哈工大钢结构基本原理课件

钢结构基本原理及设计土木工程学院主讲：邵永松教授钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计[e-mail]钢结构基本原理及设计使用教材:《钢结构设计原理》张耀春高等教育出版社参考用书:《钢结构》魏明钟主编武汉理工大学出版社《钢结构》钟善桐中国建筑工业出版社钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计课程内容体系介绍结构轴心构件受弯构件偏心构件材料发展构件厂房高层建筑桥梁结构大跨度建筑塔桅结构焊接铆接螺栓焊接铆接螺栓计算方法设计原理钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计§1-1钢结构发展简史§1-2钢结构特点及应用§1-3钢结构的设计方法§1-4钢结构的新发展第1章绪论第1章绪论钢结构基本原理及设计§1-1钢结构发展简史全国重点保护文物－泸定铁索桥，建于1705－1706年，桥身共由13根铁链组成；每根（铁链）由862－977节铁环相扣，每根铁链重1300－1800kg。1.古代发展§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计根据文献记载，中国早在公元前五十年就建成了跨度达百米的铁索桥，而欧美直到十七世纪尚未出现铁索桥。泸定铁索桥防腐问题§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔，目前依然存在。铁塔高17.9米，八角十三级，重53.3吨，为我国现存最高、最重、最大的铁塔。已有900多年的历史。我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计甘露寺铁塔位于天王殿东北，实际上是唐宝历元年(八二五年)卫公李德裕建，故又称卫公塔。宋代重铸为铁塔，原塔为七级。十九世纪末又因大风疾雷，倾倒四层。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计建国前2.现代1927~1937年是我国土木工程及金属结构建设的黄金时代，代表作品有：沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（1927）广州中山纪念堂圆屋顶（1928~1931）钱塘江大桥（1937）§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的，于1931年10月竣工。厅内容积为33300立方米，容量为5000人。建国后，广州市的标志性建筑，为国家一级文物。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计由茅以升先生主持兴建的杭州钱塘江大桥。该桥由他带领一批留学生自行设计和监造(实际施工由丹麦康益洋行承包下部结构和沉箱基础工程，上部结构钢梁则由英商道门朗公司承包制造和安装)。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计建国后第一个五年计划：以工业厂房（156个大型项目）、交通工程为主。第一重型机械厂第一汽车制造厂§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计人民大会堂第二~第四个五年计划：以公共建筑为主。钢屋架跨度61米高度7米§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计第五个五年计划~：以工业厂房、公共建筑、交通工程为主宝钢厂区§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计芜湖长江大桥九江长江大桥(钢材15MnVN)§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计•瑞金饭店27层107米•金沙江大酒店14层41.4米•锦江宾馆43层153.21米•静安希尔顿宾馆•京广中心53层208米•京城大厦52层•国贸中心40层•长富宫25层§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计1997年，我国钢产量达1亿吨,1998年投产的轧制H型钢系列1991年2月4日马鞍山钢铁公司轧制我国第一根H型钢1996年建成的深圳地王大厦高度325米1998年建成的大连远洋大厦，钢结构高层建筑（高度201米，51层），全部由我国自己完成§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计上海金茂大厦上海证券大厦§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计主跨602米的结合梁斜拉桥在1994年建成时居世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。上海杨浦大桥§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计自1996年超过1亿吨以来，一直位列世界钢产量的首位，2006年更达到创纪录的3.8亿吨。我国新的《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018也已发布实施。所有这些，为钢结构在我国的快速发展创造了条件。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计于1777-1781年，世界上第一座铸铁桥。它的建造者是钢铁大王亚伯拉罕·达比。由建筑师T·F·普里查德协助设计。这座桥横跨塞文河，跨度为30.5米。3.钢结构在国外的发展史简介§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计框架结构最初在美国得到发展，其主要特点是以生铁框架代替承重墙。1858--1868年建造的巴黎圣日内维夫图书馆，是初期生铁框架形式的代表。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计英国利兹货币交易所伦敦老火车站美国1850-1880年间“生铁时代”建造的大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门面或框架。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计第一座依照现代钢框架结构原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大厦。（1883-1885，WilliamLeBaronJenney）,共十层外形仍然保持着古典的比例§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计巴黎的埃菲尔铁塔，在1889年为纪念法国大革命一百周年而建造，落成之日，设计者埃菲尔骄傲地向世人宣称，世界上只有法国的国旗具有300米高的旗杆。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计英国福斯桥,建于1889年，是世界上第一座现代化钢桥。计算简图§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计钢拱桥是二十世纪早期常见的桥梁形式。§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计美国旧金山的金门大桥，建于20世纪30年代用了二万多根钢丝缆绳组成§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计纽约帝国大厦马来西亚石油大厦§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计纽约帝国大厦1931年102层381米芝加哥汉考克大厦1970年100层337米纽约世界贸易中心1973年110层411米芝加哥西尔斯大厦1974年109层442米马来西亚石油大厦1996年88层450米金茂大厦88层421米§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计§1-1钢结构发展简史芝加哥西尔斯大厦钢结构基本原理及设计柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十米，约有三千个房间，朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。平壤古代又名柳京。介绍一座混凝土建筑：§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计框架结构体系框架支撑结构体系框架剪力墙体系框架---筒体结构体系悬挂结构体系成束筒结构4.高层钢结构结构体系构件连接§1-1钢结构发展简史钢结构基本原理及设计一、钢结构的特点2.塑性、韧性好，各向同性、力学性能与力学假定符合程度好，抗震性能好；1.强度/重量比大；稳定性3.具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；4.密封性好；5.可以重复利用；6.有一定的耐热性，但是耐火性较差；7.易锈蚀、有焊接残余应力；8.低温冷脆。§1-2钢结构特点及应用§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计工业化程度高（具可焊性、易加工制造、具良好的装配性）§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计密封性能好§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计耐火性不好，易锈蚀钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力发生很大的变形，导致钢柱、钢梁弯曲，因过大变形不能使用一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计A.外包层在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，可以采用喷涂法。B.充水(水套)空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。提高钢结构耐火性的措施§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计C.屏蔽钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的一种经济的防火方法。D.膨胀材料采用钢结构防火涂料保护构件具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观先进防火技术措施。§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计1.大跨度结构有空间桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、拱架和框架等二.钢结构的应用国家大剧院§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计北京中华世纪坛§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计2.工业厂房鞍钢1700连铸主厂房工程鞍钢大连镀锌线主厂房工程§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计3.受动力荷载作用的结构（桥梁、吊车梁）§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计深圳地王大厦4.多层与高层结构香港中银汇丰银行§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计上海环球金融中心根据设计方案，大厦高492米、101层，建成后其高度将超过目前居世界第一的马来西亚大厦（高452米）。§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计青岛电视塔5.高耸结构神州飞船发射塔§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计多伦多电视塔多伦多电视塔东方明珠§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计6.可拆卸移动结构应用于建筑、铁路、公路、水利、商业、旅游和军事等领域的办公室、指挥部、宿舍、会议室、仓库、商店及各种临时用房。§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计7.容器和管道§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计各种筒仓南京扬子石化化工厂§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系，即轻钢结构体系。体系由工厂制作，现场按要求拼装形成。具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等特点。由于自重轻，也降低了基础的造价。8.轻型钢结构彩钢板作屋面和墙面薄壁型钢作檩条和圈梁H型截面做柱与梁现场用螺栓或焊接门式钢架为主要结构的一种建筑§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计厂房、库房、体育馆展览馆机场机库已建和在建的浦东国际机场、首都国际机场、萧山国际机场、成都双流国际机场等重要工程。§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计全钢结构无吊车砼柱+钢屋盖排架结构§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计多层循环类停车设备§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计9.钢与混凝土组合结构黑龙江省联通大厦§1-2钢结构特点及应用钢结构基本原理及设计1.传统的容许应力法和最大荷载法（统称单系数法）20世纪初~五十年代前言、钢结构设计方法的发展演变bKRKSKfy最大荷载法也称极限荷载法SK是容许荷载产生的荷载效应；Rb是结构构件的破坏抗力。§1-3钢结构的设计方法§1-3钢结构的设计方法钢结构基本原理及设计2.三系数极限状态设计法五十年代~七十年代bKRSKKK321将一个安全系数分解为三个系数：•超载系数•材料均质系数•工作条件系数特点------------提出两种极限状态：（1）承载力极限；（2）正常使用极限状态。§1-3钢结构的设计方法钢结构基本原理及设计3.半概率极限状态设计法八十年代~231KRSKKkK•SK是荷载效应标准值；Rk是结构构件抗力标准值。•K1荷载系数（1.23)•K2材料系数(3号钢K2为1.143，16Mn钢为1.175)•K3调整系数(一般等于1)令yKfR是构件截面的几何特征§1-3钢结构的设计方法钢结构基本原理及设计KfKKKfSykK321公式形为容许应力法表达式，实为半概率半经验的极限状态设计法。缺点：系数大小并不反映可靠度，例如3号钢K=1.41，16Mn钢K=1.45，并不说明用16Mn的结构比3号钢安全。§1-3钢结构的设计方法钢结构基本原理及设计1.3.1概率极限状态设计法将影响结构功能的诸因素作为随机变量，认为任何设计都不能保证绝对安全，而是存在一定风险，只要失效概率小到可接受的程度，可认为结构是安全的。思想：半概率法近似概率法全概率法§1-3钢结构的设计方法钢结构基本原理及设计一.结构的功能要求结构在规定的设计使用年