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1、钢 结 构,济南大学,土木工程学院,第 一 章 钢 结 构 概 述,1.1 钢结构的特点和应用 1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷 1.3 钢结构的组成原理 1.4 钢结构的极限状态和概率极限状态法 1.5 钢结构的发展,本章内容：,1.1 钢结构的特点和应用 1.1.1 钢结构的特点,钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的 薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有 以下优点： （1）材料强度高，韧性、塑性好。 （2）材质均匀，比较符合力学计算假定。 （3）制造简单，施工周期短。 （4）钢材质量轻。 （5）密封性好。,（1）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。 （2）耐热但不耐火 150时强度无变
2、化，600 时强度约为0。,钢结构的缺点有：,1.1.2 钢结构的应用,（1）大跨度钢结构 钢屋架 网架、网壳结构 悬索结构 拱架结构 桥梁结构,国家体育场,国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有146m76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面.总用钢量达16万t 。,天津奥林匹克体育场,建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53m，可容纳观众数60,000。屋顶采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。,“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”,国家大剧院,位于北京人民大
3、会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元. 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。,（2）重型厂房结构 西安变压器厂（400t吊车）,80年代我国建造的11栋高层钢结构基本上 都是国外设计
4、、施工承建。 目前我国已建和在建的高度超过100m的钢 结构有48栋。,（3）高层建筑,上海环球金融中心,由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。 总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。,上海金茂大厦,金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，
5、建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。,央视新台址,央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m高。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行 。,大连远洋大厦,大连远洋大厦由大连远洋运输公司、中远房地产开发公司与美国ESPIRIT公司联合投资14.8亿人民币开发的集五星级酒店和甲级写字楼为一体的智能大厦。 总建筑面积14.8万平方米。其中：A座为五星级酒店
6、，地上51层，总高200.8m。钢筋混凝土核心筒，外框钢框架。设计、加工、安装全部国产化。,台北101,长宽各150m，总面积30277m2塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。,直径5.5m，重670t的阻尼器,（4）高耸建筑 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座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高 塔。她于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为7米的擎天立柱、太空舱、
7、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,（5）轻型钢结构,（6）容器和其他构筑物,陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐,大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐,（7）可拆卸结构,1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷,1.2.1 钢结构的建造过程 1.工厂制造钢材验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆 2.工地安装扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定 1.2.2 钢结构的初始缺陷 1.几何缺陷 初弯曲、初倾斜、杆件长度误差 2.材料缺陷 钢材并非理想的匀质体和各向同性体,1.3 钢结构的组成原理,几何不变 在外载作用下保持稳定性承载力和刚度 跨越式结构 跨越地面上
8、的一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。 高耸结构 从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅 杆结构。,1.4 钢结构设计方法 1.4.1钢结构的概率极限状态,（1）承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续 承载的变形，包括以下几个方面： 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）， 或因过度变形而不适于继续承载； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； 地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。,（2）正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项 规定限值： 影响正
9、常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其它特定状态。,设计基本原则：技术先进、经济合理、安全适用、 确保质量 0，结构处于可靠状态 Z=R-S =0，结构处于极限状态 0, 结构处于失效状态 除疲劳计算外，钢结构设计规范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。,1.4.2 概率极限状态设计方法,1.4.3 设计表达式：,由可变荷载效应控制的组合：,由永久荷载效应控制的组合：,排架、框架结构的简化规则：,由可变荷载效应控制的组合：,由永久荷载效应控制的组合不变：,1.5 钢结构的发展,（1）高性能钢材（强度、塑性和韧性、耐火、耐候等） -A b (f) GB 50017-2003 -B b (f) Q235 -C -D - A -B Q345 -C (390、420) -D -E,从构件 整体 从弹性 弹塑性 应力蒙皮效应 计算手段的改进,（2）对结构承载能力的认识, 高强钢索 钢和混凝土组合结构、混合结构 杂交结构 （索、拱配合）,（3）新型结构形式,机电一体化，用软件把钢材切割、焊接技术 和焊接标准集成一起，保证质量又节省劳动力。,（4）制造和安装,