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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,鋼 結(jié) 構(gòu),主講人：楊 斌,1,參 考 資 料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,GB500172003,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,GB500092001,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 張耀春主編 高等教育出版社,鋼結(jié)構(gòu) 魏明鐘主編 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,鋼結(jié)構(gòu) 陳紹蕃主編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2,第 一 章,概 述,3,1.1 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史,公元前,200年，秦始皇時(shí)代，鐵造橋墩；,公元60年，,漢明帝時(shí)代，鐵鏈懸橋（蘭津橋）,濟(jì)寧寺,甘露寺,大渡河鐵索橋,廣州中山紀(jì)念堂圓屋頂,錢塘江大橋,南京長(zhǎng)江大橋,首都體育館,上海體育館,大型企業(yè)廠房,

2、300多,年前,上世紀(jì)30年代,上世紀(jì),5060,年代,4,中國(guó)國(guó)際貿(mào)易中心,京廣中心大廈,深圳發(fā)展中心,地王大廈,黑龍江電視塔,1990,年北京亞運(yùn)會(huì)場(chǎng)館,現(xiàn)在，金茂大廈,421m，環(huán)球金融中心460m,帝國(guó)大廈381m,新加坡雙塔大廈450m,sears tower 443m,世界貿(mào)易中心402m,結(jié)論：,材料：,連接：,結(jié)構(gòu)形式：,上世紀(jì),80,年代后,國(guó)外,橋,銷釘,鋼,鍛鐵,鑄鐵,鉚釘,工業(yè)與民用建筑,塔,焊接,螺栓,5,金茂大廈,6,臺(tái)北101大廈448/508,最高使用樓層438m,最高屋頂高度448m,7,環(huán)球金融中心,8,新加坡雙塔大廈95層,9,10,11,12,世貿(mào)中心,

3、13,英國(guó)倫敦千年穹頂D320m,14,02年世界杯韓國(guó)大邱體育場(chǎng),15,國(guó)家大劇院,16,上海八萬(wàn)人體育場(chǎng),17,上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng),組合鋼管懸挑空間桁架70m多,18,澳門東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館,19,澳門東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館亞洲跨度最大的桁架,20,上海南站鋼結(jié)構(gòu)圓屋頂D265m,21,東海大橋鋼結(jié)構(gòu)工程長(zhǎng)31km 海上段28km 橋?qū)?1.5m,22,336m 320m,23,迪拜塔改名為“哈里發(fā)”,高度828米,24,建設(shè)中的迪拜塔,建筑高度是絕密，現(xiàn)已建成629m,25,迪拜塔效果圖,26,鳥(niǎo) 巢,27,水立方,28,中國(guó)工程院院士 董石麟：“(水立方)結(jié)構(gòu)形式我們現(xiàn)在,叫它多面體空間

4、鋼架結(jié)構(gòu)。這一種結(jié)構(gòu)在過(guò)去，不單單,在我們國(guó)家，在世界上還是沒(méi)有的”。,水立方,29,濟(jì)南奧體中心效果圖,（十一屆全運(yùn)會(huì)）,30,濟(jì)南奧體中心,31,石家莊晉州近200米在建電視塔雨夜折斷,整個(gè)電視塔高186.8米，,第一斷裂處位于塔高56米處，,第二斷裂處位于塔高約70米處。,32,a,石家莊晉州近200米在建電視塔雨夜折斷,33,1.2 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用,一.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),1.自重輕、承載力高；,為同跨度、同荷載鋼筋混凝土屋架的（1/31/4）重。,特別是地質(zhì)條件差的地區(qū)，降低地基、基礎(chǔ)的造價(jià)。,2.鋼材的塑性和韌性好；（后面介紹）,3.接近于勻質(zhì)等向體；,內(nèi)部組織均勻，各方向物理性能基

5、本相同，在使用階,段，變形較小。此特點(diǎn)與力學(xué)假定吻合較好。,4.焊接性能；,指鋼材在焊接過(guò)程中和焊后，保持焊接部分不開(kāi)裂的,完整性的性質(zhì)。,5.不滲漏；,便于做成密閉容器。,6.制造簡(jiǎn)便、施工方便、具有良好的裝配性；,34,7.耐腐蝕性差；,涂防腐漆,混凝土包裹,8.耐熱好，防火差。,t,150，性能變化大,t,600,，強(qiáng)度為0,涂防火涂料,混凝土包裹,二.,鋼結(jié)構(gòu)的,應(yīng)用,1.工業(yè)廠房,跨度、柱距較大，有100t以上重級(jí)或中級(jí)工作制吊車,的廠房，有熱輻射的廠房?，F(xiàn)什么廠房都可采用。,2.大跨結(jié)構(gòu),體育館、會(huì)館,解決辦法,解決辦法,鋼屋架,網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索,周圍溫度超過(guò)150，,采取防護(hù)措施

6、,廠房,35,3.高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu),自重輕、截面小，減小風(fēng)荷載。,4.受動(dòng)力荷載作用的結(jié)構(gòu),鋼材的韌性好，動(dòng)力性能高。,5.容器與管道,6.可拆卸和移動(dòng)的結(jié)構(gòu),如流動(dòng)式展覽館、活動(dòng)房。,7.其它。,如海洋平臺(tái)、碼頭、輸煤棧橋等。,總之，采用鋼結(jié)構(gòu)，工期短、造價(jià)高，應(yīng)從綜合經(jīng),濟(jì)效益來(lái)考慮。,1.3,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即在滿,足功能要求的前提下，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、確保,質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)合理。,36,一.安全系數(shù)法（,容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法,）,S：全部荷載引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力；,A：幾何特性，即截面面積或截面抵抗矩等；,f,y,：材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，針對(duì)鋼材為屈服點(diǎn)

7、；,K：,安全系數(shù)。,安全系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)而定，因而不同構(gòu)件的安全度不可,能相同，故不合理。,注意：疲勞計(jì)算還采用此法。,二.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，,就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)就,稱為該功能的極限狀態(tài)。,構(gòu)件中應(yīng)力,容許應(yīng)力,極限狀態(tài)：,37,承載力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或是,出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形。,包括靜力強(qiáng)度、動(dòng)力強(qiáng)度、穩(wěn)定、傾覆等。,整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡；,如傾覆。,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞（包,括疲勞強(qiáng)度），或因過(guò)度變形而不適于繼續(xù),承載；,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件

8、喪失穩(wěn)定；,地基喪失承載能力而破壞。,指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久,性的某項(xiàng)規(guī)定限值。,分為,具體為,承載力極限狀態(tài)：,正常使用極限狀態(tài)：,38,影響正常使用或外觀的變形；,影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括,裂縫）；,影響正常使用的振動(dòng)；,影響正常使用的其它特定狀態(tài)。,1.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,是以概率理論為基礎(chǔ)，把有變異性的設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò),概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。,根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度分為三種水準(zhǔn)：,半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法；,近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法；,全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。,是使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的所有原因。,又稱荷載效應(yīng)，以S表示,。,如荷載、溫度變化、地震力等。,具體為,作用：,39,結(jié)構(gòu)

9、或構(gòu)件的承載力，以,R,表示。,它取決于材料的強(qiáng)度和構(gòu)件的幾何因素。,指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件（正常設(shè),計(jì)、正常施工、正常使用、正常維護(hù)）下，完成,預(yù)定功能的能力。,預(yù)定功能：就是對(duì)于規(guī)定的某種功能來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu),不失效。,可靠性是結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的概稱。,用來(lái)衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)。,指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定,功能的概率。,當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力等于荷載效應(yīng)時(shí)，此結(jié)構(gòu)或,構(gòu)件達(dá)極限狀態(tài)。,抗力：,可靠性：,可靠度：,40,極限狀態(tài)方程,RS時(shí)，可靠,R0),p,f,g(R-S 0),41,所以，極限狀態(tài)函數(shù)Z=R-S也是正態(tài)分布的隨機(jī)變量。,Z的概率分布曲線,Z0,

10、失效概率,Z很難求出，而Z的特征值較易求。,用 、表示R、S的平均值,R,、,S,表示R、S的標(biāo)準(zhǔn)差,則Z的平均值,Z的標(biāo)準(zhǔn)差,從圖中看出，p,f,與 至原點(diǎn)的距離有關(guān)，,計(jì)算復(fù)雜，想其它辦法。,令 ，則 p,f,與,之間也存在相應(yīng)關(guān)系，,大，則 p,f,小，反之亦然，,經(jīng)理論計(jì)算，,與p,f,一一對(duì)應(yīng)。,即 R-S,0失效,42,故,也可作為衡量結(jié)構(gòu)可靠性的一個(gè)指標(biāo)，稱為,“可靠指標(biāo)”。,當(dāng)然，要滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的可靠指標(biāo)要求，,不應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定值。,由于R、S采用了近似的正態(tài)分布，故算得的,、,P,f,值是近似的，故稱為近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。,由于Z的分布很難求出，P,f,計(jì)算復(fù)雜，

11、采用,代替,P,f,來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠性。,據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，知R、S平均值和標(biāo)準(zhǔn)差后，即知,。,2.,設(shè)計(jì)表達(dá)式,按可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)不易掌握，,規(guī)范,將極限狀態(tài)設(shè)計(jì),公式等效地轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)公式。,分項(xiàng)系數(shù)不是憑經(jīng)驗(yàn)而定，是以可靠指標(biāo),為基礎(chǔ),采用概率設(shè)計(jì)法求出。,對(duì)應(yīng)查出,P,f,43,（1）,承載力極限狀態(tài),ZR-S0,SR,其中：R,K,：抗力標(biāo)準(zhǔn)值；,：材料抗力分項(xiàng)系數(shù)；,f,K,：鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；,A：截面幾何因素；,f,d,：材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,S取值：,由活荷載效應(yīng)控制的組合,由恒荷載效應(yīng)控制的組合,偶然設(shè)計(jì)狀況（如撞擊、爆炸、火災(zāi)等）,引入結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),1.1 重要結(jié)構(gòu),0.9 次要

12、結(jié)構(gòu),1.0 一般結(jié)構(gòu),應(yīng)考慮,偶然組合：,基本組合,取不利組合,44,由活荷載效應(yīng)控制的組合,式中：,：永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；,：第,i,個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)；,S,GK,：按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值,G,K,計(jì)算的荷載效應(yīng)值；,：按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,計(jì)算的荷載效應(yīng)值；,：可變荷載,Q,i,的組合值系數(shù)（查規(guī)范）。,由恒荷載效應(yīng)控制的組合,此處不區(qū)分各可變荷載作用的大小。,（）,45,取不利組合,仍用（）式，即：,由活荷載效應(yīng)控制的組合,由恒荷載效應(yīng)控制的組合,或,若僅有一個(gè)可變荷載，,組合值系數(shù)取為1.0,對(duì)框架、排架，公式簡(jiǎn)化為：,46,注：,基本組合中的設(shè)計(jì)值適用于荷載與荷載效應(yīng)線性,的情況；,S,

13、Q1K,無(wú)法判斷時(shí)，輪次以各可變荷載為S,Q1K,，然,后取不利者；,當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時(shí)，可,變荷載僅取豎向荷載；,取值：,=1.2 （可變荷載效應(yīng)控制時(shí)）,=1.35（永久荷載效應(yīng)控制時(shí)）,當(dāng)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu),有利,時(shí)：=1.0,=1.4,=1.3(工業(yè)樓面活荷標(biāo)準(zhǔn)值4kN/m,2,),（2）正常使用極限狀態(tài),SC,式中：C：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定,限值。,當(dāng)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu),不利,時(shí),取值：,47,S取值：,標(biāo)準(zhǔn)組合：,頻遇組合：,準(zhǔn)永久組合：,鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合。,準(zhǔn)永久組合適用于鋼與混凝土組合梁，另外還得考,慮標(biāo)準(zhǔn)組合。,1.4 鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展,1.高效能鋼材

14、的研究和應(yīng)用；,提高承載力：,H型鋼,耐腐蝕鋼、耐火鋼。,2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的進(jìn)一步完善；,現(xiàn)行準(zhǔn)則還僅是構(gòu)件或某一截面的可靠度。,準(zhǔn)永久值系數(shù),應(yīng)考慮,Q235,Q345,Q390,Q420,強(qiáng)度更高,48,3.構(gòu)件和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的進(jìn)一步研究；,構(gòu)件穩(wěn)定研究的很多，,結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定研究的不夠。,4.大跨度結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)的研究；,5.組合結(jié)構(gòu)的研究,組合梁,鋼管混凝土,1.5 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題,1.,鋼材材質(zhì)：,2.,穩(wěn)定問(wèn)題：,截面面積小,截面開(kāi)展,3.,構(gòu)造問(wèn)題,指,構(gòu)件截面的組成和連接方式，以及構(gòu)件與構(gòu)件間的,節(jié)點(diǎn)形式。,節(jié)點(diǎn)處，內(nèi)力分布復(fù)雜，計(jì)算簡(jiǎn)化因而近似，處理不,當(dāng)，可能導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的破壞。,整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定,化學(xué)成分、冶金缺陷對(duì)鋼材性能的影響。,49,