钢结构第一章PPT学习教案

1、4.4.了解杆件和板件稳定的基本理论，了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；的主要因素及提高稳定性的措施；3.3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并能正确地选择钢材；能正确地选择钢材；2.2.理解理解“钢结构钢结构”的计算方法；的计算方法；1.1.了解钢结构的应用和发展概况了解钢结构的应用和发展概况, ,掌握钢结构的特点；掌握钢结构的特点；本课程的基本要求本课程的基本要求5. 5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件( (梁、梁、柱和屋架柱和屋架

2、) )的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。第1页/共55页教学参考书及规范教学参考书及规范:1.1.钢结构钢结构 魏明钟魏明钟 主编主编 武汉工业大学出版社武汉工业大学出版社2.2.钢结构设计规范钢结构设计规范 （GB50017-2003)GB50017-2003)7.7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。3.3.钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)GB50205-2001)第2页/共55页第3页/共55页1. 1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围掌握钢结构的特点

3、和钢结构的应用范围。2 2理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其设设 计表达式的应用。计表达式的应用。3 3了解钢结构在我国的发展趋势。了解钢结构在我国的发展趋势。第4页/共55页一、钢结构的特点一、钢结构的特点澳大利亚啤酒中心澳大利亚啤酒中心第5页/共55页 2.2.钢材的钢材的塑性塑性和和韧性韧性好；好； 塑性塑性和和韧性韧性是概念上完全不同的两个物理量。是概念上完全不同的两个物理量。 塑性塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。 塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超

4、载而 突然断裂，给人以安全保证；突然断裂，给人以安全保证； 韧性韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。 韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。 第6页/共55页 钢材屈服前看作弹性材料钢材屈服前看作弹性材料, ,屈服以后看作塑性屈服以后看作塑性或弹塑性材料或弹塑性材料4 4. .制作、安装简便，工期短，符合工业化要求制作、安装简便，工期短，符合工业化要求; ; 国国家家大大剧剧院院屋屋架架安安装装钢结构住宅钢结构住宅第7页/共55页第8页/共55页网架结构拱结构桥梁第9页/共55页天津体育场天津体育场千年穹顶千年穹

5、顶西班牙迪加航空港上海会展中心第10页/共55页单层厂房单层厂房多层工业厂房多层工业厂房2. 2. 工业厂房工业厂房金陵石化总厂金陵石化总厂第11页/共55页单击图片播单击图片播放放第12页/共55页单击图片播单击图片播放放第13页/共55页3. 3. 承受动力荷载及承受动力荷载及 地震作用的结构地震作用的结构第14页/共55页单击图片播单击图片播放放第15页/共55页帝王大帝王大厦厦4.高层建筑与高耸结构高层建筑与高耸结构金金茂茂大大厦厦8888层层42420 0米米北京财富中心北京财富中心第16页/共55页东京千年塔东京千年塔第17页/共55页单击图片播单击图片播放放第18页/共55页单击

6、图片播单击图片播放放第19页/共55页5 5. .道路、桥梁结构道路、桥梁结构第20页/共55页单击图片播单击图片播放放第21页/共55页6 6. .水利、水工结构水利、水工结构海上石油平台海上石油平台第22页/共55页7. 轻型房屋钢结构轻型房屋钢结构第23页/共55页单击图片播单击图片播放放第24页/共55页第25页/共55页第26页/共55页活动车库活动车库8.8.可拆卸、移动房屋及可拆卸、移动房屋及 移动结构移动结构第27页/共55页单击图片播单击图片播放放第28页/共55页9.9.构筑物构筑物10.10.建筑小品建筑小品单击图片播单击图片播放放第29页/共55页)11( kfANN-

7、构件截面的内力；构件截面的内力；A-构件截面几何特征；构件截面几何特征；F-钢材的最大强度；钢材的最大强度；K-K-大于大于1 1的安全系数；的安全系数；-钢材的容许应力。钢材的容许应力。第30页/共55页(2) 极限状态分为两类：极限状态分为两类： b.b.正常使用正常使用极限状态极限状态: : 包括：包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态坏等状态。a.a.承载能力承载能力极限状态极限状态: : 包括：包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载强度破坏、疲劳破坏、不适

8、于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。 第31页/共55页第32页/共55页)21(321 KfKKKfANykyk N- N-构件截面的内力；构件截面的内力； A-A-构件截面几何特征；构件截面几何特征； K K1 1-荷载系数；荷载系数； K K2 2-材料系数材料系数; ; K K3 3-调整系数；调整系数； f fykyk-钢材的屈服强度标准值；钢材的屈服强度标准值； -钢材容许应力钢材容许应力第33页/共55页式中：式中： g g（）-结构的功能函数；结构的功能函数； X Xi i(i(i1 1，2,2,n)-,n)-影响结构可靠性

9、的各物理量。影响结构可靠性的各物理量。 第34页/共55页 将各因素概括为两个综合随机变量将各因素概括为两个综合随机变量-结构的抗力结构的抗力R R、 作用效应作用效应S S，则公式（，则公式（1-31-3）可以写成：）可以写成： Z Zg g（R R，S S）R RS S （1-41-4） 在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：在实际工程结构中，可能出现下列三种情况： Z Z0 0表示结构处于表示结构处于可靠可靠状态；状态； Z Z0 0表示结构处于表示结构处于极限极限状态状态 Z Z0 0表示结构处于表示结构处于失效失效状态；状态； 判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态，判断结构是

10、否可靠，要看结构是否达到极限状态， 为此，通常将下式：为此，通常将下式： Z Zg(Rg(R，S)S)R RS S0 0 (1-5)(1-5) 称为称为极限状态方程极限状态方程。第35页/共55页P Ps sPZ0PZ0 （1-61-6）结构不能完成预定功能的概率结构不能完成预定功能的概率( (失效概率失效概率) )用用P Pf f表示，表示，则：则：P Pf fPZ0PZ0 （1-71-7）由于事件由于事件Z0Z0与事件与事件ZZ0 0是对立事件，所以结是对立事件，所以结构的可靠度与结构的失效概率满足构的可靠度与结构的失效概率满足: : P Ps s P Pf f 1 1 或或 P Ps s

11、1- P1- Pf f （1-81-8）第36页/共55页)91()()0(0 dZZfZPPff(z)f(z)P Pf fz zZ Z 的概率密度曲线的概率密度曲线Z=R-SZ=R-S Z)111()101(22 SRZSRZ 令：令：Z Z、R R、S S的平均值分别的平均值分别为为 z z、R R、s s，标准差，标准差分分 别为别为z z、R R、s s，则，则: : 第37页/共55页 f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲线的概率密度曲线P Pf fZZ=R-SZ=R-S)121(00 ZZZZfZffZPZPZP )151()()141()1(1 ffPPZZZ 因因 服从标

12、准正态分布，故上式又可写成：服从标准正态分布，故上式又可写成：式中式中: : ()-)-标准正态函数；标准正态函数；-1-1( ()-)-标准正态函数标准正态函数 的反函数的反函数。)131(0 ZZffZZZPZP则：则：令：令：第38页/共55页f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲线的概率密度曲线P Pf fZZ=R-Z=R-S S单击图片播单击图片播放放第39页/共55页fP标准正态分布时标准正态分布时 与与 的对应的对应值值 pf4.04.03.17X103.17X10-5-53.73.71.08X101.08X10-4-43 .3 .2 26.87X106.87X10-4-41

13、.35X101.35X10-3-33 .3 .0 0 的计算的计算: : 将式将式(1-10)(1-10)、(1-11)(1-11)代入代入的定义的定义式得：式得：)161(22 SRsRRZ 第40页/共55页第41页/共55页)171(0 RS 第42页/共55页荷载效应组合如下：荷载效应组合如下：)181(211 SSSSQikciQinikQQGkG 2.2.由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：)191(1 SSSQikciQiniGkG 3.3.荷载分项系数取值如下：荷载分项系数取值如下：1.1.由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：第43页/共55页第

14、44页/共55页 对于钢结构这种单一材料，可以将荷载效应表对于钢结构这种单一材料，可以将荷载效应表达式用应力形式表示。达式用应力形式表示。 ）（ 201)(2110fdQiknicikQQGkGQi )211()(1 fdQikciniQiGkGo 可变荷载起控制作用时：可变荷载起控制作用时：永久荷载永久荷载起控制作用时：起控制作用时：AASSQikQikGkGk ,式中：式中：4、钢结构构件承载能力极限状态设计表达式钢结构构件承载能力极限状态设计表达式第45页/共55页fd-钢材或连接材料强度钢材或连接材料强度设计值设计值。)221( ARffRkd fk-钢材或连接材料强度钢材或连接材料强

15、度标准值标准值。R-钢材或连接材料抗力分项系数，对于钢材或连接材料抗力分项系数，对于Q235Q235钢钢R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420钢钢R R=1.111=1.111 。钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。第46页/共55页第47页/共55页第48页/共55页第49页/共55页第50页/共55页(二二) 正常使用极限状态正常使用极限状态）（23121 niQikcikQGkvvvvv 1.1. 对于正常使用极限状态，要求分别采用对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过，并使变形等不超过相应的规定限值。相应的规定限值。Gk Gk -永久荷载标准值永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的在结构或结构构件中产生的 变形值；变形值；Q1kQ1k-第第1个个可变荷载的标准值可变荷载的标准值在结构或结构构件中在结构或结构构件中 产生的变形值（该值使计算结果为最大）；产生的变形值（该值使计算结果为最大）；第51页/共55页 QikQik-其他第其他第i i个可变荷载标准值在结构或构件中产个可变荷载标准值在结