第1章钢结构基本知识

由于使用功能(gōngnéng)及结构组成方式不同，钢结构种类繁多、形式各异。例如房屋建筑中，有大量的钢结构厂房、高层钢结构建筑、大跨度钢管桁架和钢网架建筑、悬索结构及索—膜结构建筑等。在公路和铁路方面，有板梁桥、桁架桥、拱桥、悬索桥、斜张桥等各种形式的钢桥。钢塔及钢桅杆则广泛用作输电线塔、电视广播发射塔。其他特种钢结构有海上钢结构钻井平台、钢卫星发射塔架等。第1章钢结构基本知识1共六十五页§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史

全国(quánɡuó)重点保护文物－泸定铁索桥，建于1705－1706年，桥身共由13根铁链组成；每根（铁链）由862－977节铁环相扣，每根铁链重1300－1800kg。1.古代发展§1-1钢结构发展简史共六十五页根据文献记载，中国早在公元前五十年就建成了跨度达百米的铁索桥，而欧美直到(zhídào)十七世纪尚未出现铁索桥。泸定铁索桥防腐(fángfǔ)问题§1-1钢结构发展简史共六十五页

公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔，目前依然存在(cúnzài)。铁塔高17.9米，八角十三级，重53.3吨，为我国现存最高、最重、最大的铁塔。已有900多年的历史。我国古代金属结构建筑在世界上处于(chǔyú)领先地位。

镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。§1-1钢结构发展简史共六十五页

甘露寺铁塔位于(wèiyú)天王殿东北，实际上是唐宝历元年(八二五年)卫公李德裕建，故又称卫公塔。宋代重铸为铁塔，原塔为七级。十九世纪末又因大风疾雷，倾倒四层。§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页建国(jiànguó)前2.现代(xiàndài)1927~1937年是我国土木工程及金属结构建设的黄金时代，代表作品有：沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（1927）广州中山纪念堂圆屋顶（1928~1931）钱塘江大桥（1937）§1-1钢结构发展简史共六十五页广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的，于1931年10月竣工。厅内容积为33300立方米，容量为5000人。建国后，广州市的标志性建筑(jiànzhù)，为国家一级文物。

§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页

由茅以升先生主持兴建的杭州钱塘江大桥(dàqiáo)。该桥由他带领一批留学生自行设计和监造(实际施工由丹麦康益洋行承包下部结构和沉箱基础工程，上部结构钢梁则由英商道门朗公司承包制造和安装)。§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页建国(jiànguó)后第一个五年计划：以工业(gōngyè)厂房（156个大型项目）、交通工程为主。第一重型机械厂第一汽车制造厂§1-1钢结构发展简史共六十五页人民大会堂第二(dìèr)~第四个五年计划：以公共建筑为主。钢屋架(wūjià)跨度61米高度7米§1-1钢结构发展简史共六十五页第五个五年计划~：以工业厂房(chǎngfáng)、公共建筑、交通工程为主宝钢厂区§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页芜湖长江大桥九江长江大桥(钢材(gāngcái)15MnVN)§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页瑞金饭店27层107米金沙江大酒店14层41.4米锦江宾馆(bīnguǎn)

43层153.21米静安希尔顿宾馆京广中心53层208米京城大厦(dàshà)

52层国贸中心40层长富宫25层§1-1钢结构发展简史共六十五页§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页1997年，我国钢产量达1亿吨,1998年投产的轧制(zházhì)H型钢系列1991年2月4日马鞍山钢铁公司轧制我国第一根H型钢1996年建成的深圳地王大厦高度325米1998年建成的大连远洋大厦，钢结构高层建筑（高度201米，51层），全部由我国自己完成§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页上海金茂大厦(dàshà)上海证券(zhèngquàn)大厦§1-1钢结构发展简史共六十五页主跨602米的结合(jiéhé)梁斜拉桥在1994年建成时居世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。上海杨浦大桥(yánɡpǔdàqiáo)§1-1钢结构发展简史共六十五页

自1996年超过1亿吨以来，一直位列世界钢产量的首位，2006年更达到创纪录的3.8亿吨。我国新的《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢(xínggāng)结构技术规范》GB50018也已发布实施。所有这些，为钢结构在我国的快速发展创造了条件。§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页

于1777-1781年，世界上第一座铸铁(zhùtiě)桥。它的建造者是钢铁大王亚伯拉罕·达比。由建筑师T·F·普里查德协助设计。这座桥横跨塞文河，跨度为30.5米。

3.钢结构在国外的发展史简介(jiǎnjiè)§1-1钢结构发展简史共六十五页框架结构最初在美国得到发展，其主要特点是以生铁框架代替承重墙。1858--1868年建造的巴黎(bālí)圣日内维夫图书馆，是初期生铁框架形式的代表。

§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页英国(yīnɡɡuó)利兹货币交易所

伦敦(lúndūn)老火车站

美国1850-1880年间“生铁时代”建造的大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门面或框架。§1-1钢结构发展简史共六十五页第一座依照现代(xiàndài)钢框架结构原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大厦。（1883-1885，WilliamLeBaronJenney）,共十层外形仍然保持着古典的比例§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页巴黎的埃菲尔铁塔，在1889年为纪念法国大革命一百周年而建造，落成之日，设计者埃菲尔骄傲地向世人宣称(xuānchēng)，世界上只有法国的国旗具有300米高的旗杆。§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页英国(yīnɡɡuó)福斯桥,建于1889年，是世界上第一座现代化钢桥。计算(jìsuàn)简图§1-1钢结构发展简史共六十五页钢拱桥是二十世纪早期常见(chánɡjiàn)的桥梁形式。§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页美国旧金山的金门大桥，建于20世纪30年代(niándài)用了二万多根钢丝缆绳组成§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页纽约(niǔyuē)帝国大厦马来西亚(mǎláixīyà)石油大厦§1-1钢结构发展简史共六十五页纽约帝国大厦

1931年102层381米

芝加哥汉考克大厦(dàshà)

1970年100层337米

纽约世界贸易中心

1973年110层411米

芝加哥西尔斯大厦

1974年109层442米

马来西亚石油大厦

1996年88层450米

金茂大厦

88层421米§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史共六十五页§1-1钢结构发展(fāzhǎn)简史芝加哥西尔斯大厦(dàshà)共六十五页

柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十米，约有三千个房间，朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。平壤(pínɡrǎnɡ)古代又名柳京。介绍(jièshào)一座混凝土建筑：§1-1钢结构发展简史共六十五页框架结构体系框架支撑结构(jiégòu)体系框架剪力墙体系框架---筒体结构体系悬挂结构体系成束筒结构4.高层(ɡāocénɡ)钢结构结构体系构件连接§1-1钢结构发展简史共六十五页一、钢结构的特点(tèdiǎn)2.塑性、韧性好，各向同性、力学性能与力学假定符合程度(chéngdù)好，抗震性能好；1.强度/重量比大；稳定性3.具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；4.密封性好；5.可以重复利用；6.有一定的耐热性，但是耐火性较差；7.易锈蚀、有焊接残余应力；8.低温冷脆。§1-2钢结构特点及应用§1-2钢结构特点及应用共六十五页

工业化程度高（具可焊性、易加工(jiāgōng)制造、具良好的装配性）§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页

密封(mìfēng)性能好§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页耐火性不好(bùhǎo)，易锈蚀钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力发生很大的变形，导致钢柱、钢梁弯曲，因过大变形不能使用一般不加保护的钢结构的耐火(naihuǒ)极限为15分钟左右。§1-2钢结构特点及应用共六十五页A.外包层在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型(chéngxíng)，可以采用喷涂法。B.充水(水套)空心型钢(xínggāng)结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。

提高钢结构耐火性的措施§1-2钢结构特点及应用共六十五页屏蔽钢结构设置(shèzhì)在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的一种经济的防火方法。

D.膨胀材料采用钢结构防火涂料保护构件具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观(měiguān)先进防火技术措施。§1-2钢结构特点及应用共六十五页1.大跨度(kuàdù)结构

有空间桁架(héngjià)、网架、网壳、悬索、张弦梁、拱架和框架等二.钢结构的应用国家大剧院§1-2钢结构特点及应用共六十五页北京中华世纪坛§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页2.工业(gōngyè)厂房

鞍钢1700连铸主厂房(chǎngfáng)工程

鞍钢大连镀锌线主厂房工程§1-2钢结构特点及应用共六十五页3.受动力荷载(hèzài)作用的结构（桥梁、吊车梁）§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页深圳地王大厦(dàshà)4.多层与高层(ɡāocénɡ)结构香港中银汇丰银行§1-2钢结构特点及应用共六十五页上海环球金融中心根据(gēnjù)设计方案，大厦高492米、101层，建成后其高度将超过目前居世界第一的马来西亚大厦（高452米）。

§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页青岛(qīnɡdǎo)电视塔5.高耸(ɡāosǒnɡ)结构神州飞船发射塔§1-2钢结构特点及应用共六十五页多伦多电视塔多伦多电视塔东方明珠§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页6.可拆卸移动(yídòng)结构应用于建筑、铁路、公路、水利、商业(shāngyè)、旅游和军事等领域的办公室、指挥部、宿舍、会议室、仓库、商店及各种临时用房。§1-2钢结构特点及应用共六十五页7.容器(róngqì)和管道§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页各种(ɡèzhǒnɡ)筒仓南京(nánjīnɡ)扬子石化化工厂§1-2钢结构特点及应用共六十五页

配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑(jiànzhù)体系，即轻钢结构体系。体系由工厂制作，现场按要求拼装形成。具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等特点。由于自重轻，也降低了基础的造价。8.轻型(qīnɡxínɡ)钢结构彩钢板作屋面和墙面薄壁型钢作檩条和圈梁H型截面做柱与梁现场用螺栓或焊接门式钢架为主要结构的一种建筑§1-2钢结构特点及应用共六十五页厂房、库房(kùfáng)、体育馆展览馆机场机库

已建和在建的浦东国际(guójì)机场、首都国际(guójì)机场、萧山国际(guójì)机场、成都双流国际(guójì)机场等重要工程。§1-2钢结构特点及应用共六十五页全钢结构(jiégòu)无吊车砼柱+钢屋盖排架结构(jiégòu)§1-2钢结构特点及应用共六十五页多层循环类停车(tíngchē)设备§1-2钢结构特点(tèdiǎn)及应用共六十五页9.钢与混凝土组合(zǔhé)结构黑龙江省(hēilónɡjiānɡshěnɡ)联通大厦§1-2钢结构特点及应用共六十五页1.1钢结构(jiégòu)基本结构(jiégòu)形式及选型1.1.1轻钢门式刚架结构单层钢结构厂房一般为轻钢门式刚架结构。刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过(tōngguò)刚性节点连接起来的结构。工程中习惯把梁与柱之间为铰结的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则称为框架。我们讨论的刚架是单层刚架，因单层单跨或多跨刚架为“冂”字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。54共六十五页图1.1多跨刚架的形式(xíngshì)55共六十五页1.1.2钢框架结构（民用建筑(mínyònɡjiànzhù)）1）框架结构的受力特点（1）荷载作用（2）竖向荷载传递路线（3）受力分析2）框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力图56共六十五页图1.2框架结构在竖向荷载(hèzài)和水平荷载(hèzài)作用下的计算简图及内力图57共六十五页1.1.3钢网架结构网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的空间(kōngjiān)杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架结构。通常情况下，平板网架称为网架，曲面网架称为网壳，如图1.3所示。58共六十五页图1.3网架、网壳59共六十五页1.1.4索膜结构索膜结构的连接必须要满足结构受力要求和耐久要求，具体连接构造如图1.4所示。1.1.5管桁架结构桁架结构是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架即是结构中的杆件均为圆管杆件。管桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力(yālì)，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这一特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。60共六十五页图