钢结构基本原理绪论

钢结构基本原理主编：牛秀艳、刘伟主讲：王世杰第一章绪论钢结构特点钢结构应用钢结构设计方法§1.1钢结构特点一、定义定义：由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢等钢材为主建造的工程结构，称为钢结构。如高层建筑、大跨桥梁、高耸的塔等。钢结构是土木工程的主要结构形式之一。钢结构与混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。二、钢结构特点1、优点强度高、结构重量轻、刚度大具有较好的抗震性能材质均匀、符合各种假定，计算可靠性好制造简便，施工工期短良好的加工和焊接性能二、钢结构特点2、缺点钢材耐热不耐火钢材在温度低于200℃时性能变化不大，超过时会出现蓝脆现象。当温度达到600℃时，钢材进入热塑性状态，将丧失承载能力。耐腐蚀性差二、钢结构特点2、缺点钢材易出现低温冷脆现象。由厚钢板焊接而成的承受拉力和弯矩的构件及其连接节点，在低温下有脆性破坏的倾向。容易发出噪声§1.2钢结构应用世界各国大兴土木建设高潮的时期:美国:30年代欧洲:60年代日本:60年代中国:90年代§1.2钢结构应用1.工业厂房§1.2钢结构应用1.工业厂房§1.2钢结构应用2.大跨度建筑国家大剧院——网壳结构§1.2钢结构应用2.大跨度建筑国家体育馆——鸟巢§1.2钢结构应用3.多层建筑§1.2钢结构应用4.高层建筑结构形式主要有框架结构、框架—支撑结构、框筒结构、钢板剪力墙结构、防屈曲钢板剪力墙结构、悬挂结构、巨型框架结构等。§1.2钢结构应用4.高层建筑（框架—支撑结构）钢框架支撑结构是在钢框架结构的基础上，通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度。框架—支撑结构中心支撑：支撑构件的两端均位于梁柱节点处，或一端位于梁柱节点处，一端与其他支撑杆件相交。框架—支撑结构偏心支撑：支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点，而是偏离了一段距离，形成一个先于支撑构件屈服的“耗能梁段”。偏心支撑包括人字形偏心支撑，Ｖ字形偏心支撑，八字形偏心支撑，单斜杆偏心支撑等。框架—支撑结构防屈曲支撑§1.2钢结构应用4.高层建筑（框筒结构）钢框架——核心筒结构密柱筒结构§1.2钢结构应用4.高层建筑（钢板剪力墙结构）§1.2钢结构应用4.高层建筑（防屈曲钢板剪力墙结构）§1.2钢结构应用4.高层建筑（悬挂结构）§1.2钢结构应用4.高层建筑（悬挂结构）§1.2钢结构应用4.高层建筑（巨型框架结构）§1.2钢结构应用5.轻型钢结构§1.2钢结构应用5.轻型钢结构§1.2钢结构应用6.高耸结构§1.2钢结构应用7.组合结构§1.2钢结构应用7.组合结构§1.2钢结构应用7.组合结构§1.2钢结构应用§1.3钢结构设计方法一、概述1、设计目的结构设计的目的是要使设计的结构和结构构件在施工和工作过程中均能满足各种预定功能的要求。建筑结构功能包括：（1）安全性（2）适用性（3）耐久性§1.3钢结构设计方法2、设计准则结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结构(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或规定限值。§1.3钢结构设计方法二、钢结构设计变迁1957年以前：采用总安全系数的容许应力计算法1957~1974：采用三个系数的极限状态计算法1974~1989：采用以结构极状态为依据，进行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力计算法1989~：采用以概率论为基础的极限状态设计法§1.3钢结构设计方法三、钢结构设计方法1、容许应力方法缺点：安全系数凭工程经验确定的一定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。材料强度的系数大于计算应力，yyfkkf0.1§1.3钢结构设计方法2.概率极限状态设计法结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述，一般情况Z＝g（x1，x2，…，xn）为简化，将各因素概括为两个综合随机变量—结构抗力R和作用效应S，则式可写成：Z＝g（R，S）＝R－S在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：Z＞0表示结构处于可靠状态Z＝0表示结构处于极限状态Z＜0表示结构处于失效状态§1.3钢结构设计方法2.概率极限状态设计法由于Z的随机性，结构失效事故仍时有所闻。所以还要保证结构具有一定的可靠度。定义失效概率为：)0(ZPPf§1.3钢结构设计方法2.概率极限状态设计法（1）承载能力极限状态分项系数表达式QiKciniQiGKGQiKciniQiKQQGKGSrSrSrSrSrRSr12110SS组合对永久荷载效应控制的组合对可变荷载效应控制的§1.3钢结构设计方法2.概率极限状态设计法（2）正常使用极限状态对于钢结构只考虑荷载的标准组合QiKniciKQGKSSSSCS21