钢结构设计原理

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1、钢结构设计原理钢结构设计原理ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。本课程的基本要求1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点； 1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点； 了解钢结构的应用和发展概况 2.理解“钢结构”的计算方法； 2.理解“钢结构”的计算方法； 理解 3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并 掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素 能正确地选择钢材； 能正确地选择钢材； 4.了解杆件和板件稳定的基本理论， 4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性

2、 了解杆件和板件稳定的基本理论 的主要因素及提高稳定性的措施； 的主要因素及提高稳定性的措施； 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件( 5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、 柱和屋架)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。 柱和屋架)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。6.理解构件间的连接方法、 6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 理解构件间的连接方法 构造原则； 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。 熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范教学参考书及规范: 教学参考书及规范1.钢结构 1.钢结构 魏

3、明钟 主编 武汉工业大学出版社GB500172.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 2.钢结构设计规范 3.钢结构工程施工质量验收规范 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001) GB50205-第一章 绪 论大纲要求掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围。 1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围。 2理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其设 理解钢结构按极限状态的设计方法， 计表达式的应用。 计表达式的应用。 了解钢结构在我国的发展趋势。 3了解钢结构在我国的发展趋势。1.1 钢结构的特点和应用范围一、钢结构的特点1.轻质高强; 1.轻质高强; 轻质高强 由于钢材强

4、度高， 由于钢材强度高，结构需要 的构件截面小,结构自重轻。 的构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a 越小 越小， a=容重/强度, a 越小，结构 容重 相对越轻。 相对越轻。 钢材：a=1.73.7 钢材：a=1.73.710-4/m； 木材：a=5.4 木材：a=5.410-4/m； 钢砼： 18 钢砼：a= 1810-4/m；澳大利亚啤酒中心2.钢材的塑性 韧性好 2.钢材的塑性和韧性好； 钢材的塑性和 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。 是概念上完全不同的两个物理量塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。 承受静力荷载时，塑

5、性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而 塑性好， 突然断裂，给人以安全保证； 突然断裂，给人以安全保证；韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。 承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。 韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体， 3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力 材质均匀 学假定符合较好; 学假定符合较好; 钢材屈服前看作弹性材料, 钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性 或弹塑性材料 4.制作、安装简便，工期短，符合工业化要求; 制作、安装简便，工期短，符合工业化要求;国 家 大 剧 院 屋

6、 架 安 装 钢结构住宅5、密闭性好，不渗漏; 密闭性好，不渗漏; 6、钢材耐热性好，耐火性差; 钢材耐热性好，耐火性差; 以上或在 当结构表面长期受辐射热达 150 以上或在 短时间内可能受到火焰作用时， 短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防 火措施。 火措施。 7、钢材耐腐蚀性差。 钢材耐腐蚀性差。二、钢结构的应用范围 1.大跨度结构 1.大跨度结构拱 结 构网架结构桥梁天津体育场千 年 穹 顶2. 工业厂房金陵石化总厂多 层 工 业 厂 房单层厂房单击图片播放单击图片播放3. 承受动力荷载及 地震作用的结构单击图片播放4.高层建筑与高耸结构 高层建筑与高耸结构北 京 财 富 中 心

7、金 茂 大 厦 88 层 420 米帝 王 大 厦东京千年塔单击图片播放单击图片播放5.道路、桥梁结构 道路、单击图片播放6.水利、水工结构 水利、海上石油平台7. 轻型房屋钢结构 (1).波纹拱壳结构单击图片播放(2) 门式刚架结构（3）多层轻型房屋建筑8.可拆卸、 8.可拆卸、移动房屋及 可拆卸 移动结构活动车库单击图片播放9.构筑物 9.构筑物单击图片播放10.建筑小品 10.建筑小品1.2 钢结构的设计方法一、钢结构设计方法的演变1.容许应力方法 1.容许应力方法20 世纪初到 20 世纪 年代， 世纪初到 20 世纪 5 从 20 世纪初到 20 世纪 5O 年代，钢结构采用安 全系

8、数法设计，即: 全系数法设计，N f = A k(1 ? 1)N-构件截面的内力；A-构件截面几何特征； -构件截面的内力； -构件截面几何特征； -构件截面几何特征 -构件截面的内力 F-钢材的最大强度；K-大于 1 的安全系数； -钢材的最大强度 大于 1 -钢材的最大强度； -大于 的安全系数； -钢材的容许应力。 -钢材的容许应力 -钢材的容许应力。2.概率极限状态设计方法(1) 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状 极限状态：态就不能满足设计规定的某一功能要求时， 态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定 状态称为结构的极限状态。 状态称为结构的极限状态。 (2) 极限状态

9、分为两类： 极限状态分为两类：承载能力极限状态 极限状态: a.承载能力极限状态: 包括： 强度破坏、 疲劳破坏、 包括 ： 强度破坏 、 疲劳破坏 、 不适于继续承载 的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。 的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。 极限状态: b.正常使用极限状态: 正常使用极限状态 包括： 影响正常使用或外观的变形、 包括 ： 影响正常使用或外观的变形 、 影响正常 使用的振动、 使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏 等状态。 等状态。(3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状态设计方法; 半

10、概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。 全概率设计方法。 半概率极限状态设计方法; a. 半概率极限状态设计方法; 1).三系数法（当时称为计算极限状态法） : 1).三系数法（ 三系数法 1957年至 1973 年我国钢结构设计采用半概率的 年至 1973 1957 年至1973 年我国钢结构设计采用半概率的 分项系数法,结构设计中引入三个分项系数， 分项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即: 荷载分项系数-考虑荷载的不定性; -考虑荷载的不定性 荷载分项系数-考虑荷载的不定性; 材料分项系数-考虑材料的不均性; -考虑材料的不均性

11、 材料分项系数-考虑材料的不均性; 工作条件系数考虑结构及构件的工作特点以及某 工作条件系数-考虑结构及构件的工作特点以及某 些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。 些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。半经验半概率极限状态设计法(容许应力法） 2) 半经验半概率极限状态设计法(容许应力法）f yk f yk N = A K1K 2K 3 KN-构件截面的内力； -构件截面的内力； 构件截面的内力 -构件截面几何特征 构件截面几何特征； A-构件截面几何特征； -荷载系数 荷载系数； K1-荷载系数； -材料系数 材料系数; K2-材料系数; -调整系数 调整系数； K3-调整系数

12、； -钢材的屈服强度标准值 钢材的屈服强度标准值； fyk-钢材的屈服强度标准值； -钢材容许应力 -钢材容许应力 -(1 ? 2 )b、近似概率极限状态设计法 现行钢结构设计规范(GB50017 2003)） (GB50017 （现行钢结构设计规范(GB500172003)） 结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： 结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： ， Zg（X1，X2，Xn）式中： 式中： 结构的功能函数； g（）-结构的功能函数；）-结构的功能函数 (i 2,n)-影响结构可靠性的各物理量 ,n)-影响结构可靠性的各物理量。 Xi(i1，2, ,n)-影响结构可靠性的各

13、物理量。（ 1 3）将各因素概括为两个综合随机变量-结构的抗力 R 将各因素概括为两个综合随机变量-结构的抗力 R、 -结构的抗力 作用效应 S 则公式（ 可以写成： 作用效应 S，则公式（1-3）可以写成：Z g （ R， S） R S表示结构处于可靠状态； 可靠状态 Z0 表示结构处于可靠状态； Z0 表示结构处于极限状态 表示结构处于极限 极限状态 表示结构处于失效状态； 失效状态 Z0 表示结构处于失效状态；（ 1-4）在实际工程结构中，可能出现下列三种情况： 在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态， 判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状

14、态， 为此，通常将下式： 为此，通常将下式： g(R，S) Zg(R，S)RS0 称为极限状态方程。称为极限状态方程。 极限状态方程 (1-5)结构能完成预定功能的概率(可靠度) 表示， 结构能完成预定功能的概率(可靠度)用 Ps 表示，则： PsPZ0 （ 1-6）结构不能完成预定功能的概率(失效概率) 表示， 结构不能完成预定功能的概率(失效概率)用 Pf 表示， 则： PfPZ0:结构处于可靠状态； R-S=0:结构达到临界状态； R-S1.5mm 时b(或 b1、b2 )? ? he = ?h f ? ? cos 2 sin ? ?任何情况下 b、b1 或 b2 不得大于 5mm。3.

15、5 坡口焊缝的构造要求和计算3.5.1 坡口焊缝的强度 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 三级焊缝对全部焊缝作外观检查；一级、二级焊缝除 外观检查外还要求一定数量的超声波检验。 如焊缝中不存在缺陷，焊缝金属的强度高于母材。 但焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。 焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，可认为 受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的坡 口焊缝对缺陷甚为敏感，由于三级检验的焊缝允许存 在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的 85，而 一二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等 分为焊透的坡口焊缝和部分焊透的坡口焊缝。3.5.2 坡口焊缝的构造和计

16、算 1、坡口焊缝的构造要求 对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧 相差 4mm 以上时，应在宽度方向或厚度方向从一侧或 两侧做成坡度不大于 1:2.5(直接承受动力荷载时不大于 1:4)的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。 焊缝起灭弧处弧坑等缺陷对承载力影响极大，焊接时 一般应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。受静力 荷载设置引弧(出)板困难时，允许不设置，此时焊缝 计算长度等于实际长度减 2t。t为连接件的较小厚度， 在 T 形接头中 t 为腹板的厚度。钢板拼接可采用纵横两方向的对接焊缝，十字或 T 形交 叉， T 形交叉时距离不得小于 200mm，且拼接料的长度 均不得小于300mm。 T 形拼接的构造。2.焊透的坡口焊缝的计算 坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中应力分布基本 与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样