钢结构上第一章

钢结构上第一章第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六钢结构教学的基本内容钢结构基本原理结构设计——理论的综合（钢屋盖设计）2第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六本章主要内容：钢结构的特点及应用钢结构的设计方法3第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六第一节钢结构特点与应用一、什么是钢结构钢结构是钢材经过设计、制作和安装而形成的工程结构。主要元件：型钢和钢板。构件：梁、桁架、柱、板、索等。连接方法：焊接、螺栓连接及铆接。二、钢结构的特点1.强度高，重量轻。2.塑性韧性、抗震性能好。3.材质均匀，可靠性高。4.运输、安装方便，施工工期短，便于机械化制造。5.密封性能好。6.可回收、利于环保，建筑造型美观。7.耐火性和耐腐蚀性差。8.低温下，易发生脆性断裂。4第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六三、钢结构的应用范围（重、大、高、轻）（1）（重型）工业厂房钢铁、化工、机械、发电

5第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六保定长城内燃机制造公司保定天威变压器厂6第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（2）大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库

浦东机场7第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六广东省会展中心8第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六国家大剧院9第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六哈尔滨速滑馆10第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（3）大跨度桥梁公路，铁路，跨江，跨海

日本明石海峡大桥11第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六日本多多罗大桥法国诺曼底大桥12第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

江阴长江大桥13第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（4）多层和高层建筑的骨架

上海金茂大厦

上海环球金融中心14第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

吉隆坡双子楼

香港中银大厦

台北101大楼15第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

美国纽约世贸大厦16第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（5）塔桅结构电视塔、天线、发射架、管道支架

17第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（6）容器和管道油罐、储气罐

18第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（7）可拆卸、移动的结构舞台、展棚、军用设施、温室

19第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（8）轻型钢结构厂房、住宅、公共建筑

20第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六（9）在地震区抗震要求高的工程结构。21第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六四、钢结构体系1、杆受力：受拉,受压应用：桁架、支撑、网架22第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六2、梁受力：受弯应用：框架、楼层梁、吊车梁23第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六3、桁架受力：整体受弯，杆件受拉，受压应用：屋架、支撑24第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六4、框架受力：梁受弯，柱受压弯应用：单层、多高层建筑25第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六5、拱受力：受压为主，局部受弯应用：桁架拱、薄板拱26第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六6、空间（刚性）受力：整体受弯，局部受拉应用：网架，网壳，拱壳27第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六7、张力(非线性）受力：整体受弯，局部杆件受拉为主应用：索，网，膜，28第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六29第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六索穹顶结构部分已建成索穹顶工程1、汉城奥运会体操馆（D=119.8m)；2、汉城奥运会击剑馆（D=89.9m)；3、佛罗里达州雷声穹顶（D=210m)；4、德国科隆比赛馆（椭圆140×160m)；5、伊利诺斯州大学红鸟体育馆（椭圆91.4×76.8m)；6、荷兰赫伦文溜冰场（椭圆90×200m)；7、亚特兰大乔治亚穹顶（椭圆193×240m)；30第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

五、我国钢结构建筑发展概况

钢结构的应用在我国有悠久的历史。公元60年就开始修建铁链桥，最著名的是大渡河泸定桥，充分表明了我国古代在金属结构方面的卓越成就。新中国成立后，钢结构建筑得到了较大发展，大体可分为三个阶段：一是初盛时期（50年代~60年代初），二是低潮时期（60年代中后期~70年代），三是发展时期（80年代至今）。

31第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六1.高性能钢材的研究和应用高强度低合金钢材热强化钢材经济截面钢材镀层、涂层和复合等面处理钢材冷加工钢材六、钢结构的发展方向32第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六2.规范(程)和设计理论的不断完善1)结构设计

1、钢结构设计规范（GB50017-2003）；

2、冷弯薄壁型钢结构术规范（GB50018-2003）；

3、网架结构设计与施工规程（JCJ7-91）；

4、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CSCS102:2003）；

5、型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）；

6、钢－混凝土组合结构设计规程（DL/T5058-1999）；2)施工验收

1、钢结构质量验收规范（GB50205-2001）；

2、建筑钢结构焊接与验收规程（JGJ81-91）；

3、钢管混凝土结构设计施工规程（9082-97）33第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六3.新体系、新理论：网架结构,超高层结构,薄壁结构,组合结构，轻钢结构，索膜结构等。钢-混凝土组合结构：组合梁：简支、连续、刚接、组合扁梁组合柱：钢管混凝土柱、劲性(钢骨)混凝土柱组合楼板：压型钢板组合梁、叠合板组合梁、现浇组合梁34第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六4.建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑。索梁结构(BeamStringStructure)悬支穹顶结构(SuspenDome)35第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

我国发展钢结构市场前景非常广阔，它符合保护环境和土地资源的国策，我国钢铁产品总量居世界第一，为大力发展钢结构提供了物质基础。与西方发达国家的差距会使我们奋起直追，钢结构的应用将引发一系列设计、施工的革命，相信通过奥运场馆及大型工程项目钢结构的大量应用，能迅速带动我国钢结构房屋的发展。二十一世纪是钢结构的世纪。

36第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六第二节钢结构设计基本方法一、结构设计的原则1、目标（1）承受各种作用，满足功能要求；安全性:承受作用,保持稳定,不倒塌;

适用性:工作性能良好,满足使用要求;

耐久性:随时间仍能满足使用要求。（2）技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。37第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六2、作用（S）（1）使结构产生效应(内力、变形、应力、应变等)各种原因的总称,

直接作用:荷载间接作用:变形(温度,沉降,地震等)

永久作用：可变作用：偶然作用：（2）荷载恒载(G)，活载(Q)，风载(W);静载,动载。（3）作用效应(S):作用引起的内力和变形：荷载效应：S=CQ38第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六3、抗力（R）（1）结构承受作用的能力(承载能力、刚度等)，属结构特性参量；（2）与结构形式、几何参数、材料性能(强度、弹性模量)和计算模型有关。39第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六4、功能（1）设计基准期（一般50年，也有100年和25年），（2）满足功能要求：安全性(S<R)，适用性，耐久性。40第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六二、钢结构设计方法:

容许应力设计法（TJ17-74）（疲劳设计）极限状态设计法（GBJ17-88/GB50017-2003）

现行《钢结构设计规范——GB50017-2003》1、容许应力设计法:

K—安全系数，钢结构取1.4~1.7

存在问题:1）“安全系数”含义不严谨;2）无法区别荷载性质;3）不区别材料性能;4）无法区别结构的重要性。41第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六2、极限状态设计法:(1)极限状态

1）满足功能的临界状态S=R；

2）承载能力极限状态—不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆；构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转为机动体系和结构倾覆。

3）正常使用极限状态—不发生过大变形、振动、裂缝。影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，

影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。42第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六(2)随机变量作用、作用效应和抗力随机分布；

标准值，设计值。(3)功能函数Z=R-S(随机变量）

Z>0，或R>S，安全状态；

Z<0，或R<S，失效状态；

Z=0，或R=S，极限状态

43第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六(4)可靠度指标可靠度—度量结构可靠性的指标；安全度—度量结构安全性的指标；可靠概率（Ps），失效概率（Pf）:Ps+Pf=1,

可靠度指标的确定采用了校准法，计算较复杂。(5)结构安全等级（建筑结构可靠度设计统一标准GB50068）结构重要性分三级（一级、二级、三级）一般工业与民用建筑钢结构的安全等级为二级,特殊另定。

结构安全等级与可靠度指标b和失效概率Pf的关系破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)2.7(3.47x10-3)脆性破坏4.2(1.34x10-5)3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)44第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六三、设计表达式1、统计变量：

标准值，设计值，分项系数；

恒载SG=gGSGk；活载SQ=gQSQk；抗力R=Rk/gR2、荷载组合：设计基准期内荷载的最不利组合，即考虑若干种荷载共同作用引起的荷载组合。

承载能力极限状态：应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合；正常使用极限状态：应考虑荷载效应的标准值，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。45第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六3、由可变荷载效应控制的组合表达式（承载能力极限状态)gG=永久(恒)荷载分项系数：一般情况下取1.2，当其效应对结构有利时取1.0，对抗倾覆和滑移有利的可取0.9

；gQ1,gQi=可变荷载分项系数：一般情况下取取1.4，有时取1.3(楼面活荷载标准值大于等于4kN/m2)

；gR=结构构件抗力分项系数：取1.087(Q235,Q345)~1.111(Q390)。yci=第i个可变荷载组合值系数：有风荷载组合时取0.6，无风荷载组合时取1.0(高耸建筑物和特殊情况另定);go=结构重要性指标：go=1.1(一级);go=1.0(二级);

go=0.9(三级)。ak=结构几何特性；f=材料强度设计值。46第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六

4、由永久荷载效应控制的组合：当永久荷载的效应对结构不利时取gG=1.35

5、框架、排架结构由可变荷载效应控制时

承载能力极限状态的简化应力计算式：一般情况下y=0.90，当只有一个可变荷载时，取y=1.047第四十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六6、正常使用极限状态设计表达式有风载参与组合时y