《鋼結(jié)構(gòu)課件第一章1緒論.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《鋼結(jié)構(gòu)課件第一章1緒論.ppt（90頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,1,緒 論,,,,,,講 課 張卉,,,鋼 結(jié) 構(gòu),Steel Structure,,,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和發(fā)展趨勢,1.3,鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式,1.5,鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí),1,緒論,,鋼結(jié)構(gòu)是土木工程的主要結(jié)構(gòu)形式之一。,鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等都屬于按材料劃分的工程結(jié)構(gòu)的不同分支。,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,,由鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼以及鋼索通過連接而形成的能夠承擔預(yù)定功能的結(jié)構(gòu)體系。如房屋、橋

2、梁等，稱為,鋼結(jié)構(gòu),。,什么是鋼結(jié)構(gòu),?,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,,古代,,,我國也是較早發(fā)明煉鐵技術(shù)的國家之一，在河南輝縣等地出土的大批戰(zhàn)國時代（公元前,475,～前,221,年）的鐵制生產(chǎn)工具說明，早在戰(zhàn)國時期，我國的煉鐵技術(shù)已很盛行。,,秦始皇年代已有鐵橋墩，公元,60,～,70,年代，已建成鐵鏈橋，此外還建有不少鐵塔。,,早在公元前,2000,年左右，在人類古代文明的發(fā)祥地之一的美索不達米亞平原（位于現(xiàn)代伊拉克境內(nèi)的幼發(fā)拉底河和底格里斯河之間）就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù) 。,,鋼,(steel),是鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

3、,公元,65,年，漢明帝時代建造了,鐵鏈懸橋,——,云南,“,蘭津橋,”,1705,年建成的,四川瀘定大渡河橋,，橋?qū)?2.8m,，跨長,100m,，由,9,根橋面鐵鏈和,4,根橋欄鐵鏈構(gòu)成，兩端系于直徑,20cm,、長,4m,的生鐵鑄成的錨樁上。,公元,1061,年（宋代）在湖北荊州,玉泉寺,建成的,13,層鐵塔,十九世紀五十年代前為,鑄鐵結(jié)構(gòu),，這是鋼結(jié)構(gòu)的前身結(jié)構(gòu)。,,1851,年英國倫敦第一屆世博會的,水晶宮,是鑄鐵結(jié)構(gòu)的典型建筑,(9,萬,m,2,,6,個月，用,4500,噸鑄鐵、,10,t,玻璃建成，,1936,年火毀,),。,它是英國工業(yè)革命時期的最具有代表性的建筑。,近代,,,

4、這是一座完全用鋼鐵和玻璃構(gòu)造的“功能主義”建筑，一改維多利亞時代石頭建筑龐大、笨重的建筑風(fēng)格，不管是從外面看還是從里面瞧，都非常透亮，人們因此稱它“水晶宮,,1870,年,生產(chǎn)型鋼，標志著人類社會開始由,鑄鐵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為鋼結(jié)構(gòu)。,,巴黎的標志,——,艾菲爾鐵塔,,,1889,年,為紀念法國大革命,100,周年建造的,艾菲爾鐵塔,。,于,1887,年,11,月,26,日動工,1889,年,3,月,31,日竣工，歷時,21,個月，鐵塔占地,12.5,公頃，高,320.7,m,，,重,7000,t,,,由,18038,個優(yōu)質(zhì)鋼鐵部件和,250,萬個鉚釘鉚接而成，建筑設(shè)計中最著名的是防范強風(fēng)吹襲的對稱鋼結(jié)

5、構(gòu)設(shè)計。,以艾菲爾鐵塔為標志，,鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用有,1,2,0,多年的歷史,。,,第一座依照現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原理建造起來的高層建筑是,芝加哥家庭保險公司大廈,（,1883-1885,）共十層。這是真正意義上世界上建造的第一座鋼結(jié)構(gòu)大廈。,芝加哥家庭保險公司大廈,,Home Insurance Building,,芝加哥是美國摩天大樓的發(fā)源地,，從此人們建造的房屋越來越高，結(jié)構(gòu)和功能都同傳統(tǒng)建筑相比發(fā)生了非常大的改變。,,我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,50,年代,,,為,初盛時期,（,156,項援建工程大部分為重型鋼結(jié)構(gòu)）,。,,,60-70,年代,,,為,限制使用,時期,，,當時中國鋼產(chǎn)量僅,1,～,

6、2,千萬噸，主要用于國防,.,機械業(yè)。當時國家政策建筑業(yè)中,“,凡是可用其它材料代替的，均不用鋼結(jié)構(gòu)建造,”,。由于受到鋼產(chǎn)量的制約，,鋼結(jié)構(gòu)僅在,重型廠房、大跨度公共建筑、鐵路橋梁以及塔桅結(jié)構(gòu),中采用,。,二十世紀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為中國主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。,,,80-90,年代,后,,,出現(xiàn)了,新的發(fā)展時期,（,鋼產(chǎn)量自,1996,年（實現(xiàn),1,億噸）起連續(xù)多年超億噸,),,國家,鼓勵建筑用鋼,。,,建國以來 我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的三個時期,,剛解放時鋼產(chǎn)量幾乎是零,20,世紀,50~70,年代,：,應(yīng)用較少,,,20,世紀,80,年代以來,：,飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用,。,,,自,1996,年以后，鋼產(chǎn)量世

7、界第一；到,2012,年我國粗鋼產(chǎn)量達,7,億噸。,應(yīng)用范圍擴張,,高層建筑,,體育場館,,機場航站樓,,會展中心,,劇院,,火車站,,飛機庫,,工業(yè)廠房,,電視塔,結(jié)構(gòu)體系豐富,,純框架,,帶支撐框架,,框筒,,網(wǎng)架網(wǎng)殼,,空間桁架,,剛架、拱架,,懸索、張弦梁,,索膜結(jié)構(gòu),,塔桅結(jié)構(gòu),,20,世紀,80,年代以來,：,飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用。,,自,1996,年以后，鋼產(chǎn)量世界第一；如：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展；如：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展。,1949 十幾萬噸,,1990 5000萬噸,,1995 7000萬噸,,1996 1億噸,,2000 1.285億噸,,2004

8、 2.72億,,2006 4.62億噸,,2007 4.89億噸,,2008 5.84億噸,,,6.92億噸,,,6.83,億噸,,,7,億噸,,7.8,億噸,2013,年中國粗鋼產(chǎn)量占全球,48.5%,,不銹鋼產(chǎn)量占,48.3%,。,,,建筑用鋼占各國鋼材消費的比例都很高。,,,,中國的建筑用鋼總量約占全部鋼產(chǎn)量的,20,％－,25,％；,,中國用于鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑僅占,3%,左右,;,2010,年達到,6%,。,,歐盟,15,國占,41%;,,,美國占,21%;,,,日本占,43.2%,。,中外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較,國家,中國,韓國,日本,美國,鋼結(jié)構(gòu)建筑總

9、量,/,建筑總量,6,％,20,％,50,％,68,％,我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀，與發(fā)達國家比較,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,,從發(fā)達國家來看，鋼結(jié)構(gòu)建筑已成為主流。,,世界各國建筑業(yè)都是鋼材的主要用戶之一，工業(yè)發(fā)達國家在其建筑業(yè)的增長時期基本建設(shè)用鋼量一般占鋼材總量的,30%,以上。,我國各類鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)消費鋼材比例,,我國建設(shè)部建筑用鋼發(fā)展規(guī)劃,“,十五,”,期間建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達到總鋼產(chǎn)量,3,％,2015,年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達到總鋼產(chǎn)量,6,％,節(jié)約用鋼,,開始轉(zhuǎn)向,,鼓勵用鋼,1.1,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況,,鋼結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為二十一世紀建筑結(jié)構(gòu)的總趨勢，成為一個國家國力和建筑水平、文明水平的重要標

10、志。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,1.2.1,鋼結(jié)構(gòu)的特點,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,輕質(zhì)高強，塑性好；,材性均勻可靠；,工業(yè)化程度高，施工工期短；,密閉性好；,抗震及抗動力性能好；,穩(wěn)定性問題突出；,耐火性較差；,易腐蝕；,單價高。,60,年代,80,年代,90,年代,未來,0,250,500,750,1000,材料強度,/MPa,,,,,,,,,,,,,,,,,,,鋼材屈服點,,鋼材極限強度,,混凝土強度,,輕質(zhì)高強、塑性好,——,更大的跨越能力，更高的發(fā)展空間。,材料,鋼筋混凝土,木材,鋼,? (,kN/m,3),25,5,78,?,= ?,/,f,18×10,-4,5.4×10,-4

11、,2.7×10,-4,?,= ?,/,f,,——,密度強度比,,反映材料在承載條件下的輕質(zhì)性。,,f,——,設(shè)計強度,(,kN/m,2,),1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,這樣的橋型才顯示了鋼材造橋的特點，但這還不是鋼橋最典型的特點。,Steel Pier,RC Pier,鋼橋墩和,RC,橋墩的設(shè)計截面比較,意大利羅馬萬神廟,墻厚,5.9m,，從墻到穹頂均用混凝土澆筑，穹頂從根部逐漸減薄，最薄處,1.5m,厚。穹頂直徑,43.3m,，頂部園洞直徑,8.9m,，穹頂高也是,43.3m,。,上海鐵路南站,,世界第一超大透光鋼結(jié)構(gòu)屋頂，直徑,278m,，由,54,根鋼柱支撐而起，最高處離地面,42m,

12、，安裝總面積達,6,萬多,m,2,，屋面采用陽光板，可采光隔熱。,,采用鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸已經(jīng)變得很小，換來的是大片的空透采光空間，房屋失去了以前的厚重感覺,——,輕盈舒展,材質(zhì)均勻,——,鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，為理想的彈塑性材料，,理論計算與實際結(jié)果吻合良好，更安全的結(jié)構(gòu)。,RC,橋墩的倒塌,鋼橋墩的損傷（局部屈曲）,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,抗震及抗動力性能好,塑性和韌性好,——,鋼材良好的塑性，使結(jié)構(gòu)在一般情況下不會因超載而突然斷裂，在破壞前變性增大，有明顯征兆，易于補救；良好的韌性是結(jié)構(gòu)適于承受沖擊荷載和動力荷載，具有良好的抗震性能,工業(yè)化程度高,——,良好的加工性能

13、和焊接性能，易于工廠化生產(chǎn)，施工周期短、效率高、質(zhì)量好。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,密閉性能好,——,鋼材本身組織致密，焊接的鋼結(jié)構(gòu)可以做到完全密閉，具有良好的氣密性和水密性。（,儲存、運輸,）,拆遷方便，可重復(fù)性使用性,——,質(zhì)量輕，連接簡便，拆裝方便，災(zāi)后易修復(fù)、基礎(chǔ)造價低、材料可回收和再生、節(jié)能、省地、同時又是綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的建筑材料，符合當前節(jié)地節(jié)能政策。,耐腐蝕性差,——,鋼材在潮濕、腐蝕環(huán)境中易銹蝕，維護費用高。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,>>>>,耐候鋼的開發(fā)與應(yīng)用,耐火性差,——,鋼材雖為非燃燒體，但裸露鋼結(jié)構(gòu)耐火極限一般為,15,～,20,分鐘,。,1851,年世博會

14、結(jié)束后水晶宮移至倫敦南部的西得漢姆，并以更大的規(guī)模重新建造，,1854,年,6,月,10,日由維多利亞女王主持向公眾開放。它作為倫敦的娛樂中心存在了,82,年。,1936,年,11,月,30,日晚上,6,點，在中央大廳的員工廁所內(nèi)突然著火。很快大火燒遍了整幢建筑，第二天早上，除了一堆扭曲的金屬和融化的玻璃，其它什么都沒有留下。水晶宮的焚毀也宣告了輝煌的維多利亞時代結(jié)束。,紐約世界貿(mào)易中心大樓,1966,年開工，歷時,7,年，,1973,年竣工以后，以,411m,的高度作為,110,層的摩天巨人而載入史冊。大樓采用鋼結(jié)構(gòu)，用鋼,7,萬,8,千噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，有“

15、世界之窗”之稱。,,2001,年,9,月,11,日紐約世貿(mào)大樓雙子塔遭受飛機撞擊后，挺立了近兩個小時之后突然坍塌。主要原因是波音,757,載油,35,噸?，波音,767,載油,51,噸?，大火燃燒，鋼材變軟，引起坍塌。,鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,鋼結(jié)構(gòu)體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢。,A,）恒載占比越大，采用鋼結(jié)構(gòu)越合理。,,B,）強震地區(qū)（受力小，延性好）,,C,）勞動力價格高（工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)場勞動力少）,,D,）軟土地基（基礎(chǔ)耗資?。?,E,）大跨、超高結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)效應(yīng)函數(shù)值大）,1.2.2,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,,多層與高

16、層建筑（賓館、辦公樓、住宅等）,,大跨度建筑（體育館、會展、機場、廠房）,,大跨度橋梁（公路橋、鐵路橋）,,高聳構(gòu)筑物（電視塔、發(fā)射塔、輸電塔）,,密閉結(jié)構(gòu)（油罐、煤氣罐、天然氣管道）,,輕型鋼結(jié)構(gòu),,其它結(jié)構(gòu),,受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)（重工業(yè)廠房、鉆井平臺）,可拆移結(jié)構(gòu),1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,鋼結(jié)構(gòu)被譽為,21,世紀“綠色建筑”,,鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍,第一章 緒 論,國家大劇院,,總建筑面積近,15,萬,m,2,，該工程外部圍護結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸,212.2m,，南北短軸,143.64m,，總高度,46.285m,。設(shè)計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，整體結(jié)構(gòu)用鋼量

17、達,6750t,。,,大跨度建筑,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,世界跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)建筑,——,鳥巢,，建筑面積,25.8,萬,m,2,，可容納觀眾,9.1,萬人，其中固定坐席,8,萬座，臨時坐席,1.1,萬座。平面為橢圓形，,頂面呈鞍形，,長軸,332.3m,，短軸,296.4m,；最高點高度為,68.5m,，最低點高度為,42.8m,。大跨度屋蓋支撐在,24,根桁架柱上，主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射形布置，有,22,榀主桁架直通或接近直通，少量主桁架在內(nèi)環(huán)附近截斷。鋼結(jié)構(gòu)大量采用由鋼板焊接而成的箱形構(gòu)件，交叉布置的主桁架與屋面及立面的次結(jié)構(gòu)一起形成了“,鳥巢,”的特殊建筑造型。用鋼,4.2

18、,萬,t,，鋼結(jié)構(gòu),焊縫總長,300,公里,。主看臺部分采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，與大跨度鋼結(jié)構(gòu)完全脫開。,單根桁架柱,立柱高,70m!,重,600t!!,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,建設(shè)中的鳥巢,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,世博演藝中心作為上海世博會最重要的永久性場館之一。世博演藝中心的造型呈飛碟狀，在不同角度與不同時間會呈現(xiàn)出不同形態(tài)。外觀造型宛如從天而降的太空,“,飛碟,”,。根據(jù)規(guī)劃，該演藝中心建筑面積,8,萬,m,2,，地上約,4.5,萬,m,2,,，地下約,3.5,萬,m,2,，整個工程投資約合十一億元人民幣 。,世博演藝中心,,屋蓋為大跨度焊接鋼管拱形桁架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，主體

19、結(jié)構(gòu)由,7,榀拱形主桁架通過次桁架和水平支撐組成。主桁架拱跨,94.6m,，矢高,27.5m,，相鄰主桁架軸線距為,8m,。,華中科技大學(xué)光谷體育館,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,拱形屋蓋施工監(jiān)測點,,,內(nèi)部,華科大結(jié)構(gòu)試驗中心,,大型節(jié)點足尺模型試驗,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,神龍轎車二期焊裝車間,工業(yè)廠房,建設(shè)中的武漢重型機床廠,,蘇格蘭,Forth,海灣大橋是世界上第一座鋼鐵橋，建成于,1890,年，該橋主跨達,521.2m,，總長,1620m,，支承處桁高達,110m,。鐵路高出水位,47.8m,，因風(fēng)力過大，橋梁桁架做成向內(nèi)傾斜，塔頂寬約,10m,，塔底

20、寬,36.6m,，全橋共計,3,個橋塔，六個伸臂，各長,206m,，懸跨長,107m,，為當時世界上最大的懸臂鋼桁架橋，也是世界上最早采用平爐鋼建造的橋梁。是公認的鐵路橋梁史上的里程碑之一。這是一座弦桿用管形桿件的雙伸臂梁鐵路橋，設(shè)計人承認，這座橋的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是,從中國的木伸臂梁（鵲巢橋）演變而來的,。,蘇格蘭福斯海灣橋,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,大跨度橋梁,19,世紀的工程奇跡之一,,在,1878,年，,THOMAS BOUCH,建成了當時世界上最長的大橋，它橫跨敦提的泰河海灣。,BOUCH,采用了鑄鐵河熟鐵，使用了一種新的設(shè)計方法，這座大橋被認為是一個工程奇跡。建成不到兩年，在,1879

21、,年,12,月,28,日的夜里，大橋在一場暴風(fēng)雪中倒塌了，當時正好有一列承載著,75,人的列車經(jīng)過，列車上所有的人都遇難了。這在當時是一場巨大的工程災(zāi)難，所以，,1882,年當設(shè)計,FORTH,海灣大橋的時候，設(shè)計者使用了更多的鋼鐵，這樣做不僅使得大橋更安全，而且使公眾看起來也覺的安全，并且是公認的鐵路橋梁史上的里程碑之一。,金門海灣大橋,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,金門大橋,(Golden Gate Bridge),，主橋,1966m,（主跨,1280 m,，邊跨,344m,），建成于,1937,年，該橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，水面以上塔高,228m,，橋下凈空,67m,。主梁也是鋼結(jié)構(gòu)，橋面寬,2

22、7m,。公路面寬,18m,，兩邊各設(shè),3.3m,的人行道。兩個錨碇各重,5.44,萬,t,。主纜長度,2332m,，直徑,0.92m,，主纜、吊索及附件總重,2.22,萬,t,。,保持了,27,年是世界最大跨徑的橋梁的記錄。,,位于悉尼港，,1932,年建成。橋全長,1149.1m,，主跨,503m,，保持近半個世紀的世界橋跨記錄。橋型為雙鉸中承式桁架拱，拱桁高度：拱頂處為,18.29m,，拱腳處為,57.25m,；兩拱肋的中距,30m ,,橋面總寬為,48.8m,；主橋兩端各設(shè)橋頭堡和,5,孔鋼梁引橋。全橋用鋼量為,52,萬,t,，其中拱橋用量,38,萬,t,。世界著名造型奇特的悉尼大劇院建

23、在橋傍，二者相互輝映，相得益彰。,澳大利亞悉尼港橋,(Sydney Harbor Bridge) -,鋼拱橋，,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,,位于日本本州島與四國島之間,跨越明石海峽的一座特大跨徑的懸索橋。,,1998年,建成,通車,，大橋主橋全長,3910m,（,960+1991+960,），,,主跨1990,m,，是目前世界上主跨最長的懸索橋，鋼橋塔高,297m,，也是世界上最高的橋塔。兩根主纜各由,290,根高強鋼索構(gòu)成，直徑為,1222m,，主纜的極限強度為,1800MPa,。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,日本明石海峽大橋,,南京大,勝関長江大橋,,2006年8月開工，2009年9月

24、開通。,世界,同類橋梁,最大,跨度,,6,跨連續(xù)鋼,桁架,拱橋（109+192+2×336+192+109）,m,,鐵路橋：,6,車軌高鐵，,2,車軌城市輕軌。,,,,,,武漢天興洲公鐵兩用長江大橋,,該大橋總,投資約,110,億元,,,,是四線鐵路，六車道公路的雙塔三索面三主桁公鐵兩用特大型鋼桁梁斜拉橋。大橋,正橋全長,4657m,，正橋主孔采用公鐵合建長,2842m,，主跨為,504m,，,主桁寬度,30m,，,鐵路設(shè)計速度為,200,公里,/,小時,。,,在當今世界同類型大橋中冠以“,跨度、荷載、速度、寬度,”,4,項第一：主跨,504m,，超越丹麥海峽大橋,490m,的跨度；承載,2,

25、萬,t,荷載；可滿足列車,250km,的運行時速，遠超目前世界上同類大橋,120km,至,160km,里水平；主桁寬度,30m,。此外，天興洲大橋能抵抗,11,級的地面風(fēng)，可抗,300,年一遇的洪水，可抗烈度,7,度地震。,2009,年,5,月,3,日試通車。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,建設(shè)中的寧波大紅鷹技術(shù)學(xué)校學(xué)生宿舍,外墻,內(nèi)墻龍骨安裝,,多層與高層建筑,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,上海金茂大廈,位于上海浦東新區(qū)，陸家嘴金融貿(mào)易中心，采用鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及,鋼柱結(jié)構(gòu),。建筑面積,28.9,萬,m,2,，地下,3,層，地上,88,層，建筑高度,420.5m,，總用鋼量,1.

26、8,萬,t,。設(shè)計者為美國事務(wù)所。,,,1999,年,3,月,18,日,竣工,上海環(huán)球金融中心,,工程占地面積為,3,萬,m,2,，總建筑面積達,38.16,萬,m,2,。地上,101,層，地下,3,層，建筑主體凈高,492m,，總用鋼量,2.6,萬,t,，采用鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱結(jié)構(gòu)。,2008,年竣工。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,中國,2010,年上海世界博覽會，主題為“城市，讓生活更美好”。,,永久建筑“一軸四館”即,世博軸,、,中國館,、,主題館,、,世博中心,、,演藝中心,。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,中國館總建筑面積達,16.01,萬,m,2,，由中國國家

27、館、地區(qū)館等組成。其中國家館由,4,個鋼筋混凝土核心筒立柱和鋼結(jié)構(gòu)組成，鋼結(jié)構(gòu)從柱高,33.3m,居中升起，層疊出挑，呈拱斗型，成為凝聚中國元素、象征中國精神的雕塑感造型主體,——,東方之冠,。澆筑混凝土,50,萬,m,3,，制作吊裝鋼結(jié)構(gòu),2.2,萬,t,，耗用電焊條,125t,，焊縫總長,18,公里。四根巨型鋼筋混凝土核心筒，兩個筒之間邊長,70m,，而由其挑空托起的四方斗拱，頂層邊長達,140m,，即屋頂寬度是底座寬度的,2,倍，,1.96,萬,m,2,的屋頂，面積之大，相當于兩個半足球場。,中國國家館,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,深圳地王大廈,,地上,78,層，地下,3,層高,342

28、.95m,，加桅桿總高,383.95m,。于,1996,年完工，其建筑形體的設(shè)計靈感來源于中世紀西方的教堂和中國古代文化中通、透、瘦的精髓，它的寬高比例為,1:9,，創(chuàng)造了世界超高層建筑最扁最瘦的記錄。地王大廈鋼結(jié)構(gòu)總量達,2.45,萬,t,，高強度螺栓,50,萬個,,,焊縫長,60,萬,m,。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,臺北,101,——,樓高,101,層，總高度,508m,，世界第一高樓，,26,層以上以,8,層為一單元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。,臺北,101,設(shè)置了,“,調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器,”,（,tuned mass damper,，調(diào)質(zhì)阻尼器），是在,88-92,樓層掛置一

29、個重達,660t,的巨大鋼球，利用擺動來減緩建筑物的因高空強風(fēng)及臺風(fēng)引起的晃幅。,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,高雄,T&C,大廈,,T&C Tower S- 85/348,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,,最終高度,818m,，,162,層。使用,33,萬,m,3,混凝土、,7.8,萬,t,鋼材（動用了超過,31,萬,m,3,的強化混凝土及,6.2,萬噸的強化鋼筋）及,14.2,萬,m,2,玻璃。大廈內(nèi)設(shè)有,56,部升降機，速度最高達每秒,10m,，另外還有雙層的觀光升降機，每次最多可載,42,人。,阿聯(lián)酋迪拜塔,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,東方明珠電視塔,,東方明珠廣播電視塔

30、座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其,468,m,的高度成為亞洲第一高塔。她于,1994,年,11,月完工，總重量達,12,萬,t,。,,,東方明珠塔由三根直徑為九,m,的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。,高聳構(gòu)筑物,東京千年塔,巴黎的埃菲爾鐵塔,東京晴空塔,東京天空樹,廣播電視塔,火箭發(fā)射塔,輸電塔,,受動力荷載影響的結(jié)構(gòu),西安變壓器廠（,400t,吊車）,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,東方汽輪機廠,,密閉結(jié)構(gòu),大型儲油罐,管道,大型煤氣罐,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,施工鋼模,海上石油平臺,可拆移結(jié)構(gòu),中國南極長城站綜合倉庫,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,架橋機,汶川地

31、震光四川就用了,60,萬套鋼結(jié)構(gòu)板房,,,輕型鋼結(jié)構(gòu),1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,輕鋼結(jié)構(gòu)住宅,日本水戶藝術(shù)館,摩天輪,,其它結(jié)構(gòu),化工廠生產(chǎn)設(shè)備支架,1.2,鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,1.3,鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式,,桁架結(jié)構(gòu)（桿系）,,框架結(jié)構(gòu)（桿系）,,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（桿系）,,拱結(jié)構(gòu)（曲桿）,,板式結(jié)構(gòu)（板）,,張拉結(jié)構(gòu),——,索桁架、斜拉索、懸索、索膜,※,結(jié)構(gòu)的組成：,由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。,※,基本單元：,承重體系中具有獨立力學(xué)性能的構(gòu)件?？梢允菞U件、板件、索等單元或這些單元的組合。,1.3,鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式,桁架,(,Truss),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,Design Principle

32、s of Steel Structure,,,鋼屋架,框架,(Frame),剛架,(Rigid Frame),網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由許多桿件按一定規(guī)律布置，通過節(jié)點連接成,空間桿系結(jié)構(gòu),，其外形成平板狀。,網(wǎng)架結(jié)構(gòu),螺栓球節(jié)點,網(wǎng)架,(,Spatial Grid Structure; Space Truss Structure,),網(wǎng)殼,(,Spatial,Shell Structure,),,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一樣，網(wǎng)殼也是由許多桿件按一定規(guī)律布置，通過節(jié)點連接成空間桿系結(jié)構(gòu)，,但網(wǎng)架的外形呈平板狀，而網(wǎng)殼的外形呈曲面狀,。,,一般為單層或雙層，按其外形為單曲面或雙曲面而構(gòu)成網(wǎng)狀穹頂、網(wǎng)狀筒殼以及雙曲

33、拋物面網(wǎng)殼等多種形式。,,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點：外形美觀、通透感好，建筑空間大、用材省，設(shè)計施工較復(fù)雜。,世博軸,6,個陽光谷每個高,40m,、均為下小上大的懸挑式單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，上口最大直徑為,90m,，節(jié)點總數(shù)為,10348,個，節(jié)點數(shù)繁多是工程鋼結(jié)構(gòu)的一個顯著特性，在桿件制作及安裝等方面均面臨世界級挑戰(zhàn)。,縱向跨度為,240m,，頂部高,55m,，拱形骨架有,12,度的傾角，其截面為,3.5m,2,。,,香港大球場,拱結(jié)構(gòu),(Arch Structure),板式結(jié)構(gòu),(Plated Structure),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,Design Principles of Steel Structure,

34、,,,以一系列拉索為主要承重構(gòu)件，這些索按一定的規(guī)律組成各種不同的形式，懸掛于相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上，,使材料強度在受拉情況下得到充分發(fā)揮的結(jié)構(gòu)形式,。,索,(Cable),索桁架、斜拉索、懸索,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,Design Principles of Steel Structure,,,武漢軍山長江大橋,（斜拉）,美國舊金山大橋,（懸索）,,,斜拉索在鋼結(jié)構(gòu)建筑物中的應(yīng)用,1.3,鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式,,軸心受力構(gòu)件,(Concentrically Loaded Member /Axial Force Member/Axial Member),,,—,拉桿,(Tension Member),,,—

35、,壓桿,(Compression Member),,受彎構(gòu)件,(Bending Member),,,—,梁,(Beam),,偏心受力構(gòu)件,(,Eccentrically Loaded Member/Combined Compression and Bending Member),,,—,拉彎桿（偏心受拉,）,Eccentrically Loaded Tension Member,,,—,壓彎桿（偏心受壓）,,Eccentrically Loaded Comp. Member,,拱,(Arch),,索,(Cable),結(jié)構(gòu)中構(gòu)件主要受力形式,,本課程學(xué)習(xí),1.3,鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式,,鋼結(jié)構(gòu)的

36、設(shè)計目的：,使所建造的結(jié)構(gòu)能充分滿足各種預(yù)定功能要求，并做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用和確保質(zhì)量。,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和發(fā)展趨勢,1.4.1,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,1.,結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則,1,）結(jié)構(gòu)的功能要求：,安全性，適用性，耐久性,。,,能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用；,,在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性；,,在正常使用時，具有良好的工作性能（結(jié)構(gòu)的適用性要求）；,,在正常維護下，具有足夠的耐久性（結(jié)構(gòu)的耐久性要求）,。,（,1,）,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形,，,作用效應(yīng),，,外部因素,。,2,）,作用（,S,）,（,2,

37、）,荷載,,按隨時間的變異分：,,永久,荷載：,恒載(,G),；,,可變,荷載：,活載(,Q),，,風(fēng)載(,W),，雪載，積灰；,,偶然作用：,地震，,爆炸。還有,溫度,，,沉降,；,,按結(jié)構(gòu)反應(yīng)（是否使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度）：,靜載，動載,（,1,）結(jié)構(gòu),承受作用的能力,，,結(jié)構(gòu)特性,；,,（,2,）,與,結(jié)構(gòu),形式、尺寸、材料,性能,有關(guān)。,3,）,抗力（,R,）,（,1,）,設(shè)計基準期內(nèi)（,一般,50年），,,（,2,）,安全性(,S0,，,或,R>S,，安全狀態(tài),,Z

38、<0,，,或,R

39、,Ps,），,失效概率,（,Pf,），,,Ps + Pf,＝,1,結(jié)構(gòu)可靠度：,結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間，規(guī)定的條件（正常設(shè)計、正常施工、正常使用、正常維護）下，完成預(yù)定功能的概率。,,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,3.,設(shè)計表達式,統(tǒng)計變量,：,標準值,、,設(shè)計值,、,分項系數(shù),,結(jié)構(gòu)安全等級,：,,結(jié)構(gòu)重要性分三級（,重要、一般、次要,）,對各類材料的規(guī)定,:,,對于,Q235,鋼：,?,R,=1.087,；,,Q345,、,Q390,、,Q420,鋼：,?,R,=1.111,,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,永久荷,載,,S,G,=,g,G,S,Gk,；,,可變荷,載,,S,Q,=,g

40、,Q,S,Qk,；,,抗 力,,R,=,R,k,/,g,R,,采用計算結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標與所定的最優(yōu)失效概率或目標可靠指標相比較的設(shè)計方法較難掌握。,《,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準,》(GB50068),規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計表達式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計要求，采用有關(guān)的,荷載代表值,、,材料性能標準值,、,幾何參數(shù)標準值,以及各種,分項系數(shù),等表達。,鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強度設(shè)計值。,,教材,P268~271,，、,7.12,、表,,在工程應(yīng)用中，考慮到鋼結(jié)構(gòu)主要為單一材料制成，,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中常采用應(yīng)力形式表達的極限狀態(tài)分項系數(shù)設(shè)計公式。,,可變荷載起控制作用時

41、：,永久荷載,起控制作用時：,1,）承載能力極限狀態(tài),對于一般排架和框架結(jié)構(gòu)：,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和發(fā)展趨勢,,按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的偶然組合。,Y,ci,：荷載組合系數(shù)；,,f,：材料強度設(shè)計值。,,g,o,：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，,g,o,=,1.1,(,一級,),；,g,o,=,1.0,(,二級,),；,g,o,=,0.9,(,三級,),；,g,G,=1.2,；,g,Q,=1.4,g,G,=1.35,；,g,Q,=1.4,（,2,）可變荷載的分項系數(shù) （,g,Q,）,,,--,一般情況下應(yīng)取,1.4,；,,,--,對標準值大于,4kN

42、/m,2,的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載,,標準值應(yīng)取,1.3,。,（,1,）永久荷載分項系數(shù),（,g,G,）,當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時,,,--,對可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取,1.2;,,--,對永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取,1.35;,當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時,,,--,一般情況下應(yīng)取,1.0,；,,,--,對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，應(yīng)取,0.9,。,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和發(fā)展趨勢,?,ci,——,第,i,個可變荷載的組合值系數(shù),,,按,《,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,》,的,,規(guī)定采用；,,?,——,簡化設(shè)計表達式中采用的荷載組合系數(shù)，一般情況取,0.9,，,,只有一個可變荷載時取,1.0,；,（,

43、3,）荷載效應(yīng),S,GK,——,按永久荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值；,S,Q1k,、,S,Qik,——,按第一個和其它任意第個可變荷載標準值計算的可變荷載效應(yīng)。,（,4,）組合系數(shù),1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,f,——,鋼材或連接材料強度,設(shè)計值,。,R,(·)——,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力函數(shù),?,R,——,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力分項系數(shù)，其值應(yīng)符合相關(guān),《,規(guī)范,》,,,f,k,——,材料性能的標準值；,（,5,）抗力,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,,對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用,荷載的標準組合、頻遇組合和準永久組合進行設(shè)計,，并使變形等設(shè)計值不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。對于鋼結(jié)構(gòu),只考慮荷載的

44、標準組合,。,?,Gk,--,永久荷載標準值,在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；,,?,Q1k,—,起控制作用的,第,1,個,可變荷載的標準值,在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計算結(jié)果為最大）；,2,）正常使用極限狀態(tài),,?,Qik,--,其他第,i,個可變荷載標準值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值。,,,[,?,]--,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,1.4.2,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢,,鋼結(jié)構(gòu)非線性理論和方法更深入的探索,,,大跨度、復(fù)雜體系的鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝技術(shù)研發(fā),,,高強度鋼材、耐火、耐腐蝕鋼材的研發(fā),,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物、建筑物高度、跨度向更大方向發(fā)展,,,鋼管混凝土

45、、鋼,-,混凝土組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用更多,,,大跨度橋梁與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)緣,,,鋼結(jié)構(gòu)承重體系的民用住宅吸引房地產(chǎn)商開發(fā)。,1.4,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢,1.5,本課程的學(xué)習(xí),課程主要內(nèi)容、特點,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,材料、連接、基本構(gòu)件,,結(jié)構(gòu)設(shè)計,結(jié)構(gòu)力學(xué),穩(wěn)定理論,材料力學(xué),,,,,材料學(xué),工藝學(xué),施工學(xué),,材料標準,,設(shè)計規(guī)范,,制作標準,,驗收標準,1.5,本課程的學(xué)習(xí),授課學(xué)時計劃,課堂講授內(nèi)容,計劃學(xué)時,1,,緒論,3,2,,鋼結(jié)構(gòu)的材料,2,3,鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式,1,4,連接,6,5,,軸向受力構(gòu)件,5,6,,鋼梁,5,7,,鋼桁架,2,合計,24,,,1.5,本課程的學(xué)習(xí),課程學(xué)習(xí)方

46、式與要求,,聽課,出勤、筆記、復(fù)習(xí)、看課件,,,讀書,教材、規(guī)范、參考書,,,作業(yè),自己做，按時交,,,成績,平時,20%+,考試,80,％,課堂紀律,請關(guān)閉手機或設(shè)置在振動,請不要將食物帶入教室,請不要在座位上長時間交流、睡覺,請準時到課堂,1.5,本課程的學(xué)習(xí),,整體,→,局部,→,整體,,基本理論、基本概念、基本方法放在首位,,歸納、分析、比較，加深理解,,理論聯(lián)系實際,,通過本章的學(xué)習(xí)，,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；了解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計方法，理解其設(shè)計表達式的應(yīng)用；,初步了解鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式；了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢；為進一步深入學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)知識打下基礎(chǔ)。,1.5,本課程的學(xué)習(xí),