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1、土木工程概论 建筑钢结构,钢结构教研室 李军,认识钢结构,钢筋混凝土结构 砌体结构 木结构 钢结构 组合结构,焊缝连接 铆钉连接 螺栓连接,钢 结 构,钢结构工程的工作流程（1）,钢结构工程的工作流程（2）,“钢结构”的基本内容,土木工程专业主要课程,层次1： 理论力学、材料力学、结构力学； 画法几何、建筑制图和CAD; 计算机程序设计。 层次2： 混凝土结构设计原理、钢结构基本原理、荷载与结构设计方法； 土力学、基础工程、土木工程施工、土木工程概预算。 层次3： 混凝土结构与砌体结构、钢结构设计、房屋建筑学、高层建筑结构； 桥梁工程、钢桥、桥渡设计； 路基路面工程、道路勘测设计、交通工程；
2、特种基础工程、地基处理、勘察与测试、深基坑支护设计。,广州光孝塔东西铁塔是中国现存最古老的两座铁塔。 其中西铁塔建于五代南汉大宝六年（963），比东铁塔早建4年。 抗战期间因房屋倒塌，西铁塔压崩了四层，今仅存三层。 东塔铸于五代南汉大宝十年（967），以南汉主刘鋹的名字铸造的，四方形，共七层，塔高7.69米。 塔身上铸有900余个佛龛，每龛都有小佛像，工艺精致。,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,中国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代（公元前246-219年），就已经用铁制作简单的承重结构。,钢结构与其它结构形式相比，具有材质均匀，力学性能稳定，承载能力高，抗震能力强等特点。,公元1
3、8世纪， 就用铁链修建铁索悬桥，如著名的四川泸定大渡河铁索桥，贵州盘江铁索桥桥。,四川泸定大渡河铁索桥,贵州的盘江桥,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,19世纪西方工业革命及其后的钢铁时代对建筑产生了较深远影响，钢结构开始用于解决建筑结构难题，这一时期产生了在世界上具有重大影响 水晶宫、巴黎博览会机械馆、埃菲尔铁塔和芝加哥家庭保险大厦等代表性钢结构建筑。,水晶宫,巴黎博览会机械馆,埃菲尔铁塔,芝加哥家庭保险大厦,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,伦敦“水晶宫”建于1851年，总建筑面积 7 万平方米; 房式钢铁骨架和平板玻璃组装而成的建筑; 按照当时建造植物园屋顶和铁路站棚的方式设计; 用一系
4、列细长铁杆支撑起来的网架结构,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,位于巴黎市中心塞纳河左岸的艾菲尔铁塔建于1889年，由居斯塔夫埃菲尔设计。,艾菲尔铁塔是法国为庆祝法国资产阶级大革命一百周年举办世界博览会而建造的永久性标志性建筑物。,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,埃菲尔铁塔建造过程,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,1887年-1889年，300米高，12000个构件， 250万个铆钉,建于1889年的巴黎博览会机械馆，采用三铰拱钢结构体系，馆内大厅中央不设一根柱子，具有非常大的室内空间，建筑结构的跨度首次达到115米。,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,芝加哥是世界上摩天大楼的发源地，第一
5、座依照现代钢结构框架结构设计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），共10层。这是真正意义上世界上建造的第一座钢结构大厦。,钢结构建筑的起源及现代钢结构建筑,钢结构的应用,大跨度钢结构 多高层钢结构建筑 高耸建筑 重型厂房结构 轻型钢结构 容器和其他构筑物,大跨度钢结构,网架结构：体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构 网壳结构：网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。 悬索结构：以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支
6、撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。,网壳结构,上海商务中心（网状网壳）,网架结构,桁架,平面桁架,空间桁架,国家体育场鸟巢（原始方案）,2008年奥运会主会场“鸟巢”是由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，设计新颖独特，为国际上极富特色的巨型建筑。,可开启屋顶,网壳结构,苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）,国家大剧院,总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元。 外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴 143.64m，总高度46.285m。 内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等 屋面
7、采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设 在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。,索,北京工人体育馆 （悬索结构）,车辐式双层悬索体系,慕尼黑奥林匹克公园 （悬索结构）,膜结构,“水立方”是世界上最大的膜结构工程，除了地面之外，外表都采用ETFE材料，为“聚氟乙烯”，这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强，寿命20年以上。,水立方 （骨架膜结构）,膜结构,上海八万人体育场，1997年建成。看台挑蓬为大型钢管空间结构，由64榀大悬挑主桁架和2-4道环向次桁架组成。屋面为钢
8、骨架支承的膜结构。,膜结构,钢索气承膜,东京后乐园棒球场,（索膜结构）,多、高层钢结构的分类,多层房屋建筑：层数12层(高度40m)； 高层房屋建筑：层数12层(高度 40m)； 应用历史：国外一百多年；国内二十多年。 主要优点:,重量轻; 抗震性能好; 工业化程度高; 施工周期短; 环保效果好;,芝加哥家庭保险大楼,真正意义上世界上建造的第一座钢结构大厦,33,帝国大厦,纽约曼哈顿， 高 381米， 102层， 85层以上为一园塔 1931建成， 钢框架结构 外包炉渣混凝土,Empire State Building,34,1973年竣工 110层 411米 塔柱边宽63.5米 采用钢框架结
9、构 外围密置钢柱,世界贸易中心,芝加哥西尔斯大厦 （Sears Tower）,美国芝加哥， 高442米， 共108层， 建于1974年， 成束框架筒。 钢结构。,火灾破坏实例：WTC大厦,内、外框架,密柱深梁,钢结构防火,北座,南座,飞机冲击造成顶部损伤,接下来的火灾导致 结构变形、丧失承载力,破坏由火灾发生部分开始,WTC大厦被撞击部分,钢结构防火,部分钢桁架和防火材料损伤,火灾发生,钢桁架承载力下降,钢桁架脱落,柱屈曲+高温屈曲,柱逐渐丧失承载力,结构自上而下发生连续层破坏（北座破坏场景推测）,钢结构防火,结构设计与防火设计的外力不同,局部受火之热（高温）,结构荷载效应,软、弱,内力、变形
10、、裂缝,钢结构防火,钢构件在高温作用下的变形,钢梁扭曲,钢柱整体屈曲,梁上、下翼缘局部屈曲,钢结构防火,阿联酋迪拜布吉大楼,迪拜塔,高度828米，2004年9月动工，2010年1月竣工，目前世界第一摩天大楼，使用33万立方米混凝土、4万吨钢材及14万平方米玻璃。史无前例地将混凝土垂直泵送至606米高度，显示人类高超的施工建造技术。,抗风设计：沿塔逐段向上收缩，每一个楼层具有不同的宽度，这种变化和形状有“弱化风振效应”的作用。,迪拜塔,44,80年代前，我国未兴建高层钢结构； 80年代建造11栋高层钢结构； 1998年，建成中国内地最高建筑（金茂大厦）； 近年，多层钢结构住宅的开发和建造已得到重
11、视。,重量轻,抗震性能好,施工周期短,工业化程度高,环保效果好,钢结构住宅的主要优点:,45,天津丽苑钢结构住宅,46,青岛即墨钢结构住宅,上海金茂大厦,88层的超高层大厦 建筑高度420.5米 1998年8月28日竣工 钢筋混凝土核心筒、外 框钢骨混凝土及钢柱 美国S.O.M事务所设计。,上海环球金融中心,上海环球金融中心,上海环球金融中心（2008竣工）,632米,492米,420.5米,环球金融中心,金茂大厦,上海中心,上海中心,台北101 （台北金融中心）,2003年竣工 长宽各150m，塔高508m 世界第二高 巨柱、核心系统及外伸桁架梁 巨柱自地下5层至地上90层,tuned ma
12、ss damper,台北101大楼：高509米，地上101层，地下5层该楼融合了东方古典文化及台湾本土特色，造型宛若劲竹，节节高升、柔韧有余。,阻尼器：为提高大厦抗风、抗震能力，大楼在87楼至92楼间设置了一个660吨重，巨大的球形调质阻尼器，世界最大的装饰华丽、直径5.5米的阻尼球。,单摆的阻尼器模型,变形及摆动,1=H/5001000,2=0.5H/500500,类似单摆的阻尼器模型,将阻尼器自身频率调至与结构频率相近，调整摆线长度控制阻尼器的周期与结构周期相同; 当外力（风力、地震力）结构主频率被激发，由计算机控制的阻尼器会主动产生与主结构反向的共振，作用在结构上的一半能量被消耗，起到提
13、高结构的抗侧能力。,1,2,87层,风载简化图,塔在风载下受弯，内力值下大上小，而塔本身下粗上细，受力与弯矩图完全相符，如同自然界中的竹子，所以在风载下，抗力均匀，高而不折，“扰乱风”性强。,弯矩图,高耸建筑,东方明珠电视塔,以其453.85米的高度成为亚洲第一高塔。于1991年3月开始建造，1994年11 月完工。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构,重型厂房结构 西安变压器厂（400t吊车）,轻型钢结构,容器和其他构筑物,陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐,大连西太平洋石化有限公司 1500立方米C
14、F-62钢球罐,可拆卸和搬迁的结构 流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等,板壳结构 储油库、煤气库、高炉等各种容器,北京通州彩虹之门,北京中国尊,彩虹之门位于著名的京杭大运河之畔，其独特的双拱形非中心对称的建筑形态，塑造了建筑美学史上又一奇观。,高度超过500米的“北京中国尊” 采用再生能源、高效能幕墙、节能低碳、能源回收等一系列环保技术。,天津周大福金融中心：设计中采用了各种高性能及绿色环保的设计理念，可以减低二氧化碳排放量、用水量及高峰期耗电量、减少建筑对自然环境的影响。,杭州来福士双子塔是杭州钱塘江畔的地标性建筑。,天津周大福金融中心,杭州来福士双子塔,北京保利钻石灯笼,位于北
15、京机场高速路西侧，其双层玻璃幕墙和斜网格支撑结构设计，源于中国传统文化的折纸灯笼；利用钻石切割般棱镜反射效应，白天夜晚都一直放射着光芒。,望京SOHO由3栋集办公和商业一体的高层建筑和三栋低层独栋商业楼组成，最高一栋高度达200米，是从首都机场进入市区的第一个引人注目的高层地标建筑，被誉为“首都第一印象建筑”。,发光的月亮门 将取代台中市一系列废弃的军营和原水湳机场，围绕垂直图书馆和水的博物馆展开。椭圆建筑的表面覆有玻璃和铝制百叶，既可遮阳，又使光线散布，打造出通透的建筑外观“知识的灯笼”。,沙漠中的莲花 响沙湾莲花酒店 位于鄂尔多斯以北，背依大漠龙头库布其沙漠。选用钢板将流动性非常强的沙丘层层固定，建筑内外墙体均采用定制的轻钢龙骨体系，它的优点在于轻盈的同时能够快速组装，一片片犹如蝉翼的膜结构作为独立的遮阳体系，在夏天可以创造出绝佳的舒适环境。,结束语 通过课程学习增加对建筑钢结构的感性认知，并在后续专业课程学习中注重基础理论的学习，为日后所从事的专业技术工作奠定坚实的基础。,
