第一章 绪论

钢结构—原理与设计教材21世纪土木工程专业规划教材《钢结构—原理与设计》（精编本）刘声扬王汝恒王来主编武汉理工大学出版社参考书《钢结构疑难释义》附解题指导第三版刘声扬主编中国建筑工业出版社《钢结构设计规范理解与应用》崔佳魏明钟等主编中国建筑工业出版社规范《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）《冷弯薄壁型钢技术规范》（GB50018-2002）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-20012008版）《建筑结构荷载规范》（GBJ50009-20012006版）第一部分：钢结构基本原理第一章绪论第二章钢结构的材料第三章钢结构设计方法第四章钢结构的连接第五章梁（受弯构件）第六章轴心受力构件和拉弯、压弯构件第二部分：钢结构设计第七章屋盖结构第八章平面网架(本章内容选择性了解)第九章（轻钢）门式刚架第一章绪论钢结构在我国现代化建设中的地位日益突出，在国民经济的各个领域都得到了大量应用。随着我国钢产量的持续增长，遥遥领先于世界各国，今后钢结构的发展前景和应用范围将更加宽广。§1-1钢结构的特点及应用一、钢结构的特点优点：建筑钢材强度高，塑性韧性好强度高——大跨、高层、高负荷结构塑性好——防止脆性破坏，应力重分配韧性好——承受动力荷载，抗震性能好钢结构的重量轻，质强比小材料的质量密度ρ与强度f的比值α（质强比）建筑钢材质强比α：1.7～3.7×104木材质强比α：5.4×104钢筋混凝土质强比α：18×104材质均匀、性能好，结构可靠性高钢材接近于各向同性的理想弹－塑性体，实际受力同工程力学计算理论比较符合，因此钢结构的可靠性高钢结构施工简便，工期短，易于改造和加固钢材可加工性能好，工业化机械化程度高，构件轻，连接简单，安装方便密闭性好缺点耐腐蚀性差使用环境，钢材极易锈蚀，需注意保护，特殊环境下不易使用钢结构耐火性差耐热性较好（200℃以下钢材性质变化很小），高于200℃后钢材强度下降很快，600℃时钢材进入塑性状态，强度几乎降为零丧失承载力，需采取隔热防火措施钢材价格相对较高钢结构钢混结构钢筋混凝土结构自重11.221.72结构自身面积0.280.371施工周期11.331.6用钢量1.451.231平均施工进度4.5天/层7天/层几种类型结构比较§1-1钢结构的特点及应用二、钢结构的应用1、重型厂房结构及大跨度建筑结构；2、多层、高层及超高层建筑结构；3、轻型钢结构；4、塔桅等高耸结构；5、钢－混凝土组合结构；6、桥梁结构；7、可拆卸、装配式结构。南通体育会展中心-开合结构（网架体系）北京奥运会主会场-鸟巢南京火车站南京火车站多高层建筑钢结构的综合效益指标优良，在多、高层民用建筑中也得到了广泛的应用。其结构形式主要有多层框架、框架－支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等香港汇丰银行（框支悬挂体系）轻钢结构当屋面活荷载特别轻时，小跨结构的自重也成为一个重要因素。冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下的用钢量可比钢筋混凝土屋架的用钢量还少。轻钢结构的结构形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构（包括金属拱形波纹屋盖）以及钢管结构等。轻钢结构住宅轻钢结构住宅轻钢结构住宅斜拉结构高层建筑：武钢技术中心科技大厦平面刚架结构莱钢开发的青岛即墨钢结构住宅平板网架网壳结构鸟巢钢结构的应用传统——重工业建筑：造船厂、发电厂等；构筑物：高炉、输电铁塔、栈桥、闸门等；大型铁路桥、公铁两用桥；高层钢结构建筑；特种构筑物等等。近年来我国修订了三本钢结构国家标准：《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）《冷弯薄壁型钢技术规范》（GB50018-2002）96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位.现在已超过两亿吨，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。§1-2钢结构的发展§1-2钢结构的发展钢(steel)是铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密不可分的。早在公元前2000年左右，在人类古代文明的发祥地之一的美索不达米亚平原（位于现代伊拉克境内的幼发拉底河和底格里斯河之间）就出现了早期的炼铁术。我国也是较早发明炼铁技术的国家之一，在河南辉县等地出土的大批战国时代（公元前475～前221年）的铁制生产工具说明，早在战国时期，我国的炼铁技术已很盛行了公元65年（汉明帝时代），用锻铁(wroughtiron)为环，相扣成链，建成了世界上最早的铁链悬桥——兰津桥，陆续建造了数十座铁链桥其中跨度最大的是泸定桥。1705年（清康熙四十四年）建成的四川泸定大渡河桥，桥宽2.8m，跨长100m，由9根桥面铁链和4根桥栏铁链构成，两端系于直径20cm、长4m的生铁铸成的锚桩上，比美洲1801年才建造的跨长23m的铁索桥早近百年，比号称世界最早的英格兰30m跨铸铁(castiron)拱桥也早74年四川泸定大渡河桥公元694年（周武氏十一年）在洛阳建成的“天枢”，高35m，直径4m，顶有直径为11.3m的“腾云承露盘”，底部有直径约16.7m用来保持天枢稳定的“铁山”，相当符合力学原理公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔所有这些都表明，我们中华民族对铁结构的应用，曾经居于世界领先地位玉泉铁塔欧美等国家中最早将铁做为建筑材料是英国但直到1840年以前，还只采用铸铁来建造拱桥1840年以后，随着铆钉(rivets)连接和锻铁技术的发展，铸铁结构逐渐被锻铁结构取代1855年英国人发明贝氏转炉炼钢法和1865年法国人发明平炉炼钢法，钢材才开始在建筑领域逐渐取代锻铁材料自1890年以后钢材成为金属结构的主要材料。20世纪初焊接(welding)技术的出现，以及1934年高强度螺栓(high-strengthbolts)连接的出现，极大地促进了钢结构的发展。除西欧、北美之外，钢结构在前苏联和日本等国家也获得了广泛的应用，逐渐发展成为全世界所接受的重要结构体系我国钢结构发展：1、高效钢材：低合金钢材；热强化钢材；经济截面钢材；镀层、涂层、复合等表面处理钢材；冷加工钢材；金属制品。2、新型结构：轻型钢结构；空间结构；膜结构；预应力钢结构；组合结构。3、改进设计方法：在钢结构设计计算中，疲劳计算采用的还是容许应力计算方法，有待改进。4、计算机结构计算的应用：计算机优化计算。5、构件的定型化、系列化、产品化：批量生产，降低造价。§1-2钢结构的发展§1-3钢结构的特点及学习方法特点：1、基础理论较强；2、与工程实际联系紧密；3、古老而又年轻学习方法：1、掌握基本理论，学好基本概念；2、善于归纳分析，不断加深理解；3、吸取感性认识，联系工程实际；4、解题条理清晰，单位取用得当。本章学习思考1、掌握钢结构的特点，理解钢结构的应用；2、查阅资料，了解钢结构的发展。