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1、钢结构,安徽省高校省级规划教材,钢结构设计原理,第一章 绪论,1.1钢结构的特点 一.钢结构的特点: 1.强度高, 重量轻 2.材质均匀,计算准确 3.塑性,韧性好 4.制作简单.施工工期短 5.耐火性和耐腐蚀性差 二.钢结构的应用 1.大跨度结构,重型结构 2受动力荷载影响 、可拆卸结构 3.高耸和高层建筑 、容器和其他 构筑物 4.轻型钢结构,东方明珠 上海广播电视塔 高度468米的“亚洲第一高塔“。三个直径分别为50米、45米及14米的巨型钢结构球体，分别重 450吨800吨50吨;最引人瞩目的是长118米、重450吨的钢天线桅杆采用钢绞线悬挂承重、计算机控制液压整体提升以及高重心、无配
2、重保持平衡等一系列全新技术在400米高空成功实施安装。 获国家优秀发明二等奖1995年获建设部科技进步二等奖1996年获上海优秀发明十年成就金奖1996年获上海优秀发明一等奖1995年获上海市科技进步二等奖2000年荣获首届中国土木工程（詹天佑）大奖。,-,金茂大厦 建筑高度为420.5米的“中华第一高楼”，钢结构总重为1.9万吨。三道重达分别重1200-1600吨的外伸桁架采用了世界超高钢结构的最新设计和最新技术；38米高的四层塔楼在385米高空采用双机抬吊整体安装；工程采用独创的“3X间隙测量法，使大楼的垂直偏差达到二十万分之一。优于国际公认的美国标准。 获美国伊利诺斯州工程协会授予“19
3、98年最佳结构大奖“。1999年度获国家科技进步一等奖。,浦东国际 机场航站楼 总建筑面积达16万平方米，钢结构总重3万余吨。主楼的“巨鸥”型钢屋盖采用了“地面节间拼装，屋面空间组装，区段整体移位计算机同步控制”，该屋盖翼展达140米，牵引重量达1200吨。月钢结构安装量达6000吨 钢结构安装技术获得1999年上海市科技进步二等奖2000年度荣获中国建筑工程鲁班奖。,东方航空公司 双机位机库 屋面钢网架重达3200吨，跨度150米，面积13500平方米，采用地面镶拼，计算机控制26吊点液压牵引整体提升。由于网架重量分布不均匀，吊点间荷载值差11倍，提升水平误差小于5毫米。 全套施工工艺和设备
4、获1997年上海市科技进步二等奖。整体提升计算机控制系统1997年建设部科技进步三等奖1998年获上海市优秀发明一等奖,天津国贸中心 工程概况及施工特点 该工程为迄今最高的全钢结构建筑，66层高255米，总用钢量达17000吨（在建）,上海八万人 体育场 工程概况及施工特点: 建筑面积28000万平方米的屋盖为双曲线马鞍状，钢结构总量为5000余吨，最长悬挑桁架达73.5米，为当时“世界第一悬挑结构”。采用多机同步作业，空中吊点置换，单元合同 分配，结构同步变形等一系列高施工控制技术。 钢结构安装技术1998年获上海市科技进步二等奖。,法国埃菲尔铁塔夜景,天津体育馆,返回,广州会展中心（照片1
5、）,广州会展中心（照片2）,广州会展中心（照片3）,上海新国际博览中心（1）,上海新国际博览中心（2）,上海铁路南站主站楼（1）,上海铁路南站主站楼（2）,上海铁路南站主站楼（3）,三.钢结构的设计内容 结构方案选择 计算作用在结构上的荷载 计算结构的内力(M、V、N) 结构构件截面设计、验算连接设计 绘制施工图 四.关键问题 1.压杆、薄板稳定性突出 2.选材合理 3.节点设计是关键 4.设计公式多,构造复杂,钢材线膨胀系数 砼 在钢材中加入少量Gu,P,Si,Ni可提高抗腐蚀 在钢材中加入少量Nb,Mo,V,Ti可提高强度 钢材发展中的“三大误区”: 1.钢结构造价昂贵,远高于钢筋混凝土结
6、构 (1)减少施工用地,施工速度快,缩短工期,节省基建管理费和利息 (2)截面小,可增加建筑有效面积8% (3)自重轻可节省地基基础费用,钢梁可穿越管道,可降低层高 (4)综合造价低于钢筋混凝土,特别大跨轻钢结构明显低于砼结构,2.钢结构含钢量太高 (1)一栋3040层,110120kg/m,钢-砼组合结构,含钢量低于钢筋混凝土 (2) 日本阳光60大楼,60层,传统钢结构120kg/m 钢-砼,6795kg/m,远低于钢筋混凝土 3.高层钢结构必须从国外进口 中国舞阳钢铁公司:特厚,特宽,特殊钢板 武汉钢铁公司,本溪钢铁公司 轻型钢结构: 彩色压型钢板,聚胺脂夹心板,铝板,镀锌板 泰柏板,G
7、RC板 应用: 1、预应力钢结构 2、网架,网壳,悬索 3、农业、工厂大棚,1.2 钢结构的设计方法 一.概述 1.容许应力法 2.半概率半经验法 3.概率极限状态设计方法 (1)承载能力极限状态:对应于结构或构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形,包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。 (2)正常使用极限状态:对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值,包括出现影响正常使用或影响外观的变形,出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动。 结构的功能函数: 为了简化起见,只以结构构件的荷载效应S和抗力R两个基本随机变量表
8、达结构功能函数: Z0 结构处于可靠状态 Z=0 结构达到临界状态,即极限状态 Z0 结构处于失效状态,例题,某屋架拉杆，NG1=180kN, NQ1=50kN, NG2=80kN, NQ2=150kN,Q235钢。 1、容许应力法：N/A=fy/k fy/k=235/1.42=165Mpa A1=(180+50)103/165=14cm2 A2=(80+150)103/165=14cm2 1、概率极限状态设计法： A1=(1.2180+1.450)103/(235/1.111)=13.3cm2 A2=(1.280+1.4150)103/(235/1.111)=14.23cm2,二.概率极限设
9、计法 1.结构可靠度:结构在规定的时间内、规定的时间下, 完成预定的功能的概率 2.两种极限状态: (1)承载能力极限状态 (2)正常使用极限状态 二.钢结构设计表达式 1.承载能力极限状态设计式 （1）可变荷载效应控制 (112) （2）永久荷载效应控制 （113）,Z的概率密度 曲线,有风载时: 无风载时: 一般排架、框架结构：(可变荷载控制） (114a) (1-14b) 2.正常使用极限状态： (1-17),三.钢结构的发展 1.高效能钢材的发展和应用 2.钢结构设计方法的改进 3.结构形式的革新 4.钢结构的加工制造水平提高 思考题: 为什么第一类极限状态荷载效应和抗力用设计值，而第二类用标准值? 钢结构设计是怎样确保结构安全、可靠、经济的?,