《建筑钢结构》课件2

建筑钢结构建筑钢结构是现代建筑中常用的结构形式。钢材具有高强度、韧性好、重量轻等优点，使其成为建筑结构的理想材料。课程大纲概述介绍建筑钢结构的概念和应用。阐述其特点、优势和发展趋势。钢材及其性能深入了解钢材的种类、力学性能和热处理工艺。探讨钢材在建筑钢结构中的应用。连接与结构介绍常见的连接方式，包括焊接、螺栓和铆钉连接。分析钢柱和钢梁的受力特性和设计原理。设计与施工讲解钢结构的设计方法、荷载组合和极限状态理论。概述钢结构的施工工艺和质量检测要点。概述建筑钢结构是指以钢材为主要材料，以焊接、螺栓或铆钉连接的结构体系。钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好、施工周期短等优点，在现代建筑中得到广泛应用。1.1钢结构的特点高强度钢材强度高，抗压、抗拉强度均优于混凝土。相同截面下，钢结构重量轻，可以节省材料和基础成本。延展性好钢材具有良好的延展性，可以承受较大变形而不发生断裂。这对地震等突发事件有重要意义。加工性能优良钢材可塑性好，易于切割、焊接、弯曲等加工。这方便了钢结构的制作和安装。耐久性高钢材耐腐蚀性能好，使用寿命长。防腐蚀措施可以进一步提高其耐久性。1.2钢结构的应用领域1工业建筑钢结构的应用广泛，在工业厂房、仓库和物流中心等领域发挥着重要作用。2民用建筑近年来，钢结构在住宅、酒店和商业建筑等民用建筑领域也得到越来越广泛的应用。3基础设施钢结构在桥梁、高架路和地铁等基础设施建设中具有不可替代的优势。4特殊结构在大型体育场馆、机场航站楼和展览中心等特殊建筑中，钢结构也发挥着重要作用。钢材及其性能钢材是建筑钢结构的主要材料，其性能直接影响钢结构的强度、刚度和稳定性。深入了解钢材的力学性能、化学成分、加工工艺等，对钢结构设计和施工至关重要。2.1钢材的种类碳素钢碳素钢是含碳量低的钢材，主要分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢强度低，韧性好，易于加工。中碳钢强度和韧性都比较均衡，常用于制造机械零件和结构件。高碳钢硬度高，耐磨性好，主要用于制造刀具和工具。低合金钢低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素，例如锰、硅、铬、镍等，以提高其强度、韧性、耐腐蚀性等性能。不锈钢不锈钢是一种耐腐蚀的钢材，其主要成分是铬，含量至少为10.5%。不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和耐磨性，广泛应用于建筑、食品加工、医疗器械等领域。工具钢工具钢是用于制造各种工具的钢材，具有高硬度、耐磨性、耐热性和抗冲击性等特点。2.2钢材的力学性能性能定义影响因素强度材料抵抗破坏的能力钢材的化学成分、热处理工艺塑性材料在断裂前发生塑性变形的能力钢材的晶粒尺寸、合金元素含量韧性材料抵抗冲击载荷的能力钢材的强度、塑性、冲击韧性硬度材料抵抗压痕的能力钢材的碳含量、热处理工艺2.3钢材的热处理1退火降低钢材硬度，提高延展性，消除内应力，改善加工性能。2正火细化晶粒，提高强度和韧性，改善机械性能。3淬火提高钢材硬度和强度，但降低韧性，改善耐磨性。4回火降低淬火钢材的硬度和脆性，提高韧性，改善加工性能。3.钢材的连接钢材连接是钢结构建筑的关键环节，涉及多种方式，不同的连接方式会影响结构强度和整体性能。3.1焊接连接熔化焊接利用高温熔化焊接材料，使其与母材熔合在一起。常用的熔化焊接方法包括手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。压力焊接利用压力和热量使焊接材料塑性变形，从而连接起来。常用的压力焊接方法包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊等。焊接缺陷焊接过程中可能出现各种缺陷，例如焊缝裂纹、气孔、夹渣等。这些缺陷会降低焊接接头的强度和可靠性。3.2螺栓连接高强度螺栓高强度螺栓连接是一种常用的连接方式，采用预拉伸的螺栓，能有效传递轴力。摩擦型连接摩擦型螺栓连接利用螺栓预拉伸产生的摩擦力传递外力，适用于承受静荷载的连接。承压型连接承压型螺栓连接依靠螺栓与连接板之间的接触压力传递外力，适用于承受动荷载的连接。连接类型螺栓连接有多种类型，如普通螺栓连接、高强度螺栓连接、摩擦型螺栓连接等，需根据实际情况选择合适的类型。3.3铆钉连接铆钉连接介绍铆钉连接是利用铆钉将钢构件连接在一起的一种传统连接方式。特点连接强度高抗疲劳性能好适用于承受较大载荷的钢结构应用常用于桥梁、高层建筑、船舶等结构的连接。4.钢柱和钢梁钢柱和钢梁是钢结构建筑中的重要组成部分。钢柱主要用于支撑屋顶和楼板，承受垂直荷载。钢梁则用于支撑楼板和屋盖，承受水平荷载。4.1钢柱的受力分析钢柱是钢结构中重要的承重构件，承受竖向荷载和水平荷载。竖向荷载主要包括自重、楼层荷载、屋面荷载等，水平荷载主要包括风荷载、地震荷载等。4.2钢柱的设计1荷载计算确定钢柱所承受的荷载，包括静荷载和活荷载。2截面选择根据荷载计算结果，选择合适的钢柱截面尺寸。3稳定性验算确保钢柱在荷载作用下，不会发生失稳。4连接设计设计钢柱与其他构件的连接方式，保证连接可靠。钢柱的设计过程，需要综合考虑荷载、材料性能、截面尺寸、连接方式等因素。4.3钢梁的受力分析钢梁作为建筑结构中的主要承重构件，承受着各种荷载，如自身重量、楼层荷载、风荷载等，并将其传递到支座上。分析钢梁的受力情况，可以了解其内部的应力分布和变形情况，为钢梁的设计提供理论依据。1弯矩钢梁承受集中荷载或分布荷载时，会产生弯矩，导致梁体发生弯曲变形。2剪力钢梁承受剪力时，会产生剪切应力，导致梁体发生剪切变形。3轴力钢梁承受轴向荷载时，会产生轴力，导致梁体发生伸长或缩短。4扭矩钢梁承受扭矩时，会产生扭转应力，导致梁体发生扭转变形。分析钢梁的受力情况，需要考虑荷载的类型、大小和分布，以及梁体的几何形状和材料性质等因素。4.4钢梁的设计1确定荷载考虑自重、活荷载、风荷载2选择材料根据强度、韧性选择合适钢材3计算截面尺寸满足强度、刚度和稳定性要求4设计连接确保连接可靠，满足受力要求钢梁设计要综合考虑多种因素，确保结构安全可靠、经济合理。设计过程中要遵循规范要求，并进行详细的计算和分析。5.钢结构设计钢结构设计是建筑设计的重要组成部分，涵盖了结构分析、荷载计算、材料选型、连接方式等方面。钢结构设计的目标是确保结构安全可靠，满足使用功能和美观要求。5.1荷载组合11.永久荷载建筑物自身重量，包括墙体、楼板、屋顶、楼梯等。22.可变荷载使用过程中产生的荷载，如人员、家具、设备、积雪、风力等。33.偶然荷载不常出现但对结构有较大影响的荷载，如地震、爆炸、车辆碰撞等。44.荷载组合根据不同情况，将各种荷载按照一定规则组合，用于结构设计。5.2结构抗力设计强度设计保证结构在各种荷载作用下不发生断裂、屈服等破坏，保证结构安全。稳定性设计保证结构在各种荷载作用下不发生失稳，例如整体失稳或局部失稳。刚度设计保证结构在荷载作用下变形不超过允许限度，避免结构出现过大的挠度和振动。疲劳设计保证结构在反复荷载作用下不发生疲劳破坏，避免结构在长期使用中出现裂纹等问题。5.3极限状态理论承载极限状态结构承受过大荷载而发生破坏，如断裂、失稳等正常使用极限状态结构因变形过大、振动过强等而无法正常使用强度和稳定性钢结构设计需要满足强度和稳定性要求6.钢结构的特殊应用钢结构在建筑领域有着广泛的应用，其优异的特性使其在某些特殊领域有着独特的优势。钢结构的特殊应用领域包括桥梁、高层建筑、管架式结构等。6.1桥梁钢结构11.高强度桥梁钢结构要求高强度，可以承受巨大的载荷，如车辆、行人和其他结构。22.耐腐蚀桥梁通常暴露在恶劣的环境中，需要耐腐蚀的钢材，以确保桥梁的长期使用寿命。33.可加工性钢材具有良好的可加工性，易于切割、焊接和组装，便于桥梁的建造。44.经济性钢材价格相对便宜，可以有效控制桥梁的建造成本。6.2高层建筑钢结构高层建筑钢结构的应用高层建筑钢结构能够提供更大的空间，并减少材料使用量，同时满足建筑设计需求。结构设计和分析高层建筑的结构设计需要考虑风荷载、地震荷载等因素，以确保建筑物的安全和稳定性。施工技术高层建筑钢结构的施工需要采用先进的技术和设备，以确保施工质量和效率。高层建筑钢结构的优势高层建筑钢结构能够提供更大的空间利用率，并具有良好的抗震性能和防火性能。6.3管架式钢结构特点管架式钢结构，以管道为主要承重构件，节省空间，利于维护。应用于电力、化工、石油等领域，满足特殊要求。结构管架式钢结构通常采用H型钢、圆钢或方钢。连接方式主要为焊接，部分采用螺栓连接，确保牢固性。钢结构施工与检测钢结构施工过程涉及多个环节，从材料准备到组装，每个步骤都需要严格控制。质量检测贯穿整个施工过程，以确保钢结构的安全性、耐久性和可靠性。7.1施工工艺准备工作场地清理，运输钢材，材料堆放。钢结构安装分段组装，吊装就位，焊接连接，校正调整。防腐处理涂刷防锈漆，保护钢结构不受腐蚀，延长使用寿命。验