鋼結(jié)構(gòu)上第一章

鋼結(jié)構(gòu)上第一章第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的基本內(nèi)容鋼結(jié)構(gòu)基本原理結(jié)構(gòu)設(shè)計——理論的綜合（鋼屋蓋設(shè)計）2第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六本章主要內(nèi)容：鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法3第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)特點與應(yīng)用一、什么是鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)是鋼材經(jīng)過設(shè)計、制作和安裝而形成的工程結(jié)構(gòu)。主要元件：型鋼和鋼板。構(gòu)件：梁、桁架、柱、板、索等。連接方法：焊接、螺栓連接及鉚接。二、鋼結(jié)構(gòu)的特點1.強度高，重量輕。2.塑性韌性、抗震性能好。3.材質(zhì)均勻，可靠性高。4.運輸、安裝方便，施工工期短，便于機械化制造。5.密封性能好。6.可回收、利于環(huán)保，建筑造型美觀。7.耐火性和耐腐蝕性差。8.低溫下，易發(fā)生脆性斷裂。4第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六三、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍（重、大、高、輕）（1）（重型）工業(yè)廠房鋼鐵、化工、機械、發(fā)電

5第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六保定長城內(nèi)燃機制造公司保定天威變壓器廠6第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（2）大跨度建筑物體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機庫

浦東機場7第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六廣東省會展中心8第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六國家大劇院9第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六哈爾濱速滑館10第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（3）大跨度橋梁公路，鐵路，跨江，跨海

日本明石海峽大橋11第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六日本多多羅大橋法國諾曼底大橋12第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

江陰長江大橋13第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（4）多層和高層建筑的骨架

上海金茂大廈

上海環(huán)球金融中心14第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

吉隆坡雙子樓

香港中銀大廈

臺北101大樓15第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

美國紐約世貿(mào)大廈16第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（5）塔桅結(jié)構(gòu)電視塔、天線、發(fā)射架、管道支架

17第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（6）容器和管道油罐、儲氣罐

18第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（7）可拆卸、移動的結(jié)構(gòu)舞臺、展棚、軍用設(shè)施、溫室

19第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（8）輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房、住宅、公共建筑

20第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（9）在地震區(qū)抗震要求高的工程結(jié)構(gòu)。21第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六四、鋼結(jié)構(gòu)體系1、桿受力：受拉,受壓應(yīng)用：桁架、支撐、網(wǎng)架22第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2、梁受力：受彎應(yīng)用：框架、樓層梁、吊車梁23第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3、桁架受力：整體受彎，桿件受拉，受壓應(yīng)用：屋架、支撐24第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4、框架受力：梁受彎，柱受壓彎應(yīng)用：單層、多高層建筑25第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5、拱受力：受壓為主，局部受彎應(yīng)用：桁架拱、薄板拱26第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六6、空間（剛性）受力：整體受彎，局部受拉應(yīng)用：網(wǎng)架，網(wǎng)殼，拱殼27第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六7、張力(非線性）受力：整體受彎，局部桿件受拉為主應(yīng)用：索，網(wǎng)，膜，28第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六29第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六索穹頂結(jié)構(gòu)部分已建成索穹頂工程1、漢城奧運會體操館（D=119.8m)；2、漢城奧運會擊劍館（D=89.9m)；3、佛羅里達州雷聲穹頂（D=210m)；4、德國科隆比賽館（橢圓140×160m)；5、伊利諾斯州大學(xué)紅鳥體育館（橢圓91.4×76.8m)；6、荷蘭赫倫文溜冰場（橢圓90×200m)；7、亞特蘭大喬治亞穹頂（橢圓193×240m)；30第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

五、我國鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展概況

鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在我國有悠久的歷史。公元60年就開始修建鐵鏈橋，最著名的是大渡河瀘定橋，充分表明了我國古代在金屬結(jié)構(gòu)方面的卓越成就。新中國成立后，鋼結(jié)構(gòu)建筑得到了較大發(fā)展，大體可分為三個階段：一是初盛時期（50年代~60年代初），二是低潮時期（60年代中后期~70年代），三是發(fā)展時期（80年代至今）。

31第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1.高性能鋼材的研究和應(yīng)用高強度低合金鋼材熱強化鋼材經(jīng)濟截面鋼材鍍層、涂層和復(fù)合等面處理鋼材冷加工鋼材六、鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向32第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2.規(guī)范(程)和設(shè)計理論的不斷完善1)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）；

2、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)術(shù)規(guī)范（GB50018-2003）；

3、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（JCJ7-91）；

4、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CSCS102:2003）；

5、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ138-2001）；

6、鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程（DL/T5058-1999）；2)施工驗收

1、鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205-2001）；

2、建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接與驗收規(guī)程（JGJ81-91）；

3、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計施工規(guī)程（9082-97）33第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3.新體系、新理論：網(wǎng)架結(jié)構(gòu),超高層結(jié)構(gòu),薄壁結(jié)構(gòu),組合結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)，索膜結(jié)構(gòu)等。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)：組合梁：簡支、連續(xù)、剛接、組合扁梁組合柱：鋼管混凝土柱、勁性(鋼骨)混凝土柱組合樓板：壓型鋼板組合梁、疊合板組合梁、現(xiàn)澆組合梁34第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4.建筑結(jié)構(gòu)一體化：新穎結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)建筑。索梁結(jié)構(gòu)(BeamStringStructure)懸支穹頂結(jié)構(gòu)(SuspenDome)35第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

我國發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)市場前景非常廣闊，它符合保護環(huán)境和土地資源的國策，我國鋼鐵產(chǎn)品總量居世界第一，為大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。與西方發(fā)達國家的差距會使我們奮起直追，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將引發(fā)一系列設(shè)計、施工的革命，相信通過奧運場館及大型工程項目鋼結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，能迅速帶動我國鋼結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展。二十一世紀是鋼結(jié)構(gòu)的世紀。

36第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本方法一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則1、目標（1）承受各種作用，滿足功能要求；安全性:承受作用,保持穩(wěn)定,不倒塌;

適用性:工作性能良好,滿足使用要求;

耐久性:隨時間仍能滿足使用要求。（2）技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用，確保質(zhì)量。37第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2、作用（S）（1）使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)(內(nèi)力、變形、應(yīng)力、應(yīng)變等)各種原因的總稱,

直接作用:荷載間接作用:變形(溫度,沉降,地震等)

永久作用：可變作用：偶然作用：（2）荷載恒載(G)，活載(Q)，風(fēng)載(W);靜載,動載。（3）作用效應(yīng)(S):作用引起的內(nèi)力和變形：荷載效應(yīng)：S=CQ38第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3、抗力（R）（1）結(jié)構(gòu)承受作用的能力(承載能力、剛度等)，屬結(jié)構(gòu)特性參量；（2）與結(jié)構(gòu)形式、幾何參數(shù)、材料性能(強度、彈性模量)和計算模型有關(guān)。39第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4、功能（1）設(shè)計基準期（一般50年，也有100年和25年），（2）滿足功能要求：安全性(S<R)，適用性，耐久性。40第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法:

容許應(yīng)力設(shè)計法（TJ17-74）（疲勞設(shè)計）極限狀態(tài)設(shè)計法（GBJ17-88/GB50017-2003）

現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范——GB50017-2003》1、容許應(yīng)力設(shè)計法:

K—安全系數(shù)，鋼結(jié)構(gòu)取1.4~1.7

存在問題:1）“安全系數(shù)”含義不嚴謹;2）無法區(qū)別荷載性質(zhì);3）不區(qū)別材料性能;4）無法區(qū)別結(jié)構(gòu)的重要性。41第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2、極限狀態(tài)設(shè)計法:(1)極限狀態(tài)

1）滿足功能的臨界狀態(tài)S=R；

2）承載能力極限狀態(tài)—不發(fā)生破壞、倒塌、失穩(wěn)、傾覆；構(gòu)件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為機動體系和結(jié)構(gòu)傾覆。

3）正常使用極限狀態(tài)—不發(fā)生過大變形、振動、裂縫。影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，

影響正常使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括混凝土裂縫)。42第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六(2)隨機變量作用、作用效應(yīng)和抗力隨機分布；

標準值，設(shè)計值。(3)功能函數(shù)Z=R-S(隨機變量）

Z>0，或R>S，安全狀態(tài)；

Z<0，或R<S，失效狀態(tài)；

Z=0，或R=S，極限狀態(tài)

43第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六(4)可靠度指標可靠度—度量結(jié)構(gòu)可靠性的指標；安全度—度量結(jié)構(gòu)安全性的指標；可靠概率（Ps），失效概率（Pf）:Ps+Pf=1,

可靠度指標的確定采用了校準法，計算較復(fù)雜。(5)結(jié)構(gòu)安全等級（建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準GB50068）結(jié)構(gòu)重要性分三級（一級、二級、三級）一般工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全等級為二級,特殊另定。

結(jié)構(gòu)安全等級與可靠度指標b和失效概率Pf的關(guān)系破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)2.7(3.47x10-3)脆性破壞4.2(1.34x10-5)3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)44第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六三、設(shè)計表達式1、統(tǒng)計變量：

標準值，設(shè)計值，分項系數(shù)；

恒載SG=gGSGk；活載SQ=gQSQk；抗力R=Rk/gR2、荷載組合：設(shè)計基準期內(nèi)荷載的最不利組合，即考慮若干種荷載共同作用引起的荷載組合。

承載能力極限狀態(tài)：應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的偶然組合；正常使用極限狀態(tài)：應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的標準值，對鋼與混凝土組合梁，尚應(yīng)考慮準永久組合。45第四十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3、由可變荷載效應(yīng)控制的組合表達式（承載能力極限狀態(tài))gG=永久(恒)荷載分項系數(shù)：一般情況下取1.2，當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時取1.0，對抗傾覆和滑移有利的可取0.9

；gQ1,gQi=可變荷載分項系數(shù)：一般情況下取取1.4，有時取1.3(樓面活荷載標準值大于等于4kN/m2)

；gR=結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力分項系數(shù)：取1.087(Q235,Q345)~1.111(Q390)。yci=第i個可變荷載組合值系數(shù)：有風(fēng)荷載組合時取0.6，無風(fēng)荷載組合時取1.0(高聳建筑物和特殊情況另定);go=結(jié)構(gòu)重要性指標：go=1.1(一級);go=1.0(二級);

go=0.9(三級)。ak=結(jié)構(gòu)幾何特性；f=材料強度設(shè)計值。46第四十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

4、由永久荷載效應(yīng)控制的組合：當永久荷載的效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時取gG=1.35

5、框架、排架結(jié)構(gòu)由可變荷載效應(yīng)控制時

承載能力極限狀態(tài)的簡化應(yīng)力計算式：一般情況下y=0.90，當只有一個可變荷載時，取y=1.047第四十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六6、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式有風(fēng)載參與組合時y