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1、郭小农郭小农20152015年年同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第1讲讲 钢结构材料和结构体系钢结构材料和结构体系（不回短信）（不回短信）65980531 土木楼土木楼A730密密码12345620152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要知识点主要知识点1.1.钢材的钢材的本构关系本构关系复习复习钢结构基本原理钢结构基本原理2.2.钢材性能的钢材性能的主要影响因素主要影响因素陈绍蕃陈绍蕃钢结构设计原理钢结构设计原理第第1 1章章3.3.钢结构的钢结构的主要结构体系主要结构体系随便吹吹牛随便吹吹牛第第1节节本构关系本构关系20152015钢结构基本原
2、理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.1 单向拉伸试验曲线单向拉伸试验曲线标准拉伸试样标准拉伸试样NN20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系弹性阶段弹性阶段弹性阶段弹性阶段l线弹性段：应力应变成线弹性段：应力应变成线性关系线性关系，卸载后变形消失；卸载后变形消失；l非线弹性段：应力应变为非线弹性段：应力应变为非线性关系非线性关系，卸载后变形消失；，卸载后变形消失；l总体而言，弹性阶段总体而言，弹性阶段变形很小变形很小；屈服阶段屈服阶段屈服阶段屈服阶段l应力应变进入非线性的弹塑性阶段，有明显的水平状的屈服平应力应变
3、进入非线性的弹塑性阶段，有明显的水平状的屈服平台，应力基本保持不变应变不断发展（台，应力基本保持不变应变不断发展（暂时丧失加载能力暂时丧失加载能力）；）；l卸载后弹性变形消失，但仍残留变形塑性变形。卸载后弹性变形消失，但仍残留变形塑性变形。强化阶段强化阶段强化阶段强化阶段l钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力；钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力；颈缩阶段颈缩阶段颈缩阶段颈缩阶段l超过顶点后，试件出现横向收缩，称超过顶点后，试件出现横向收缩，称“颈缩颈缩”，随后断裂，随后断裂1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l l比例极限比例极限
4、比例极限比例极限l l弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量l l屈服点屈服点屈服点屈服点l l流幅流幅流幅流幅l l抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度l l延伸率延伸率延伸率延伸率1.2 结构钢的重要力学性能指标（结构钢的重要力学性能指标（Q235）1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.3 结构钢的几个重要特性结构钢的几个重要特性1.屈服强度屈服强度 fy 用作为钢结构设计可达到的最用作为钢结构设计可达到的最大应力，原因：大应力，原因： （1）fe、fp、fy非常接近非常接近，三者合一，可认，三者合一，可认为弹性与塑性的分界点；为弹
5、性与塑性的分界点； （2）fy以后，以后，塑性变形很大塑性变形很大，一旦超载，易，一旦超载，易被发现加固补救；被发现加固补救； （3）fy 发展到发展到fu，有很大一段区域，可作为有很大一段区域，可作为强度储备，称强度储备，称fu/fy为为强屈比强屈比2.为计算方便，通常将实际的应力应变曲线为计算方便，通常将实际的应力应变曲线简化，视作理想弹塑性模型。简化，视作理想弹塑性模型。 ofyfefpfu实际实际曲线曲线理想弹塑性模型的理想弹塑性模型的曲线曲线塑性塑性E0弹性弹性Efy1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【算算算算例例例
6、例0101】某某某某简简简简支支支支钢钢钢钢梁梁梁梁，梁梁梁梁端端端端承承承承受受受受端端端端弯弯弯弯矩矩矩矩，长长长长度度度度6m6m，截截截截面面面面为为为为工工工工字字字字形形形形，截截截截面面面面高高高高度度度度400mm400mm，已已已已知知知知钢钢钢钢材材材材的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量为为为为E=200GPaE=200GPa，屈屈屈屈服服服服强度为强度为强度为强度为235Mpa235Mpa，屈服平台的最大流幅，屈服平台的最大流幅，屈服平台的最大流幅，屈服平台的最大流幅2.5%2.5%；为试分别；为试分别；为试分别；为试分别估算：估算：估算：估算：（1 1）钢材边缘纤
7、维刚刚屈服时，钢梁的跨中挠度；）钢材边缘纤维刚刚屈服时，钢梁的跨中挠度；）钢材边缘纤维刚刚屈服时，钢梁的跨中挠度；）钢材边缘纤维刚刚屈服时，钢梁的跨中挠度；（2 2）边缘纤维应变达）边缘纤维应变达）边缘纤维应变达）边缘纤维应变达2.5%2.5%时，钢梁的跨中挠度；时，钢梁的跨中挠度；时，钢梁的跨中挠度；时，钢梁的跨中挠度；（3 3）思考屈服段的重要性；）思考屈服段的重要性；）思考屈服段的重要性；）思考屈服段的重要性；1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【算算算算例例例例0202】开开开开孔孔孔孔受受受受拉拉拉拉钢钢钢钢板板板板，
8、厚厚厚厚度度度度10mm10mm，端端端端部部部部承承承承受受受受均均均均匀匀匀匀拉拉拉拉力力力力，已已已已知知知知钢钢钢钢材材材材的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量为为为为E=200GPaE=200GPa，屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度为为为为235Mpa235Mpa；假假假假定定定定净净净净截截截截面面面面上上上上的的的的纵纵纵纵向向向向应应应应变变变变分分分分布布布布形形形形状状状状不不不不随随随随荷荷荷荷载载载载增增增增加加加加而而而而变变变变化化化化，且且且且假假假假定定定定钢钢钢钢材材材材的的的的纵纵纵纵向向向向应应应应变变变变达达达达到到到到限限限限值值值值时时时时材材材
9、材料料料料开开开开裂裂裂裂，试试试试分分分分别别别别估估估估算算算算下下下下图图图图3 3种种种种本本本本构构构构关关关关系系系系下下下下，钢钢钢钢板板板板的抗拉承载力；的抗拉承载力；的抗拉承载力；的抗拉承载力；1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系0.2%高强钢高强钢高强钢高强钢不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢铝合金铝合金铝合金铝合金1. 本构关系本构关系1.4 无屈服平台无屈服平台的拉伸曲线的拉伸曲线Ramburg-Osgood模型模型特别的，对于铝合金特别的，对于铝合金【算算算算例例例例0303】试试试试采采采采用用用用xlsxls
10、编编编编制制制制R-OR-O模模模模型型型型的的的的本本本本构构构构关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线，并并并并研研研研究究究究指指指指数数数数n n对对对对于于于于曲曲曲曲线线线线形形形形状状状状的影响。的影响。的影响。的影响。20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.5 屈服屈服【算算算算例例例例0404】一一一一块块块块Q235Q235薄薄薄薄钢钢钢钢板板板板；厚厚厚厚度度度度为为为为10mm10mm，承承承承受受受受如如如如右右右右图图图图所所所所示示示示的的的的两种荷载。两种荷载。两种荷载。两种荷载。1 1）qyqy等等等
11、等比比比比例例例例增增增增加加加加，直直直直观观观观判判判判断断断断2 2块块块块钢板谁先屈服？钢板谁先屈服？钢板谁先屈服？钢板谁先屈服？2 2）若若若若已已已已知知知知qy=250kN/mqy=250kN/m；计计计计算算算算两两两两块钢板的折算应力。块钢板的折算应力。块钢板的折算应力。块钢板的折算应力。3 3）若若若若将将将将下下下下图图图图中中中中的的的的横横横横向向向向拉拉拉拉力力力力改改改改为为为为压压压压力力力力，重重重重新新新新计计计计算算算算两两两两块块块块钢钢钢钢板板板板的的的的折折折折算算算算应力。应力。应力。应力。20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工
12、程系同济大学建筑工程系Von Mises 屈服条件：屈服条件：弹性弹性塑性塑性(b) 两向应力状态两向应力状态折算应力折算应力(a) 三向应力状态三向应力状态 第四强度理论第四强度理论(c) 一般梁中一般梁中(d) 纯剪状态纯剪状态1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【算算算算例例例例0505】一一一一个个个个Q235Q235制制制制作作作作的的的的钢钢钢钢球球球球，将将将将其其其其扔扔扔扔到到到到1010万万万万米米米米深深深深的的的的海海海海底底底底，假设海水的密度为假设海水的密度为假设海水的密度为假设海水的密度为1Ton/
13、m1Ton/m3 3。1 1）试判断钢材是否会屈服？）试判断钢材是否会屈服？）试判断钢材是否会屈服？）试判断钢材是否会屈服？2 2）计算钢球的主应力；）计算钢球的主应力；）计算钢球的主应力；）计算钢球的主应力；3 3）计算钢球的折算应力；）计算钢球的折算应力；）计算钢球的折算应力；）计算钢球的折算应力；【算例算例算例算例0505续续续续拓展拓展拓展拓展】若该钢若该钢若该钢若该钢球表面承受球表面承受球表面承受球表面承受1000MPa1000MPa的负压，的负压，的负压，的负压，钢球是否会破坏？钢球是否会破坏？钢球是否会破坏？钢球是否会破坏？1. 本构关系本构关系Mises屈服条件屈服条件【算例算
14、例算例算例0505】试在主应力坐标系中画出试在主应力坐标系中画出试在主应力坐标系中画出试在主应力坐标系中画出MisesMises屈服面屈服面屈服面屈服面【算例算例算例算例05050505】试在主应力坐标系中画出最大拉应力理论的屈服面试在主应力坐标系中画出最大拉应力理论的屈服面试在主应力坐标系中画出最大拉应力理论的屈服面试在主应力坐标系中画出最大拉应力理论的屈服面20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系双向和三向应力作用下钢材的性能双向和三向应力作用下钢材的性能变化变化三向拉应力作用下三向拉应力作用下钢材会变脆钢材会变脆1. 本构关系本构关系2015201
15、5钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.6 强化强化【算算算算例例例例0101续续续续】某某某某简简简简支支支支钢钢钢钢梁梁梁梁，梁梁梁梁端端端端承承承承受受受受端端端端弯弯弯弯矩矩矩矩，长长长长度度度度6m6m，截截截截面面面面为为为为工工工工字字字字形形形形，截截截截面面面面高高高高度度度度400mm400mm，已已已已知知知知钢钢钢钢材材材材的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量为为为为E=200GPaE=200GPa，屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度为为为为235Mpa235Mpa，屈屈屈屈服服服服平平平平台台台台的的的的最最最最大
16、大大大流流流流幅幅幅幅2.5%2.5%；抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度为为为为350Mpa350Mpa，抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度对对对对应应应应的的的的应应应应变变变变为为为为20%20%；试试试试思思思思考考考考：强强强强化化化化段段段段对对对对于于于于该该该该钢钢钢钢梁梁梁梁的的的的承承承承载载载载力力力力有有有有没没没没有有有有影影影影响响响响？相相相相对对对对于于于于流流流流幅幅幅幅结结结结束束束束段段段段，有有有有多多多多少少少少安安安安全全全全储储储储备备备备？在实际工程中，对于钢梁有没有必要考虑强化段？在实际工程中，对于钢梁有没有必要考虑强化段？在实际工程中，对于钢梁有
17、没有必要考虑强化段？在实际工程中，对于钢梁有没有必要考虑强化段？20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.6 强化强化【思思思思考考考考0606】假假假假设设设设钢钢钢钢材材材材仍仍仍仍然然然然满满满满足足足足第第第第4 4强强强强度度度度理理理理论论论论，试试试试在在在在主主主主应应应应力力力力坐坐坐坐标标标标系系系系中中中中分别画图下图两种单向应力应变曲线所对应的屈服面。分别画图下图两种单向应力应变曲线所对应的屈服面。分别画图下图两种单向应力应变曲线所对应的屈服面。分别画图下图两种单向应力应变曲线所对应的屈服面。2015201
18、5钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.6 强化强化单调加载单调加载时效时效单向往复加载单向往复加载鲍辛格效应鲍辛格效应随动强化随动强化等向强化等向强化20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系1.7 滞回滞回【思考思考思考思考0707】1 1）滞回环所围面积代表什么？）滞回环所围面积代表什么？）滞回环所围面积代表什么？）滞回环所围面积代表什么？2 2）通通通通常常常常进进进进行行行行钢钢钢钢材材材材的的的的滞滞滞滞回回回回曲曲曲曲线线线线，应应应应变变变变通通通通常常常常到到到到2
19、%2%，为为为为什什什什么么么么？对对对对于于于于工程结构而言是否足够了？工程结构而言是否足够了？工程结构而言是否足够了？工程结构而言是否足够了？3 3）有有有有好好好好事事事事者者者者将将将将应应应应变变变变做做做做到到到到5%5%，本本本本构构构构关关关关系系系系达达达达到到到到了了了了强强强强化化化化段段段段，试试试试画画画画出出出出其其其其滞回曲线图。滞回曲线图。滞回曲线图。滞回曲线图。【思考思考思考思考0808】对比超弹性材料对比超弹性材料对比超弹性材料对比超弹性材料( (如如如如SMA)SMA)的滞回曲线，思考其优缺点？的滞回曲线，思考其优缺点？的滞回曲线，思考其优缺点？的滞回曲线
20、，思考其优缺点？第第2节节主要影响因素主要影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.1 钢的脱氧钢的脱氧采用采用采用采用锰锰锰锰脱氧脱氧脱氧脱氧 沸腾钢沸腾钢沸腾钢沸腾钢采用硅脱氧采用硅脱氧采用硅脱氧采用硅脱氧 镇静钢镇静钢镇静钢镇静钢主要影响：冲击韧性主要影响：冲击韧性主要影响：冲击韧性主要影响：冲击韧性20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.2 钢的轧制钢的轧制轧制钢板：纵向轧制钢板：纵向轧制钢板：纵向轧制钢板：纵向 横向横向横向横向热轧工字钢热轧工字钢
21、热轧工字钢热轧工字钢腹板腹板腹板腹板 翼翼翼翼缘缘宽宽翼翼翼翼缘缘HH型型型型钢钢腹板腹板腹板腹板 翼翼翼翼缘缘 HH型型型型钢钢 工字工字工字工字钢钢20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.2 钢的轧制钢的轧制热轧引起的残余应力：后冷却的地方为残余拉应力热轧引起的残余应力：后冷却的地方为残余拉应力热轧引起的残余应力：后冷却的地方为残余拉应力热轧引起的残余应力：后冷却的地方为残余拉应力【思考思考思考思考0909】图示残余应力对轴压杆件的稳定性有何影响？图示残余应力对轴压杆件的稳定性有何影响？图示残余应力对轴压杆件的稳定性有何影响
22、？图示残余应力对轴压杆件的稳定性有何影响？20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.3 钢的热处理钢的热处理普通建筑结构钢，一般是以热轧状态交货，无需热处理普通建筑结构钢，一般是以热轧状态交货，无需热处理普通建筑结构钢，一般是以热轧状态交货，无需热处理普通建筑结构钢，一般是以热轧状态交货，无需热处理高强钢高强钢高强钢高强钢 调质处理调质处理调质处理调质处理 + + + + 正火处理正火处理正火处理正火处理调质处理的两道工序调质处理的两道工序调质处理的两道工序调质处理的两道工序 1 1 1 1） 淬火淬火淬火淬火强度提高，塑性和韧性
23、降低强度提高，塑性和韧性降低强度提高，塑性和韧性降低强度提高，塑性和韧性降低 2 2 2 2） 回火回火回火回火恢复塑性和韧性恢复塑性和韧性恢复塑性和韧性恢复塑性和韧性20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.4 钢的矫直钢的矫直矫直会在构件中产生残余应力矫直会在构件中产生残余应力矫直会在构件中产生残余应力矫直会在构件中产生残余应力【思考思考思考思考1010】1 1）分析某热轧）分析某热轧）分析某热轧）分析某热轧HH型钢，进行平面外矫直之后的残余应力分布图；型钢，进行平面外矫直之后的残余应力分布图；型钢，进行平面外矫直之后的残余应
24、力分布图；型钢，进行平面外矫直之后的残余应力分布图；2 2）若将此）若将此）若将此）若将此HH型钢作为钢梁，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢梁，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢梁，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢梁，残余应力对其承载性能有何影响？3 3）若将此）若将此）若将此）若将此HH型钢作为钢柱，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢柱，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢柱，残余应力对其承载性能有何影响？型钢作为钢柱，残余应力对其承载性能有何影响？20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.5 钢
25、的各向异性钢的各向异性钢板钢板钢板钢板沿厚度方向沿厚度方向沿厚度方向沿厚度方向的性能最差的性能最差的性能最差的性能最差防止防止防止防止层间撕裂层间撕裂层间撕裂层间撕裂的方法：采用的方法：采用的方法：采用的方法：采用Z Z Z Z向钢向钢向钢向钢【思考思考思考思考1111】如图所示的梁柱如图所示的梁柱如图所示的梁柱如图所示的梁柱节点，柱翼缘较厚，和梁节点，柱翼缘较厚，和梁节点，柱翼缘较厚，和梁节点，柱翼缘较厚，和梁焊接的下翼缘处出现了层焊接的下翼缘处出现了层焊接的下翼缘处出现了层焊接的下翼缘处出现了层状撕裂。根据图片判断，状撕裂。根据图片判断，状撕裂。根据图片判断，状撕裂。根据图片判断，此破坏是
26、出现在地震作用此破坏是出现在地震作用此破坏是出现在地震作用此破坏是出现在地震作用下还是恒荷载作用下？下还是恒荷载作用下？下还是恒荷载作用下？下还是恒荷载作用下？20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.6 冷加工冷加工uu剪切：剪断边严重硬化剪切：剪断边严重硬化剪切：剪断边严重硬化剪切：剪断边严重硬化刨边，或焊接融化刨边，或焊接融化刨边，或焊接融化刨边，或焊接融化uu冲孔：孔壁严重硬化，甚至出现微裂纹冲孔：孔壁严重硬化，甚至出现微裂纹冲孔：孔壁严重硬化，甚至出现微裂纹冲孔：孔壁严重硬化，甚至出现微裂纹扩孔扩孔扩孔扩孔uu冷弯：弯角
27、处屈服点提高冷弯：弯角处屈服点提高冷弯：弯角处屈服点提高冷弯：弯角处屈服点提高20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.7 热加工热加工uu焊接焊接焊接焊接 热影响区热影响区热影响区热影响区过热区：晶粒粗大，强度硬度高，塑性韧性低过热区：晶粒粗大，强度硬度高，塑性韧性低过热区：晶粒粗大，强度硬度高，塑性韧性低过热区：晶粒粗大，强度硬度高，塑性韧性低正火区：强度、塑性、韧性都较高正火区：强度、塑性、韧性都较高正火区：强度、塑性、韧性都较高正火区：强度、塑性、韧性都较高部分重结晶区：晶粒粗细不均匀，力学性能较差部分重结晶区：晶粒粗细不
28、均匀，力学性能较差部分重结晶区：晶粒粗细不均匀，力学性能较差部分重结晶区：晶粒粗细不均匀，力学性能较差热影响区范围热影响区范围热影响区范围热影响区范围很小；对构件很小；对构件很小；对构件很小；对构件的总体力学性的总体力学性的总体力学性的总体力学性能影响不大能影响不大能影响不大能影响不大20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.7 热加工热加工uu焊接和火焰切割焊接和火焰切割焊接和火焰切割焊接和火焰切割 残余应力残余应力残余应力残余应力【思考思考思考思考1111】1 1）对对对对比比比比焰焰焰焰切切切切边边边边和和和和剪剪剪剪切切切
29、切边边边边的的的的焊焊焊焊接接接接HH型型型型钢钢钢钢截截截截面的残余应力图；面的残余应力图；面的残余应力图；面的残余应力图；2 2）若若若若将将将将此此此此HH型型型型钢钢钢钢作作作作为为为为轴轴轴轴心心心心受受受受压压压压构构构构件件件件，残残残残余余余余应应应应力力力力对对对对其其其其承承承承载载载载性性性性能能能能有有有有何影响？何影响？何影响？何影响？20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.8 多轴应力多轴应力单轴应力单轴应力单轴应力单轴应力多轴同号应力多轴同号应力多轴同号应力多轴同号应力多轴异号应力多轴异号应力多轴异
30、号应力多轴异号应力三向拉应力作用下钢材会变脆三向拉应力作用下钢材会变脆20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.9 加载速率加载速率uu加载速率增大，强度和塑性均有所提高。加载速率增大，强度和塑性均有所提高。加载速率增大，强度和塑性均有所提高。加载速率增大，强度和塑性均有所提高。 动本构动本构动本构动本构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素2.10 温度温度uu低温：低温：低温：低温：冷脆冷脆冷脆冷脆uu高温：强度降低，变软高温：强度降低，变软高温：强度降低，变软高
31、温：强度降低，变软uu拓展知识：铝合金低温下增强增韧！拓展知识：铝合金低温下增强增韧！拓展知识：铝合金低温下增强增韧！拓展知识：铝合金低温下增强增韧！第第3节节钢结构体系钢结构体系简介简介20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系桁架结构桁架结构 Truss（杆系）（杆系）框架结构框架结构 Frame（杆系）（杆系）网格结构网格结构 Space Grid Structure (杆系杆系)拱与拱架结构拱与拱架结构 Arch（曲杆）（曲杆）板式结构结构板式结构结构 Plate（板）（板）张拉结构张拉结构 Tension Structure3. 结构体系结构体系
32、20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.1 桁架桁架结构构平面桁架平面桁架3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系空间空间桁架桁架3. 结构体系结构体系3.1 桁架桁架结构构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：梁式结构，杆件以受轴力为主；主要特点：梁式结构，杆件以受轴力为主；主要荷载：垂直于桁架方向主要荷载：垂直于桁架方向传力体系：弦杆传递弯矩，腹杆传递剪力；传力体系：弦杆传递弯矩，腹杆传递剪力；3. 结构体系结构体系3.1 桁架桁架结
33、构构【案例案例案例案例0101】某屋架采用平面桁架结构体系：跨度某屋架采用平面桁架结构体系：跨度某屋架采用平面桁架结构体系：跨度某屋架采用平面桁架结构体系：跨度24m24m，柱距，柱距，柱距，柱距6m6m，已知恒，已知恒，已知恒，已知恒载为载为载为载为2 2；活载为；活载为；活载为；活载为2 2；材料采用；材料采用；材料采用；材料采用Q235Q235钢；钢；钢；钢；1 1）试对该桁架进行合理的选型；）试对该桁架进行合理的选型；）试对该桁架进行合理的选型；）试对该桁架进行合理的选型；2 2）试估算弦杆的轴力；估算腹杆的轴力；）试估算弦杆的轴力；估算腹杆的轴力；）试估算弦杆的轴力；估算腹杆的轴力；
34、）试估算弦杆的轴力；估算腹杆的轴力；3 3）画出计算简图，分析计算简图的不同对于计算结果的影响。）画出计算简图，分析计算简图的不同对于计算结果的影响。）画出计算简图，分析计算简图的不同对于计算结果的影响。）画出计算简图，分析计算简图的不同对于计算结果的影响。20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.2 框架框架结构构3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：梁受弯矩为主；柱压弯为主；主要特点：梁受弯矩为主；柱压弯为主；主要荷载：竖向力主要荷载：竖向力+水平力水平力传力体系：根据水平力
35、的传递分为带支撑框架和无支撑纯框架传力体系：根据水平力的传递分为带支撑框架和无支撑纯框架3. 结构体系结构体系3.2 框架框架结构构【案例案例案例案例0202】比较框架比较框架比较框架比较框架/ /排架排架排架排架/ /带支撑框架的抗侧刚度。带支撑框架的抗侧刚度。带支撑框架的抗侧刚度。带支撑框架的抗侧刚度。已已已已知知知知某某某某三三三三层层层层框框框框架架架架，钢钢钢钢柱柱柱柱截截截截面面面面采采采采用用用用HW200HW200，钢钢钢钢梁梁梁梁截截截截面面面面假假假假定定定定比比比比钢钢钢钢柱柱柱柱大大大大很很很很多多多多；支支支支撑撑撑撑截截截截面面面面为为为为D25D25圆圆圆圆钢钢钢
36、钢，试试试试比比比比较较较较右右右右图图图图3 3种种种种结结结结构构构构的的的的抗侧刚度。抗侧刚度。抗侧刚度。抗侧刚度。20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系3.3 网格网格结构构/空空间结构构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【案例案例03】某网架的分块安装某网架的分块安装3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：杆件以受轴力为主；主要特点：杆件以受轴力为主；主要荷载：竖向力主要荷载：竖向力+水平力水平力传力体系
37、：依靠结构的体型来达到传递荷载的最高效率。传力体系：依靠结构的体型来达到传递荷载的最高效率。3. 结构体系结构体系3.3 网格网格结构构/空空间结构构【案例案例案例案例0404】某复杂空间结构的传力路径分析某复杂空间结构的传力路径分析某复杂空间结构的传力路径分析某复杂空间结构的传力路径分析20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系3.4 拱拱结构构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：合理拱轴的构件以受轴力为主；弯矩较小主要特点：合理拱轴的构件以受轴力为主；弯矩较小主要荷载：竖向力主
38、要荷载：竖向力+水平力水平力3. 结构体系结构体系3.4 拱拱结构构【案例案例案例案例0505】某偏心拱桥的振动问题某偏心拱桥的振动问题某偏心拱桥的振动问题某偏心拱桥的振动问题20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.6 板式板式结构构3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：依靠板件承受荷载，应尽量使板件面内受力主要特点：依靠板件承受荷载，应尽量使板件面内受力重要注意：需保证板件的边缘刚度重要注意：需保证板件的边缘刚度3. 结构体系结构体系【案例案例案例案例0606】分析某破坏的污
39、水槽结构破坏的原因。分析某破坏的污水槽结构破坏的原因。分析某破坏的污水槽结构破坏的原因。分析某破坏的污水槽结构破坏的原因。3.6 板式板式结构构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系平面索桁架体系平面索桁架体系承重索承重索: : 形状形状下凹下凹 作用作用承受外荷载承受外荷载稳定索稳定索: : 形状形状上凸上凸 作用作用稳定结构体系稳定结构体系施加预应力后结构成形施加预应力后结构成形3.7 张拉拉结构构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系矩形平面中矩形平面中置置平面
40、索桁架平行布平面索桁架平行布20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系圆形平面中圆形平面中平面索桁架径向布置平面索桁架径向布置20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系单层预应力索网单层预应力索网由由两两组组相相互互正正交交且且曲曲率率相相反反的的索索组组成成, , 形形成成一一种种负负高高斯斯曲曲面面, , 有帐篷型和马鞍型两种。有帐篷型和马鞍型两种。帐篷形帐篷形马鞍形马鞍形20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系19961996年建造的美国亚特兰大奥运会的主体育馆，至今世界上跨年建造的美国亚特兰大奥运会的主体育馆，至今世界上跨度最大的索穹顶结构体育馆，平面呈椭圆形度最大的索穹顶结构体育馆，平面呈椭圆形(193m240m)(193m240m) 外观内景英国伦敦千年穹顶英国伦敦千年穹顶 为庆祝2000年新世纪而建，直径365m的索网用拉索牵挂在12根100m高的桅杆上，1mm厚的膜材连接在屋面上，是至今世界上跨度最大的索膜结构。张拉结构张拉结构索膜结构索膜结构谢谢谢谢
