14000t，，钢筋混凝凝土核心筒筒，外框钢钢骨混凝土土及钢柱。。设计者为为美国S.O.M事事务所。上海环球金金融中心由日本森大大厦株式会会社的全额额子公司森森海外株式式会社及日日本具有代代表性的银银行、保险险公司、商商社等36家企业，，偕同政府府系统机构构日本海外外经济协力力基金(OECF)联合投资资的上海环环球金融中中心，总投投资逾750亿日元元。位于陆陆家嘴金融融贸易区，，建筑总面面积335,420平方米，，地下3层层，地上94层。建建成后的高高度达460米。。总用钢量量26000t，钢钢筋混凝土土核心筒，，外框钢骨骨混凝土及及钢柱，目目前正在施施工基础。。央视新台址址央视新台址址建设工程程位于北京京朝阳区东东三环中路路、北京商商务中心区区的核心地地段，占地地面积18.7万平平方米，总总建筑面积积55万平平方米,230m。央视新新台址建设设工程总投投资约50亿元人民民币，2003年10月开工工建设，2008年年正式运行行。台北101长宽各150m，总总面积30277m2，塔高高508m，世界第第一高楼，，26层以以上以8层层为一单元元。主要由由巨柱、核核心系统及及外伸桁架架梁。巨柱柱自地下5层至地上上90层，，最大尺寸寸为2.4mx3m。直径5.5m，中670t的的阻尼器Location:DubaiHeight:705mFloors:160ToBeCompleted:2008（7）容器器、管道支支架、采油油平台等特特种结构陕西铜川天然然气公司1000立方方米天然气球球罐大连西太平洋洋石化有限公公司1500立方方米CF-62钢球罐海上石油平台（8）轻型钢钢结构1.2建造过过程和内在缺缺陷工厂制造：构构件在工厂按按施工图尺寸寸下料、切割割、冲孔、连连接等。工地安装：将将单根构件和和单元体在工工地进行吊装装、就位、连连接等组成整整体结构。几何缺陷（尺尺寸、面积））材料缺陷（偏偏析、夹渣））1.3组成成原理跨越结构（桥梁、单层层结构）高耸结构（高层、塔架架、桅杆）特种结构（容容器、通廊、、采油平台等等）跨越结构（单单层）早期结构形式式：平面体系+支支撑框架、框排架架拱型（三铰拱拱、二铰拱、、无铰拱）空间结构形式式：网架、悬悬索、穹顶等等网架结构拱结构桥梁网架节点高耸结构（结结构形式）钢框架钢框架+支撑撑（抗震墙、竖竖向桁架)筒体（筒中筒、束束筒）悬挂结构Location:ChicagoHeight:443mFloors:110Built:19731.4极限状状态和概率极极限状态法极限状态：承承载能力极限限状态和正常常使用极限抗力（R）和和荷载效应（（S）：一阶分析、二二阶分析和三三阶分析：荷荷载效应的内内力分析的方方法。概率极限状态态法：1-1公式设计表达式：：1-111.5钢结结构的发展高强钢材的应应用：Q235、Q345、Q390、、Q420对极限状态的的了解：近似似概率法全全概法