钢结构设计基本原理

1、基于凌云安徽理工高等院校土木建筑学院、铁元素骨基本原理thefundamentaltheoryofsteelstructures、铁元素骨课程学习方法、教学大纲要求，本课程主要是教授铁元素骨基本原理和零配件设计计算内容的本课程特点，大家对铁元素的感性认识还很少，结构因为受上课时间的限制，不能很详细地说明例题，所以必须从听力概念上理解问题，加强课前预习和课后复习，做很多练习题和思考问题。 本课程内容为：第一章绪论第二章钢结构材料第三章钢结构连接第四章轴心受力部件第五章弯曲部件设计第六章弯曲部件和弯曲部件、工具书、铁元素骨架设计规范、GB50017-2003 .北京牌：中国计划出版社2003年陈绍

2、蕃等编着.钢结构(上卷). 北京牌：中国建筑工业出版社， 2003年沈祖炎，陈以一编着.钢结构基本原理(第二版).北京牌：中国建筑工业出版社，2005年张耀春等.钢结构设计原理.北京牌：高等教育出版社2006钢结构设计手册(第三版上卷).北京牌：中国建筑工业出版社，2003， 2004邱鹤年.新编铁元素钢结构设计手册.北京牌：中国电力出版社，2005钢结构设计算例.北京牌：中国计划出版社，2007夏志斌姚议编着.铁元素骨的结构原理和设计.北京牌：中国建筑工业出版社，2004，第一章绪论，第一节铁元素骨的结构特征第二节钢结构应用第三铁元素骨的结构是由钢板和模具钢制成的结构，其主要特征是：1 .强

3、度(strength )高，与木材和砖、混凝土等其他材料相比，钢材的容积大，而强度高。 目前，在铁元素骨架的设计标准(GB50017-2003 )中，强度最低的钢材为Q235，拉伸、抗压强度的设计值为215N/mm2，在混凝土的设计标准(GB50010-2002 )中，符号最高的是C80，拉伸、抗压强度的设计值为其因此，在相同的负荷和条件下铁元素骨的重量轻。 2、由于塑性、韧性好，钢材塑性好，一般来说，铁元素骨的结构不会因偶然或局部过载而被突然地破坏，事前显示有大的变形。 钢材的韧性好，铁元素骨的结构能够承受良好的动力载荷，这些个的性能都为铁元素骨的结构的安全提供可靠的保证。 钢材内部组织均匀

4、，非常接近均质体。 在应力作用阶段，钢材是理想的弹性工作，符合工程科学基本假设。 因此，铁元素骨的结构的实际受力状况与力学计算结果很好地吻合，可以在机械原理上建立起计算铁元素骨的结构的方法. 3、材质均匀，焊接性是铁元素骨的结构的独特优点。 钢材的焊接性解决了铁元素骨的结构的制作问题，大大简化了铁元素骨的结构的接合，能够制造各种复杂形状的结构。 当然焊接也会产生残馀应力、残余变形、热影响区脆性等问题。 5 .工业化程度高，模具钢的大量采用加上专业生产，所以精度高，制作周期短。 工地安装广泛采用螺栓紧固，良好的组装性大大缩短了工期。 此外，建造的铁元素骨的结构也可轻松拆卸。 4、焊接性好，6、密

5、闭性好，钢材自身组织致密，焊接铁元素骨的结构完全密闭，能够进行铆接和螺栓连接。 因此，可以用于气密性和水密性要求高的储罐、储罐、高压容器的建设。 7 .耐腐蚀性差，钢材大气湿度高，在有腐食性介质的环境下容易生锈。 因此，为了确保铁元素骨的耐久性，必须采用镀涂膜剂、镀亚金属铅等防护措施，维护费用很高。钢材辐射热温度低于150时，钢材的主要性能变化小。 因此，耐热性高。 温度超过150时，材质的性能会发生变化，需要采取绝热措施，温度达到600左右时，铁元素骨瞬间崩溃，完全失去承载力。 因此，耐火性能差，必须采取一定的防火措施。 向一盏茶解释了美国WTO大厦的倒塌以铁元素骨的耐火性能差为致命的缺点。

6、 8、耐热不耐火，1.2铁元素骨的结构的应用，站在现代建筑结构技术发展的最地面锋，可以说世界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。 根据铁元素骨的结构自身的特点，结合我国国民经济的发展，铁元素骨的结构在土木工程领域的合理应用范围如下：1.工业现场(industrial factory building )，工业现场分为轻量、中型和重劳动现场，主要设置是否设置电动葫芦起重机和电动葫芦起重机例如，炼钢厂、锻压厂等。 近年来轻型门式刚架结构在工业厂房的应用十分普遍。 2、大摇镜头结构、大摇镜头结构具有铁元素骨强度高、自重轻的优点。 例如体育馆、会议中心、飞机库、大剧院等。 特别是在引体向上桥、斜拉

7、桥等桥梁施工上的应用。 3、高层结构、高层结构，特别是超高层结构，具有铁元素骨强度高、塑性、韧性好、抗震性能优良等优点。 例如，办公建筑、酒店、住宅等。 近年来，随着我国钢产量逐年增加，铁元素骨的结构在多层、高层、超高建筑的应用更加广泛。 4 .高喵了个咪结构，高喵了个咪结构主要包括塔和桅杆结构。 电视塔、输电线路塔、钻塔、环境大气监视塔、广播发射桅杆等。 5 .容器、水箱、配管，如大型滑油箱、水箱、瓦斯气体水箱、瓦斯气体水箱、输油管道等。 6、可拆卸或移动的结构，如建筑工地活动房、临时商业或旅游业建筑、塔式起重机、龙门吊等。 这种结构多为轻钢结构，由螺栓和紧固件连接。 7 .其他建筑物，如高

8、炉、输送通道、栈桥、管道支架等。重型现场结构西安变压器厂(400t电动葫芦起重机)、现场结构、上海体育场，位于北京牌人民大会堂西侧、西长安街南，总占地面积约1.2公顷，总建筑面积约1.5万平方米，总投资26.88亿元。 该工程外部围护结构为铁元素骨架，半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。 内置有歌舞剧住宅(2416席)、音乐厅(2017席)、剧院(1040席)和公共大厅等。 屋顶采用钛金属板，网壳外环绕人工湖(35500m2 )，各种通道和入口设置在水中。 由法国巴黎机场枢纽站大厦的安德鲁建筑师设计，北京牌市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量

9、为6750t，195kg/m2。大跨结构国家大大剧院、国家体育场建筑如鸟巢。 可容纳八万人。 平面为椭圆形、长轴340m、短轴292m。 屋顶的中央有146m 76m的开口，这个部分是为了开闭屋顶而设计的。 采用带肋薄壁箱形截面，总使用钢量达1.6万吨。大跨结构-国家体育场、国家游泳中心水立方建筑面积79532； 投资：约1.0亿2千万RMB，受铁元素骨的结构效应，多层住宅，多层住宅，上海全球金融中心，日本森大股份制公司子公司森海外股份制公司和日本代表性的银行、保险公司、商社等3.6公司，政府系统机构与日本海外经济合作基金(OECF )共同投资，上海全球金融中心，总投资额为750 位于陆家口金

10、融贸易区，建筑总面积335，420平方米，地下3层，地面9.4层。 完成的高度达到了492米。 总用钢量26000t，钢筋混凝土芯筒，外框钢骨混凝土和钢柱。高层建筑、上海金茂大厦、金茂大厦是中国上海对外贸易中心股份制公司自主投资建造的8.8层摩天大楼，建筑高度是420.5米，建筑面积是28.9万平方米，1998年8月2.8竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土中心筒，外框钢骨混凝土和钢柱。 设计师是美国的S.O.M事务所。 高层建筑、中央视新台地、中央视新台地建设工程位于北京牌朝阳区东三环中路、北京牌商务中心区区的中心区域，占地面积18.7万平方米，总建筑面积5.5万平方米，高230m。 央

11、视新台地建设工程总投资额约为5.0亿元，2003年1.0月开始建设，2008年正式运行。高层建筑、大连远洋大厦、大连远洋大厦是大连远洋运输公司、中远房地产开发公司和美国ESPIRIT公司共同研发的五星级酒店和a级办公建筑一体的斯玛特大厦。 总建筑面积为14.8万平方米。 其中，a座为五星级酒店，地面5.1层，总高200.8m。 钢筋混凝土的核心筒，外框钢信息帧。 设计、加工、安装所有国产化。 高层建筑，台北101大楼，直径5.5m，重量660 t的减震器，纵横各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界最高(到2008年8月为止) 2003年1.0月1.7日竣工)，2.6层以上以8层为

12、单位。 主要由巨大的柱子、核心系统和管桁架南朝梁组成。 巨柱从地下5层到地面9.0层，最大尺寸为2.4mx3m。 高层建筑、高耸的电视塔、微波塔、通讯塔等，东方明珠电视塔、东方明珠广播电视塔位于上海浦东新区黄浦江畔，并以468米高成为亚洲第一的高塔。 1991年3月开始建设，1994年1.1月完成，总重量达1.2万吨，总投资额达8.3亿元。 东方明珠塔由直径9米的阿特拉斯、宇宙飞船、天球、天球、五个球、塔式和广场构成。236m高青岛广播电视塔、塔式结构、陕西铜川天燃气公司1000立方分米天燃气球罐、大连西太平洋石化有限公司1500立方分米CF-62钢球罐、外壳结构、外壳结构、桥梁结构、徐浦桥、

13、桥梁结构、吕浦桥、其他钢结构、1.3钢结构设计方法，钢结构设计应遵循的一般原则是：“技术先进、经济合理、安全适用设计铁元素骨的方法分为容许应力法和极限状态设计法。 可分为以下几种：允许应力法(allowable stress method )，允许应力法也称为“安全系数法”或“值法”。 将影响结构设计的各要素定为一定值，用经验选定的安全系数考虑设计各要素变异的影响，测定结构的安全度。 其公式为(1-1)允许应力法，作为传统的设计方法计算简单，目前许多国家采用了不同的规范。 但该设计方法采用一定值的安全系数，认为各因素的影响不科学，不能定量测量结构的信任度，而且误解，有安全系数结构就100%可靠

14、。 目前，我国的铁元素骨设计规范(GB50017-2003 )中，只有计算主要构件和结的疲劳强度才采用这种方法。 式中：根据标准载荷和杆件截面尺寸计算的应力、许用应力、=、材料的标准强度、对钢材的屈服极限、安全系数。 二极限状态设计法、极限状态设计法出现于2.0世纪5.0年代。 它利用概率分析将异性的设计参数引入结构设计。 根据适用概率分析的程度分为三个层次。 即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态设计法、全概率极限状态设计法。 目前，铁元素骨的设计方法采用近似概率极限状态的设计方法，有时也称为概率极限状态设计方法。 1 .根据可靠性定义和概率极限状态设计方法，将结构信任度定义为在给定时间内

15、在给定条件下完成给定功能的概率。 结构的安全性、适用性、耐久性的总称。2 .限制状态的定义和分类，如果结构或其组成部分不满足超出某些特定状态的设计约束的功能要求，则该特定状态被称为该功能的限制。 结构的极限状态分为，(1)承载能力的极限状态，结构和部件达到最大承载能力或达到不适合继续承载的变形的极限状态，包括强度、稳定和疲劳等的计算。 结构或构件达到正常使用的某一规定界限值时的界限状态。 包括静负荷下的过大变形、动载荷下的剧烈振动、耐久性问题。结构的功能可以用结构的功能函数描述，并且在设计结构时，如果有n个影响结构可靠性的随机变量，那么x1、x2和xn能够在n个随机变量之间建立通常函数关系，并

16、且在仅考虑r和s这两个参数时，结构的功能函数可以是s负荷效应。 在实际工程中，根据条件z有3种可能性： Z0结构处于可靠状态时Z=0的结构达到临界状态，即达到极限状态时Z0结构发生故障时。 结构的信任度和故障概率：结构的信任度： Ps=P(Z0) (1-3)结构的故障概率： Pf=P(Z0) (1-4)关系： Ps Pf=1 (1-5)，4 .设计方法公式，现行的铁元素骨设计规范(GB50017-2003 )中除疲劳计算外，很多设计者都熟悉(1)对于负荷能力的极限状态，用负载效应的基本组合或偶然的组合进行负荷的组合，基本的组合由以下的设计式中最不利的值决定： (I )由可变负载效应控制的组合：

17、式中：结构重要性水平系数永久负荷的部分系数最初的可变荷载的部分系数。 其中，是可变荷载的部分系数，根据永久载荷标准值计算的载荷有效值可变荷载标准值计算的载荷有效值是在各种可变荷载效果中，、(1-6)、(1-7)是由永久载荷效果控制的组合，是控制作用者的可变荷载的组合值系数组合的可变荷载的数量钢材的强度设计值。 钢材的屈服极限、电阻项系数、Q235钢： 1.087； Q345、Q390、Q420钢的情况：=1.111。 但是，对于端面的受压和连接，其中极限强度=1.538，(2)对于正常的使用极限状态，根据不同的设计要求，必须采用负荷的标准组合、频繁组合、准永久组合。 铁元素骨的结构通常只考虑负荷的标准组合，其设计公式为：(1-9)，式中：永久负荷的标准值在主要构件或主要构件产生的变形值超控制作用的第一个可变荷载的标准值在结构要素或结构要素产生的变形值其他的第一个可变荷载基准值在主要构件或主要构件产生的变形值结