第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件

鋼結(jié)構(gòu)原理鋼結(jié)構(gòu)原理14.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并能正確地選擇鋼材；2.了解“鋼結(jié)構(gòu)”的計(jì)算方法；1.了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；本課程的基本要求5.掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件(梁、柱)的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及26.理解構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過程以及構(gòu)造原則；教學(xué)參考書及規(guī)范:1.鋼結(jié)構(gòu)

魏明鐘

主編武漢工業(yè)大學(xué)出版社2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

（GB50017-2003)7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范

（GB50205-2001)6.理解構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過程以及構(gòu)造原則；教3第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件4第一章鋼結(jié)構(gòu)概論大綱要求1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍；2．了解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法；3．了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢。第一章鋼結(jié)構(gòu)概論大綱要求1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)5

鳥巢所用鋼材名為Q460EZ235，這種鋼的強(qiáng)度是普通鋼材的兩倍，性能達(dá)到最高級(jí)別，而這種鋼材完全由我國自主創(chuàng)新研究出來。

Q460EZ235是頂級(jí)建筑用鋼，“460”指的是鋼材的強(qiáng)度，這表明這種鋼的強(qiáng)度是普通鋼材的兩倍，“E”指的是負(fù)40度的沖擊韌性指標(biāo)，這表明此鋼的韌性十足，而“Z235”則表明鳥巢鋼材的性能是最高級(jí)的。按照我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度為420的鋼材可滿足普通建筑用鋼標(biāo)準(zhǔn)，而鳥巢的用鋼總量極大，重量也超出想象，因此，420強(qiáng)度的鋼不能滿足鳥巢的需求，因此，必須采用超出我國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的鋼材。鳥巢所用鋼材名為Q460EZ235，這種鋼的強(qiáng)度是普6第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件7第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件8第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件9第一章鋼結(jié)構(gòu)概述課件10§1.1鋼結(jié)構(gòu)的定義和特點(diǎn)1.輕質(zhì)高強(qiáng);

由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。a=容重/強(qiáng)度,a越小，結(jié)構(gòu)相對(duì)越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；

木材：a=5.4×10-4/m；鋼砼：a=18×10-4/m；一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)澳大利亞啤酒中心拱結(jié)構(gòu)§1.1鋼結(jié)構(gòu)的定義和特點(diǎn)1.輕質(zhì)高強(qiáng);一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)澳11

2.鋼材的塑性好，韌度高；

塑性和韌度是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。

塑性——承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。

塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；

韌度——承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。

韌性好，說明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。

123.材質(zhì)均勻、各向同性，接近理想的彈塑性體，與力

學(xué)假定符合較好;

鋼材屈服前看作彈性材料,屈服以后看作塑性或彈塑性材料4.制造簡便，施工方便，具有良好的裝配性;

國家大劇院屋架安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅3.材質(zhì)均勻、各向同性，接近理想的彈塑性體，與力

學(xué)假定135、密閉性好，不滲漏。6、鋼材耐腐蝕性差;7、鋼材耐熱性好，耐火性差;

當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長期受輻射熱達(dá)150℃以上或在短時(shí)間內(nèi)可能受到火焰作用時(shí)，須采用隔熱和防火措施。二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1.大跨度結(jié)構(gòu)5、密閉性好，不滲漏。14網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁15天津體育場千年穹頂西班牙迪加航空港上海會(huì)展中心天津體育場千年穹頂西班牙迪加航空港上海會(huì)展中心16單層廠房多層工業(yè)廠房2.工業(yè)廠房金陵石化總廠單層廠房多層工業(yè)廠房2.工業(yè)廠房金陵石化總廠173.承受動(dòng)力荷載及地震作用的結(jié)構(gòu)3.承受動(dòng)力荷載及18地王大廈4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金茂大廈88層420米地王大廈4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金茂大廈88層420米19東京千年塔東京千年塔205.道路、橋梁結(jié)構(gòu)5.道路、橋梁結(jié)構(gòu)216.水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)6.水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)22(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型鋼結(jié)構(gòu)(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型鋼結(jié)構(gòu)23(2)門式剛架結(jié)構(gòu)(2)門式剛架結(jié)構(gòu)24（3）多層輕型房屋建筑（3）多層輕型房屋建筑25活動(dòng)車庫8.可拆卸、移動(dòng)房屋及移動(dòng)結(jié)構(gòu)活動(dòng)車庫8.可拆卸、移動(dòng)房屋及269.構(gòu)筑物10.建筑小品9.構(gòu)筑物10.建筑小品27結(jié)構(gòu)必須滿足的功能：1）承受正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況：荷載、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、地震作用等；2）正常使用情況下結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能；3）正常維護(hù)下結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性；4）偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后保持必需的整體穩(wěn)定性。三鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)必須滿足的功能：三鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法28

3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以分為下列兩類：承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或是出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形，包括傾覆、強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、喪失穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系或出現(xiàn)過度的塑性變形。正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值，包括出現(xiàn)影響正常使用或影響外觀的變形，出現(xiàn)影響正常使用或耐久性能的局部損壞以及影響正常使用的振動(dòng)。三鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法三鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方293.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)：Z＝g(R，S)＝R-S

R—結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力S—荷載效應(yīng)R、S是隨機(jī)變量，其函數(shù)Z也是一個(gè)隨機(jī)變量。在實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)下列三種情況：Z＞0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法303.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率?！巴瓿深A(yù)定功能”就是對(duì)于規(guī)定的某種功能結(jié)構(gòu)不失效(Z≥0)。以表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則上述定義可表達(dá)為：

結(jié)構(gòu)的失效概率以表示，則

由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是對(duì)立的，所以結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率符合下式：3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法313.2設(shè)計(jì)表達(dá)式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范除疲勞計(jì)算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。以簡單的荷載情況為例，分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)式：

—抗力標(biāo)準(zhǔn)值(由材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和截面公稱尺寸計(jì)算而得)；

—按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的永久荷載(G)效應(yīng)值；

—按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的可變荷載(Q)效應(yīng)值；

—分項(xiàng)系數(shù)。3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式323.2設(shè)計(jì)表達(dá)式《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》經(jīng)過計(jì)算和分析，規(guī)定出在一般情況下荷載分項(xiàng)系數(shù)：＝1.2；＝1.4當(dāng)永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號(hào)時(shí)，這時(shí)永久荷載對(duì)設(shè)計(jì)有利(如屋蓋當(dāng)風(fēng)的作用而掀起時(shí))，應(yīng)?。海?.0；＝1.43.2設(shè)計(jì)表達(dá)式333.2設(shè)計(jì)表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定：可變荷載效應(yīng)控制的組合：

永久荷載效應(yīng)控制的組合：

—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式34—永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；—起控制作用的第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；—其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；—永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不利時(shí)取1.2，但對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合則取1.35。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力有利時(shí)取1.0；驗(yàn)算結(jié)構(gòu)傾覆、滑移或漂浮時(shí)取0.9；、—第1個(gè)和其他第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不利時(shí)取1.4(當(dāng)樓面活荷載大于4.0時(shí)，取1.3)；有利時(shí)，取為0?！谰煤奢d標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的353.2設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化式計(jì)算，由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

由永久荷載效應(yīng)控制的組合，按下式進(jìn)行計(jì)算

—簡化式中采用的荷載組合值系數(shù)，一般情況下可采用0.9；當(dāng)只有1個(gè)可變荷載時(shí)，取為1.0。3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式363.2設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)：采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、其設(shè)計(jì)式為：

—永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；—起控制作用的第1個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值(該值使計(jì)算結(jié)果為最大)；—其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；—結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的容許變形值。3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式37

3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用應(yīng)力表達(dá)，采用鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(f)：鋼材的屈服點(diǎn)()除以抗力分項(xiàng)系數(shù)，如Q235抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為；Q235的＝1.087；Q345、Q390和Q420鋼的＝1.111。3.2設(shè)計(jì)表達(dá)式38四

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

材料

先是鑄鐵、鍛鐵，后是鋼,高強(qiáng)度鋼。連接方式在生鐵和熟鐵時(shí)代是銷釘連接，19世紀(jì)初采用鉚釘連接，20世紀(jì)初有了焊接連接，目前多采用高強(qiáng)度螺栓連接。結(jié)構(gòu)形式先是橋梁、塔，后是工業(yè)及民用房屋和水工結(jié)構(gòu)以及板結(jié)構(gòu)，如高爐、儲(chǔ)液庫、儲(chǔ)氣庫等。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范88規(guī)范與74規(guī)范比較，除對(duì)一些問題進(jìn)行合理改進(jìn)外，還增加了新的內(nèi)容?，F(xiàn)行規(guī)范(GB500l7)在設(shè)計(jì)方法上有所改進(jìn)和提高。四

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展39(1)發(fā)展高強(qiáng)度低合金鋼材

除Q235、Q345、Q390鋼外，增加了Q420鋼，但后者應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)尚有待進(jìn)一步研究。鋼材品種也有所增加。（2）改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，主要表現(xiàn)在不是采用經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)，而是根據(jù)各種不定性分析所得的失效概率(或可靠指標(biāo))去度量結(jié)構(gòu)可靠性，并使所計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度達(dá)到預(yù)期的一致性和可比性。但此方法還有待發(fā)展，因?yàn)槠溆?jì)算的可靠度還僅是構(gòu)件或某一截面的可靠度，