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钢结构 钢结构的含义 钢结构工程是以钢材制作为主的结构 是主要的建筑结构类型之一 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一 中国是最早用铁制造承重结构的国家 远在秦始皇时代 公元前246 219年 就已经用铁做简单的承重结构 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构 公元3 6世纪 聪明勤劳的中国人民就用铁链修建铁索悬桥 著名的四川泸定大渡河铁索桥 云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是中国早期铁体承重结构的例子 碳素结构钢的牌号由字母q 屈服强度数值 质量等级代号 脱氧方法代号四个部分组成 屈服点数值有195 215 235 275 质量等级代号有a b c d 表示质量由高到低 脱氧方法代号有f z tz 分别表示沸腾钢 镇静钢 特殊镇静钢 例 q235a代表屈服强度为235n mm a级 镇静钢 低合金高强度结构钢均为镇静钢或特殊镇静钢 所以牌号只有q 屈服点数值 质量等级三部分 屈服点数值有295 345 390 420 460 质量等级有a到e五个级别 低合金高强度结构钢的a b级属于镇静钢 c d e级属于特殊镇静钢 例 q345e代表屈服点为345n mm 的e级低合金高强度结构钢 钢结构采用的型材有 1 热轧钢板2 热轧型钢3 冷弯薄壁型钢 热轧钢板分厚板 薄板和扁钢 钢板用符号 后加 厚 宽 长 mm 表示 例如 12 800 2100 热轧型钢有角钢 工字钢 槽钢 h型钢 部分t型钢 钢管 冷弯薄壁型材是由薄钢板经冷弯或模压而成型的 其中 a j 称为冷弯薄壁型钢 主要用于跨度小 荷载轻的结构 k 称为压型钢板 主要用于维护结构 屋面等 建筑钢材的力学性能 建筑钢材的力学性能是衡量钢材质量的重要指标 包括强度 塑性 冷弯性能 冲击韧性 1 强度 强度是钢材的基本力学性能指标 2 塑性性能 伸长率是衡量钢材塑性的和总要指标 伸长率是指断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比 取5d或10d为标定长度 3 冷弯性能 冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力的钢材质量的综合指标 4 冲击性能 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力 韧性是钢材强度和塑性的综合指标 钢结构的连接方法 焊缝连接 焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法 其优点是构造简单 加工方便 节约钢材 连接的刚度大 密封性能好 易于采用自动化作业 但焊缝连接会产生残余应力和残余变形 且连接的韧性和塑性较差 螺栓连接 螺栓连接课分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种 前者靠螺栓杆承压和抗剪来传递剪力 后者主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力 铆钉连接 铆钉连接是先将铆钉烧到1000 左右 将钉杆插入直径比钉杆打1 1 5mm左右的被连接杆件的钉孔中 然后用风动铆钉枪或油压铆钉机趁热先镦粗杆身 填满钉孔 再将杆端锻打成半球形封闭钉头 铆钉连接费工费料 在房屋建筑中已基本不采用 钢结构基本构件 钢结构杆件按受力特征可分为 轴心受力构件受弯构件偏心受力构件 轴心受力构件1 轴心受力构件根据截面形式可分为实腹式和格构式 实腹式构件的截面是一个连续的平面集合体 其截面可以是单一的型钢截面 也可以是钢板 型钢拼接而成的整体连续截面 轴心受力构件2 格构式构件是由几个独立的肢件用缀材连成整体的一种构件 肢件通常为槽钢 工字钢或h型钢 用缀材把它们练成整体 以保证各肢件能共同工作 缀材分缀条和缀板两种 相应的格构式构件也分为缀条式和缀板式两种 受弯构件 受弯构件主要是指承受横向荷载而受弯的实腹钢构件 即钢梁 简支梁 按支承情况 连续梁 应用较少 热轧型钢梁悬臂梁 应用较少 型钢梁 按截面形式 冷弯薄壁型钢梁组合梁单向受弯梁 按受力情况 双向受弯梁 偏心受力构件 偏心受力构件可分为偏心受拉构件 拉弯构件 和偏心受压构件 压弯构件 两种 拉弯构件 轴心拉力和弯矩共同作用下的构件 实际工程中 钢屋架下弦当节点之间有横向荷载作用时 即视为拉弯构件 压弯构件 轴心压力和弯矩共同作用下的构件 有节间荷载作用的屋架上弦杆 框架柱等都属于压弯构件 一些受力构件例图 轻钢屋盖 轻钢屋盖一般是指采用轻型屋面和轻型钢屋架而形成的屋盖结构 轻钢屋盖结构的用钢量一般为8 15kg m 接近于相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量 且能节约大量的木材 水泥及其他建筑材料 与普通钢屋盖结构相比 经济效果好 因此被广泛应用于跨度不大 18mm 吊车起重量不大的工业与民用房屋中 轻型屋面 轻型钢结构屋面 多采用轻质 高强 耐火 保温 隔热 抗震 及防水性能好的建筑材料 同时要求构造简单 施工方便 并能工业化生产 实际工程中 轻型钢结构采用的屋面有压型钢板 发泡水泥复合板 太空板 grc板 石棉水泥波形瓦 加气混凝土屋面板 瓦楞铁等 常用的是压型钢板 瓦楞铁 石棉水泥波形瓦 轻型钢屋架 轻型钢屋架包括用圆钢 小角钢组成的屋架和薄壁型钢屋架 其形式有三角形屋架 三绞拱屋架 棱形屋架以及平坡梯形钢屋架 同时钢屋盖也可根据屋面结构布置情况的不同 分为无檩体系屋盖和有檩体系屋盖 确定屋架外形的原则 1 确定屋架外形应符合适用 受力合理 经济和施工方便等原则 2 从受力角度出发 屋架外形应尽量与弯矩图相近 以使弦杆受力均匀 3 从施工角度出发 屋架杆件的数量和品种规格应尽可能少 在用钢量增加不多的原则下 力求尺寸统一 构造简单 以便制造 腹杆与弦杆轴线间的夹角一般在30 到60 之间 最好在45 左右 以使节点紧凑 屋架上弦的坡度须适合屋面的排水要求 世界著名钢结构建筑 太空针塔的高度有605英尺 离地面五百二十英尺高度的瞭望台和旋转餐厅能提供俯看西雅图360度的全景 太空针塔塔高184米 最宽处宽度为42米 总重9 550吨 它可以承受每小时320公里的风力和9 1级的地震 且有25支避雷针来抵挡电击 西雅图太空针塔 密苏里州圣路易斯的盖特威拱门 这是美国最高的独自挺立的纪念碑 这座闪闪发光的用钢制成的圆弧造型 拔地而起 有将近200米高 跨度也是将近200米 和高度完全一样 圣路易斯大拱门 吉隆坡双子塔是马来西亚石油公司的综合办公大楼 也是游客从云端俯视吉隆坡的好地方 高88层 在第40 41层之间有一座天桥 是当今世界名冠第一的超级建筑 它以451 9米的高度打破了美国芝加哥希尔斯大楼保持了22年的最高记录 成为当今世界独一无二的巨型建筑 吉隆坡石油双塔 10个馆均为三维立体声音响效果 共有1 800个座席 首尔世界杯体育场的设计采用了韩国传统的风筝模样 能同时容纳6万多人观看比赛 赛场两侧设有大屏幕 同步传递现场比赛的画面 球场内的绿色草坪即使在冬天也不会变色 球场附近还有和平公园 兰芝川公园 晚霞公园等5个主题公园 总面积达105万坪 首尔世界杯体育场 鹿特丹港是世界上主要的集装箱港口之一 现在 鹿特丹港已成为欧洲最大的集装箱码头 它的装卸过程完全用电脑控制 码头上各种集装箱井井有条地堆放在一起 1982年它就可装卸216万标准箱 超过了纽约港的190万箱 现在鹿特丹集装箱装卸量已超过320万箱 鹿特丹港 埃菲尔铁塔从1887年起建 分为三楼 分别在离地面57 6米 115 7米和276 1米处 其中一 二楼设有餐厅 第三楼建有观景台 从塔座到塔顶共有1711级阶梯 共用去钢铁7000吨 12000个金属部件 259万只铆钉 极为壮观 埃菲尔铁塔 悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片 耸立在南北长186米 东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上 第一组壳片在地段西侧 内部是大音乐厅 第二组在地段东侧 与第一组大致平行 形式相同而规模略歌剧厅 第三组在它们的西南方 规模最小 里面是餐厅 整个建筑群的入口在南端 有宽97米的大台阶 悉尼歌剧院 东京铁塔诞生以前 世界上第一高塔是法国巴黎的埃菲尔铁塔 但东京铁塔超过它13公尺 高达333米 而所使用的建筑材料却只有艾菲尔铁塔的一半 造塔费时一年半 还不到艾菲尔铁塔施工时间的三分之一 用这样少的材料和这样短的时间 平地竖起这座防台风 抗地震的庞然大物 震惊了全世界 东京铁塔 国家体育场工程为特级体育建筑 大型体育场馆 主体结构设计使用年限100年 耐火等级为一级 抗震设防裂度8度 地下工程防水等级1级 工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形 南北长333米 钢结构总用钢量为4 2万吨 混凝土看台分为上 中 下三层 看台混凝土结构为地下1层 地上7层的钢筋混