鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計第一章概述課件

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

E-mail：Tel：課程導(dǎo)言中南大學(xué)橋梁工程系課程導(dǎo)言《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是土木工程專業(yè)的一門主要專業(yè)課程，是研究鋼結(jié)構(gòu)工作性能和合理設(shè)計的一門工程技術(shù)型課程。主要包括兩大部分：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。前者研究鋼結(jié)構(gòu)材料、基本構(gòu)件以及基本構(gòu)件的連接，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計打下理論基礎(chǔ)；后者設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系、分析計算及相關(guān)構(gòu)造。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計就是這樣一個過程：板材——構(gòu)件——結(jié)構(gòu)?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是搞鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的工具，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求培養(yǎng)以下能力：1、選用合理的結(jié)構(gòu)鋼材；2、設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件；3、設(shè)計構(gòu)件間的連接；4、為今后鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和研究打下必要的基礎(chǔ)。課程導(dǎo)言

數(shù)學(xué)力學(xué)鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程（房建）鋼結(jié)構(gòu)與材料力學(xué)的關(guān)系

鋼結(jié)構(gòu)與橋梁工程（房建）的關(guān)系

一、鋼結(jié)構(gòu)在課程體系中的位置中南大學(xué)橋梁工程系課程導(dǎo)言三、鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)要求理解基本概念

“基本概念與計算方法并重”中南大學(xué)橋梁工程系課程導(dǎo)言掌握課程的主線，條理要清晰

“化整為零；刪繁就簡；解剖綜合”例如：三類基本桿件與五個問題。加強自學(xué)能力培養(yǎng)主要參考資料

1.王國周.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理.清華大學(xué)出版社.2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及條文解釋（建筑、公路、鐵路）

3.鐵摩辛柯.彈性穩(wěn)定理論.科學(xué)出版社.4.薄壁桿件彎曲、扭轉(zhuǎn)及穩(wěn)定性分析

5.沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)學(xué).中國建筑工業(yè)出版社.中南大學(xué)橋梁工程系課程導(dǎo)言教材特點夏志斌，姚諫.鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計.中國建筑工業(yè)出版社.

行業(yè)不同，規(guī)范不同，教材有所不同第一章緒論鋼結(jié)構(gòu)的特點鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論1、強度高，重量輕

鋼材比重：7850Kg/m3,抗拉設(shè)計強度（200～）N/mm2重量/強度＝40

混凝土比重：2500Kg/m3,抗拉設(shè)計強度（1～）N/mm2重量/強度＝2500

木材比重：500Kg/m3,順紋抗拉強度（10～）N/mm2重量/強度＝50中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論2、材質(zhì)均勻，塑性與韌性良好。3、施工質(zhì)量好，工期短。自動鋼板切割埋弧自動焊作業(yè)面多現(xiàn)場基礎(chǔ)施工工廠鋼構(gòu)制作中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論4、密封性好中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論6、可拆卸，適用于移動性結(jié)構(gòu)中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論8、易腐蝕，維護費用大。熱浸鋅（25年）酸洗、清洗、干燥、熱浸鋅、后處理質(zhì)量穩(wěn)定、工業(yè)化程度高，但構(gòu)件尺寸受鋅槽尺寸控制熱噴鋁復(fù)合涂層（25年）噴砂、噴鋅（鋁）、噴鋁、噴復(fù)合涂層不受體型大小限制、無熱影響，構(gòu)件形狀復(fù)雜時操作困難普通防腐蝕方法（3～5年）除銹、底漆、面漆操作方便，防腐有效年限短中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（1）強度高，重量輕。（2）材質(zhì)均勻，塑性與韌性良好。（3）施工質(zhì)量好，工期短。（4）密閉性好。（5）耐熱性能好。（6）可拆卸，適用于移動性結(jié)構(gòu)優(yōu)點缺點中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（7）不耐火。（8）易腐蝕，維護費用大。（9）造價相對較高。（10）噪音大。（1）重型工業(yè)廠房、輕型鋼結(jié)構(gòu)中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論鋼屋架結(jié)構(gòu)門式剛架中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論大連北良國儲糧庫凈跨60m嘉興電廠干煤棚（2）大跨度房屋結(jié)構(gòu)（體育場、飛機庫、會展中心）中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論鳥巢是一個大跨度的曲線結(jié)構(gòu)，有大量的曲線箱形結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸。（3）高層房屋結(jié)構(gòu)上海環(huán)球金融中心：設(shè)計高度492米，樓層為地下3層、地上101層，結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)砼外框，預(yù)計鋼結(jié)構(gòu)量約65000噸。金茂大廈：1998年建成，88層，420m，混凝土核心筒，鋼巨型外伸桁架,鋼骨混凝土巨型柱中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（4）高聳結(jié)構(gòu)（電視塔、輸電塔）廣州電視塔：總投資約22.15億人民幣，塔高達610米，用鋼量約10000噸中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論通訊塔輸電塔明石海峽大橋（鋼桁梁懸索橋，主跨1991米）中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論西堠門大橋:鋼箱梁懸索橋，主跨1650米，世界第二、國內(nèi)第一中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論三汊磯大橋：目前國內(nèi)跨度最大的自錨式鋼箱懸索橋。全長1442米，主橋跨328米，邊跨為132米。中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論重慶朝天門大橋:190m+552m+190m的三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋。

中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論盧浦大橋

上海市黃浦江魯班路越江工程的一座特大跨徑城市橋梁，是目前世界上第二大跨拱橋，該橋已成為上海市的標(biāo)志性建筑之一。主橋為三跨連續(xù)鋼箱拱橋，主橋跨徑為100m+550m+100m=750m，采用全鋼結(jié)構(gòu)的拱、梁組合體系中承式系桿拱橋。

鋼板梁橋中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論

1907年建成通車,架設(shè)在上海蘇州河與黃浦江匯合處的外白渡橋，為鋼架結(jié)構(gòu)下承式橋，是上海市區(qū)最大的一座鋼鐵橋。橋有二孔，共長106.7米，車行道寬11.2米，兩側(cè)人行道各寬3.6米，經(jīng)多次改造，現(xiàn)載重為20噸。

中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（6）其他結(jié)構(gòu)（容器、汽車船舶、起重設(shè)備、施工支架）中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論64米軍用梁貝雷架中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論摩天輪儲氣罐1.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與設(shè)計規(guī)范（1）足夠強度、剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)安全可靠；（2）符合建筑使用要求，具有良好耐久性；（3）節(jié)約鋼材，減輕重量；（4）制造簡單、安裝方便，節(jié)約勞動力；（5）便于運輸、維護；（6）結(jié)構(gòu)適當(dāng)外露、美觀。1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（1）結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置；（2）確定選用的鋼材牌號；（3）建立結(jié)構(gòu)計算簡圖，確定其所承受的各類荷載；（4）內(nèi)力分析及組合，確定最不利內(nèi)力；（5）構(gòu)件截面設(shè)計；（6）連接設(shè)計；（7）繪制施工詳圖，編制材料表。3、設(shè)計規(guī)范鐵路鋼結(jié)構(gòu)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2005年）建筑鋼結(jié)構(gòu)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）公路鋼結(jié)構(gòu)《公路橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTJ025-86）中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論1.4鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法安全性

（1）能承受正常條件下的各種作用（2）偶然荷載下，結(jié)構(gòu)保持必要的整體性適用性：正常荷載作用下，結(jié)構(gòu)滿足正常使用要求。耐久性：正常維護下，結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性。其他要求：經(jīng)濟、美觀一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求可靠性中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論可靠性與經(jīng)濟性的關(guān)系？中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論如何在兩者之間找到平衡點？（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計安全余地留多大？（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計時如何把安全余地考慮進去？解決途徑：設(shè)計規(guī)范與設(shè)計方法二、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法發(fā)展過程定值法概率法容許應(yīng)力法：單一安全系數(shù)；彈性破壞階段設(shè)計法：單一安全系數(shù)；極限狀態(tài)多系數(shù)極限狀態(tài)法：多系數(shù)；部分概率化；極限狀態(tài)近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法（一次二階矩法）：

聯(lián)合概率；近似方法全概率極限狀態(tài)設(shè)計法：完全概率方法；暫難實現(xiàn)中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論

1容許應(yīng)力法基本表達式

三、容許應(yīng)力法——荷載效應(yīng)——結(jié)構(gòu)抗力——安全系數(shù)

（強度設(shè)計式）

（穩(wěn)定設(shè)計式）中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（1）形式簡單，使用方便，已積累豐富經(jīng)驗（2）安全系數(shù)K無法反映結(jié)構(gòu)的可靠概率（3）相同安全系數(shù)K反映的安全水平可能不同（4）安全系數(shù)K的取值主要由經(jīng)驗確定（美國1.67~1.80；英國1.68；德國1.50；日本1.50；我國1.4~1.7）2容許應(yīng)力法特點

中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論

1結(jié)構(gòu)功能函數(shù)與可靠概率四、一次二階矩法>0

可靠狀態(tài)=0

極限狀態(tài)<0

失效狀態(tài)

結(jié)構(gòu)功能函數(shù)可靠概率與失效概率

要分析可靠概率必須知道Z的概率分布，但實際很難，故全概率分析暫時不能實現(xiàn)，只能走近似道路。中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論

2結(jié)構(gòu)可靠度的近似表達式

中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論（1）功能函數(shù)Z是基本變量x1～xn的一次式。（2）R、S獨立，均為正態(tài)分布，這樣Z也為正態(tài)分布。一次二階矩法的假定

中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論失效概率的計算式可靠指標(biāo)與失效概率一一對應(yīng)中南大學(xué)橋梁工程系——一階原點矩——二階中心矩第一章緒論分項系數(shù)設(shè)計表達式中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]？目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]中南大學(xué)橋梁工程系校準(zhǔn)法：根據(jù)新方法，回推以往規(guī)范隱含的可靠度，作為確定目標(biāo)可靠指標(biāo)的依據(jù)。第一章緒論

2兩種極限狀態(tài)及其設(shè)計表達式承載能力極限狀態(tài)——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形時極限狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用的某項規(guī)定的限值時的極限狀態(tài)。說明：關(guān)于承載能力具體表達式在后續(xù)計算中會體現(xiàn)。中南大學(xué)橋梁工程系第一章緒論

1現(xiàn)有橋梁及建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范五、我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及規(guī)范鐵路鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力法《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2005年）建筑鋼結(jié)構(gòu)一次二階矩法《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017