水工钢结构第一章

水工钢结构一、课程概况钢结构是土木工程专业的主要专业课之一，也是水工、港航、海工、农水等水利类专业的技术基础课。钢结构是当前我国重点推广和发展的结构形式。钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件三大部分。不同结构形式都是由基本构件联结而成，基本构件的核心问题是稳定问题。本课程为2学分,计划授课32学时。本课程课堂授课结束后集中安排一周的课程设计。课程概况及基本要求

二、基本要求

课程成绩由考试+平时成绩给出。平时成绩包括作业、课堂提问等。抄作业者和被抄作业者作业成绩为零分。不得迟到、旷课。为了不影响他人，迟到者须到课间休息时方可进入教室。旷课达1/3，取消考试资格。缺课累计达5节及以上，成绩由口试+笔试+平时成绩给出，且口试及格后方可参加笔试。

三、学习建议与希望

学习时应重点搞清基本概念与性能，掌握设计原理，熟悉构造要求。

讲课主要讲述重点和难点，为了便于大家学习和复习，建议作好笔记。

我们采用的是最新版本（以新规范标准编写）的教材，该教材反映了目前钢结构领域的最新成果和动向。欢迎同学们对教材的不足之处提出宝贵意见，以便进一步改进。第一章概论

第一节钢结构的特点和应用

一.钢结构的特点:

钢结构是用钢材制造而成的工程结构。通常它采用钢板、型钢（有些结构也可能采用钢索）加工制造而成。钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。钢结构与其它结构相比，具有下列特点：1.可靠性高

钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定;钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体；钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好；钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果。所以说钢结构的可靠性高。2.材料的强度高，钢结构自重轻。

钢材与其它材料相比，它的强度与重力密度之比要高得多。在同样的受力条件下，钢结构用材料少，自重轻。以24m跨度厂房屋架为例，当承受相同的荷载时，每榀钢屋架的重量为2.1～2.7吨，而预应力钢筋混凝土屋架的重量为6.4～11.3吨，后者为前者的3～4倍。若采用冷弯薄壁型钢屋架，其自重接近钢筋混凝土屋架的1/10。钢结构自重轻，便于运输和安装，基础费用低。3.钢材的塑性和韧性好

钢材的塑性好，钢结构破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。

4.钢结构制造简便，施工工期短

钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。我国已建成的某240m315m全钢结构厂房，建筑面积达7.6万m2，其结构安装仅用了98天。钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。5.钢结构密闭性好

钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压容器结构和管道。

6.钢材的耐锈蚀性差

在没有腐蚀性介质的一般环境中，钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料后，锈蚀问题并不严重。但在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，钢结构容易锈蚀，需定期维护，增加了维护费用。我国已研究生产出抗锈蚀性能良好的耐大气腐蚀钢，并用于工程结构。7.钢结构耐热但不耐火

当钢材受热温度在200oC以内时，钢材的主要性能变化很小，具有较好的耐热性能。当温度达600oC以上时，钢材的承载力几乎完全丧失，所以说钢材不耐火。当温度在250oC左右时，钢材的塑性和韧性降低，破坏时常呈脆性断裂。考虑一定的安全储备，当结构表面长期受辐射热温度不小于150oC时，需加以隔热防护。当有防火要求时，要采取防火措施。8.钢材在低温时脆性增大

在负温度区（0oC以下）,钢材的塑性和韧性随着温度降低而变差。二、钢结构的应用范围

应根据钢结构的特点，注意扬长避短，合理使用钢结构。在建筑工程和水利水电工程中，钢结构的主要应用范围如下：

1.大跨度结构

随着结构跨度增大，结构自重在全部荷载中所占比重也就越大，减轻自重可获得明显的经济效益。对于大跨度结构，钢结构重量轻的优点显得特别突出。

上海8万人体育馆：径向悬挑桁架和环向桁架组成的空间钢屋盖结构。长轴为288.4m,短轴为274.4m，最大悬挑跨度达73.5m。

上海浦东机场英国伦敦的“世纪展览馆”：直径365m钢骨架膜结构圆形建筑。2.高层建筑高层建筑已成为现代化城市的一个标志。钢材强度高和钢结构重量轻的特点对高层建筑具有重要意义。强度高则构件截面尺寸小，可提高有效使用面积。重量轻可大大减轻构件、基础和地基所承受的荷载，降低基础工程等的造价。当今世界上最高的50幢建筑中，钢结构和钢—砼混合结构占80%以上。1996年建成的吉隆坡佩重纳斯大厦（双塔），95层，高452米，是世界上目前最高的建筑。马来西亚佩重纳斯大厦

台北金融中心大楼（TAIBPEI101）

101层，508m高，2.3万平米，2004年9月营运。上海蚕金茂国大厦袄:88恳+3鹿层，城88聚层为扒观光起厅,诞高度设为3努40堪.1洽m，唤总高斤42扛0.醉5m阶。用钢喉14吨00妖0t原，2痒8.蛛7万做m2。大厦殿桩深界83府.5天m，捉总投怕资＄伏5.谢4亿梢。美国究纽约沿的世控界贸撞易中绒心大浑楼11贿0层洒，高绑41坟7m乔，1纵00狮万平冶米，驻两楼挥共有悬23扛9部大电梯感。办毒公人川员5轻万，示每日无来访箩和观袜光8惜万。吓施工贿期间岁无工押人死录亡。泼用钢渡20袭多万岛t。93章年悔恐怖最组织足车载顾炸药历爆炸踢（地锹下可素停车遵20构00授多辆户）艇，三窄层楼虾板被奋炸穿耐，无就大影看响。庄75悦年2栽月1枕1层档失火爹，三赢小时之控制蓬火势满，直带接损滨失1全00滥万美师元。01众年9歼月1叶1日盾，北庭京时结间2尸0:费45匆一7阴57末飞机献（起乔飞重闯量达目10雁4t钢，可稿载油滋35非t）刑撞击意北塔束楼，芦9蜓4～界99寒层直也接受旺损，夕22娃:2弊8倒兔塌；展21重:0象3一镇76城7飞诱机（训起飞很重量键达1届56踢t，倾载油疏51唯t)拢撞击卧南大坛楼，捉78守～8坦4层虏直接课受损删，2下2:骗05辆倒塌化。客袋机的嚷起飞收重量叫加上畜约1尘00哄0公哪里的据飞行齿速度善，撞公击力学总共猎相当谣于2束万多冒公斤况的黄特色炸醉药。堪撞击美使世预贸中早心产垮生巨图大晃唤动，气但内下部和护外部鸽并没记有严商重塌逃落，胁从撞盆到塌接时间杰较长玩，楼界内人货员可芳以逃脆生，糟世贸所中心叛死亡搂人数速27盆97经人(践其中欲失踪呈59婆人，饮机组尽15者6人为）。3.醉工秘业建桥筑当工请业建俘筑的牺跨度滑和柱叔距较崇大，剂或者与设有谢大吨定位吊闹车，毫结构呆需承灰受大膏的动鞭力荷槽载时领，往愁往部材分或降全部田采用论钢结弯构。西安乐变压印器电刮炉厂轻的总汗装车侍间，酿L=傲36派m，搞高3占0余说米，裤Q=贞(4楚00员+5浊0+雁1)员t。为了伪尽快孩发挥裹投资其效益补，近版年来扯我国强的普驴通工裂业建看筑大从量采闸用了卸钢结般构。马钢派平（容炉）虾改转抵（炉析）工妈程：占地巨面积备1.堵98抽万平圆米，弟钢结妖构总爪重量颜1.纸79辫万吨圈。4.率轻很型结狂构称使挤用荷权载较盼小或炎跨度遵不大纺的结础构为窑轻型孔结构村。自聋重是驴这类搬结构傻的主剩要荷扩载，纵常采巷用冷啊弯薄颠壁型拿钢或脚小型菠钢制讲成的跪轻型枪钢结骄构。国内嚼跨度头最大毅的轻误钢结塞构是束大连升某粮摆食仓抚库，l=7霞2m都，建剥筑面痕积8瓣00哨0m2，结叹构用迷钢量出49壁.7事kg殖/m2。近敬年来瞒金属猎拱型室波纹绝屋盖判已用渴于建看筑工隙程。绍兴叙邮电悲培训冰中心惰大堂青岛仇海尔粘鲁能吸集团东方娃航空波公司茂华梯北制剧药集吵团5.蒸高觉耸结渠构如塔迈架和强桅杆孙等，瘦它们良的高辉度大拉，横处截面肢尺寸酷较小往，风援荷载饲和地塔震作中用常萝常起输主要格作用柏，自闷重对到结构悬的影脚响较搅大，辣常采蜂用钢束结构恶。加合拿大废多伦丙多电战视塔羽高5技53艇.3午4米袖，目圆前世茫界第挖一。上海周东方榴明珠呀电视贼塔6.咐活从动式短结构如水敬工钢悦闸门印、升扩船机韵等，难可充左分发电挥钢生结构臣重量展轻的请特点键，降花低启缎闭设抗备的垂造价贩和运前转所缓耗费库的动跑力。我国悬三峡喝工程辨的永销久船棉闸采拣用双桂线五除级连渐续梯槽级船检闸，泳总水邮级差油11召3m公，闸碗门孔题口净垫宽3茧4m灰，每受级均偶采用赵人字克钢闸岗门，股共有兴12唉道2验4扇目闸门作，每培扇闸贩门高陡38遵.5如m，色宽2思0m罢，重英86愧4t得。船钱过船窄闸一抄般需剩2小丸时3亡5分哑钟。三峡脂升船案机承潮船箱隆长1绝20丛m，娇总宽坊23傅m，全总高催10榆m,倡水深括3.翁5m何，提宇升重匆量可浊达1行.1米8万浅吨，寸提升彼高度姨11美3m狠。3坑0分忍钟过剑坝，筛计划垂20欲09唐年建短成。7.访可浩拆卸五或移菊动的检结构如施僚工用法建筑衰和钢鹅栈桥痰、流吸动式引展览么馆、肤移动盈式平站台等孝，可里发挥送钢结盯构重令量轻值，便月于运价输和尸安装辱方便末的优波点。你加拿被大已匪建成侧12运0多额万吨绩重，危可容杆50姓00榴多人煎工作照的海泳上采陡油平萌台。海上偿采油垫平台9.船抗戏震要夹求高刃的结炭构可发库挥钢榨结构牙动力案性能雪好的倘优点格。10畏.急州需早饰日交横付使算用的碗工程博或运孤输条件办差的至工程可发悟挥钢撇结构壶施工家工期猫短和征重量席轻便蹦于运坛输的赏特点壳。8.昨容镇器和纱大直步径管踢道如贮慕液（活气）裳罐、望输油拨（气殖、原并料）弊管道酬、水跟工压严力管驶道等献。三捐峡水意利枢液纽工壤程中它的发饥电机慰组采盾用的局压力即钢管忍内径念达1得2.叉4m乳，板绳厚达老60置mm者。11递.收特种黄结构钢烟橡囱（溪上海清宝钢目烧结叙厂钢译烟囱梦高达朝20英0多彩米）症、钢尤水塔酬等。北京宪“中龟华世怨纪坛拌”具该钢泽结构软圆坛贼直径迈47望m，烟重达议14辽00板t，禁倾斜践19惠.4稻度，球转一奖周时梅间为翼4～爆24礼小时闲。重建斤的“兽雷峰妻塔”20左02年10月25日在暗杭州随落成洲。淹塔总涉高71亡.6框79米，渣塔身房诚高45联.8腔09米，撞地上刮六层土地下简二层欺总共蚊八层召。采这用钢相结构另框架梢，用搁钢1孝40素0t对。总拴建筑静面积医60妇89锄平方仪米。党造价枕1.牲5亿柔元。12暴.另钢桥国内致最大敬钢桁弊架桥破为九淹江长封江大纯桥，l=2春16裙m(包南京蛋一桥茫为1材60忆m)波。江士阴长皂江大假桥为肤悬索精桥，l=1枕38既5m脸，主屯揽直红径8逗66蓄mm踩，由旷20得32六0根衰直径沾5.涝35依mm省的钢臂丝组盆成，仿两根杨主揽户总重彻16挡80弯0t季，钢蒸丝总策长1芦0万酿km毯。世漂界第仁一为娱日本眯明石乱海峡涂大桥肃，l=1躲99于1m阻(1惕99蓬0+闭1m误)。戒南京士二桥判南汊俗主桥跃为钢辉箱梁休斜拉鹅桥，龄主跨返62叨8m诵，中通国第腊一，套世界心第三强。桥屯全长倡21刻.1伯97桂km迹。江阴柳长江柳大桥：主桂跨1拳38超5米男，主愧塔高帐19卸3米眠，主绍缆直催径8抓6.裕6厘恶米、敞长2床20胸0米誉，居亿悬索柴桥世御界第淹四，糟国内浮第一步。上海称卢浦误大桥目前致世界恰上最街大的培中承钉式钢冬结构仔拱桥斤，总哑投资特约2特4亿板元。努该桥科主跨蜘55嫂0米捐，2厅00违2年建10肚月1律2日网合龙温,0烫3年震8月包完工知。伦敦逝的塔故桥：18榨94拆年建某成，说此桥他的边粘跨为拳罕见分的三隆铰悬稍挂。胜悬挂带单元炕于桥帝面之赌间是雹加劲乌桁架沿，一怨方面余加强帮悬挂联单元萄的刚敲度，衫另一企方面面抵抗姨桥面闻的弯考矩和疤剪力鹅。加劲听桁架担近景中间晶铰近再景13埋.住宅马钢散光明恶新村匆住宅18姐层，要钢框歉架-爆剪力毫墙-宰支撑薪结构房诚体系裹。上海谦中福判城1+俭17翠层，邀钢框没架-出剪力替墙结简构体匙系。提柱距罢7.仇8米付。地章下为撒车库嘉和设羽备用蓄房，亚1～而４为夺商场黄，５钢～纤17值为住洒宅。蜂采用甚马钢汇耐火沉H型否钢。综上笑所述声可见鲁，钢聋结构淋是在买各种肤工程巩中广狠泛应峰用的晕一种康重要辱的结掌构形吃式。僚随着骂我国刻经济尽建设弹的发盾展和妈钢产朴量的荐提高秀，钢场结构如将会求发挥信日益咳重要鸽的作仆用。第二撤节衰钢结栏构的所设计惹方法一．抓结构括设计仅的目孟的：芝任何赌结构薯都是宗为了纤完成竿所要乡丰求的因某些功爸能而县设计精的。廊工程仅结构从必须眼具备金下列负功能罗：1．安全资性：结郊构在厉正常助施工询和正毁常使瞒用条翁件下雾，承呢受可能意出现狸的各垫种作倦用的咱能力既，以宣及在含偶然偶事件少发生时和巾发生蹦后，冷仍保文持必迹要的凑整体歼稳定慕性的伯能力俱。2．适用铜性：结构倒在正塘常使满用条秒件下述，满乐足预怕定使叫用要求和的能大力。3．耐久乔性：结构希在正气常维纤护条齐件下遵，随他时间壮变化摩而仍能满贱足预拼定功棕能要嗓求的季能力代。结构妙的安护全性卵、适胃用性猾、耐叫久性凭总称垦为结然构的哪可靠拳性。结嘴构设皂计（与计算窜）的鞭目的撇是在逼满足打各种碎预定盗功能稍的前丈提下乏，做励到技欧术先述进、丝式安全看适用里、经偷济合锋理和责确保寄质量马。要极实现响这一缠目的慨，必猪须借片助于画合理阅的设泡计方远法。二．妄设计裹方法1．畏影响肾结构册可靠描性的须因素对于椅一般震的工惩程结弓构，窜影响缓结构侵可靠尼性的稠因素票可以犯归并汽为荷继载效指应S（荷利载作羡用引寸起的步结构锹或构周件的掌内力络、变仅形等当）和歌结构浊抗力R（结厅构或补构件奇承受聚荷载代效应甲的能竿力，养如承够载力足、刚乖度等虚）两芽个基升本变延量。Z=R-钓S（1-1）Z—厅—结构胖完成治预定蒙功能击状态耍的函亚数。Z>0拌结构弦处于致可靠奶状态扮；Z<0扁结竟构处量于失鬼效状桶态；Z＝0浑结构柴处于资临界众状态氧，一疏旦超隐过这孙一状战态，替结构顽将不虽再能颂满足帐设计手要求贪。因坛此它骆也称揭为极饲限状临态。2．比概率移极限毕状态它设计浪法1)捉结构脆设计丈应考歇虑下劲列两仔种极浅限状搂态：（1故）承载昏能力坛极限常状态：结构梁或构顶件达伪到最运大承怀载能雕力，突或达贵到不母适于读继续己承载摸的变垮形的嫁极限江状态桑。（2苍）正常淘使用赢极限贱状态：结构胶或构忆件达六到使押用功价能上遭允许竖的某遵一限允值的板极限半状态身。2)劲结构猫可靠揭度算结私构在羊规定装的时疤间内亭，在卷规定筝的条葱件下葬，完计成预势定功磨能的假概率浸(Pr)。Pf=P胃(掏z<碎0)Pr=无P鉴(z贿≥0饮)匪=1皇-六Pf设计扬使用叛年限鞠分类类别设计使用年限示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的结构3）肃《钢导结构起设计亚规范樱(G眨B5筒00宋17搏)》滋设计秘方法对于杂承载鸦能力摄极限惰状态眉采用足应力末表达界式正常辅使用便极限末状态4）爪现行孔水工随、桥出梁钢墓结构思专门收规范烛的设笑计方原法—车容许两应力纵法（椅如水按利水隙电工栋程钢金闸门区设计登规范悼SL于74飘-9拢5）第三例节罪钢西结构刘的发疤展我国早的钢朱产量算从1液99耻6年冶起年窃产已笛突破西1亿想吨,访20懒01渴年1价.5代7底亿吨筛，2坝00脚2年止预计滩可达姨1.诊8盖亿吨邮。高典的钢卡产量脊为发宇展钢苍结构倚提供泊了主胁要的谁物质辨基础责。一系蝇列的凝规范陶和规共程的溜颁发土及计膊算机钩技术狐的应柿用，何使我饿国的范钢结勒构发丙展具鉴备了唯必要盟的技顿术基锣础。《中胶国建克筑技局术政琴策》舅（1抽99霉6年20程10均年）敢中具产体地盏提出零了发侧展钢衔结构经的要衬求，分这是详几十彼年来书第一窗次国吃家明拨确提善出的淹政策布支持段。这昌些将达会促碌进钢欠结构津应用住的进吓一步耐发展凑，必慨将对秩钢结诉构提堤出更橡多更谅高的绝要求握。钢结送构是刺环保玻型的毫、易俩于产索业化陷和可畜再次俗利用饿或者兰说可碍持续灾发展济的结英构，阶应积裂极合伶理地毁扩大夸在工炸程中之的应博用。一、钢结炼构快愈速发吴展的钱条件二、钢结勺构发鉴展的神几个只方面1.堆设计回方法馋和计与算理洽论的井改进1）山水工草、桥表梁钢翠结构敏应早至日采它用概奏率极呆限状级态设霉计法刃。2）对(G难B5爽00贸17予)筝向采罩用更择为先眉进合涝理的羊全概说率极序限状偶态设介计法愈的方次向努饲力。3）跪设计稿由构在件或钞某一尸截面涨的可啦靠度麻，向葬以整池个结质构体盘系可款靠度健分析固为目鞋标的角结构朽设计橡发展胆。4)略钢结票构的悄计算烈理论廉，如攻稳定穗计算珠、塑邮性设绘计、持优化血设计焦以及瞧在动杆力荷艺载作灯用下旨的性舟能