钢结构应用与原理参考

1、钢结构课程的学习方法v根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；件部分；v本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；v受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；预习与课后复习；v多作习题与思考题，避免眼高手低。多作习题与思考题，避免眼高手低。3v第一节第一节 我国钢结构的概况我国钢结构的概况1

2、、古代钢结构、古代钢结构铁链桥铁链桥兰津桥（西南地区）建于公元兰津桥（西南地区）建于公元5875年，比欧洲早年，比欧洲早70余年余年云南沅江大桥云南沅江大桥贵州盘江大桥贵州盘江大桥四川泸定大渡河桥四川泸定大渡河桥铁 塔（古代七大铁塔）v湖北荆州玉泉寺13层铁塔（宋代公元1061年）v山东济宁铁塔寺铁塔 （建于公元1105年，铁塔包括座、塔刹共11层，高23.8米，呈八角型）v江苏镇江甘露寺铁塔v聊城铁塔：山东省聊城兴隆寺内，建筑年代在宋金之间，塔也是八角13层 v泰山铁塔：在山东泰安市。建于明嘉靖十二年（1533年），塔身分层铸造，呈六角13层。现仅存下部3层。 v千佛铁塔：坐落在陕西咸阳市社

3、镇。塔呈方形10层，此塔是我国古代最高的铁塔，建于明代。v孤山铁塔：在陕西省府谷县。塔形锥笔形，分12层。是明代所建，现仅存遗迹了。 山东济宁铁塔寺铁塔52 2、现代钢结构、现代钢结构什么是钢结构？什么是钢结构？一些典型的钢结构建筑一些典型的钢结构建筑钢结构是钢结构是钢材（钢板和型钢）钢材（钢板和型钢）经过经过设计设计、加工，加工，形成形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓等方式连接组成的通过焊接和螺栓等方式连接组成的工程结构形式工

4、程结构形式。五大结构形式五大结构形式：钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 砌体结构砌体结构 木结构木结构 钢结构钢结构 组合结构组合结构1、什么是钢结构什么是钢结构南浦大桥夜景南浦大桥夜景大跨度钢结构屋盖大跨度钢结构屋盖钢结构高层建筑钢结构高层建筑德国斯图加特体育场 膜结构工程合肥市工业大学新校区露天剧场哈尔滨国际体育会展中心钢结构的主要形式及应用钢结构的主要形式及应用（1 1）桁架）桁架 平面桁架平面桁架 空间桁架空间桁架 (网架网架)（2 2）框架）框架 （3 3）拱架）拱架 （4 4）索）索 （5 5）壳体）壳体1、特点、特点 强度高，重量轻强度高，重量轻 塑性塑性、韧性好韧性好 材质均匀，材

5、质均匀，工作工作可靠性高可靠性高 适于适于于机械化于机械化加工加工，工业化工业化生产程度高生产程度高 减少减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏 环保、环保、可回收再利用，建筑造型美观可回收再利用，建筑造型美观 密闭性能好密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器能制成不渗漏的密闭容器 耐热性能好，耐火性能差。耐热性能好，耐火性能差。 耐腐蚀性差耐腐蚀性差钢和混凝土容重比：钢和混凝土容重比：3.4 强度比：强度比：210136所以重量轻所以重量轻 好处好处: (1): (1)便于运输和安装便于运输和安装 (2) (2)可跨越更大的跨度可跨越更大的跨度容量：容量：

6、kN/mkN/m3 3设计强度设计强度/MPaMPa拉拉压压钢材钢材76.976.9220220360360220220360360混凝土混凝土22.6 22.6 1.051.052.652.658.508.5032.532.52、应用范围、应用范围 重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构 大跨度建筑物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 多层多层、高层和超高层建筑、高层和超高层建筑 轻轻型钢结构型钢结构轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严

7、格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、型钢、L型型钢、钢、T型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、型钢、L型钢、型钢、T型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由薄钢板焊成的型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由薄钢板焊成的构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。塔塔桅结构桅结构电视塔、天线、发射架电视塔、天线、发射架、海洋平海洋平

8、台台可拆卸和搬迁的结构可拆卸和搬迁的结构 流动流动展览馆、展览馆、舞台、舞台、施工施工时的临时房屋、时的临时房屋、温室大棚等温室大棚等板壳结构板壳结构储油库、煤气库、高炉等各种容器储油库、煤气库、高炉等各种容器 大跨度桥梁大跨度桥梁 特种结构特种结构海洋平台、水工闸门、锅炉骨架、起重海洋平台、水工闸门、锅炉骨架、起重机、栈桥、管道支架井架机、栈桥、管道支架井架第三节第三节 钢结构的发展钢结构的发展 钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用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

9、有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建多年），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。术方面的高度水平。 20 20世纪世纪5050年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有年代后，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、上海体育馆首都体育馆、上海体育馆 、深圳体育馆，大跨度三角拱、深圳体育馆，

10、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，高耸结构中的人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200200m m高广州广播高广州广播电视塔、电视塔、210210m m高上海广播电视塔、高上海广播电视塔、325325m m高北京气象桅杆高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达等，板壳结构中有效容积达5400054000m m3 3的湿式储气柜等。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、轻钢结的迅猛发展，各

11、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、构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5420.5m m高、高、8888层、总建筑面积达层、总建筑面积达28.728.7万万m m2 2的的 金贸大厦金贸大厦 ； 总建筑总建筑面积达面积达2020万万m m2 2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4288.4m m、南北跨度南北跨度274.7274.7m m、建筑高度建筑高度70.670.6m m、可容纳可容纳8 8万名万名观众的观众的上海体育场上海体育场；336336m m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电高、

12、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、卢浦大桥等。视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥等。钢结构的发展方向钢结构的发展方向一、研制高强度、特种钢材一、研制高强度、特种钢材高强度Q420耐候钢，耐候性是普通钢材的28倍耐火钢，600度时屈服点不低于2/3Z向钢,抗层状撕裂能力强二、推广应用新型钢材成品二、推广应用新型钢材成品（1）H型钢、T型钢（2）彩（色）涂（层）钢板、热镀锌或镀铝锌钢板（3）冷弯（薄壁）型钢三、改进设计方法 建筑科学研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究总院PS2000等四、新型结构体系的应用和发展新型结构体系的应用和发展 1、大跨空间

13、结构网架和网壳结构，张弦桁架、悬挂结构 2、轻钢结构变截面轻钢门式刚架、金属拱型波纹屋盖、轻钢结构 住宅 3、直接焊接钢管结构 4、钢结构的高层建筑 5、钢-混凝土组合结构和混合结构 6、索膜结构 7、预应力钢结构建筑业十项新技术v八、钢结构技术 v1.主要技术内容(1) 高层钢结构技术。根据建筑高度和设计要求分别采用框架、框架支撑、筒体和巨型框架结构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻延性好，可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚度大，防火性能好，适用于中高层建筑或底部结构；钢管混凝土施工简便，仅用于柱结构。(2) 空间钢结构技术。空间钢结构自重

14、轻、刚度大、造型美观，施工速度快。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构型式。具有空间刚度大，用钢量低的优点，在设计、施工方面均达到国际先进水平，有专门的设计、施工和检验规程，并可提供完备的CAD软件。除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索膜结构等。(3) 轻钢结构技术。伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构型式，由厚5 mm以上钢板焊接或轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，圆钢制成柔性支撑系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距可从6 m至9 m，跨度可达30 m或更大，高度可达十几米，并可设轻型吊车。用钢量2030 kg/m

15、2。现已有标准化的设计程序和专业化生产企业，产品质量好，安装速度快，重量轻，投资少，施工不受季节限制，适用于各种轻型工业厂房。建筑业十项新技术v(4) 钢混凝土组合结构技术。以型钢或钢管与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢混组合结构，近年来应用范围日益扩大。组合结构兼有钢与混凝土两者的优点，整体强度大、刚性好、抗震性能良好，当采用外包混凝土构造时，更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。组合结构构件一般可降低用钢量1520。组合楼盖及钢管混凝土构件，还具有少支模或不支模、施工方便快速的优点，推广潜力较大，适用于承受较大荷载的多层或高层建筑的框架梁、柱及楼盖，工业建筑柱和楼盖等。(5) 高强度螺栓连接与焊

16、接技术。高强螺栓通过摩擦力来传递应力，由螺栓、螺母和垫圈三部分组成。高强螺栓连接具有施工简便、拆除灵活、承载力高、抗疲劳性能和自锁性好、安全性高等优点，工程中已取代了铆接和部分焊接，成为钢结构制作及安装中的主要连接手段。在车间内制作的钢构件，厚板应采用自动多丝埋弧焊，箱形柱隔板应采用熔嘴电渣焊等技术。现场安装施工中，应采用半自动焊技术和气体保护焊药芯焊丝及自保护药芯焊丝技术。(6) 钢结构防护技术。钢结构防护包括防火、防腐、防锈，一般在防火涂料处理后无需再做防锈处理，但在有腐蚀气体的建筑中尚需做防腐处理。国内防火涂料种类较多，如TN系列、MC10等，其中MC10防火涂料具有防火、防腐功能。防腐

17、防锈涂料有醇酸磁漆、氯化橡胶漆、氟橡胶涂料及氯磺化涂料等。在施工中应根据钢结构型式、耐火等级要求及环境要求选用合适的涂料及涂层厚度。 建筑业十项新技术v 2.目标与措施钢结构工程涉及面广，技术难度大，在推广应用中必须遵循国家及行业标准规范。各地建设行政主管部门应重视钢结构工程专业化队伍的建设，组织好质检队伍培训工作，并及时总结工程实践和新技术应用。大专院校、设计部门和施工企业应加速钢结构工程技术人员培养，推广技术成熟的钢结构CAD软件。群众学术团体应配合钢结构技术的发展，广泛开展国内外学术交流和培训活动，积极把钢结构的设计、制作与施工安装技术的总体水平，以期在近期内能有较大的提高。 3.技术咨询服务单位冶金部建筑研究总院中国建筑科学研究院