钢结构应用与原理参考

钢结构应用与原理参考钢结构课程的学习方法根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；多作习题与思考题，避免眼高手低。第2页,共40页，2024年2月25日，星期天第1章绪论第一节我国钢结构的概况1、古代钢结构铁链桥兰津桥（西南地区）建于公元58～75年，比欧洲早70余年云南沅江大桥贵州盘江大桥四川泸定大渡河桥第3页,共40页，2024年2月25日，星期天铁塔（古代七大铁塔）

湖北荆州玉泉寺13层铁塔（宋代公元1061年）山东济宁铁塔寺铁塔（建于公元1105年，铁塔包括座、塔刹共11层，高23.8米，呈八角型）江苏镇江甘露寺铁塔聊城铁塔：山东省聊城兴隆寺内，建筑年代在宋金之间，塔也是八角13层泰山铁塔：在山东泰安市。建于明嘉靖十二年（1533年），塔身分层铸造，呈六角13层。现仅存下部3层。千佛铁塔：坐落在陕西咸阳市社镇。塔呈方形10层，此塔是我国古代最高的铁塔，建于明代。孤山铁塔：在陕西省府谷县。塔形锥笔形，分12层。是明代所建，现仅存遗迹了。山东济宁铁塔寺铁塔第4页,共40页，2024年2月25日，星期天2、现代钢结构什么是钢结构？一些典型的钢结构建筑钢结构是钢材（钢板和型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓等方式连接组成的工程结构形式。五大结构形式：钢筋混凝土结构砌体结构木结构钢结构组合结构第5页,共40页，2024年2月25日，星期天“银色弯弓”架浦江——全钢结构卢浦大桥1、什么是钢结构第6页,共40页，2024年2月25日，星期天南浦大桥夜景第7页,共40页，2024年2月25日，星期天大跨度钢结构屋盖第8页,共40页，2024年2月25日，星期天钢结构高层建筑第9页,共40页，2024年2月25日，星期天德国斯图加特体育场膜结构工程第10页,共40页，2024年2月25日，星期天合肥市工业大学新校区露天剧场第11页,共40页，2024年2月25日，星期天哈尔滨国际体育会展中心第12页,共40页，2024年2月25日，星期天钢结构的主要形式及应用（1）桁架

平面桁架

空间桁架(网架)第13页,共40页，2024年2月25日，星期天（2）框架

第14页,共40页，2024年2月25日，星期天（3）拱架

第15页,共40页，2024年2月25日，星期天（4）索

第16页,共40页，2024年2月25日，星期天（5）壳体第17页,共40页，2024年2月25日，星期天第二节钢结构的特点和应用范围1、特点①强度高，重量轻②塑性、韧性好③材质均匀，工作可靠性高④适于于机械化加工，工业化生产程度高⑤减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏⑥环保、可回收再利用，建筑造型美观⑦密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器⑧耐热性能好，耐火性能差。⑨耐腐蚀性差第18页,共40页，2024年2月25日，星期天钢和混凝土容重比：3.4强度比：210～136所以重量轻

好处:(1)便于运输和安装(2)可跨越更大的跨度容量：kN/m3设计强度/MPa拉压钢材76.9220～360220～360混凝土22.61.05～2.658.50～32.5第19页,共40页，2024年2月25日，星期天2、应用范围①重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构第20页,共40页，2024年2月25日，星期天②大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库

第21页,共40页，2024年2月25日，星期天③多层、高层和超高层建筑第22页,共40页，2024年2月25日，星期天④轻型钢结构轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：①由冷弯薄壁型钢组成的结构；②由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；③由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；④由圆管、方管、矩形管组成的结构；⑤由薄钢板焊成的构件组成的结构；⑥由以上各种构件组成的结构。第23页,共40页，2024年2月25日，星期天塔桅结构电视塔、天线、发射架、海洋平台第24页,共40页，2024年2月25日，星期天可拆卸和搬迁的结构流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等第25页,共40页，2024年2月25日，星期天板壳结构储油库、煤气库、高炉等各种容器第26页,共40页，2024年2月25日，星期天⑧大跨度桥梁第27页,共40页，2024年2月25日，星期天⑨特种结构海洋平台、水工闸门、锅炉骨架、起重机、栈桥、管道支架井架第28页,共40页，2024年2月25日，星期天第三节钢结构的发展

钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥、铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆、上海体育馆、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。

第29页,共40页，2024年2月25日，星期天近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥等。第30页,共40页，2024年2月25日，星期天钢结构的发展方向一、研制高强度、特种钢材高强度Q420耐候钢，耐候性是普通钢材的2～8倍耐火钢，600度时屈服点不低于2/3Z向钢,抗层状撕裂能力强第31页,共40页，2024年2月25日，星期天二、推广应用新型钢材成品（1）H型钢、T型钢（2）彩（色）涂（层）钢板、热镀锌或镀铝锌钢板（3）冷弯（薄壁）型钢第32页,共40页，2024年2月25日，星期天第33页,共40页，2024年2月25日，星期天三、改进设计方法

建筑科学研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究总院PS2000等

四、新型结构体系的应用和发展

1、大跨空间结构－－网架和网壳结构，张弦桁架、悬挂结构

2、轻钢结构－－变截面轻钢门式刚架、金属拱型波纹屋盖、轻钢结构住宅

3、直接焊接钢管结构4、钢结构的高层建筑5、钢-混凝土组合结构和混合结构6、索膜结构7、预应力钢结构第34页,共40页，2024年2月25日，星期天建筑业十项新技术八、钢结构技术

1.主要技术内容

(1)高层钢结构技术。根据建筑高度和设计要求分别采用框架、框架－支撑、筒体和巨型框架结构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻延性好，可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚度大，防火性能好，适用于中高层建筑或底部结构；钢管混凝土施工简便，仅用于柱结构。

(2)空间钢结构技术。空间钢结构自重轻、刚度大、造型美观，施工速度快。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构型式。具有空间刚度大，用钢量低的优点，在设计、施工方面均达到国际先进水平，有专门的设计、施工和检验规程，并可提供完备的CAD软件。除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索－膜结构等。

(3)轻钢结构技术。伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构型式，由厚5mm以上钢板焊接或轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，圆钢制成柔性支撑系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距可从6m至9m，跨度可达30m或更大，高度可达十几米，并可设轻型吊车。用钢量20～30kg/m2。现已有标准化的设计程序和专业化生产企业，产品质量好，安装速度快，重量轻，投资少，施工不受季节限制，适用于各种轻型工业厂房。

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(4)钢－混凝土组合结构技术。以型钢或钢管与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢－混组合结构，近年来应用范围日益扩大。组合结构兼有钢与混凝土两者的优点，整体强度大、刚性好、抗震性能良好，当采用外包混凝土构造时，更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。组合结构构件一般可降低用钢量15％～20％。组合楼盖及钢管混凝土构件，还具有少支模或不支模、施工方便快速的优点，推广潜力较大，适用于承受较大荷载的多层或高层建筑的框架梁、柱及楼盖，工业建筑柱和楼盖等。

(5)高强度螺栓连接与焊接技术。高强螺栓通过摩擦力来传递应力，由螺栓、螺母和垫圈三部分组成。高强螺栓连接具有施工简便、拆除灵活、承载力高、抗疲劳性能和自锁性好、安全性高等优点，工程中已取代了铆接和部分焊接，成为钢结构制作及安装中的主要连接手段。在车间内制作的钢构件，厚板应采用自动多丝埋弧焊，箱形柱隔板应采用熔嘴电渣焊等技术。现场安装施工中，应采用半自动焊技术和气体保护焊药芯焊丝及自保护药芯焊丝技术。

(6)钢结构防护技术。钢结构防护包括防火、防腐、防锈，一般在防火涂料处理后无需再做防锈处理，但在有腐蚀气体的建筑中尚需做防腐处理。国内防火涂料种类较多，如TN系列、MC－10等，其中MC－10防火涂料具有防火、防腐功能。防腐防锈涂料有醇酸磁漆、氯化橡胶漆、氟橡胶涂料及氯磺化涂料等。在施工中应根据钢结构型式、耐火等级要求及环境要求选用合适的涂料及涂层厚度。

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2.目标与措施

钢结构工程涉及面广，技术难度大，在推广应用中必须遵循国家及行业标准规范。各地建设行政主管部门应重视钢结构工程专业化队伍的建设，组织好质检队伍培训工作，并及时总结工程实践和新技术应用。大专院校、设计部门和施工企业应加速钢结构工程技术人员培养，推广技术成熟的钢结构CAD软件。群众学术团体应配合钢结构技术的发展，广泛开展国内外学术交流和培训活动，积极把钢结构的设计、制作与施工安装技术的总体水平，以期在近期内能有较大的提高。

3.技术咨询服务单位冶金部建筑研究总院中国建筑科学研究院第37页,共40页，2024年2月