钢结构设计基本原理课件

1、安徽科技大学凌云土木建筑学院钢结构基础理论，钢结构课程的学习方法，根据教学大纲的要求，本课程主要讲授钢结构的基本原理和构件的设计计算内容；本课程的特点是对钢结构的感性认识较少，结构复杂，理论性强(尤其是稳定性理论)；由于课时的限制，我们不能详细解释例子，我们必须从强调的概念上理解问题，加强课前预习和课后复习；做更多的练习和思考问题。本课程的内容，第一章，第二章，钢结构的材料，第三章，钢结构的连接，第四章，轴心受压构件，第五章，受弯构件的设计，第六章，拉弯和压弯构件，学习参考书，钢结构设计规范，GB50017-2003。北京：中国规划出版社，陈绍蕃等，2003。钢结构(第一卷和第二卷)。北京：中

2、国建筑工业出版社，2003沈祖炎，陈依依。钢结构基本原理(第二版)。北京：中国建筑工业出版社，2005张耀春等，钢结构设计原理。北京：高等教育出版社，2006钢结构设计手册(第三版第一卷)。北京：中国建筑工业出版社，2003，2004邱鹤年。新钢结构设计手册。北京：中国电力出版社，2005钢结构设计计算实例。北京：中国规划出版社，2007夏志斌，简瑶，编辑。钢结构的原理和设计。北京：中国建筑工业出版社，2004。第一章：引言。第1节：钢结构的特点。第2节：钢结构的应用。第三节：钢结构设计方法。第四部分：钢结构的发展方向。1.1钢结构的特性。由不同材料制成的结构有它们自己的特点。钢结构是由钢板或

3、型钢制成的结构，其主要特点如下：1。高强度。与其他材料如木材、砖石和混凝土相比，尽管钢的体积密度很大，但其强度要高得多。例如，在钢结构设计规范(GB50017-2003)中，强度最低的钢材为Q235，其抗拉和抗压强度设计值为215牛顿/平方毫米；在混凝土设计规范(GB50010-2002)中，最高等级为C80，其抗拉强度和抗压强度设计值分别为2.22N/mm2和35.9，因此，在相同的荷载和条件下，钢结构的重量较轻。2.良好的可塑性和韧性。由于钢的良好塑性，在一般情况下，钢结构不会由于意外或局部过载而突然断裂，而是会发生大的变形。钢的良好韧性使钢结构能很好地承受动荷载，为钢结构的安全提供了可靠

4、的保证。钢的内部结构是均匀的，非常接近各向同性体。在受力阶段，钢材具有理想的弹性，这符合工程力学的基本假设。因此，钢结构的实际应力与力学计算结果吻合较好，可以根据力学原理建立钢结构的计算方法。均匀的材料和可焊性是钢结构的独特优势。由于钢的可焊性，解决了钢结构的制造问题，大大简化了钢结构的连接，可以制造各种形状复杂的结构。当然，焊接也会产生残余应力、残余变形和热影响区脆性等问题。5.高度工业化钢结构中使用的型钢和钢板由专业制造商制成钢构件，然后运输到施工现场安装。由于使用了大量的型钢并进行专业化生产，所以精度高，生产周期短。螺栓连接广泛应用于施工现场安装，由于装配良好，大大缩短了工期。此外，现有

5、的钢结构易于拆卸。4。良好的焊接性。气密性好，钢结构本身致密，焊接钢结构可以完全密封，甚至铆接或螺栓连接。因此，可用于建造高要求的气罐、油罐和高压容器当钢的辐射热温度低于150时，钢的主要性能变化不大。因此，它的耐热性更好。当温度超过150时，材料性能发生变化，应采取保温措施。当温度达到600左右时，钢结构会瞬间倒塌，完全失去承载能力。因此，耐火性差，必须采取一定的防火措施。美国世界贸易中心的倒塌充分表明，钢结构耐火性差是一个致命的缺陷。1.2钢结构的应用站在现代建筑结构技术发展的前沿，可以说世界上没有不可实现的结构，只有不合理的结构。根据钢结构的特点和我国国民经济的发展，钢结构在土木工程领域

6、的合理应用范围如下：(1)工业厂房，可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要取决于是否安装起重机，起重机的吨位和运行频率。例如，炼钢车间、锻造车间等。近年来，轻型门式刚架结构广泛应用于工业建筑中。2.大跨度结构，可以充分发挥钢结构强度高、重量轻的优点。例如，体育馆、会议中心、机库、剧院等。特别是在悬索桥、斜拉桥等桥梁工程中。高层结构，特别是超高层结构可以充分发挥钢结构的强度高、塑性好、韧性好、抗震性能优越等优点。例如，办公楼、酒店、住宅等。近年来，随着我国钢材产量的增加，钢结构在多层、高层和超高层建筑中的应用将更加广泛。4。高耸结构，主要包括塔楼和桅杆结构。如电视塔、输电线路塔、钻井塔、环境大气监

7、测塔、广播发射塔等。5.容器、储罐和管道，如大型油库、油罐、气罐、油库、输油管道等。6.可移动或可移动的结构，如建筑工地上的活动房屋、临时商业或旅游建筑、塔式起重机、龙门起重机等。这些结构大多是轻钢结构，通过螺栓或紧固件连接。其他结构，如高炉、运输走廊、栈桥、管架等。Xi安变压器厂(400吨起重机)是一座重型厂房，位于北京人民大会堂西、长安街西南侧，总面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元。本工程外部围护结构为半椭圆形钢网壳，长轴东西长212.2米，短轴南北长143.64米，总高46.285米，有歌剧院(2416座)、音乐厅(2017座)、剧院(1040座)和公共大厅。

8、屋顶由钛金属板制成，整个网壳由人工湖(35500m2)环绕，各种通道和入口均位于水下。由设计法国巴黎机场航站楼的安德鲁建筑师设计，北京建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达到6750吨，195公斤/平方米。大跨度结构国家大剧院和国家体育场形似鸟巢。它能容纳8万人。飞机是椭圆形的，长轴为340米，短轴为292米。屋顶中间有一个146米76米的开口，用于打开和关闭屋顶。采用带肋薄壁箱形截面，总用钢量达16万吨。大跨度结构国家体育场、国家游泳中心水立方建筑面积79532；投资：约10.2亿元人民币，钢结构效应，多层住宅，多层住宅，上海世界金融中心，由日本森达股份有限公司的全资子公司森海外有限公

9、司、36家具有代表性的日本银行、保险公司和贸易公司、政府系统机构日本海外经济合作基金(OECF)共同投资，总投资超过750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，总建筑面积335，420平方米，地下3层，地上94层上海金茂大厦是上海对外贸易中心有限公司独家投资5.6亿美元的88层超高层建筑，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。总用钢量为14000吨，包括钢筋混凝土核心筒、外框钢筋混凝土和钢柱。设计师是美国S.O.M公司。高层建筑、央视新址、央视新址建设项目位于北京市朝阳区东三环和北京中央商务区的核心区域，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米，高度230

10、米。央视新址建设项目总投资约50亿元，于2003年10月开工建设，2008年正式投入运营。高层建筑，大连远洋大厦，大连远洋大厦一座集五星级酒店和甲级写字楼于一体的智能建筑，由大连远洋运输公司、中远房地产开发公司和美国埃斯皮里特公司共同投资14.8亿元人民币。总建筑面积为148，000平方米。其中，A座为五星级酒店，地上51层，总高度200.8米。钢筋混凝土核心筒，外框钢架。设计、加工和安装都是本地化的。台北101大楼是一座高层建筑，直径5.5米，重660吨，长150米，宽150米，总面积30277平方米，塔高508米，是世界上最高的(截至2008年8月；2003年10月17日竣工)，26层以上

11、8层为一个单元。它主要由巨型柱、核心系统和伸臂桁架梁组成。巨大的圆柱从地下5层到地上90层不等，最大尺寸为2.4米3的高层建筑、电视塔、微波塔、通讯塔等。东方明珠电视塔和东方明珠广播电视塔位于上海浦东新区黄浦江畔，高468米，成为亚洲最高的电视塔。1991年3月开工，1994年11月竣工，总重量12万吨，总投资8.3亿元。东方明珠塔由三根直径9米的巨型柱子、一个太空舱、一个上球体、一个下球体、五个小球体、一个塔座和一个正方形组成。236米高的青岛广播电视塔、塔桅结构、1000m3的陕西铜川天然气公司天然气球罐、1500m3的大连西太石化公司CF-62钢球罐、壳体结构、壳体结构、桥梁结构、溆浦大

12、桥、桥梁结构、卢浦大桥等钢结构，1.3钢结构设计方法，钢结构设计的一般原则应为“先进技术”。钢结构设计方法可分为许用应力法和极限状态设计法。它可以描述如下：许用应力法，“许用应力法”也称为“安全系数法”或“定值法”。也就是说，将影响结构设计的因素作为固定值，采用经验选取的安全系数来考虑设计因素变化的影响，从而衡量结构的安全程度。其表达式如下：(1-1)。许用应力法作为一种传统的设计方法，计算简单，目前仍在许多国家的不同规范中使用。然而，在这种设计方法中，用固定的安全系数来考虑不确定因素的影响是不科学的，不能定量地衡量结构的可靠性，而且具有误导性。只要有一个安全系数，这个结构就是100%可靠的。

13、目前，我国钢结构设计规范(GB50017-2003)中仅计算结构构件或连接的疲劳强度。式中：由标准荷载和构件截面尺寸计算的应力；容许应力、=、材料的标准强度和钢的屈服点；安全系数。两种极限状态设计方法(极限状态设计方法)，极限状态设计方法出现于20世纪50年代。它通过概率分析将可变设计参数引入结构设计。根据应用概率分析的程度，可以分为三个层次。即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态设计法和全概率极限状态设计法。目前，钢结构的设计方法采用2.极限状态的定义和分类。当结构或其组成部分超过某一特定状态而不能满足设计中规定的某一功能要求时，这一特定状态称为功能的极限状态。结构的极限状态可分为两类：(

14、1)承载能力的极限状态，包括结构或构件达到最大承载能力或达到不适合继续承载的变形时的强度、稳定性和疲劳计算。结构或部件在正常使用中达到指定极限值时的极限状态。包括静态载荷下的过度变形、动态载荷下的剧烈振动和耐久性。结构的工作性能可以用结构的功能来描述。如果存在影响结构可靠性的n个随机变量，即x1、x2、xn，则通常可以在n个随机变量之间建立函数关系。如果只考虑两个参数，即R和S，则该结构的泛函为：Z=(R，S)=R-S (1-2)，3。负载效应。在实际工程中，在不同的条件下，Z有三种可能：当Z0结构处于可靠状态时；当Z=0时，结构达到临界状态，即极限状态；当Z0结构处于失效状态时。结构可靠性和

15、失效概率为：结构可靠性：Ps=P(Z0) (1-3)结构失效概率：Pf=P(Z0) (1-4)它们之间的关系：Ps Pf=1 (1-5)，4。设计方法表达式，现行钢结构设计规范(GB50017-2003 (1)为极限承载力状态，荷载组合应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，基本组合应根据以下设计表达式中的最不利值确定，(一)可变荷载效应控制的组合：其中：结构重要系数；永久荷载分项系数；可变荷载分项系数，即可变荷载分项系数；根据永久荷载标准值计算的荷载效应值；根据可变负载的标准值计算的负载效应值，其中、(ii)由永久负载效应控制的组合：(1-6)、(1-7)、控制器；可变载荷的组合值系数；参与组合的可变负载数量；钢的强度设计值。是钢的屈服点，是电阻的分项系数，对于Q235钢：1.087；对于Q345、Q390和Q420钢：=1.111。然而，对于端轴承和连接，极限强度为=1.538。(2)对于正常使用的极限状态，应根据不同的设计要求采用标准组合、频繁组合或准永久组合荷载。钢结构通常只考虑荷载的标准组合，其设计公式为：(1-9)，其中：结构或构件中永久荷载标准值引起的变形值；在结构或结构构件的过度控制作用下，由第一可变载荷的标准值产生的变形值；结构或构件中其他可变荷载标准值的变形值；