第1章 绪论 原稿

钢结构泰山学院机械与工程学院第1章绪论1大运三馆一体钢结构建筑

第1章绪论2什么是钢结构？砌体结构木结构钢筋混凝土结构钢结构组合结构五大结构含碳量小于2%的铁碳合金称作钢；含碳量大于2%的铁碳合金称作铁。钢与铁的区别钢结构以结构钢为主要承重体系的工程结构（建筑、桥梁、构筑物）。一些典型的钢结构建筑1.1钢结构的特点和应用范围

1.2钢结构的设计原则

第1章绪论1.3钢结构的发展1.1钢结构的特点和应用范围一、钢结构的特点1.质轻高强更大的承载能力更大的跨越能力便于运输和安装2.塑性和韧性好安全性高承受冲击荷载能力强3.材质均匀，与力学计算假定比较符合4.气密性、水密性好5.制造方便，施工工期短日本某钢结构住宅50天施工过程第一日堪察现场第二日维护现场，拆除旧房第十日基础完成第二十日房屋单元安装完毕第二十五日门窗安装完毕，内墙安装完毕、石膏板安装完毕天棚、地面开始制作第三十日室内外装修基本完毕第三十五日电器、洁具、上下水管道安装调试完毕第四十三日班组自行检查调整第四十八日公司检查第四十九、五十日使用说明介绍完工后的室内完工后的外观6.耐热性好、耐火性差钢结构防火保护施工7.易锈蚀8.低温冷脆10.环保、可回收再利用，建筑造型美观9.减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏补充耐候钢二、钢结构的应用范围1.重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构2.

大跨度结构体育馆、

展览馆、影剧院

、会议中心、

机库

上海大剧院屋盖跨度90米上海体育场马鞍形屋盖，东西长288m，南北长74m3.

高层建筑高层建筑钢结构某层楼面同济土木大楼－多层钢结构办公楼4.

桥梁结构5.塔桅结构电视塔、天线、发射架、海洋平台6.板壳结构储油库、煤气库、高炉等各种容器7.轻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：①由冷弯薄壁型钢组成的结构；②由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；③由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；④由圆管、方管、矩形管组成的结构；⑤由薄钢板焊成的构件组成的结构；⑥由以上各种构件组成的结构。8.可拆卸和搬迁的结构

流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等可拆卸钢结构可移动钢结构建成后的上海旗忠网球中心一、钢结构设计的要求1.安全性结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力以及在偶然事件（如地震、爆炸）发生时及发生后保持必要的整体稳定性的能力。2.适用性结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。3.耐久性结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预功能要求的能力。结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。

§1.2钢结构的设计原则二、钢结构的设计方法1.容许应力设计法式中：N-构件的内力S-截面几何特性

σs-钢材屈服强度K-安全系数σ-构件的计算应力2.概率极限状态设计方法1)极限状态当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。A.承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形状态。

超过承载能力极限状态后，结构或构件不能满足安全性要求。B.正常使用极限状态达到正常使用或耐久性中某项规定限度的状态。超过正常使用极限状态后，结构或构件不能满足适用性、耐久性要求。注：设计时常先按承载能力极限状态设计，再按正常使用极限状态校核。2）结构的功能函数

Z＝g(R，S)＝R-S

R—结构构件的抗力S—荷载效应R、S是随机变量，其函数Z也是一个随机变量。在实际工程中，可能出现下列三种情况：R＞S结构处于可靠状态；R＝S结构达到临界状态，即极限状态；R＜S结构处于失效状态。

3）概率极限状态设计方法结构的可靠度：结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的概率。“完成预定功能”就是对于规定的某种功能结构不失效(Z≥0)。以Ps表示结构的可靠度，则上述定义可表达为结构的失效概率以Pf表示由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是对立的，所以结构可靠度与结构的失效概率符合下式4）设计表达式

钢结构设计规范除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。以简单的荷载情况为例，分项系数设计式：

Rk—抗力标准值(由材料强度标准值和截面公称尺寸计算而得)；

SGk—按标准值计算的永久荷载(G)效应值；

SQK—按标准值计算的可变荷载(Q)效应值；

r—分项系数。《建筑结构可靠度设计统一标准》经过计算和分析，规定出在一般情况下荷载分项系数＝1.2＝1.4当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时永久荷载对设计有利(如屋盖当风的作用而掀起时)，应取＝1.0＝1.4钢结构的设计方法小结

设计方法：概率极限状态设计方法

计算疲劳仍采用容许应力法计算强度、稳定、连接用荷载设计值计算疲劳、变形用荷载标准值对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定时，动力荷载设计值应乘动力系数在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不应乘动力系数1.3

钢结构的发展

材料

先是铸铁、锻铁，后是钢，最近是铝合金，改称金属结构。连接方式在生铁和熟铁时代是销钉连接，19世纪初采用铆钉连接，20世纪初有了焊接连接，目前多采用高强度螺栓连接。结构形式先是桥梁、塔，后是工业及民用房屋和水工结构以及板结构，如高炉、储液库、储气库等。钢结构设计规范

03规范与88规范比较，除对一些问题进行合理改进外，还增加了新的内容。现行规范(GB500l7)在设计方法上有所改进和提高。（1）发展高强度低合金钢材除Q235、Q345、Q390钢外，增加了Q420钢，但后者应用于钢结构尚有待进一步研究。钢材品种也有所增加。（2）改进钢结构的设计方法采用以概率理论为基础的极限状态设计法，主要表现在不是采用经验的安全系数，而是根据各种不定性分析所得的失效概率(或可靠指标)去度量结构可靠性，并使所计算的结构构件的可靠度达到预期的一致性和可比性。但此方法还有待发展，因为其计算的可靠度还仅是构件或某一截面的可靠度，而不是结构体系的可靠度，也不适用于结构疲劳计算。

（3）结构的革新大跨度空间结构、超高层结构等近年来得到很大发展和应用。钢和混凝土组合结构的应用，也日益推广。

（4）优化设计与计算机辅助设计结构设计考虑优化理论的应用与计算机辅助设计及绘图都得到很大发展，还应继续研究改进。1)材料

一、主要内容2)连接3)基本构件拉、压、弯、拉（压）弯补充：本课程的主要内容、学习方法和参考资料1.钢结构原理2.钢结构设计3.钢结构的制作安装1.基本理论和基本概念

二、学习方法2.归纳、分析和比较4.联系工程实践3.习题1.《钢结构》陈绍蕃、顾强主编中国建筑工业出版社

三、参考资料2.《钢结构设计规范》（GB50017－2003）

3.中华钢结构论坛http:/