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1、钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计土木工程学院土木工程学院 主讲：主讲：邵永松邵永松 教授教授钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计使用教材使用教材: :钢结构设计原理钢结构设计原理 张耀春张耀春 高等教育出版社高等教育出版社参考用书参考用书: :钢结构钢结构 魏明钟主编魏明钟主编 武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社钢结构钢结构 钟善桐钟善桐 中国建筑工业出版社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钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结
2、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课程内容体系介绍结构结构轴心构件轴心构件 受弯构件受弯构件 偏心构件偏心构件材料材料发展发展构件构件厂房厂房高层建筑高层建筑桥梁结构桥梁结构 大跨度建筑大跨度建筑塔桅结构塔桅结构焊接焊接铆接铆接螺栓螺栓焊接焊接铆接铆接螺栓螺栓计算方法计算方法设计原理设计原理钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计第第1章章 绪绪 论论第第第第1 1 1 1章章章章 绪绪绪绪 论论论论钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 全国重点保护文物泸定铁索桥，建于全国重点保护文物泸定铁索
3、桥，建于17051706年，年，桥身共由桥身共由13根铁链组成；每根（铁链）由根铁链组成；每根（铁链）由862977节铁环节铁环相扣，每根铁链重相扣，每根铁链重13001800kg。 1. 1. 古代发展古代发展古代发展古代发展钢结构基本原理及设计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。百米的铁索桥，而欧美直到十七世纪尚未出现铁索桥。泸定铁索桥泸定铁索桥防腐问题防腐问题钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 公公元元1061年年（宋宋代代）在在湖湖北北荆荆州州玉玉泉泉寺
4、寺建建成成的的13层层铁塔，目前依然存在。铁塔，目前依然存在。 铁铁塔塔高高17.9米米，八八角角十十三三级级，重重53.3吨吨，为为我我国国现现存存最最高高、最最重重、最最大大的的铁铁塔塔。已有已有900多年的历史多年的历史。我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。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。镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 甘露寺铁塔位于天甘露寺铁塔位于天王殿东北，实际上是唐王殿东北，实际上是唐宝历元年宝历元年(八二五年八二五年)卫卫公李德裕建，故又称卫公李德裕建，故又称卫公塔。宋代重铸为铁塔
5、，公塔。宋代重铸为铁塔，原塔为七级。十九世纪原塔为七级。十九世纪末又因大风疾雷，倾倒末又因大风疾雷，倾倒四层。四层。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计建国前建国前2. 2. 现代现代现代现代 19271937年是我国土木工程及金属结构建设的黄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：金时代，代表作品有：沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（1927）广州中山纪念堂圆屋顶（广州中山纪念堂圆屋顶（19281931）钱塘江大桥（钱塘江大桥（1937）钢结构基本原理及设计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，于广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先
6、生建造的，于1931年年10月竣工。厅内容积为月竣工。厅内容积为33300立方米，容量为立方米，容量为5000人。建国后，广州市的标志性建筑，为国家一级文物。人。建国后，广州市的标志性建筑，为国家一级文物。 钢结构基本原理及设计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由他带领一批留学生自行设计和监造(实际施工由丹麦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梁则由英商道门朗公司承包制造和安装)。钢结构基
7、本原理及设计钢结构基本原理及设计建国后建国后第一个五年计划：以工业厂房（第一个五年计划：以工业厂房（156个大型项目）、个大型项目）、交通工程为主。交通工程为主。第一重型机械厂第一重型机械厂第一汽车制造厂第一汽车制造厂钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计人民大会堂人民大会堂第二第二第四个五年计划：以公共建筑为主。第四个五年计划：以公共建筑为主。钢屋架钢屋架跨度跨度61米米高度高度7米米钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计第五个五年计划第五个五年计划：以工业厂房、公共建筑、交通工程为主以工业厂房、公共建筑、交通工程为主宝钢厂区宝钢厂区钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计芜湖长江大桥芜
8、湖长江大桥九江长江大桥九江长江大桥(钢材钢材15MnVN)钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计瑞金饭店瑞金饭店 27 层层 107米米金沙江大酒店金沙江大酒店 14 层层 41.4米米锦江宾馆锦江宾馆 43 层层 153.21米米静安希尔顿宾馆静安希尔顿宾馆 京广中心京广中心 53层层 208米米京城大厦京城大厦 52层层国贸中心国贸中心 40层层 长富宫长富宫 25层层钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计1997年，我国钢产量达年，我国钢产量达1亿吨亿吨,1998年投产的轧制年投产的轧制H型钢系列型钢系列1991年年2月月4日马鞍山钢铁公司轧制
9、我国日马鞍山钢铁公司轧制我国第一根第一根H型钢型钢1996年建成的深圳地王大厦高度年建成的深圳地王大厦高度325米米1998年建成的大连远洋大厦，钢结构高年建成的大连远洋大厦，钢结构高层建筑（高度层建筑（高度201米，米，51层），全部由我国层），全部由我国自己完成自己完成钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计上海金茂大厦上海金茂大厦上海证券大厦上海证券大厦钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计主跨主跨602米的结合梁斜拉桥在米的结合梁斜拉桥在1994年建成时居年建成时居世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。上海杨浦大桥钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 自
10、自1996年年超超过过1亿亿吨吨以以来来，一一直直位位列列世世界界钢钢产产量量的的首首位，位，2006年更达到创纪录的年更达到创纪录的3.8亿吨。亿吨。 我我国国新新的的钢钢结结构构设设计计规规范范GB50017和和冷冷弯弯薄薄壁壁型型钢钢结结构构技技术术规规范范GB50018也也已已发发布布实实施施。所所有有这这些些，为钢结构在我国的快速发展创造了条件为钢结构在我国的快速发展创造了条件。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 于于1777-1781年，世界上年，世界上第一座铸铁桥。它的建造者是第一座铸铁桥。它的建造者是钢铁大王亚伯拉罕钢铁大王亚伯拉罕达比。达比。 由建筑师由建筑师TF普里查
11、德普里查德 协助设计。这座桥横跨塞文河，协助设计。这座桥横跨塞文河，跨度为跨度为30.5米。米。 3. 3. 钢结构在国外的发展史简介钢结构在国外的发展史简介钢结构在国外的发展史简介钢结构在国外的发展史简介钢结构基本原理及设计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。以生铁框架代替承重墙。1858-1868年建造的巴黎圣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。日内维夫图书馆，是初期生铁框架形式的代表。 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计英国利兹货币交易所英国利兹货币交易所 伦敦老火车站伦敦老火
12、车站 美国美国1850-1880 年间年间“生铁时代生铁时代”建造的建造的大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门面或框架。面或框架。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计第一座依照现代钢框架第一座依照现代钢框架结构原理建造起来的高层建结构原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大筑是芝加哥家庭保险公司大厦。厦。（1883-1885，William Le Baron Jenney）,共十层共十层外形仍然保持着古典的外形仍然保持着古典的比例比例钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计巴黎的埃菲尔铁塔，巴黎的埃菲尔铁塔，在在1889年为纪念法国大革年为纪
13、念法国大革命一百周年而建造，落成命一百周年而建造，落成之日，设计者埃菲尔骄傲之日，设计者埃菲尔骄傲地向世人宣称，世界上只地向世人宣称，世界上只有法国的国旗具有有法国的国旗具有 300 米米高的旗杆。高的旗杆。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计英国福斯桥英国福斯桥,建于建于1889年，是世界上第一座现代年，是世界上第一座现代化钢桥。化钢桥。计算简图计算简图钢结构基本原理及设计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。钢拱桥是二十世纪早期常见的桥梁形式。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计美国旧金山的金门大桥，建于美国旧金山的金门大桥，建于20世纪世纪30年代年代用了二万多
14、根钢丝缆绳组成用了二万多根钢丝缆绳组成钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计纽约帝国大厦纽约帝国大厦马来西亚石油大厦马来西亚石油大厦钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计纽约帝国大厦纽约帝国大厦 1931年年 102层层 381米米芝加哥汉考克大厦芝加哥汉考克大厦 1970年年 100层层 337米米纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心 1973年年 110层层 411米米芝加哥西尔斯大厦芝加哥西尔斯大厦 1974年年 109层层 442米米马来西亚石油大厦马来西亚石油大厦 1996年年 88层层 450米米金茂大厦金茂大厦 88层层 421米米钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计芝加哥西
15、尔斯大厦芝加哥西尔斯大厦钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十 米，米，约有三千个房间，约有三千个房间， 朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。 平壤古代又名柳京平壤古代又名柳京。介绍一座混凝土建筑：介绍一座混凝土建筑：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计框架结构体系框架结构体系框架支撑结构体系框架支撑结构体系框架剪力墙体系框架剪力墙体系框架框架-筒体结构体系筒体结构体系悬挂结构体系悬挂结构体系成束筒结构成束筒结构4. 4. 高层钢结构结构体系高层钢结构结构体系高层钢结构结构体系高
16、层钢结构结构体系构件构件连接连接钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计一、钢结构的特点一、钢结构的特点一、钢结构的特点一、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；好，抗震性能好； 1. 强度强度/重量比大；稳定性重量比大；稳定性3. 具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；4. 密封性好；密封性好；5. 可以重复利用；可以重复利用；6. 有一定的耐热性，但是耐火性较差；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；易锈蚀、有焊接残余应力；8. 低温
17、冷脆。低温冷脆。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 工业化程度高工业化程度高（具可焊性、易加工制造、具良好（具可焊性、易加工制造、具良好的装配性）的装配性）钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 密封性能好密封性能好钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计耐火性不好，易锈蚀耐火性不好，易锈蚀钢结构通常在钢结构通常在450650 温度中就会失去承温度中就会失去承载能力载能力发生很大的变形，导发生很大的变形，导致钢柱、钢梁弯曲，因过致钢柱、钢梁弯曲，因过大变形不能使用大变形不能使用一般不加保护的钢结一般不加保护的钢结构的耐火极限为构的耐火极限为15分钟左分钟左右。右。钢结构基本原理及设计钢
18、结构基本原理及设计 A. 外包层外包层在钢结构外表添加外包层，在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，可以采用喷可以现浇成型，可以采用喷涂法涂法。 B. 充水充水(水套水套)空心型钢结构内充水是抵御空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。火灾最有效的防护措施。提高钢结构耐火性的措施提高钢结构耐火性的措施钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计C.屏蔽屏蔽D.钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件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包藏在两片墙之间的空隙里E.增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的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。一种经济的防火方法。 D. 膨胀材料膨胀材料 采用钢结构防火涂料保护构件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制等优点 一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观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。先进防火技术措施。
