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钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月钢结构设计原理2013年8月钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月三个问题:1钢结构课的性质和任务是什么?本课程是土木工程专业的主要专业课之一,课程的任务是使学生了解钢结构的特点(不仅要了解钢结构的优点和缺点,还要了解钢结构的主要问题是什么,譬如钢结构的断面一般都比较小,专业稳定问题就比较突出)、掌握钢结构基本理论的一般概念及基本知识,初步掌握一般钢构件和普通钢屋盖的设计,为解决较为复杂的钢结构设计打下基础。钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月2主要参考资料1)钢结构设计规范GB50017-2003;我们所用的教材是根据钢结构设计规范进行编写的,钢结构设计规范是钢结构设计时必须遵守的法律法规;代号GB50017-2003是什么意思,(GB、YBJ)……….大概15年左右修订一次2)钢结构设计规范GB50017-2003条文说明;3)《钢结构设计规范应用讲评》4)《钢结构设计手册》,里面有很多计算例题三个问题:钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3本课程的主要内容第一章是概述,最后一章是钢结构的塑性设计和抗震设计,中间包括八章,是我们学习的主要内容,概括起来可分为四个部分:1)钢结构的材料,这是独立的一章,主要讲钢材的性质;2)钢结构的连接,因为钢结构需要许多板和型钢连在一起,组合成一个结构,这里就要有连接计算的问题,因此它也是独立的一个章节,也是很重要的一章;三个问题:钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3本课程的主要内容3)基本构件:轴心受力和受弯构件,拉弯和压弯构件,这些基本构件是我们学习的主要内容,也是学习的基本内容;4)屋盖结构,是根据我们学习的前面几章,将材料的知识、连接的知识、基本构件的知识用到一个结构上,也就是用到屋盖结构上,来具体应用它,所以这也是我们学习的主要内容。三个问题:钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月第1章绪论本章主要内容:钢结构的发展概况、特点和应用范围;钢结构的设计方法;钢结构的新发展。本章重点内容:钢结构的特点和合理应用范围。本章难点内容:钢结构的设计方法。钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1.1钢结构的发展概况解放前,我国是最早发明炼铁技术的国家之一,如大渡河铁链桥,玉泉寺铁塔等。大渡河铁链桥修建于300年前,每一根铁链重约1.5t左右,跨度达100m以上,属于铁结构。我们学习的应该叫做金属结构,它不但包括铁结构、钢结构、还包括铝合金结构。那么我们钢结构发展的得为什么这么慢呢?这主要和钢铁的发展有关系,在封建社会,我国的钢铁发展的速度很慢,因此钢结构发展也是比较慢的。钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月解放后,工业发展使钢结构得到相应的发展,因钢产量不高,发展受限,由于钢的优点,预期,随钢产量的增加(如我国的几大钢厂,首钢、武钢、鞍钢、宝钢、攀钢的钢产量日益增加),钢结构的应用将日益广泛(如北京的京广中心大厦、国际贸易中心,亚运会、奥运会期间建了很多跨度很大的体育场馆,很多的桥梁,铁路桥用钢结构的最多)。钢结构为什么将来会用得越来越多呢,除了钢产量的增加外,最主要还是钢结构具有许多的优点。1.1钢结构的发展概况钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1.2钢结构的特点和应用1.2.1钢结构的特点1自重轻而强度高。由于钢材强度高,单位重量的钢材就比混凝土承载力高很多,如一个屋架,钢结构的大约是混凝土结构的重量1/3~1/4。2材质均匀,弹性模量高。钢材不用考虑各个方向性质的不同,混凝土因为有细骨料和粗骨料的结合,各个方向的性质就不同,木材受压,有顺着木材纹理的强度和垂直于木材纹理的强度,它也不是匀质体,所以钢结构的计算理论和实际比较吻合,同时弹性模量高也能是计算结果更为准确,因为弹性模量高构件的纵向和横向变形均很小,截面变化就不大,这就很符合我们的计算假定。钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3钢材的塑性和韧性好。钢材的塑性和韧性好说明钢材在破坏前有很大的变形,同时在破坏时要吸收很多的能量,要给它作很多功才能破坏。当然塑性和韧性我们在第二章还会详细介绍…4钢材可焊性好,密闭性好。钢材可焊性好就是钢材容易焊接,焊缝承载力高,有的材料根本就焊不到一起或者焊缝焊完马上就开裂了,那肯定不行。正因为钢材的可焊性好,它就容易焊接成密封性容器(结构),这样一个容器可以储存液体和气体。1.2.1钢结构的特点1.2钢结构的特点和应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5钢材的可重复使用性。回炉冶炼,重复使用。绿色和可持续发展的材料。以上是钢结构的优点,下面在看看它的缺点:6钢材耐热不耐火。耐热100度以内没有问题,但是超过200度时会发生兰脆现象,当达到600度时,钢材就会软化,丧失承载力,因此钢材如果不加防火保护的话,还不如木结构,因为木结构发生火灾时燃烧需要一个过程,破坏需要一段时间。钢结构的耐火问题必须引起足够的重视,高层钢结构防火问题更为重要,可以喷上防火涂料,它可以在1.5~2h钢结构的温度也不会达到600度。1.2.1钢结构的特点1.2钢结构的特点和应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月7耐腐蚀性差。钢结构不注意防腐,就要产生事故,由于腐蚀,断面不断缩小而最后跨掉,因此我们要注意钢结构的防腐问题,钢结构制造最后阶段要作防腐处理,使用阶段要注意维护。一般钢厂有专门的维护队,过去有人统计过,每年的钢材有相当于年产量的1/3被腐蚀。当然,我们可以回收一部分,但是也有1/10钢材被腐蚀掉,尤其化工企业钢材的腐蚀最为严重,我们的土建行业也有这些问题,应当引起我们足够的重视。8有低温冷脆倾向。由厚钢板焊接而成的构件和节点在低温下有脆性破坏的倾向,应当引起我们足够的重视。1.2.1钢结构的特点1.2钢结构的特点和应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1.2.2钢结构的应用1大跨结构1.2钢结构的特点和应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1大跨结构浙江某展览中心1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1大跨结构湖南游泳中心内景图1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1大跨结构湖南游泳中心外景图1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月2游泳池1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月2工业厂房1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3受动力荷载作用的结构1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3受动力荷载作用的结构南京长江大桥1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月4多层和高层建筑香港上海汇丰银行大厦1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5高耸结构巴黎的艾菲尔铁塔1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月6轻型钢结构轻钢别墅1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月7可拆卸的结构野外作业的临时用房、钢筋混凝土结构施工用的模板和支架等。8容器和其他构筑物油罐、煤气罐、高炉,皮带通廊栈桥、管道支架,海上作业平台等。9钢和混凝土的组合结构高层建筑、大跨桥梁、工业厂房和地铁站台柱等。1.2钢结构的特点和应用1.2.2钢结构的应用钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法1结构设计目的:充分满足功能要求的基础上,做到安全可靠,技术先进,但又要经济合理。2结构在规定的设计使用年限内应满足的功能有:(1)在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;(2)在正常使用时具有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在设计规定的偶然事件(如地震、火灾、爆炸、撞击等)发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月3结构的可靠度结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力,称为结构的可靠性。结构可靠度是对结构可靠性的定量描述,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。可靠度与设计基准期有关,一般建筑物的设计基准期为50年。4结构的极限状态——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,称为该功能的极限状态。极限状态实质上是结构可靠与不可靠的界限,故也可称为“界限状态”。1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月我国《规范》规定,承重结构应按下列两个极限状态进行设计:1)承载能力极限状态。包括静力强度、动力强度和稳定等的计算。达到此极限状态时,结构或构件达到了最大承载能力而发生破坏,或者达到了不适于继续承受荷载的巨大变形。2)正常使用极限状态。达到此极限状态时,结构或构件虽仍保持承载能力,但产生的变形使结构或构件已不能满足正常使用的要求。如一根梁当变形很大,梁下面的摸灰就会掉下来。1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5概率极限状态设计原理如果以R表示结构的抗力,以S表示各种作用对结构产生的效应,则结构的功能函数为:SRSRgZ,由于R和S都是随机变量,Z存在三种可能状态:当RS时,结构处于可靠状态。当RS时,结构处于失效状态。当R=S时,结构处于极限状态。1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5概率极限状态设计原理SRZ设R和S的概率统计值均服从正态分布,则功能函数的平均值和标准差分别为:SRZ22SRZ1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法f(z)概率密度函数Z=R-SPf)(ZfZZZZ钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5概率极限状态设计原理由图可知ZZZZ令值与失效概率存在着对应关系fPfP1.3钢结构的设计方法1.3.1概率极限状态设计法Z=R-SPf)(ZfZZZZ钢结构设计原理第1章绪论攀枝花学院土木工程学院土木工程教研室2010年8月5概率极限状态设计原理失效概率与可靠指标的对应关系2.52.73.23.74.25×10-33.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5fP6设计表达式1)承载能力极限状态表达式由RS可变荷载效应控制的组合:fniQikciQikQQGkG2110(1)1.3钢结构
本文标题:钢结构第一章绪论.
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