钢结构设计课件第一章绪论.pdf

钢结构钢结构钢结构钢结构 主讲教师：石永久主讲教师：石永久主讲教师：石永久主讲教师：石永久 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 第一节第一节第一节第一节 钢结构特点与应用钢结构特点与应用钢结构特点与应用钢结构特点与应用 一、什么是钢结构一、什么是钢结构 钢结构是钢材经过钢结构是钢材经过设计设计、制作制作 和和安装安装而形成的工程结构形式而形成的工程结构形式 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 二、钢结构的特点二、钢结构的特点 材质均匀，可靠性高 强度高，重量轻 材质均匀，可靠性高 强度高，重量轻 塑性韧性、抗震性能好 便于机械化制造，施工期短 可回收，建筑造型美观 耐火性和耐腐蚀性差 塑性韧性、抗震性能好 便于机械化制造，施工期短 可回收，建筑造型美观 耐火性和耐腐蚀性差 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 三、钢结构的应用范围三、钢结构的应用范围 （1）工业厂房（1）工业厂房 钢铁、化工、机械、发电钢铁、化工、机械、发电 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （2）大跨度建筑物（2）大跨度建筑物 体育馆、展览馆、影剧院、 会议中心、机库 体育馆、展览馆、影剧院、 会议中心、机库 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （3）大跨度桥梁（3）大跨度桥梁 公路，铁路，跨江，跨海公路，铁路，跨江，跨海 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （4）多层和高层建筑（4）多层和高层建筑 京广、地王、金茂京广、地王、金茂 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （5）塔桅结构（5）塔桅结构 电视塔、天线、发射架、管道支架电视塔、天线、发射架、管道支架 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （6）容器和管道（6）容器和管道 油罐、储气罐油罐、储气罐 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （7）可拆卸、移动的结构（7）可拆卸、移动的结构 舞台、展棚、军用设施、温室舞台、展棚、军用设施、温室 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （8）轻型结构（8）轻型结构 厂房、住宅、公共建筑厂房、住宅、公共建筑 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （9）在地震区抗震要求高的工程结构（9）在地震区抗震要求高的工程结构 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （10）海洋平台（10）海洋平台 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 三、钢结构体系三、钢结构体系 杆：杆：受拉,受压受拉,受压，桁架、支撑、网架，桁架、支撑、网架 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 梁：梁：受弯受弯，框架、楼层梁，框架、楼层梁 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 桁架：桁架：整体受弯整体受弯，杆件受拉，受压杆件受拉，受压，屋架、支撑，屋架、支撑 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 框架：框架：梁受弯，柱受压弯梁受弯，柱受压弯，单层、多高层建筑，单层、多高层建筑 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 拱：拱：受压为主，局部受弯受压为主，局部受弯，桁架拱、薄板拱，桁架拱、薄板拱 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 空间（刚性）：空间（刚性）：网架，网壳，拱壳，网架，网壳，拱壳，整体受弯，局部受拉压整体受弯，局部受拉压 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 张力(非线性）：张力(非线性）：索，网，膜，索，网，膜，整体受弯，局部杆件受拉为主整体受弯，局部杆件受拉为主 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 四、我国钢结构的应用前景四、我国钢结构的应用前景 （1）我国钢产量1亿多吨，质量可靠； （2）扩大钢材建筑市场：目前仅5%(500万吨左右)； （1）我国钢产量1亿多吨，质量可靠； （2）扩大钢材建筑市场：目前仅5%(500万吨左右)； 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （3）扩大应用范围：住宅、公共、商业； （4）开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强 钢； （3）扩大应用范围：住宅、公共、商业； （4）开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强 钢； 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （5）新体系、新理论：组合结构，预应力，索膜； （6）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑。 （5）新体系、新理论：组合结构，预应力，索膜； （6）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 理论基础+工程经验 复杂结构分解成单个构件， 构件间连接 理论基础+工程经验 复杂结构分解成单个构件， 构件间连接 整体结构分析整体结构分析结构力学为基础 单个构件分析 结构力学为基础 单个构件分析材料力学为基础 连接分析 材料力学为基础 连接分析结合工程实际结合工程实际 五、钢结构基本内容五、钢结构基本内容 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 钢结构(i)钢结构(i)钢结构的基本构件钢结构的基本构件 钢结构的材料 钢结构的连接 轴心受力构件（杆） 钢结构的材料 钢结构的连接 轴心受力构件（杆） 受弯构件（梁） 拉弯和压弯构件（柱） 节点构造 受弯构件（梁） 拉弯和压弯构件（柱） 节点构造 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 钢结构(ii)钢结构(ii)钢结构工程钢结构工程 单层厂房钢结构（轻钢） 大跨房屋钢结构 多高层房屋钢结构 钢结构制作和安装 单层厂房钢结构（轻钢） 大跨房屋钢结构 多高层房屋钢结构 钢结构制作和安装 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 七、考核方式七、考核方式 出勤和课堂讨论出勤和课堂讨论10% 每章作业 10% 每章作业20% 大作业和测验 20% 大作业和测验20% 期末考试 20% 期末考试50%50% 六、预备知识六、预备知识 高等数学，材料力学，结构力学高等数学，材料力学，结构力学 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 八、教学计划八、教学计划 绪论绪论3学时 结构钢材 3学时 结构钢材3学时 连接 3学时 连接8学时 轴心受压构件 8学时 轴心受压构件8学时 受弯构件 8学时 受弯构件10学时 拉弯和压弯构件 10学时 拉弯和压弯构件8学时 节点构造 8学时 节点构造6学时 课程总结 6学时 课程总结2学时2学时 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 第二节第二节第二节第二节 钢结构设计基本方法钢结构设计基本方法钢结构设计基本方法钢结构设计基本方法 一、结构设计的原则一、结构设计的原则 1、目标1、目标 （1）承受各种作用，满足功能要求； （ ）承受各种作用，满足功能要求； （2）技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。）技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （2）荷载 恒载 ）荷载 恒载(g)，活载，活载(q)，风载，风载(w) 静载，动载，温度静载，动载，温度, 沉降，地 震，可变作用，永久作用。 （ 沉降，地 震，可变作用，永久作用。 （1）使结构产生内力和变形）使结构产生内力和变形, 作用效应，外部因素；作用效应，外部因素； 2、作用（s）2、作用（s） 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 3、抗力（r）3、抗力（r） （1）结构承受作用的能力，结构特性； （ ）结构承受作用的能力，结构特性； （2）与结构形式、尺寸、材料性能有关。）与结构形式、尺寸、材料性能有关。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 4、功能4、功能 （1）设计基准期内（一般50年）， （ ）设计基准期内（一般50年）， （2）安全性(）安全性(s0，或，或rs，安全状态；，安全状态； z0，或，或rs，失效状态；，失效状态； z=0，或，或r=s，极限状态，极限状态 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （2）承载能力极限状态 不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆； ）承载能力极限状态 不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆； 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （3）正常使用极限状态 不发生过大变形、振动、裂缝。 ）正常使用极限状态 不发生过大变形、振动、裂缝。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 7、随机变量7、随机变量 作用、作用效应和抗力随机分布；标准值，设计值。作用、作用效应和抗力随机分布；标准值，设计值。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 8、可靠度指标（8、可靠度指标（=3.2） 可靠概率（可靠概率（ps），失效概率（），失效概率（pf）， 校准法 ）， 校准法, 计算复杂。计算复杂。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 9、结构安全等级9、结构安全等级 结构重要性分三级 （重要、一般、次要）。 结构重要性分三级 （重要、一般、次要）。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 二、设计表达式二、设计表达式 1、统计变量：1、统计变量： 标准值，设计值，分项系数； 恒载 标准值，设计值，分项系数； 恒载sg=gsgk；活载活载sq=qsqk； 抗力抗力r=rk/r 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 2、荷载组合：2、荷载组合： 承载能力极限状态 正常使用极限状态 设计基准期内最不利组合 承载能力极限状态 正常使用极限状态 设计基准期内最不利组合 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 3、一般表达式（承载能力极限状态）：3、一般表达式（承载能力极限状态）： g=1.2；q=1.4；r=1.1 rk 2 qikqciq1kq1gko /)sss(r n i ig + = fafar k r kk rk /= ci为荷载组合系数；为荷载组合系数； ak为结构几何特性；为结构几何特性； f为材料强度设计值。为材料强度设计值。 o为结构重要性系数，为结构重要性系数， o=1.1(一级一级)；o=1.0 (二级二级)； o=0.9 (三 级 三 级)； 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 4、框架结构：4、框架结构： 承载能力极限状态 正常使用极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态 fa n i ig + = k 1 qikqgko / )ss( / )s(s k 1 qikgk + = a n i 有风载参与组合时有风载参与组合时 =0.85； 为限制值（变形、刚度）为限制值（变形、刚度） 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 三、结构设计规范三、结构设计规范 碳 素 结 构 钢碳 素 结 构 钢 (gb700-88), 低 合 金 高 强 度 结 构 钢低 合 金 高 强 度 结 构 钢 (gb/t1591-94)：材料性能指标；材料性能指标； 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(gb50009-2001)：活载、风载、 雪载标准值、材料自重 活载、风载、 雪载标准值、材料自重(实测统计值实测统计值)； 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(gb50011-2001)：地震烈度、 地震作用标准值计算、抗震设计； 地震烈度、 地震作用标准值计算、抗震设计； 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 钢结构设计规范钢结构设计规范(gbj17-88)：热轧和焊接结构，热轧和焊接结构，材料强 度、构件设计、连接设计、构造要求； 材料强 度、构件设计、连接设计、构造要求； 冷弯薄壁型钢结构技术规范冷弯薄壁型钢结构技术规范(gb50018-2002)：冷弯薄壁 结构， 冷弯薄壁 结构，材料强度、构件设计、连接设计、构造要求；材料强度、构件设计、连接设计、构造要求； 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范(gb50205-2001)：制作、 安装工艺和质量控制要求； 制作、 安装工艺和质量控制要求； 钢结构工程质量检验评定标准钢结构工程质量检验评定标准(gb50221-95)：制作和安 装质量、精度指标； 制作和安 装质量、精度指标； 正常设计、正常施工、正常使用、正常维护。正常设计、正常施工、正常使用、正常维护。 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 四、钢结构设计基本过程四、钢结构设计基本过程 1、结构方案：、结构方案：结构体系，材料，构件布置；结构体系，材料，构件布置； 2、荷载计算：、荷载计算：恒、活、风、雪、吊车、地震等；恒、活、风、雪、吊车、地震等； 3、荷载组合：、荷载组合：恒恒+活、恒活、恒+活活+风、恒风、恒+活活+地震等，地震和风 作用的方向，吊车不同的位置； 地震等，地震和风 作用