钢结构基本概念与材料ppt课件.ppt

结构设计原理 钢结构基本概念与材料 钢结构的发展钢结构概述与材料 国家体育馆 2008奥运会国家体育场 鸟巢 水立方 钢结构的应用实例 双塔双索面钢箱梁斜拉桥 总长8206米 斜拉桥主孔跨度1088米 列世界第一 主塔高度300 4米 列世界第一 斜拉索的长度577米 列世界第一 群桩基础平面尺寸113 75米 48 1米 列世界第一 苏通大桥 2钢结构概述 由钢板 热轧型钢 冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制成的工程结构称之为钢结构 钢结构的特点 钢结构的应用范围 钢结构的组成原理 建筑钢材的类别及选用 钢材的规格 2 1钢结构的特点 1 钢材强度高 塑性和韧性好 Ec 2 2 3 8 104N mm2砼fc 10 80 N mm2 Es 2 0 105N mm2Q235钢fy 235N mm2 塑性 钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能 塑性指标 包括伸长率和断面收缩率 断面收缩率 伸长率 试验测定方法 把标准试件 具有特定缺口的试件 置于冲击试验机的支座上 用摆锤打断试件 以破坏试件时每单位面积上所消耗的能量作为材料的冲击韧性指标 韧性 材料在冲击断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力 反映结构对动力荷载的适应能力 主要杂质对钢的塑性 韧性的影响 硫在固溶体中的溶解度极小 在钢中常以FeS的形式存在 FeS与Fe形成低熔点 约985 共晶体 当钢在800 1200 进行锻造时 会因晶体发生熔化而开裂 呈热脆性 磷可溶于铁素体 使钢的强度 硬度提高 但使其塑性 韧性显著降低 尤其在低温时更为严重 呈冷脆性 氮可溶于铁素体 当钢快冷后再200 250 加热时 会有氮化物析出 降低钢的塑性 韧性 使钢呈现时效脆性 蓝脆性 氧在钢中形成FeO 与FeS可形成低熔点 约930 共晶体 会加剧钢的热脆性 2 材质均匀内部微观组织均匀 各向同性 最符合材料力学和结构力学的基本假定 所以钢结构的实际受力情况与计算结果最吻合 精度可达5 左右 3 制造简便 施工周期短钢结构的建造过程 工厂制造 工地安装制作 安装简便 施工精度高 工期短 符合工业化要求 可以降低造价 节省投资 提高经济效益和资金周转率 4 质量轻a 容重 屈服强度 a越小 结构就越轻 钢材 a 1 7 3 7 10 4 m 钢砼 a 18 10 4 m 木材 a 5 4 10 4 m 当跨度和荷载相同时 普通钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架重量的1 4 1 3 特别适用于跨度大 建筑物高 荷载重的结构 2 1钢结构的特点 6 钢结构耐热 但不耐火耐热性能说明 温度300 时 钢材的屈服点和极限强度急剧下降 温度到达600 左右时 强度接近于零 耐火性能说明 但当结构表面长期受辐射热达150 以上或在短时间内可能受到火焰作用时 须采用隔热和防火措施 5 钢材耐腐蚀性差耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质 大气 水蒸气 有害气体 酸 碱 盐等 腐蚀作用的能力 全世界因锈蚀每年损失的钢材大约为当年钢产量的10 除锈 涂漆或镀锌 定期维护 2钢结构概述 由钢板 热轧型钢 冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制成的工程结构称之为钢结构 钢结构的特点 钢结构的应用范围 钢结构的组成原理 建筑钢材的类别及选用 钢材的规格 一 大跨度结构 拱结构网架结构膜结构网壳结构钢屋架结构拉索 悬索结构 2 2钢结构的应用范围 网架结构 拱结构 钢屋架结构 网壳结构 国家大剧院 天津奥林匹克体育场 拉索结构 悬索结构 二 重型厂房结构 西安变压器厂 承重400t吊车 2 2钢结构的应用范围 三 承受动力荷载及强大地震作用的结构 美国世界贸易大厦 两座塔楼110层的塔楼 北楼高417m 南楼高415m 组成 采用框筒体系 外圈为密柱深梁型框筒 由240根钢柱组成 柱距为1 02米 内中核心区为47根钢柱形成的框架 四 高层建筑及高耸结构 香港中国银行 钢骨钢筋混凝土角柱 横梁及斜撑为钢结构 东方明珠电视塔 巴黎铁塔 五 可拆卸 活动结构 活动车库 活动桥 六 轻型钢结构 彩板拱形波纹屋面 门式刚架结构 1 钢材的种类按用途可分为 结构钢 工具钢 特殊钢 按冶炼方法可分为 转炉钢 平炉钢 电炉钢 按脱氧方法可分为 沸腾钢 F 半镇静钢 b 镇静钢 Z 特殊镇静钢 TZ 按成型方法可分为 轧制钢 热轧 冷轧 锻钢 铸钢 按化学成分可分为 碳素钢 合金钢 2 3建筑钢材的类别及选用 1 钢材的种类沸腾钢为脱氧不完全的钢 冶炼后期不加脱氧剂 如硅 铝等 浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象 气体逸出 镇静钢为完全脱氧的钢 通常注成上大下小带保温帽的锭型 浇注时钢液镇静不沸腾 组织致密 偏析小 质量均匀 优质钢和合金一般都是镇静钢 半镇静钢为脱氧较完全的钢 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 浇注时有沸腾现象 但较沸腾钢弱 这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点 碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的 2 3建筑钢材的类别及选用 钢材的品种繁多 钢结构中采用的钢材主要有二类 碳素结构钢根据现行的国家标准 碳素结构钢 GB700 的规定 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q 屈服点的数值 N mm2 质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成 碳素结构钢分为Q195 Q215 Q235 Q255和Q275等五种 屈服强度越大 其含碳量 强度和硬度越大 塑性越低 其中Q235在使用 加工和焊接方面的性能都比较好 是钢结构常用钢材之一 质量等级分为A B C D四级 由A到D表示质量由低到高 不同质量等级钢对化学成分和力学性能的要求不同 A级无冲击功规定 其碳 锰 硅含量也可以不作为交货条件 B级 C级 D级分别要求保证20 0 20 时V形缺口冲击功不小于27J 还要求提供冷弯试验的合格保证 以及碳 锰 硅 硫和磷等含量的质保 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢和特殊镇静钢分别用汉字拼音字首F Z b和TZ表示 对Q235 A B级钢可以是Z b或F C级钢只能是Z D级钢只能是TZ Z和TZ可以省略不写 例如 Q235 AF表示屈服强度235N mm2的A级沸腾钢 Q235 Bb表示屈服强度为235N mm2的B级半镇静钢 Q235 C表示屈服强度为235N mm2的C级镇静钢 2 低合金高强度结构钢低合金钢是指在炼钢过程中添加一种或几种少量合金元素 其总量低于5 的钢材 低合金钢因含有合金元素而具有较高的强度 其牌号与碳素结构钢牌号的表示方法相同 常用的低合金钢有Q345 Q390 Q420等 低合金钢的质量等级除与碳素结构钢A B C D四个等级相同外 增加E级 低合金钢的脱氧方法为镇静钢 A B 或特殊镇静钢 C D E 例如 Q345 B表示屈服强度为345N mm2的B级镇静钢 Q390 D表示屈服强度为390N mm2的D级特殊镇静钢 3 高强钢丝及钢索 用于抗拉构件中 如斜拉结构 悬索结构 桅杆结构等高强钢丝分光面钢丝和镀锌钢丝 由碳素结构钢多次冷拔而成 其主要指标为抗拉强度 大约为1570 1700N mm2 多根钢丝可组成 平行钢丝束 和 钢绞线 多根钢绞线可组成 钢绞线束 和 钢丝绳 2 3建筑钢材的类别及选用 钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板 型钢以及冷弯成型的薄壁型钢 1 热轧钢板钢板有薄钢板 厚度0 35 4mm 厚钢板 厚度4 5 60mm 特厚板 板厚 60mm 钢板用 宽 厚 长 mm 或 宽 厚 表示 如 450 8 3100 450 8 2 热轧型钢钢结构常用的型钢是角钢 工字型钢 槽钢和H型钢 钢管等 除H型钢和钢管有热轧和焊接成型外 其余型钢均为热轧成型 2 4钢材的规格 1 工字钢工字钢有普通工字钢和轻型工字钢两种 普通工字钢用 I截面高度 cm 表示 高度20cm以上的工字钢 同一高度有三种腹板厚度 记为a b c a类腹板最薄 冀缘最窄 b类较厚较宽 c类最厚最宽 如I20a 同样高度的轻型工字钢的翼缘要比普通工字钢的冀缘宽而薄 腹板亦薄 轻型工字钢用汉语拼音符号 Q 表示 如QI40等 2 槽钢槽钢也分普通槽钢和轻型槽钢两种 以 或Q 截面高度厘米数 表示 如 20b Q 22等 3 角钢角钢有等边角钢和不等边角钢两种 等边角钢以 L肢宽 肢厚 表示 不等边角钢以 L长肢宽 短肢宽 肢厚 表示 单位为mm 如L63 5 L100 80 8 H型钢与普通工字钢的区别 翼缘宽 故早期有宽翼缘工字钢一说 翼缘内表面无斜度 上下表面平行 便于与其它构件连接 从材料分布看 工字钢材料主要集中在腹板附近 愈向两侧延伸 钢材愈少 而在轧制H型钢中 材料分布侧重在翼缘部分 4 H型钢H型钢分热轧和焊接二种 热轧H型钢有宽翼缘 HW 中翼缘 HM 窄翼缘 HN 和H型钢柱 HP 等四类 H型钢用 高度 宽度 腹板厚度 翼缘厚度 表示 单位为mm 如HW250 250 9 14 HM294 200 8 12 3 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧制成 壁厚一般为1 5 12mm 但承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm 常用冷弯