鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用與原理參考

鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法根據(jù)教學(xué)大綱要求，課程只講鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件部分；本課程的特點(diǎn)是：大家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)（特別是穩(wěn)定理論）；受課時(shí)限制，不能過(guò)多的詳解例題，一定要記好筆記，從機(jī)理理解一些理論問(wèn)題，加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)；多作習(xí)題與思考題，避免眼高手低。當(dāng)前第1頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)第1章緒論第一節(jié)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的概況1、古代鋼結(jié)構(gòu)鐵鏈橋蘭津橋（西南地區(qū)）建于公元58～75年，比歐洲早70余年云南沅江大橋貴州盤(pán)江大橋四川瀘定大渡河橋第1章緒論2當(dāng)前第2頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)鐵塔（古代七大鐵塔）

湖北荊州玉泉寺13層鐵塔（宋代公元1061年）山東濟(jì)寧鐵塔寺鐵塔（建于公元1105年，鐵塔包括座、塔剎共11層，高23.8米，呈八角型）江蘇鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔聊城鐵塔：山東省聊城興隆寺內(nèi)，建筑年代在宋金之間，塔也是八角13層泰山鐵塔：在山東泰安市。建于明嘉靖十二年（1533年），塔身分層鑄造，呈六角13層。現(xiàn)僅存下部3層。千佛鐵塔：坐落在陜西咸陽(yáng)市社鎮(zhèn)。塔呈方形10層，此塔是我國(guó)古代最高的鐵塔，建于明代。孤山鐵塔：在陜西省府谷縣。塔形錐筆形，分12層。是明代所建，現(xiàn)僅存遺跡了。山東濟(jì)寧鐵塔寺鐵塔當(dāng)前第3頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)什么是鋼結(jié)構(gòu)？一些典型的鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)是鋼材（鋼板和型鋼）經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、加工，形成各種基本構(gòu)件，如拉桿（有時(shí)還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構(gòu)件按一定的方式通過(guò)焊接和螺栓等方式連接組成的工程結(jié)構(gòu)形式。五大結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)第1章緒論4當(dāng)前第4頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)“銀色彎弓”架浦江——全鋼結(jié)構(gòu)盧浦大橋1、什么是鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)前第5頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)南浦大橋夜景當(dāng)前第6頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋當(dāng)前第7頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)高層建筑當(dāng)前第8頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)德國(guó)斯圖加特體育場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)工程當(dāng)前第9頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)合肥市工業(yè)大學(xué)新校區(qū)露天劇場(chǎng)當(dāng)前第10頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)哈爾濱國(guó)際體育會(huì)展中心當(dāng)前第11頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的主要形式及應(yīng)用（1）桁架

平面桁架

空間桁架(網(wǎng)架)當(dāng)前第12頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)（2）框架

當(dāng)前第13頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)（3）拱架

當(dāng)前第14頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)（4）索

當(dāng)前第15頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)（5）殼體當(dāng)前第16頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1、特點(diǎn)①?gòu)?qiáng)度高，重量輕②塑性、韌性好③材質(zhì)均勻，工作可靠性高④適于于機(jī)械化加工，工業(yè)化生產(chǎn)程度高⑤減少砂、石、灰用量，減輕對(duì)再生資源的破壞⑥環(huán)保、可回收再利用，建筑造型美觀⑦密閉性能好,能制成不滲漏的密閉容器⑧耐熱性能好，耐火性能差。⑨耐腐蝕性差當(dāng)前第17頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)鋼和混凝土容重比：3.4強(qiáng)度比：210～136所以重量輕

好處:(1)便于運(yùn)輸和安裝(2)可跨越更大的跨度容量：kN/m3設(shè)計(jì)強(qiáng)度/MPa拉壓鋼材76.9220～360220～360混凝土22.61.05～2.658.50～32.5當(dāng)前第18頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)2、應(yīng)用范圍①重型廠房、受振動(dòng)荷載作用的廠房結(jié)構(gòu)當(dāng)前第19頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)②大跨度建筑物體育館、展覽館、影劇院、會(huì)議中心、機(jī)庫(kù)

當(dāng)前第20頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)③多層、高層和超高層建筑當(dāng)前第21頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)④輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)很模糊的概念，沒(méi)有嚴(yán)格的定義。以下結(jié)構(gòu)都可稱為輕型鋼結(jié)構(gòu)：①由冷彎薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；④由圓管、方管、矩形管組成的結(jié)構(gòu)；⑤由薄鋼板焊成的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)；⑥由以上各種構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第22頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)塔桅結(jié)構(gòu)電視塔、天線、發(fā)射架、海洋平臺(tái)當(dāng)前第23頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)可拆卸和搬遷的結(jié)構(gòu)流動(dòng)展覽館、舞臺(tái)、施工時(shí)的臨時(shí)房屋、溫室大棚等當(dāng)前第24頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)板殼結(jié)構(gòu)儲(chǔ)油庫(kù)、煤氣庫(kù)、高爐等各種容器當(dāng)前第25頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)⑧大跨度橋梁當(dāng)前第26頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)⑨特種結(jié)構(gòu)海洋平臺(tái)、水工閘門(mén)、鍋爐骨架、起重機(jī)、棧橋、管道支架井架當(dāng)前第27頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)是由生鐵結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展起來(lái)的，中國(guó)是最早用鐵制造承重結(jié)構(gòu)的國(guó)家。遠(yuǎn)在秦始皇時(shí)代（公元前二百多年），就有了用鐵建造的橋墩。以后在深山峽谷上建造鐵鏈懸橋、鐵塔等，這些表明我國(guó)古代建筑和冶金技術(shù)方面的高度水平。20世紀(jì)50年代后，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造、安裝水平有了很大提高，建成了大量鋼結(jié)構(gòu)工程，有些在規(guī)模上和技術(shù)上已達(dá)到世界先進(jìn)水平。如采用大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的首都體育館、上海體育館、深圳體育館，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵馬俑陳列館，懸索結(jié)構(gòu)的北京工人體育館、浙江體育館，高聳結(jié)構(gòu)中的200m高廣州廣播電視塔、210m高上海廣播電視塔、325m高北京氣象桅桿等，板殼結(jié)構(gòu)中有效容積達(dá)54000m3的濕式儲(chǔ)氣柜等。

當(dāng)前第28頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)近期，隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、制造、安裝等方面技術(shù)的迅猛發(fā)展，各地建成了大量的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、輕鋼結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、市政設(shè)施等。如：位于上海浦東、420.5m高、88層、總建筑面積達(dá)28.7萬(wàn)m2的金貿(mào)大廈；總建筑面積達(dá)20萬(wàn)m2的上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)；主體建筑東西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容納8萬(wàn)名觀眾的上海體育場(chǎng)；336m高、建于哈爾濱的黑龍江廣播電視塔以及橫跨黃浦江的南浦大橋、楊浦大橋、盧浦大橋等。當(dāng)前第29頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向一、研制高強(qiáng)度、特種鋼材高強(qiáng)度Q420耐候鋼，耐候性是普通鋼材的2～8倍耐火鋼，600度時(shí)屈服點(diǎn)不低于2/3Z向鋼,抗層狀撕裂能力強(qiáng)當(dāng)前第30頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)二、推廣應(yīng)用新型鋼材成品（1）H型鋼、T型鋼（2）彩（色）涂（層）鋼板、熱鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板（3）冷彎（薄壁）型鋼當(dāng)前第31頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第32頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)三、改進(jìn)設(shè)計(jì)方法

建筑科學(xué)研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究總院PS2000等

四、新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展

1、大跨空間結(jié)構(gòu)－－網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，張弦桁架、懸掛結(jié)構(gòu)

2、輕鋼結(jié)構(gòu)－－變截面輕鋼門(mén)式剛架、金屬拱型波紋屋蓋、輕鋼結(jié)構(gòu)住宅

3、直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)4、鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑5、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)6、索膜結(jié)構(gòu)7、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)前第33頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)八、鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)

1.主要技術(shù)內(nèi)容

(1)高層鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)。根據(jù)建筑高度和設(shè)計(jì)要求分別采用框架、框架－支撐、筒體和巨型框架結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件可采用鋼、勁性鋼筋混凝土或鋼管混凝土。鋼構(gòu)件質(zhì)輕延性好，可采用焊接型鋼或軋制型鋼，適用于超高層建筑；勁性鋼筋混凝土構(gòu)件剛度大，防火性能好，適用于中高層建筑或底部結(jié)構(gòu)；鋼管混凝土施工簡(jiǎn)便，僅用于柱結(jié)構(gòu)。

(2)空間鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)。空間鋼結(jié)構(gòu)自重輕、剛度大、造型美觀，施工速度快。以鋼管為桿件的球節(jié)點(diǎn)平板網(wǎng)架、多層變截面網(wǎng)架及網(wǎng)殼等是我國(guó)空間鋼結(jié)構(gòu)用量最大的結(jié)構(gòu)型式。具有空間剛度大，用鋼量低的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、施工方面均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，有專門(mén)的設(shè)計(jì)、施工和檢驗(yàn)規(guī)程，并可提供完備的CAD軟件。除網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外，空間結(jié)構(gòu)尚有大跨懸索結(jié)構(gòu)、索－膜結(jié)構(gòu)等。

(3)輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)。伴隨著輕型彩色鋼板制成墻體和屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成的新結(jié)構(gòu)型式，由厚5mm以上鋼板焊接或軋制的大斷面薄壁H型鋼墻梁和屋面檁條，圓鋼制成柔性支撐系統(tǒng)和高強(qiáng)螺栓連接構(gòu)成的輕鋼結(jié)構(gòu)體系，柱距可從6m至9m，跨度可達(dá)30m或更大，高度可達(dá)十幾米，并可設(shè)輕型吊車(chē)。用鋼量20～30kg/m2。現(xiàn)已有標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)程序和專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量好，安裝速度快，重量輕，投資少，施工不受季節(jié)限制，適用于各種輕型工業(yè)廠房。

當(dāng)前第34頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)

(4)鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)。以型鋼或鋼管與混凝土構(gòu)件組成的梁、柱承重結(jié)構(gòu)為鋼－混組合結(jié)構(gòu)，近年來(lái)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。組合結(jié)構(gòu)兼有鋼與混凝土兩者的優(yōu)點(diǎn)，整體強(qiáng)度大、剛性好、抗震性能良好，當(dāng)采用外包混凝土構(gòu)造時(shí)，更具有良好的耐火和耐腐蝕性能。組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般可降低用鋼量15％～20％。組合樓蓋及鋼管混凝土構(gòu)件，還具有少支?；虿恢！⑹┕し奖憧焖俚膬?yōu)點(diǎn)，推廣潛力較大，適用于承受較大荷載的多層或高層建筑的框架梁、柱及樓蓋，工業(yè)建筑柱和樓蓋等。

(5)高強(qiáng)度螺栓連接與焊接技術(shù)。高強(qiáng)螺栓通過(guò)摩擦力來(lái)傳遞應(yīng)力，由螺栓、螺母和墊圈三部分組成。高強(qiáng)螺栓連接具有施工簡(jiǎn)便、拆除靈活、承載力高、抗疲勞性能和自鎖性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，工程中已取代了鉚接和部分焊接，成為鋼結(jié)構(gòu)制作及安裝中的主要連接手段。在車(chē)間內(nèi)制作的鋼構(gòu)件，厚板應(yīng)采用自動(dòng)多絲埋弧焊，箱形柱隔板應(yīng)采用熔嘴電渣焊等技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝施工中，應(yīng)采用半自動(dòng)焊技術(shù)和氣體保護(hù)焊藥芯焊絲及自保護(hù)藥芯焊絲技術(shù)。

(6)鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)包括防火、防腐、防銹，一般在防火涂料處理后無(wú)需再做防銹處理，但在有腐蝕氣體的建筑中尚需做防腐處理。國(guó)內(nèi)防火涂料種類較多，如TN系列、MC－10等，其中MC－10防火涂料具有防火、防腐功能。防腐防銹涂料有醇酸磁漆、氯化橡膠漆、氟橡膠涂料及氯磺化涂料等。在施工中應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)型式、耐火等級(jí)要求及環(huán)境要求選用合適的涂料及涂層厚度。

當(dāng)前第35頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)

2.目標(biāo)與措施

鋼結(jié)構(gòu)工程涉及面廣，技術(shù)難度大，在推廣應(yīng)用中必須遵循國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。各地建設(shè)行政主管部門(mén)應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)工程專業(yè)化隊(duì)伍的建設(shè)，組織好質(zhì)檢隊(duì)伍培訓(xùn)工作，并及時(shí)總結(jié)工程實(shí)踐和新技術(shù)應(yīng)用。大專院校、設(shè)計(jì)部門(mén)和施工企業(yè)應(yīng)加速鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員培養(yǎng)，推廣技術(shù)成熟的鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件。群眾學(xué)術(shù)團(tuán)體應(yīng)配合鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，廣泛開(kāi)展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流和培訓(xùn)活動(dòng)，積極把鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作與施工安裝技術(shù)的總體水平，以期在近期內(nèi)能有較大的提高。

3.技術(shù)咨詢服務(wù)單位冶金部建筑研究總院中國(guó)建筑科學(xué)研究院