钢结构-第一章绪论1

钢结构,刘俊英2012年,1990年2月，辽宁省某重型机械厂新增一会议室。破坏原因：只有14.4m跨的轻钢梭形屋架腹杆平面外出现半波屈曲，致使屋盖迅速塌落。误用重型屋盖结构。且错用了计算长度系数，y300。事故后果：305人开会期间倒塌，造成42人死亡、179人受伤。,宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。,我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故，从设计、制作、到安装阶段都有可能出现问题。,钢结构课程简介,钢结构是土木工程专业学生的一门必修的主要专业基础课。课程教学的目的是使学生掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构构件的计算原理；了解民用和工业建筑中常用钢结构房屋的特点，基本设计方法，计算简图与内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。通过本课程的学习，使学生能解决钢结构设计施工中的一些技术问题，为以后从事施工管理、设计工作打下基础。,参考资料,中华钢结构论坛：；中国钢结构网：www.csc-E.com；钢结构与建筑业：；新世纪网络课程：,第一章绪论,一、钢结构的特点和应用范围二、钢结构的主要结构形式及应用三、我国钢结构发展的历史、现状和趋势四、钢结构的研究、设计、制造、安装、使用的相互关系,一、钢结构的特点,1、轻质高强、质地均匀钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较大，但其屈服点较混凝土和木材要高得多，其质量密度与屈服点的比值相对较低。在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比，构件较小，重量较轻（钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3-1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10），便于运输和安装。钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性，为理想的弹塑性体，完全符合目前所采用的计算方法和基本理论。,1、轻质高强、质地均匀钢材比重：7850Kg/m3,抗拉设计强度（200）N/mm2重量/强度40混凝土比重：2500Kg/m3,抗拉设计强度（1）N/mm2重量/强度2500木材比重：500Kg/m3,顺纹抗拉强度（10）N/mm2重量/强度50,碳素结构钢材的应力应变曲线,理想的弹-塑性体的应力应变曲线,2、生产、安装工业化程度高，施工周期短钢结构生产具备成批大件生产和高度准确性的特点，可以采用工厂制作、工地安装的施工方法，所以其生产作业面多，可缩短施工周期，进而为降低造价、提高效益创造条件。,自动钢板切割,埋弧自动焊,工厂钢构制作,3、密闭性能好由于焊接结构可以做到完全密封，一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜、管道等板壳结构都采用钢结构。4、抗震及抗动力荷载性能好钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。,5、具有一定的耐热性，但不耐火温度在250以内，钢的性质变化很小，温度达到300以上，强度逐渐下降，达到450650时，强度降为零。因此，钢结构可用于温度不高于250的场合。在自身有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须用耐火材料予以维护。当防火设计不当或者当防火层处于破坏的状况下，有可能将产生灾难性的后果。例：2001纽约世贸中心大楼在9.11恐怖事件中轰然倒塌，震惊世界。,6、钢结构抗腐蚀性较差热浸锌（25年）酸洗、清洗、干燥、热浸锌、后处理质量稳定、工业化程度高，但构件尺寸受锌槽尺寸控制热喷铝复合涂层（25年）喷砂、喷锌（铝）、喷铝、喷复合涂层不受体型大小限制、无热影响，构件形状复杂时操作困难普通防腐蚀方法（35年）除锈、底漆、面漆操作方便，防腐有效年限短,二、钢结构的主要结构形式及应用,1、框架2、桁架3、拱架4、索5、壳体,按受力特点分,平面桁架,空间桁架,三角形屋架H，一般为（l/61/4）L；梯形屋架H，一般为（l/101/6）L。至于梯形屋架端部的高度H0，它与中部高度及屋面坡度有关，当为多跨屋架时H0应取一致，以利屋面构造。我国常将H0取为1.82.1m等较整齐的数值。当屋架与柱刚接时，H0应有足够的大小，以便能较好地传递支座弯矩而不使端部弦杆产生过大内力，端部高度的常用范围：H0一般为（l/161/10）L。,实腹式拱的截面高度一般为跨度的1/501/80，格构式拱的截面高度则为跨度的1/301/60。拱截面高度可以取得这样小，说明拱的弯矩值不大。,壳体,杆系以长度显著大于横向尺寸的构件为基本单元的结构体系。按几何形体可分为平面杆系和空间杆系；按受力性能可分为刚性杆系（可受拉、受压）、柔性杆系（仅可受拉）、刚柔结合杆系；按杆端连接形式可分为刚接杆系和铰接杆系。,按构件单元尺度分：杆系，板、壳、膜,板、壳、膜厚度显著小于其它两个方向尺度的结构件。板：以受弯为主；（绕切向轴受弯，平面构件）壳：以受压为主；（切向受压，空间构件）膜：仅受拉。（切向受拉，空间构件）,三、我国钢结构发展的历史、现状和趋势,钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥、铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，如1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房，19281931年建成的广州中心纪念堂圆屋顶，19341937年建成的杭州钱塘江大桥等。,20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆、上海体育馆、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、194m高南京跨江线路塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.6m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥等。,金贸大厦,浦东国际机场,金茂大厦1998年建成88层420m混凝土核心筒，钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱,上海环球金融中心原方案（97年打桩），浦东陆家嘴，460m，97层停工5年后，于2003年又推出新方案，高492m，101层，建成为世界第一高摩天楼，37万多m2。,武汉长江二桥,几种桥梁的图片,鸟巢,黑龙江广播电视塔,四、钢结构的研究、设计、制造、安装、使用的相互关系,1、使用的需求是钢结构发展的内在动力2、钢结构的研究课题源于工程实践，其目的是要在一定概率意义上确保工程的安全并求得最佳的经济效益3、钢结构的设计包括选择结构类型和材料4、钢结构的制造必须遵循设计和相应的规范及技术标准5、钢结构的安装包括安装方案的确定、安装实施过程及安装质量的检验,五、目前钢结构的研究主要