钢结构设计原理 课件 第一章 绪论

钢结构设计原理课程介绍钢结构是土木工程核心专业课程，国家注册结构师考试主要科目之一钢结构课程主要内容：①

材料

②

构件

③节点连接属于钢结构课程基础阶段：钢结构基本原理1、绪论

2、钢结构的材料

3、钢结构的连接

4、轴心受力构件设计

5、受弯构件设计6、拉弯压弯构件设计

课程介绍与其它课程关系高等数学

大学物理

理论力学

材料力学

结构力学

混凝土结构设计原理

钢结构结构设计原理

钢结构设计

毕业设计

混凝土及砌体结构设计

第一章

绪

论1、

钢结构发展历程2、

钢结构特点及应用范围3、钢结构组成4、

钢结构的极限状态5、钢结构的发展方向6、课程内容和学习建议主要内容：钢结构建筑的前世今生我国早期钢结构第一章

概

述1935年9月

红军强渡大渡河大渡河泸定桥始建于清康熙年间（1705年）铁索桥长103.67米，宽3米钢结构建筑的前世今生我国早期钢结构第一章

概

述开封铁塔始建于北宋年间（1049年）高55.88米在900多年中，历经了37次地震

18次大风，15次水患钢结构建筑的前世今生18世纪末在英国建造房屋时开始使用钢材第一章

概

述钢结构建筑的前世今生19世纪前半期：约瑟夫帕克斯顿设计伦敦水晶宫展览馆（铁框架技术发展顶峰）第一章

概

述1851年世界首届工业博览会钢结构建筑的前世今生1889年法国：古斯塔夫埃菲尔设计巴黎埃菲尔铁塔第一章

概

述（塔高330米）钢结构建筑的前世今生旧金山金门大桥（1937年）悉尼歌剧院（1973年）第一章

概

述帝国大厦（1931年）钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展1907年产钢0.85万吨1950年产钢61万吨1978年产钢3178万吨2000年产钢1.2亿吨2019年产钢10.3亿吨第一章

概

述2000年产钢1.3亿吨第一章

概

述钢结构建筑的前世今生传承传统的革命精神展现今日发展之辉煌钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展第一章

概

述钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展第一章

概

述世界十大奇迹建筑之一主楼52层

，配楼44层钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展宝能环球中心盛京大剧院院市府恒隆广场第一章

概

述第一章

概

述钢结构第一章

概

述钢结构沈阳浑河东塔桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河富民桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河长青桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河三好桥1.1、钢结构特点自重轻：相同跨度相同荷载，质量相当于混凝土构件1/3-1/4优势第一章

概

述1.1、钢结构特点优势第一章

概

述钢材的强度高而质量轻承受同样的荷载，钢构件比其他材料轻：强度/密度比值大。做成跨越结构，无效荷载最低；做成柱子，占建筑面积最小。构件轻，适合于交通不便的地区。有双重性：风荷载大的地区要防屋盖结构被风吸力掀起。1.1、钢结构特点1.1.2钢结构的优点第一章

概

述钢材塑性（延性）和韧性好较好的变形能力，不会突然断裂；超静定结构可以利用内力重分布；地震作用下有良好的吸能能力；韧性好，能较好地抵抗冲击作用。另一方面，注意避免脆性断裂的可能性：选材、构造、施工。1.1.2钢结构的优点材质均匀：符合基本假定，利于力学有限元分析第一章

概

述1.1.2钢结构的优点第一章

概

述比其他材料更接近理想材料质地比混凝土均匀；各向同性优于木材；具有较大的线弹性范围。

因此：钢结构比较符合材料力学的基本假定；大多数情况可以直接应用材料力学的计算公式—简便、够精确，但稳定性能和脆性断裂等问题涉及专门的力学知识；钢材和理想材料还是有差距，有些钢材存在分层问题；钢板有方向性，使用时要发挥其优良的一面：沿辊轧方向受力。1.1.2钢结构的优点工业化程度高：精确度较高，便于质量控制第一章

概

述1.1、钢结构特点第一章

概

述施工优势原材料是钢板和型钢，具有半成品性质。

工厂制作阶段：机械化，自动化。包括切割、制孔和焊接等，节省工时，提高精度。

工地安装阶段：现场占地少，施工期限短。机械吊装，螺栓紧固，少量焊接。迅速交付使用，资金回收时间短。容易加固，改建。能够做成可拆迁结构。1.1.2钢结构的优点施工周期短：提高使用效率火神山医院七天交付使用第一章

概

述1.1.2钢结构的优点生态环境好第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐火性差1小时42分110层大厦轰然倒塌第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐火性差沈阳某厂房火灾后情况钢屋架烧损变形节点高温变形螺栓松动支撑高温变形第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐腐蚀性差第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势第一章

概

述强度高的另一后果—容易屈曲（失稳）强度高则杆件细长、板件纤薄。屈曲可以使构件提前失效，强度不能充分发挥作用(尤其是高强钢)。稳定计算比较复杂，超出材料力学范围。初始几何缺陷应加以考虑：初弯曲、初倾斜。受压不如受拉，和混凝土刚好相反，组合起来相得益彰。1.1.2、钢结构的缺点劣势对缺陷较为敏感安装缺陷焊接质量缺陷构件初始裂缝构件尺寸缺陷致命性缺陷！第一章

概

述第一章

概

述钢结构对缺陷很敏感

钢材出厂时就存在内部缺陷；构件在制作和安装过程中会出现新的缺陷；设计计算中忽视缺陷的存在将造成承载力不足。2020.5.5广州虎门大桥异常震颤第一章

概

述第一章

概

述1.2、钢结构的应用大跨度结构重形厂房受动力荷载影响结构可拆卸结构高耸及高层建筑容器及其他构筑物轻型结构第一章

概

述1.2.1高层及超高层钢结构原则：形成一个有效抵抗各种外加作用的整体，可靠而经济。形成几何不可变体的一种方式：以平面结构为基本承重结构，加支撑。跨越结构&高耸结构第一章

概

述1.2.2轻型钢结构住宅第一章

概

述1.2.3大跨度空间钢结构第一章

概

述1.2.6特种钢结构第一章

概

述1.2.4桥梁钢结构第一章

概

述1.2.5压力管道及容器第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.1钢材的塑性破坏塑性变形很大，经历时间又长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。塑性破坏是构件应力超过屈服点并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。它是钢材晶粒中对角面上的剪应力超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.1钢材的塑性破坏塑性变形很大，经历时间又长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。塑性破坏是构件应力超过屈服点并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。它是钢材晶粒中对角面上的剪应力超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.2钢材的脆性断裂钢材几乎不出现塑性变形的突然破坏叫脆性断裂。脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力小，按材料力学计算的名义应力往往比屈服应力多。脆性断裂没有任何预兆，破坏断口平直并呈有光泽的晶粒状。从力学的观点来分析，脆性破坏是由于拉应力超过晶体抗拉能力而产生的。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.3影响脆性断裂的因素（1）钢材质量差。（2）结构构件构造不当。（3）较大的动力荷载与较低温的环境温度下工作。焊接结构中容易出现的脆性断裂的原因：（1）焊缝经常会或多或少存在些缺陷，如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等，这些缺陷能够成为断裂的起源。（2）焊接后结构存在残余应力。残余应力未必是破坏的主因，但和其他因素结合在一起，可能导致开裂。（3）焊接结构的连接往往有较大的刚性，当焊接结构出现三条相互垂直的焊缝时，材料的塑性变形就很难发展。（4）焊接使结构形成连续的整体，一旦裂纹发展,就有可能一断到底，不像在铆接结构中裂纹常在接缝处终止。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.4脆性断裂的防止1.焊缝：原始裂纹尺寸的控制主要由保证施工质量和加强检验来解决。2.应力：构件的实际应力不仅与荷载的大小有关，也与构造的形状及施焊的条件有关。3.材料韧性：为了防止断裂，结构的材料应根据其所处的条件具备一定的韧性。4.结构形式：优良的结构形式可以减小断裂的不良后果，把结构设计成超静定的，即有赘余构件，可以减少断裂造成的损失。5.钢材选用：设计焊接结构，在选用钢材时应该从防止脆断的角度加以考虑。第一章

概

述1.4钢结构的发展趋势1.4.1结构用钢的新发展高性能、高强度钢、低屈服点钢和耐火钢的开发和应用。第一章

概

述1.4钢结构的发展趋势1.4.3设计方法的新发展目前大多数国家采用计算长度法计算钢结构的稳定问题，采用一阶分析求解结构内力。此方法不能考虑二阶效应影响，不能精确考虑结构体系与构件之间的相互影响。故需要开展对整个结构体系进行二阶非弹性分析，即所谓高等分析是一个正在发展和完善的新设计方法，而且是一种较精确的方法。在近期内这两种方法将并存，并获得共同的发展。今后，随着计算机技术的发展，高等分析和设计法将逐渐成为主要的设计方法。第一章

概

述1.5本课程的任务和特点1.5.1本课程的主要任务本课程主要讲述钢结构的材料特点、钢结构在各个领域的应用及发展状况、