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凌云安徽理工大学土木建筑学院钢结构基本原理TheFundamentalTheoryofSteelStructures425130011001010101101000101001011钢结构课程的学习方法•根据教学大纲要求，本课程主要讲授钢结构的基本原理以及构件设计计算内容；•本课程的特点是大家对钢结构的感性认识还较少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；•受课时限制，不能过多地详细讲解例题，一定要从受力概念上理解问题，加强课前预习与课后复习；•多做习题与思考题。425130011001010101101000101001011本课程的内容•第一章绪论•第二章钢结构的材料•第三章钢结构的连接•第四章轴心受力构件•第五章受弯构件设计•第六章拉弯和压弯构件425130011001010101101000101001011学习参考书•钢结构设计规范,GB50017-2003.北京:中国计划出版社,2003•陈绍蕃等编著.钢结构（上下册）.北京:中国建筑工业出版社,2003•沈祖炎，陈以一编著.钢结构基本原理(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2005•张耀春等.钢结构设计原理.北京:高等教育出版社,2006•《钢结构设计手册》（第三版上下册）.北京:中国建筑工业出版社,2003,2004•邱鹤年.新编钢结构设计手册.北京:中国电力出版社,2005•钢结构设计计算示例.北京:中国计划出版社,2007•夏志斌，姚谏编著.钢结构——原理与设计.北京:中国建筑工业出版社,2004425130011001010101101000101001011第一章绪论第一节钢结构的特点第二节钢结构的应用第三节钢结构的设计方法第四节钢结构的发展方向4251300110010101011010001010010111.1钢结构的特点不同材料形成的结构有各自的特点。钢结构(steelstructure)是由钢板或型钢制造而成的结构，其主要特点如下：1.强度(strength)高与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比，钢材的容重虽然大，但强度高很多。现举例说明，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中，强度最低的钢材为Q235，其抗拉、抗压强度设计值为215N/mm2，《混凝土设计规范》（GB50010-2002）中标号最高的为C80，其抗拉、抗压强度设计值分别为2.22N/mm2、35.9N/mm2,由此可见，前者抗拉强度为后者的97倍，而抗压强度为6倍。因此，在相同的荷载和条件下，钢结构的重量轻。4251300110010101011010001010010112.塑性(plasticity)、韧性(toughness)好由于钢材的塑性好，一般情况下，钢结构不会因偶然或局部超载而发生突然断裂，而是以事先有较大变形为先兆。钢材的韧性好，则使钢结构能很好地承受动力荷载，这些性能均对钢结构的安全提供了可靠保证。钢材的内部组织均匀，非常接近于各向同性体，在使用应力阶段，钢材为理想弹性工作，符合工程力学的基本假定。因此，钢结构实际受力情况与力学计算结果吻合好，可根据力学原理建立钢结构的计算方法。3.材质均匀425130011001010101101000101001011可焊性是钢结构的独特优点。由于钢材的可焊性解决了钢结构的制作问题，致使钢结构连接大为简化，可制造各种复杂形状的结构。当然焊接也将产生残余应力、残余变形以及热影响区脆性等问题。5.工业化程度高钢结构采用的型钢和钢板，经专业厂家制作为钢构件，然后运至工地安装。型钢的大量采用再加上专业化的生产，故精度高、制作周期短。工地安装广泛采用螺栓连接，良好的装配性使工期大为缩短。此外，已建钢结构也易于拆卸。4.可焊性(weldability)好4251300110010101011010001010010116.密闭性好钢材本身组织致密，焊接的钢结构可以做到完全密闭，甚至铆接或螺栓连接都可以做到。因此，可用于建造气密性和水密性要求高的气罐、油罐和高压容器。7.耐腐蚀性差钢材在湿度大和有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此，为确保钢结构的耐久性，必须采用油漆、镀锌等防护措施，故维护费用较高。425130011001010101101000101001011钢材当辐射热温度低于150℃时，钢材的主要性能变化很小。因此，其耐热性能较好。当温度超过150℃时，材质性能有所变化，需采取隔热措施，当温度达到600℃左右，钢结构会瞬间崩溃，完全丧失承载力。因此，耐火性能差，必须采取一定的防火措施。美国世贸大楼的坍塌充分说明了钢结构耐火性能差是一致命缺憾。8.耐热不耐火4251300110010101011010001010010111.2钢结构的应用站在现代建筑结构技术的发展前沿，可以说世界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。根据钢结构本身的特点，结合我国国民经济的发展，钢结构在土木工程领域合理的应用范围大致如下：4251300110010101011010001010010111.工业厂房(industrialfactorybuilding)工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根据是否设置吊车以及吊车吨位的大小和运行频繁程度而定。例如，炼钢车间、锻压车间等。近年来，轻型门式刚架结构在工业厂房中的应用十分普遍。2.大跨结构(largespanstructure)大跨结构可以充分发挥钢结构强度高、自重轻的优点。比如，体育馆、会展中心、飞机库、剧场等。尤其在悬索桥、斜拉桥等桥梁工程中的应用。4251300110010101011010001010010113.高层结构(high-risestructure)高层结构，尤其是超高层结构能充分发挥钢结构强度高，塑性、韧性好，抗震性能优越等优点。例如，办公楼、宾馆、住宅等。近年来，随着我国钢产量的逐年增加，钢结构在多层、高层、超高层建筑中的应用将会更加广泛。4.高耸结构(toweringstructure)高耸结构主要包括塔架和桅杆结构。如电视塔、输电线塔、钻井塔、环境大气监测塔、广播发射桅杆等。4251300110010101011010001010010115.容器、贮罐、管道如大型油库、油罐、气罐、煤气库、输油管等。6.可拆卸或移动的结构如建筑工地的活动房，临时的商业或旅游业建筑，塔式起重机，龙门吊等。此类结构多为轻钢结构并采用螺栓或扣件连接。7.其他构筑物如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。425130011001010101101000101001011重型厂房结构西安变压器厂（400t吊车）425130011001010101101000101001011厂房结构425130011001010101101000101001011大跨建筑上海体育场425130011001010101101000101001011位于北京人民大会堂西侧，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。由设计法国巴黎机场航站楼的安德鲁建筑师设计，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/m2。大跨结构-国家大剧院425130011001010101101000101001011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。屋盖中间有一个146m×76m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。大跨结构-国家体育场425130011001010101101000101001011425130011001010101101000101001011国家游泳中心——水立方建筑面积79532㎡；投资：大约为10.2亿RMB钢骨架结构效果425130011001010101101000101001011多层房屋425130011001010101101000101001011多层房屋425130011001010101101000101001011上海环球金融中心由日本森大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492米。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。高层建筑425130011001010101101000101001011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，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。高层建筑425130011001010101101000101001011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,高230m。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。高层建筑425130011001010101101000101001011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，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。高层建筑425130011001010101101000101001011台北101大厦直径5.5m，重660t的阻尼器长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高（至2008年8月；2003年10月17日竣工），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。高层建筑425130011001010101101000101001011高耸结构•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。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9米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。425130011001010101101000101001011236m高青岛广播电视塔塔桅结构425130011001010101101000101001011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钢球罐壳体结构425130011001010101101000101001011壳体结构425130011001010101101000101001011桥梁结构徐浦大桥425130011001010101101000101001011桥梁结构卢浦大桥425130011001010101101000101001011425130011001010101101000101001011其它钢结构4251300110010101011010001010010111.3钢结构的设计方法钢结构设计应遵循的一般原则是“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”。钢结构的设计方法可分为容许应力法和极限状态设计法两种。分述如下：425130011001010101101000101001011一容许应力法(a