钢结构PPT课件.ppt

1 钢结构 SteelStructures 钢结构设计原理 DesignPrincipleofSteelStructures 钢结构设计 DesignofSteelStructures 2 课程内容 Contents 第一章绪论 Introduction 第二章钢结构的材料 Steelmaterials 第三章连接 SteelConnections 第四章受弯构件的计算原理 DesignPrinciplesofSteelBeams Girders 第五章梁的设计 DesignofSteelBeamsandGrirders 第六章轴心受力构件 AxiallyLoadedMembers 第七章拉弯 压弯构件 Beam Columns 第八章节点设计原理 DesignofConnections 第九章单层厂房钢结构 Single Storeyindustrialsteelstructures 第十章钢结构的塑性设计和抗震设计 PlasticDesignandAnti earthquakeDesign 附录 Appendix 3 课程的教学目标 Teachingobjectives 掌握钢结构的特点 材料及构件的基本力学性能概念 Propertiesofsteelstructure Essentialconceptsonmechanicsofsteelmaterialsandmembers 掌握钢结构设计的基本原理 基本构造 及设计的基本技能 Basicdesignprinciplesofsteelstructure constructionanddesignskills 具有正确选择结构钢材及基本构件和连接的能力 Abilitytoselectapproxiamatestructuralsteel members elements andconnections 学会钢屋架等结构的设计和施工图的绘制 Designofsteelrooftrussandconstructiondrawing 4 第一章绪论 Introduction 1 1钢结构发展简史 StateoftheArtofSteelStructures 1 2钢结构的特点及应用 CharacteristicsandApplicationsofSteelStructures 1 3钢结构的设计方法 DesignmethodofSteelStructures 1 4钢结构的新发展 RecentDevelopmentofSteelStructures 5 本章学习要点 Keypoints 了解钢结构课程的性质 内容和要求 发展概况 理解钢结构的特点和合理应用范围 Tounderstandthefunction contentandtherequirementsofthiscourseaswellasitsdevelopment toknowthepropertiesofsteelstructureanditsrightuse 6 1 1钢结构发展简史 StateoftheArtofSteelStructures 国内 China 古代领先 近现代落后国外 Overseas 工业革命前 铸铁建桥工业革命后 锻铁结构十九世纪六 七十年代 结构钢材二十世纪 焊接技术和高强度螺栓出现后 7 兰津桥 霁虹桥 LanjinBridge 泸定桥 LudingBridge 玉泉寺铁塔 IrontowerinYuquanTemple 8 Clifton Conway 9 工业革命及其后的钢铁时代钢结构开始用于解决建筑结构难题 这一时期产生了在世界上具有重大影响意义的代表性钢结构建筑 水晶宫 艾菲尔铁塔 巴黎博览会机械馆 以及 芝加哥家庭保险大厦 SteelstructurewasusedtoslovearchitechturalandstructuralproblemsintheSteelAgeformedinandaftertheIndustrialRevolution duringwhichtheworld srepresentativesteelstructurewasbuiltsuchastheCrystalPalace 10 伦敦的 水晶宫 建于1851年 它是英国工业革命时期的最具有代表性的建筑 11 水晶宫内景 12 艾菲尔铁塔 居斯塔夫 埃菲尔设计 1889 位于巴黎市中心塞纳河左岸的战神校场上 13 巴黎博览会机械馆 采用钢结构制作三铰拱体系 钢结构跨度115米 长420米 馆内大厅中央不设柱子 机械馆内具有非常大的室内空间 14 第一座依照现代钢结构框架结构设计原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大厦 1883 1885 WilliamLeBaronJenney 共十层 这是真正意义上世界上建造的第一座钢结构大厦 15 芝加哥家庭保险公司大厦 HomeInsuranceBuilding 16 1 2钢结构的特点及应用 CharacteristicandApplication 1 2 1钢结构的特点 Characteristics 强度高 结构重量轻 highstrength highstrength weightratio 材质均匀 Homegenneousofmaterial 且塑性和韧性好 最符合一般工程力学假定 Excellentplastityandtoughness 良好的加工性能和焊接性能 Convenienttomanufactureandconnecting 密封性好 Tightsealing 钢材的可重复使用性 Recyclable 耐热不耐火 fire resistance 200 兰脆 500 600 强度几乎为零防火处理 Fireprotection 防火涂料 蛭石板 蛭石喷涂 石膏板等耐腐蚀性差 weakcorrosionresistance 低温冷脆 Brittlefractureatlowtemperature 钢结构制造简便 施工周期短 Easytofabricationanderection shortenconstructionperiod 17 1 2钢结构的特点及应用 CharacteristicsandApplications 1 2 2钢结构的应用 Applications 1 大跨结构 Spacestructures 2 工业厂房 Industrialsteelstructures 3 受动力荷载影响的结构 Underdynamicloads 4 多层 高层建筑 Multi storeyandHigh riseSteelStructures 5 高耸结构 High risestructures 6 可拆卸的结构 Detachableconstructions 7 容器和其他构筑物 Vesselsetal 8 轻型钢结构 Lightsteelstructures 9 钢和混凝土的组合结构 Steel concretecompositestructures 18 浦东机场PudongAirport 19 国家鸟巢体育馆 20 21 北京植物园展览温室 22 钢架结构蛋 23 重型厂房结构 西安变压器厂 400t吊车 24 高层建筑结构按高度可分为 Categorizedaccodingtoheightness 低层建筑 low risebuilding 2层以下多层建筑 multi storeybuilding 8层以下 目前以12层为限 高层建筑 high risebuilding 9层以上 12层以上 超高层建筑 superhigh risebuilding 200m以上由于高层建筑的发展 被列为高层建筑的标准也在提高 80年代前 凡是9层以上的建筑物就被称为高层建筑 而目前 接近20层的称为中高层建筑 30层左右而接近100m的称为高层建筑 而50层左右 高度为200M以上的称为超高层建筑 25 施工中的上海中福城钢结构住宅Residentialsteelstructuresinconstruction 26 施工中的杭州庆春大厦 钢 混凝土组合结构 27 压型钢板混凝土叠合板构造 Cold formedsteeldeck 28 台北101大楼 TaiBei101building 建成于2003年11月 101层 508m高 采用钢 混凝土混合结构 为多功能建筑 总高度世界第一 29 电梯速度世界最快4部直达电梯从1楼到89楼观景台只需39秒 时速高达60公里 防火性能最好 Highqualityfireproofing 8根巨大钢柱里灌入的1万磅防火混凝土及封闭式逃生设计 发生火灾时可以支撑3个小时让高层民众安全脱险 101与帝国大厦对比 30 马来西亚吉隆坡双塔大厦 TwinstowersofNationaloilcompany 建成于1997年 88层 高度452m 为钢 混凝土混合结构 办公楼 总高度为世界第二 31 芝加哥西尔斯大厦 建成于1974年 110层 443m高 采用钢结构建造 办公楼 总高度为世界第三 32 纽约世界贸易中心 WTC 北楼建成于1972年 417m高 南楼建成于1973年 415m高 均为110层 均采用钢结构 为办公楼 世界排名分别为第五 第六 33 深圳地王大厦 建成于1996年 69层 384m高 采用钢管混凝土柱作为竖向承重构件 34 芝加哥约翰汉 考克中心 建成于1969年 100层 344m高 采用钢结构建造 为办公用楼 35 香港中国银行大厦 ChinaBankbuilding 建成于1990年 72层 369m高 为钢 混凝土混合结构 为办公楼 36 迪拜的BurjAl Arab 阿拉伯塔 酒店 世界上唯一的七星级酒店 37 豪华程度令人叹为观止 酒店建在海滨的一个人工岛上 是一个帆船形的塔状建筑 一共有56层 321米高 由英国设计师W S Atkins设计 酒店采用双层膜结构建筑形式 造型轻盈 飘逸 具有很强的膜结构特点及现代风格 它拥有202套复式客房 200米高的可以俯瞰迪拜全城的餐厅以及世界上最高的中庭 到过这里之后 你才能真正体会到什么叫做 金碧辉煌 它的中庭是金灿灿的 它的最豪华的780平方米的总统套房也是金灿灿的 客房面积从170平方米到780平方米不等 最低房价也要900美元 最高的总统套房则要18000美元 38 东方明珠电视塔 高耸结构 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 她于1991年3月开始建造 1994年11月完工 总重量达12万吨 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 39 轻型钢结构 Lightsteelstructures Portalframedstructure 40 41 42 北京玫瑰圆某别墅施工情况 43 44 容器和其他构筑物 TankandVessel 陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐 大连西太平洋石化有限公司1500立方米CF 62钢球罐 45 1 3钢结构的设计方法 Designmethodofsteelstructures 1 3 1概率极限状态设计法 Probabilisticlimitstatedesignmethod 1 3 2结构内力的分析方法 StructuralAnalysis 1 一阶弹性分析 First orderelasticanalysis 2 框架结构的二阶弹性分析 Second orderelasticanalysis 46 1 4钢结构的新发展 RecentDevelopmentofSteelStructures 1 4 1结构用钢的新发展 Structuralsteel 1 4 2新型结构体系的应用和发展 Newstructuralsystems 1 4 3设计方法的发展 Improvementofdesignprinciples 47 1 4钢结构的新发展 RecentDevelopmentofSteelStructures 1 4 1结构用钢的新发展 Structuresteel 1 高性能钢材 高强度 塑性和韧性 低屈服点钢 耐火和耐候等 highstrength plasticity toughness lowyieldpoint 2 更合理的型钢截面有H型钢和T型钢 reasonablesteelshapes 可直接用作梁 柱或屋架杆件 使制造简便 工期缩短 已列入我国钢结构构件设计规范 压型钢板也是一种新材料 在组合楼板中可兼作施工模板使用 大大缩短施工周期 48 1 4 2新型结构体系的应用和发展 Newstructuralsystems 新技术 新结构的应用 在减轻结构自重 节约钢材方面有很大作用 为大跨度结构 高层 超高层结构的发展奠定了基础 如平板网架结构 网壳结构 薄壁型钢结构 悬索结构 预应力钢结构及钢与混凝土组合构件等的研究和应用 49 1 4 3设计方法的新发展 designmethod 从构件 members 整体 wholestructures 从弹性 elastic 弹塑性 elasto plastic 计算手段的改进 improvementofanalysis 50 如何学好 钢结构设计原理 这门课 Howtolearnthissubject 51 钢结构的特点 Characteristics 钢结构的建造过程和内在缺陷 Construction defectsandimperfection 建筑钢结构事故分类 Accidentanddisasterclassification 52 钢结构的特点 Characteristics 强度高 结构重量轻 highstrength highstrength weightratio 材质均匀 Homegenneousofmaterial 且塑性和韧性好 最符合一般工程力学假定 Excellentplastityandtoughness 良好的加工性能和焊接性能 Convenienttomanufactureandconnecting 密封性好 Tightsealing 钢材的可重复使用性 Recyclable 耐热不耐火 fire resistance 200 兰脆 500 600 强度几乎为零防火处理 Fireprotection 防火涂料 蛭石板 蛭石喷涂 石膏板等耐腐蚀性差 weakcorrosionresistance 低温冷脆 Brittlefractureatlowtemperature 钢结构制造简便 施工周期短 Easytofabricationanderection shortenconstructionperiod 53 钢结构的建造过程和内在缺陷 constructions defectsandimperfection 钢结构的建造过程 Construction 1 工厂制造 Manufacture 验收 放样 加工 装配 矫正 除锈和涂漆2 工地安装 Fabricationanderection 扩大拼装 吊装就位 临时固定 最后固定钢结构的初始缺陷1 几何缺陷 Geometricimperfection 初弯曲初倾斜杆件长度误差2 材料缺陷 Material sdefects 钢材并非理想的匀质体和各向同性体 54 建筑钢结构事故分类 Accidentanddisaster 1 钢结构承载力和刚度的失效 Failureofstrengthandstiffness 承载力失效 强度指标不合格 连接强度不满足要求 使用荷载和条件的改变 刚度失效 结构或构件的刚度不满足设计要求 结构支撑体系不够 2 钢结构的失稳 Outofstability 整体稳定的原因 设计不满足 构件的各类初始缺陷 构件受力条件的改变 施工临时支撑体系不够 局部稳定的原因 构件局部稳定不满足 局部加劲构造措施不合理 吊装时吊点位置选择不当 3 钢结构的疲劳破坏 Fatiguefailure 钢材疲劳性能差 结构或构件有较大的应力集中 加工制造缺陷 4 钢结构的脆性断裂 BrittleFracture 钢材的抗脆断性能差 加工制造缺陷 应力集中和应力状态 构件的尺寸 低温和动载 5 钢结构的腐蚀破坏 Corrosion 55 56 钢结构安装图片1 Installationandfixing 57 钢结构安装图片2 Welding 58 钢结构安装图片3 Weldingandfixing 59 钢结构安装图片4 Boltedconnection 60 韩国桑苏大桥瞬间倒塌 61 62 63 雪灾后厂房倒塌 Collapseofaindustrialsteelstructureduetooverloadsofsnow 64 65 某厂房安装时倒塌 Collapseduringconstruction 66 某厂房吊装过程 Aportalframeduringhoisting 67 68 69 70 某煤棚倒塌事故 Collapseofaspacetrussstructure 71 72 1943年美国T 2油轮发生断裂 T 2oiltankerbrokeintotwopartsduetobrittlefracture 建造中的Titanic号 可以看到船身上长长的焊缝 Titanicinconstruction longweldscanbeseenonthehull 73 Titanic号钢板 左图 和近代船用钢板 右图 的冲击试验结果 Impacttest 74 WTC1CollapseInitiatedat10 28a m 2001TimMainandMikeBallou 2001TimMainandMikeBallou 2001TimMainandMikeBallou Floor98 Floor98 8 46 10 28 世贸双塔倒塌事故 75 WTC2Collapseat9 59a m WTC2tiltedtotheeastandsouth