钢结构幻灯片-第一章

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1、钢 结 构,前言,我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。 96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。 97年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。,当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。随着高层建筑钢结构、大跨度钢结构、轻型钢结构及大型钢结构构筑物的发

2、展和应用日渐广泛，钢结构的应用必然有较大发展趋势。无论是在校学生还是工程技术人员对钢结构的学习兴趣日渐浓厚，从而日益显示出本课程学习的重要性和积极性。,课程性质和目的,钢结构为土木工程专业学生的专业主干课，是为培养学习者在钢结构方面的基本理论知识和设计应用能力而设置的一门课程。 课程的目的是使学生通过本课程的学习，了解钢结构的特点和计算方法，深刻理解钢材的基本性能，能较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，掌握轴心受力构件、受弯构件、压弯构件以及钢结构连接的计算方法 ；同时在掌握钢结构设计的基本原理基础上，熟悉钢结构基本结构体系以及构造特点等，为实际工程设计服务。,前续课程,钢结构专业知

3、识是建立在材料力学、结构力学等理论的基础上，故其前续课程主要为： 建筑材料、钢筋混凝土结构设计、 单层工业厂房、材料力学、结构力 学等课程。此外，还要求学生具有画法几何 与工程制图、房屋建筑学等方面的知识，以便 于学习者对各种结构表达方法和构造形式的认 识。,教学要求,1、了解钢结构的特点、历史现状及应用发展 前景； 2、掌握钢结构材料的工作性能； 3、掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力 分析与设计计算方法； 4、掌握单层厂房屋盖结构的设计； 5、了解钢结构体系的组成原理和典型结构形 式的设计要点。 6、了解钢桥梁结构的组成形式。,钢结构课程的学习方法,根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本

4、构件、基本原理部分； 本课程的特点：由于学生对钢结构的感性认识少，钢结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论），所以学习中要注意联系自己的实际工作、生活中常见的应用情况，加深理解； 学习中要从机理理解一些理论问题，做到举一反三； 多做习题与思考题，避免眼高手低。,钢结构,第一章 绪论 第二章 钢结构材料的选用 第三章 钢结构的连接 第四章 受弯构件 第五章 轴心受力构件 第六章 拉弯、压弯构件 第七章 单层厂房钢屋盖结构 第八章 轻型门式刚架结构 第九章 钢结构施工与施工图识图,第一章 绪论,第一节 钢结构的特点和应用 第二节 钢结构的组成和结构类 第三节 钢结构的现状与发展 第四节 钢结构课程

5、的任务、内容及学习方法 第五节 钢结构的设计原理与方法 第六节 钢结构的强度设计值,第一节 钢结构的特点和应用,钢：铁和碳的混合物，还有少量其他金属用来改性，如铝、硅等。 钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢和钢管等构件经焊接、铆接或螺栓连接组合而成的结构以及以钢索为主材建造的工程结构。 与其他材料的结构相比具有以下优点： （1）钢材强度高，韧性、塑性好适用于建大跨、高耸、高层、荷载大的、反复荷载作用的结构； （2）质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装，对抗震有利大跨、抗震结构；对可变荷载敏感； （3）材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全可靠度高重要结构、对抗震要

6、求较高的结构；,（4）制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短加固、改建、可拆卸结构； （5）钢结构密闭性好连接的水密性和气密性好，高压容器、油库、气罐、管道等； （6）具有一定的耐热性。 （7）钢材为可持续发展的材料 材料可做到100%回收，真正做到绿色无污染。,钢结构的缺点有： （1）钢材耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0；规范规定钢材表面温度超过150后要加隔热防护措施；钢结构的防火应根据规范要求进行设计（防火涂料、外包防火材料）； （2）钢材易锈蚀，耐腐蚀性能差，维护费用高 必须采取防锈措施（除锈后涂油漆或金属镀层等），不留死角，设计文件

7、要注明所要求的钢材除锈等级和用的涂料及厚度； （3）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 （4）钢材价格相对较贵 高层建筑的上部结构造价：钢10%，混凝土2%，差价占总投资的少，但优势多（工期短、有效使用面积多、基础造价低、抗震好等）。,钢结构的应用 1、大跨度结构 上海体育馆又称为万人体育馆，坐落在漕溪北路。1976年建，占地10.6公顷。 体育馆的主体是圆形的比赛馆，直径110米，高33米，顶盖采用马鞍型环形大悬挑钢管网架结构，用9000多根无缝钢管和938只钢球拼焊而成，重达660吨，比赛馆的面积为31，000平方米，大厅有座位18000余个。设备新颖，有活动看吧，折迭式的篮球架

8、，程序控制的调节设备，空气调节设备，光电控制系统控制的计时记分牌等，各种国际比赛经常在这里举行。,国家体育场坐落在奥林匹克公园中央区平缓的坡地上，场馆设计如同一个的容器，高地起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了戏剧性和具有震撼力的形体，国家体育场的形象完美纯净，外观即为建筑的结构，立面与结构达到了完美的统一。结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架，它就象树枝编织的鸟巢。体育场的空间效果即具有前所未有的独创性，却又简洁而典雅，它为2008年奥运会树立了一座独特的历史性的标志性建筑，国家体育场“鸟巢”近观效果。,国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳10万人。平面为椭圆形, 长轴340m，短轴2

9、92m。 屋盖中间有一个146m 76m的开口，这部分 设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面 。由瑞士赫尔佐格-德梅隆建筑事务所与中国建筑设计研究院联合提出的方案。,屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋盖主体结构是两向不规则斜交的平面网架结构。网架外形呈微弯形双曲抛物面，周边支承在不等高的24根立体桁架柱上，每榀桁架与约为140X70m长椭圆内环相切或接近相切。这是目前在设计、施工的世界上最大跨度的网架结构。,实景效果图,国家体育场“鸟巢”方案的编织状钢结构造型十分独特，却相应地极大提高了施工难度和造价。一项名为“奥运场馆结构选型及优化设计关键技术”的课题，通过大幅减轻建筑钢结构自身重量的方法为“

10、鸟巢”结构“瘦身减负”。 该课题针对国家体育场“鸟巢”结构的初步优化设计认证目前已完成，将为“鸟巢”破土动工之后的建筑施工方案提供可行性参照。 “鸟巢”初始方案的用钢量估计在13.6万吨左右，将直接造成造价高、施工难度大等不良后果。因此，降低“鸟巢”的结构自重势在必行。 进行结构优化设计，必须要尊重建筑师的原创思想。 据介绍，在“瘦身减负”过程中，专家们将在保持建筑外形和构件外廓尺寸的前提下，通过根据实际情况优化结构构件的截面厚度，采取局部构造性增强等措施，为场馆进行整体的科学“瘦身”，以达到减轻结构自重的目的。经过优化，“鸟巢”结构自重可降低至5.3万吨左右，减重8.3万吨，降幅达60%，将

11、大大降低建筑成本。 “鸟巢”结构优化前后的对比显示，“瘦身”后的场馆各项性能指标均得到提高。如优化后的场馆的负重变形大大减小，其稳定性和稳健性增强了，可抗8度地震。,在奥林匹克公园内与国家体育场（“鸟巢”）紧邻的国家游泳中心，有着一个迷人的名字“水的立方”。“方”的形状，与“鸟巢”的圆形对应，构成了中国传统文化“天圆地方”的理想境界。同时，蓝色的建筑材料“膜”，又将“水的立方”晶莹剔透的形象巧妙表现出来。,国家游泳中心-水的立方,位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴2

12、12.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。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。,国家大剧院,2、工业厂房,3、受动力荷载影响的结构,4、多层和高层建筑 上海金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，矗立于上海浦东核心地区。建筑高度365米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28

13、日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为建筑界享负盛名的美国S.O.M建筑设计事务所。该公司设计的大厦遍布世界各大城市，SOM凭着高度的技术及丰富的国际经验，将金茂大厦设计成为一幢智能式办公大楼，大厦内设施齐备，包括最先进的电讯设施、能容纳各项资讯科技设施的实用间隔、达至顶级水平的会议设施及一个多功能的会议厅。,上海环球金融中心 由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积

14、335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。,央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行 。,5、高耸结构 高耸结构包括塔架和桅杆结构，如电视塔、微波塔、通讯塔等。,东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高塔。它于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，

15、总投资8.3亿元人民币。东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,东京千年塔,巴黎的埃菲尔铁塔,信号塔,6、可拆卸或移动的结构,海上采油平台,7、活动式结构,三峡工程的永久船闸,8、容器和其他构筑物,大连西太平洋石化有限公司 1500立方米的钢球罐,9、轻型钢结构,轻型钢结构,10、钢和混凝土的组合结构,11、特种结构,中华世纪坛坐落在北京西长安街延长线上，占地4.5公顷，总建筑面积3.5万平方米，由主体结构、青铜甬道、圣火广场、过街桥、世纪大厅、艺术大厅等组成。中华世纪坛是为了迎接21世纪新千年而兴建的。现主要作为中华世纪坛世界艺术馆使用，是中

16、国第一家以世界艺术为收藏、展示、研究对象的公益性国家文化事业机构。,12、钢桥,芜湖长江大桥,该桥是一座公铁两用桥，铁路桥全长10521m，公路桥全长5681m，正桥钢梁长2193.7m，大桥采用了连续钢桁梁结构，考虑到主跨达到180+312+180m，在桥上的低塔和钢桁梁之间设置了斜拉索参与受力，因此，芜湖长江大桥也叫做连续钢桁梁斜拉桥。,2003年建成通车，采用全钢结构，是世界上跨度最大的钢结构拱桥。施工过程中采用全钢结构焊接，使桥身显得简洁、轻盈、流畅，就像一道彩虹横跨于黄浦江上。,上海卢浦大桥,苏格兰福斯大桥,13、住宅,第二节 钢结构建筑的现状与发展,钢(steel)是铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼 钢技术的发展是密不可分的。 早在公元前2000年左右，在人类古代文明的发祥地之一的 美索不达米亚平原（位于现代伊拉克境内的幼发拉底河和底格里斯河之间）就出现了早期的炼铁术 。 早在战国时期，我国的炼铁技术已很盛行。 我国是最早用钢铁建造承重结构的国家 1