第1章钢结构基本知识

1、 钢结构工程施工 出版社 科技分社 由于使用功能及结构组成方式不同，钢结构种类繁多、形式各异。例如房屋建筑中，有大量的钢结构厂房、高层钢结构建筑、大跨度钢管桁架和钢网架建筑、悬索结构及索膜结构建筑等。在公路和铁路方面，有板梁桥、桁架桥、拱桥、悬索桥、斜张桥等各种形式的钢桥。钢塔及钢桅杆则广泛用作输电线塔、电视广播发射塔。其他特种钢结构有海上钢结构钻井平台、钢卫星发射塔架等。1 钢结构工程施工 出版社 科技分社 全国重点保护文物泸定铁索桥，建于全国重点保护文物泸定铁索桥，建于17051706年，年，桥身共由桥身共由13根铁链组成；每根（铁链）由根铁链组成；每根（铁链）由862977节铁环节铁环相

2、扣，每根铁链重相扣，每根铁链重13001800kg。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 根据文献记载，中国早在公元前五十年就建成了跨度达根据文献记载，中国早在公元前五十年就建成了跨度达百米的铁索桥，而欧美直到十七世纪尚未出现铁索桥。百米的铁索桥，而欧美直到十七世纪尚未出现铁索桥。泸定铁索桥泸定铁索桥防腐问题防腐问题 钢结构工程施工 出版社 科技分社 公元公元1061年（宋代）在年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的湖北荆州玉泉寺建成的13层层铁塔，目前依然存在。铁塔，目前依然存在。 铁塔高铁塔高17.9米，八角十米，八角十三级，重三级，重53.3吨，为我国现吨，为我国现存最高、最重、最大的铁塔。存最

3、高、最重、最大的铁塔。已有已有900多年的历史。多年的历史。我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。 镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 甘露寺铁塔位于天甘露寺铁塔位于天王殿东北，实际上是唐王殿东北，实际上是唐宝历元年宝历元年(八二五年八二五年)卫卫公李德裕建，故又称卫公李德裕建，故又称卫公塔。宋代重铸为铁塔公塔。宋代重铸为铁塔，原塔为七级。十九世，原塔为七级。十九世纪末又因大风疾雷，倾纪末又因大风疾雷，倾倒四层。倒四层。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 建国前建国前 1927

4、1937年是我国土木工程及金属结构建设的黄年是我国土木工程及金属结构建设的黄金时代，代表作品有：金时代，代表作品有：沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（1927）广州中山纪念堂圆屋顶（广州中山纪念堂圆屋顶（19281931）钱塘江大桥（钱塘江大桥（1937） 钢结构工程施工 出版社 科技分社 广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的，于广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的，于1931年年10月竣工。厅内容积为月竣工。厅内容积为33300立方米，容量为立方米，容量为5000人。建国后，广州市的标志性建筑，为国家一级文物。人。建国后，广州市的标志性建筑，为国家一级文物。 钢

5、结构工程施工 出版社 科技分社 由茅以升先生主持兴建的杭州钱塘江大桥。该桥由茅以升先生主持兴建的杭州钱塘江大桥。该桥由他带领一批留学生自行设计和监造由他带领一批留学生自行设计和监造(实际施工由丹麦实际施工由丹麦康益洋行承包下部结构和沉箱基础工程，上部结构钢康益洋行承包下部结构和沉箱基础工程，上部结构钢梁则由英商道门朗公司承包制造和安装梁则由英商道门朗公司承包制造和安装)。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 建国后建国后第一个五年计划：以工业厂房（第一个五年计划：以工业厂房（156个大型项目）、个大型项目）、交通工程为主。交通工程为主。第一重型机械厂第一重型机械厂第一汽车制造厂第一汽车制造厂 钢

6、结构工程施工 出版社 科技分社 人民大会堂人民大会堂第二第二第四个五年计划：以公共建筑为主。第四个五年计划：以公共建筑为主。钢屋架钢屋架跨度跨度61米米高度高度7米米 钢结构工程施工 出版社 科技分社 第五个五年计划第五个五年计划：以工业厂房、公共建筑、交通工程为主以工业厂房、公共建筑、交通工程为主宝钢厂区宝钢厂区 钢结构工程施工 出版社 科技分社 芜湖长江大桥芜湖长江大桥九江长江大桥九江长江大桥(钢材钢材15MnVN) 钢结构工程施工 出版社 科技分社 瑞金饭店瑞金饭店 27 层层 107米米 金沙江大酒店金沙江大酒店 14 层层 41.4米米 锦江宾馆锦江宾馆 43 层层 153.21米米

7、 静安希尔顿宾馆静安希尔顿宾馆 京广中心京广中心 53层层 208米米 京城大厦京城大厦 52层层 国贸中心国贸中心 40层层 长富宫长富宫 25层层 钢结构工程施工 出版社 科技分社 钢结构工程施工 出版社 科技分社 1997年，我国钢产量达年，我国钢产量达1亿吨亿吨,1998年投产的轧制年投产的轧制H型钢系列型钢系列1991年年2月月4日马鞍山钢铁公司轧制我日马鞍山钢铁公司轧制我国第一根国第一根H型钢型钢1996年建成的深圳地王大厦高度年建成的深圳地王大厦高度325米米1998年建成的大连远洋大厦，钢结构年建成的大连远洋大厦，钢结构高层建筑（高度高层建筑（高度201米，米，51层），全部由

8、我层），全部由我国自己完成国自己完成 钢结构工程施工 出版社 科技分社 上海金茂大厦上海金茂大厦上海证券大厦上海证券大厦 钢结构工程施工 出版社 科技分社 主跨主跨602米的结合梁斜拉桥在米的结合梁斜拉桥在1994年建成时居年建成时居世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。世界斜拉桥跨度之首，现名列第三。上海杨浦大桥 钢结构工程施工 出版社 科技分社 自自1996年超过年超过1亿吨以来，一直位列世界钢产量的首亿吨以来，一直位列世界钢产量的首位，位，2006年更达到创纪录的年更达到创纪录的3.8亿吨。亿吨。 我国新的我国新的钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017和和冷弯薄壁冷弯薄壁型钢结构技术规范型

9、钢结构技术规范GB50018也已发布实施。所有这些，也已发布实施。所有这些，为钢结构在我国的快速发展创造了条件为钢结构在我国的快速发展创造了条件。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 于于1777-1781年，世界上年，世界上第一座铸铁桥。它的建造者第一座铸铁桥。它的建造者是钢铁大王亚伯拉罕是钢铁大王亚伯拉罕达比。达比。 由建筑师由建筑师TF普里查德普里查德 协助设计。这座桥横跨塞文河，协助设计。这座桥横跨塞文河，跨度为跨度为30.5米。米。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 框架结构最初在美国得到发展，其主要特点是框架结构最初在美国得到发展，其主要特点是以生铁框架代替承重墙。以生铁框架代替承重

10、墙。1858-1868年建造的巴黎圣年建造的巴黎圣日内维夫图书馆，是初期生铁框架形式的代表。日内维夫图书馆，是初期生铁框架形式的代表。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 英国利兹货币交易所英国利兹货币交易所 伦敦老火车站伦敦老火车站 美国美国1850-1880 年间年间“生铁时代生铁时代”建造的建造的大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门大量商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件门面或框架。面或框架。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 第一座依照现代钢框架第一座依照现代钢框架结构原理建造起来的高层建结构原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大筑是芝加哥家庭保险公司大厦。厦。（1883-188

11、5，William Le Baron Jenney）,共十层共十层外形仍然保持着古典的外形仍然保持着古典的比例比例 钢结构工程施工 出版社 科技分社 巴黎的埃菲尔铁塔，巴黎的埃菲尔铁塔，在在1889年为纪念法国大革年为纪念法国大革命一百周年而建造，落成命一百周年而建造，落成之日，设计者埃菲尔骄傲之日，设计者埃菲尔骄傲地向世人宣称，世界上只地向世人宣称，世界上只有法国的国旗具有有法国的国旗具有 300 米米高的旗杆。高的旗杆。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 英国福斯桥英国福斯桥,建于建于1889年，是世界上第一座现代年，是世界上第一座现代化钢桥。化钢桥。计算简图计算简图 钢结构工程施工 出版

12、社 科技分社 钢拱桥是二十世纪早期常见的桥梁形式。钢拱桥是二十世纪早期常见的桥梁形式。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 美国旧金山的金门大桥，建于美国旧金山的金门大桥，建于20世纪世纪30年代年代用了二万多根钢丝缆绳组成用了二万多根钢丝缆绳组成 钢结构工程施工 出版社 科技分社 纽约帝国大厦纽约帝国大厦马来西亚石油大厦马来西亚石油大厦 钢结构工程施工 出版社 科技分社 纽约帝国大厦纽约帝国大厦 1931年年 102层层 381米米芝加哥汉考克大厦芝加哥汉考克大厦 1970年年 100层层 337米米纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心 1973年年 110层层 411米米芝加哥西尔斯大厦芝加哥西

13、尔斯大厦 1974年年 109层层 442米米马来西亚石油大厦马来西亚石油大厦 1996年年 88层层 450米米金茂大厦金茂大厦 88层层 421米米 钢结构工程施工 出版社 科技分社 芝加哥西尔斯大厦芝加哥西尔斯大厦 钢结构工程施工 出版社 科技分社 柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十柳京饭店，它有一百零五层，高三百八十 米，米，约有三千个房间，约有三千个房间， 朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。朝鲜最高的建筑，朝鲜建筑史上的奇迹。 平壤古代又名柳京平壤古代又名柳京。介绍一座混凝土建筑：介绍一座混凝土建筑： 钢结构工程施工 出版社 科技分社 框架结构体系框架结构体系框架支撑结构体系框架

14、支撑结构体系框架剪力墙体系框架剪力墙体系框架框架-筒体结构体系筒体结构体系悬挂结构体系悬挂结构体系成束筒结构成束筒结构构件构件连连接接 钢结构工程施工 出版社 科技分社 2. 塑性、韧性好，各向同性、力学性能与力学假定符合程度塑性、韧性好，各向同性、力学性能与力学假定符合程度好，抗震性能好；好，抗震性能好； 1. 强度强度/重量比大；稳定性重量比大；稳定性3. 具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；具可焊性、易加工制造、具良好的装配性；4. 密封性好；密封性好；5. 可以重复利用；可以重复利用；6. 有一定的耐热性，但是耐火性较差；有一定的耐热性，但是耐火性较差；7. 易锈蚀、有焊接残余应力；

15、易锈蚀、有焊接残余应力；8. 低温冷脆。低温冷脆。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 工业化程度高工业化程度高（具可焊性、易加工制造、具良好（具可焊性、易加工制造、具良好的装配性）的装配性） 钢结构工程施工 出版社 科技分社 密封性能好密封性能好 钢结构工程施工 出版社 科技分社 耐火性不好，易锈蚀耐火性不好，易锈蚀钢结构通常在钢结构通常在450650 温度中就会失去承温度中就会失去承载能力载能力发生很大的变形，导发生很大的变形，导致钢柱、钢梁弯曲，因过致钢柱、钢梁弯曲，因过大变形不能使用大变形不能使用一般不加保护的钢结一般不加保护的钢结构的耐火极限为构的耐火极限为15分钟左分钟左右。右。 钢

16、结构工程施工 出版社 科技分社 A. 外包层外包层在钢结构外表添加外包层，在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，可以采用喷可以现浇成型，可以采用喷涂法涂法。 B. 充水充水(水套水套)空心型钢结构内充水是抵御空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。火灾最有效的防护措施。 提高钢结构耐火性的措施提高钢结构耐火性的措施 钢结构工程施工 出版社 科技分社 C. 屏蔽屏蔽钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里包藏在两片墙之间的空隙里增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的

17、一种经济的防火方法。一种经济的防火方法。 D. 膨胀材料膨胀材料 采用钢结构防火涂料保护构件采用钢结构防火涂料保护构件 具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点制等优点 一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观 先进防火技术措施。先进防火技术措施。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 有空间桁架、网架、网壳、有空间桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、拱架和框架等悬索、张弦梁、拱架和框架等国家大剧院国家大剧院 钢结构工程施工 出版社 科技分社 北京中华世纪坛北京中华世纪坛 钢结构工程施工 出版社 科技分社

18、鞍钢鞍钢1700连连铸主厂房工程铸主厂房工程 鞍钢大连镀鞍钢大连镀锌线主厂房工程锌线主厂房工程 钢结构工程施工 出版社 科技分社 钢结构工程施工 出版社 科技分社 深圳地王大厦深圳地王大厦香港中银香港中银汇丰银行汇丰银行 钢结构工程施工 出版社 科技分社 上海环球金融中心上海环球金融中心根据设计方案，大厦高根据设计方案，大厦高 492 米、米、 101 层，层，建成后其高度将超过目前居世界第一的马来西建成后其高度将超过目前居世界第一的马来西亚大厦（高亚大厦（高 452 米）。米）。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 青岛电视塔青岛电视塔神州飞船发射塔神州飞船发射塔 钢结构工程施工 出版社 科技

19、分社 多伦多电视塔多伦多电视塔多伦多电视塔多伦多电视塔东方明珠东方明珠 钢结构工程施工 出版社 科技分社 应用于建筑、铁路、公应用于建筑、铁路、公路、水利、商业、旅游和军路、水利、商业、旅游和军事等领域的办公室、指挥部事等领域的办公室、指挥部、宿舍、会议室、仓库、商、宿舍、会议室、仓库、商店及各种临时用房。店及各种临时用房。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 钢结构工程施工 出版社 科技分社 各种筒仓各种筒仓南京扬子石化化工厂南京扬子石化化工厂 钢结构工程施工 出版社 科技分社 配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系，配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系，即轻钢结构体系。体系由工

20、厂制作，现场按要求拼装形成即轻钢结构体系。体系由工厂制作，现场按要求拼装形成。具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价。具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等特点。由于自重轻，也降低了基础的造价。低，易维护等特点。由于自重轻，也降低了基础的造价。彩钢板作屋面和墙面彩钢板作屋面和墙面 薄壁型钢作檩条和圈梁薄壁型钢作檩条和圈梁 H型截面做柱与梁型截面做柱与梁 现场用螺栓或焊接现场用螺栓或焊接门式钢架为主要结构的门式钢架为主要结构的一种建筑一种建筑 钢结构工程施工 出版社 科技分社 厂房、厂房、库房、库房、体育馆体育馆展览馆展览馆机场机库机场机库 已建和在建的浦东国际机

21、场、首都国际机场、萧山已建和在建的浦东国际机场、首都国际机场、萧山国际机场、成都双流国际机场等国际机场、成都双流国际机场等 重要工程。重要工程。 钢结构工程施工 出版社 科技分社 全钢结构无吊车全钢结构无吊车砼柱砼柱+钢屋盖排架结构钢屋盖排架结构 钢结构工程施工 出版社 科技分社 多层循环类停车设备多层循环类停车设备 钢结构工程施工 出版社 科技分社 黑龙江省联通大厦黑龙江省联通大厦 钢结构工程施工 出版社 科技分社 1.1 1.1 钢结构基本结构形式及选型钢结构基本结构形式及选型1.1.1 轻钢门式刚架结构单层钢结构厂房一般为轻钢门式刚架结构。刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节

22、点连接起来的结构。工程中习惯把梁与柱之间为铰结的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则称为框架。我们讨论的刚架是单层刚架，因单层单跨或多跨刚架为“冂”字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。54 钢结构工程施工 出版社 科技分社 图1.1 多跨刚架的形式55 钢结构工程施工 出版社 科技分社 1.1.2 钢框架结构（民用建筑）1）框架结构的受力特点（1）荷载作用（2）竖向荷载传递路线（3）受力分析2）框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力图56 钢结构工程施工 出版社 科技分社 图1.2 框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的计算简图及内力图57 钢结构工程施工 出版社 科技分社 1.1.3 钢网架结构网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架