钢结构基本原理-第1章绪论-童乐为

新年、新学期大家好！土木学院钢结构办公楼钢结构基本原理建筑工程系童乐为国家级精品课程——钢结构基本原理－授课计划课堂讲授内容计划学时第1章:绪论(含第3章)3第2章:钢结构材料7第4章:受拉构件3第5章:轴压构件8第6章:受弯构件8第7章:压弯构件6第8章:钢结构连接9合计44课程学习方式与要求听课出勤、笔记、预习读书教材、杂志、论文、规范拓宽现场考察、讲座、旁听答辩、参加结构竞赛等作业课堂提问、课后书面作业（6次）试验由专门教师开设（大概第4周开始）考试成绩＝考试(60%)＋按时交作业(30%)＋试验报告(10％)答疑有关章节和课程结束后安排助教和主讲教师答疑学习参考基本读物杂志：（1）钢结构（2）工业建筑（3）建筑钢结构进展（4）结构工程师教材规范课堂纪律大家来维护请关闭手机或设置在振动档请不要在上课期间吃早餐请准时，建议迟到3分钟者回寝室自学请不要在座位上长时交流影响他人听课－TheWorldofSteelConstructions第1章绪论主要内容钢结构的初步概念钢结构特点钢结构的应用范围钢结构的主要结构形式钢结构发展现状和前景钢结构设计框架、理论与规范钢结构构成和课程体系设计原理和钢结构可能的破坏形式钢结构的初步概念•以结构钢(StructuralSteel)为主要承重体系的工程结构称为钢结构•本课程中特指建筑、桥梁及各类构筑物中钢结构的主要承重体系•工程结构中子结构或局部构件也可采用钢结构•承重体系中有着独立的力学功能的基本单元，可以是杆件、板件、索等单元，或这些单元组合。钢结构特点－轻质高强、塑性韧性好，抗震抗动力性能好02505007501000轻质高强的钢材—更大的跨越能力密度强度比α＝ρ/f反映材料在承载条件下的轻质性(ρ－材料密度kN/m3，f－强度kN/m2)材料钢筋混凝土木材钢ρ25578α18×10-45.4×10-42.7×10-4钢材的良好塑性韧性—更安全的结构地震的灾害1995年1月17日日本阪神大地震震级M7.2死亡6425人建构筑物损坏49万幢汶川地震的灾害2008年5月12日震级M8.0死亡8.7万受伤37.4万直接经济损失8451亿钢结构特点（续）材性均匀稳定，理论计算与实际结果吻合良好易于工业化生产，施工期短，效率高，质量好现代化的钢结构制造安装工厂制造生产流水线机加工设备运输现场安装高效优质的保证体系钢结构特点（续）符合当前国家省地节能政策建筑是人类社会最大规模的生产活动对自然资源生态系统的消耗、影响、破坏最大，最深远循环经济－促进社会发展传统经济活动的开放（或称为单程）型物质流动模式资源消费产品废物排放循环经济活动的闭环型物质流动模式资源消费产品再生资源3.循环（Recycle）资源再生化2.再用（Reuse）资源再利用1.减量（Reduce）资源消耗的减量化循环经济的技术特征循环经济的核心:提高生态环境的利用效率资源已对社会发展起着支撑作用和制约作用知识经济和循环经济在社会经济发展中起着更重要的作用钢结构建筑－适合可持续发展钢材使用钢筋混凝土结构用户：建筑废弃废钢钢结构使用钢结构可循环使用、节能、省地、环保钢结构特点（续）稳定性问题突出（构件细柔）钢材在潮湿、腐蚀环境中容易锈蚀钢材为非燃烧体，耐热但不耐火裸露钢结构耐火极限一般为15～20分钟吊顶钢结构防火保护措施防火涂料喷涂保护防火板包覆保护其他防火材料包覆保护钢构件屏蔽保护，提高耐火极限钢结构防火保护施工防火涂料喷涂经防火涂料包覆后的钢梁防火板材包覆施工防火卷材包覆施工钢结构的应用范围中高层建筑（宾馆、办公楼、住宅等）大跨度建筑（体育、会展、机场、厂房）大跨度桥梁（公路桥、铁路桥）高耸构筑物（电视塔、微波发射塔）密闭结构（油罐、煤气罐、天然气管道）其他构筑物轻型结构及可拆移结构多高层、超高层钢结构建筑国内首次自行设计、制作、安装的高层建筑钢结构，1985年建成，高42.4米，14层，钢框架－钢支撑。1998年建成，88层，420米上海金沙江大酒店上海金茂大厦多高层、超高层钢结构建筑（续）上海环球金融中心建筑净高492米，地上101层，地下3层，2008年建成从环球看金茂抗风振阻尼装置玻璃幕墙安装97层观光厅多高层、超高层钢结构建筑（续）上海中心目前在建的世界第二高楼，总高度632米，127层，与金茂大厦、环球中心形成“品”字。美国Gensler建筑设计事务所与同济设计院联合设计，08年11月开工顶部视图上海中心剖面图多高层、超高层钢结构建筑（续）总建筑面积55万平方米，高度230米，造价50亿元。荷兰大都会建筑事务所负责设计，并与奥雅纳工程顾问公司合作完成，国内合作设计单位上海华东建筑设计研究院。中央电视台大楼施工模型内部结构国际超高层钢结构建筑－发展走势高层建筑钢结构某层楼面同济土木大楼—多层（8层）钢结构办公楼同济综合楼—高层（21层）钢结构办公楼大跨度钢结构建筑－上海大剧院屋盖跨度90米上海体育场，马鞍型屋盖东西长288m，南北宽74m，8万个座位大跨度钢结构建筑－体育场馆广州体育馆共有3个场馆，其中主场馆主场馆建筑面积4万平方米，纵向跨度160米，横向跨度110米，座位1万个。大跨度钢结构建筑－上海浦东国际机场航站楼张弦梁屋盖，最大跨度83米浦东国际机场航站楼施工吊装现场大跨度钢结构建筑－上海铁路南站世界第一的超大透光钢结构屋顶，直径278米，由54根钢柱支撑而起，最高处离地面42米，安装总面积达6万多平方米。屋面采用阳光板，可采光隔热。大跨度钢结构建筑－08北京奥运体育场建筑面积26万平米，能容纳观众9万人，屋盖呈马鞍形，长轴为332m，短轴为296m。屋盖支撑在24根桁架柱之上，主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。交叉布置的主桁架与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。鸟巢模型鸟巢结构骨架同济钢结构节点试验施工现场建成后的鸟巢大跨度钢结构建筑－上海世博会同济阳光谷桅杆1:2模型试验世博轴全景中国馆中国馆钢结构施工6个阳光谷最大直径97米桅杆阳光谷钢结构施工大跨度钢结构建筑－上海世博会各国主题馆英国馆西班牙馆丹麦馆意大利馆以色列馆日本馆法国馆大跨度钢结构建筑－工业厂房大跨度钢结构桥梁－悬索桥美国金门大桥主跨1280m江阴长江大桥主跨1385m江阴长江大桥桥面施工大跨度钢结构桥梁－斜拉桥苏通长江大桥主跨1088米上海杨浦大桥主跨600米大跨度钢结构桥梁－拱桥广州丫髻沙大桥主跨360米上海卢浦大桥主跨550米重庆朝天门长江大桥重庆巫山长江大桥主跨460米高耸构筑物－塔桅结构黑龙江广播电视塔，高336米通讯桅杆微波塔屋顶通讯塔高耸构筑物－埃菲尔塔1889年为纪念法国大革命100周年而建造，在700多个应征纪念方案中，300m高的埃菲尔铁塔方案脱颖而出，这之前世界上最高的建筑物是美国169m高的华盛顿纪念碑。当时近代钢铁工业刚刚兴起，几乎所有的建筑物都是石材或木材建造。铁塔设计图纸达1700张，塔重7000吨，由约18000个部件组成，铁塔施工历时21个月。即使在建筑机械十分发达的今天这也堪称高速了，更何况是120年前。高耸构筑物－广州新电视塔广州新电视塔为全钢结构，总高610米（其中结构高度450米，发射天线高度160米），目前为全球第一高塔。塔身形象为一有着“纤纤细腰”的少女，婷婷玉立。电视旅游观光娱乐钢结构外框筒＝倾斜立柱＋斜撑＋倾斜环梁高耸构筑物－广州新电视塔（续）同济实验室风洞试验同济实验室钢管结构连接节点试验斜撑φ850×40环梁φ800×30钢管混凝土柱φ2000×50C60高耸构筑物－广州新电视塔（续）广州新电视塔现场施工密闭钢结构－容器大型储油罐大型煤气柜轻钢结构－单层厂房轻钢结构－温室无土栽培蔬菜无土栽培花卉可拆卸钢结构－上海国际网球大师杯赛看台2002年安装在上海浦东新国际博览中心的临时看台可开闭钢结构－上海旗忠网球中心屋盖同济试验室节点试验施工现场叶片吊装施工现场叶片在钢梁上移动可移动钢结构－建成后的上海旗忠网球中心室外全景叶片在环梁上移动室内全景大师杯阿加西赛前热身屋盖叶片开启过程钢结构构筑物化工厂生产设备支架海洋石油平台钢结构构筑物－游乐设施、雕塑钢结构的主要结构形式桁架结构Truss（杆系）框架结构Frame（杆系）网格结构SpaceGridStructure(杆系)拱与拱架结构Arch（曲杆）板式结构结构Plate（板）张拉结构TensionStructure桁架结构平面桁架空间桁架框架结构网架、网壳结构游泳馆屋顶江阴长江大桥收费站煤仓球壳拱与拱架结构梁式拱桥卢浦大桥梁式拱桥南京奥体馆拱架式屋盖板式结构储仓煤气柜张拉结构－索膜结构英国伦敦千年穹顶1996年建造的美国亚特兰大奥运会的主体育馆，至今世界上跨度最大的索穹顶结构体育馆，平面呈椭圆形(193m×240m)外观内景为庆祝2000年新世纪而建，直径365m的索网用拉索牵挂在12根100m高的桅杆上，1mm厚的膜材连接在屋面上，是至今世界上跨度最大的索膜结构。钢构件的主要受力形式轴心受拉构件（拉杆）轴心受压构件（压杆）受弯构件（梁）拉弯构件（拉弯杆或偏心拉杆）压弯构件（压弯杆或偏心压杆）索拱本课程介绍对象我国钢结构应用现状、与发达国家的比较自1996年钢产量超过1亿吨，连续10年世界第一。钢产量每年以10％～20％水平递增中国历年钢产量2004年27280万吨2000年12849万吨万吨1.52.73.14.14.955.76.22.11.80123456701年02年03年04年05年06年07年08年09年10年亿吨中日土木建筑钢结构份额的比较1999中国钢材消耗（总量近9000万吨）22-3221997日本钢材消耗（总量近8000万吨）22232钢结构钢筋混凝土其它非土木建筑中外建筑钢结构应用比较国家中国日本韩国美国建筑钢结构量/钢材总产量建筑钢结构量/建筑总量日本建筑中的结构类别我国建设部建筑用钢发展规划节约用钢开始转向鼓励用钢2015年建筑用钢达到总钢产量6％“十五”期间建筑用钢达到总钢产量3％我国钢结构发展热点钢结构非线形理论和方法更深入的探索大跨度、超高度复杂体系的钢结构施工技术研发高强度钢材、耐火、耐腐蚀钢材的研发钢结构建构筑物高度、跨度向更大方向发展钢管混凝土、钢－混凝土组合结构应用更多大跨度桥梁与钢结构结缘钢结构承重体系的民用住宅吸引房地产商开发近期钢结构发展方向—低多层住宅木结构别墅钢结构别墅被钢结构替代近期钢结构发展方向—中高层住宅上海中福城小区18层钢结构住宅马钢光明小区17层的钢结构住宅同济研发的钢结构住宅—多层公寓钢结构骨架吊装钢结构封顶梁柱连接外墙安装内墙安装家具进驻荷载结构体系材料、构件作用反应（荷载效应）计算（抗力校核）内力、变形、振动适用性、安全性、耐久性调整控制钢结构设计、施工基本框架设计钢材板材型材构件与节点结构体系加工制作(连接)安装(连接)施工钢结构设计理论与技术规范基本理论钢结构设计与建造材料标准设计规范制作标准验收标准钢结构课程体系钢结构基本原理材料、连接、基本构件、基本结构钢结构设计建筑、桥梁、构筑物、其他材料学结构力学材料力学工艺学施工学课程设计毕业设计结构设计原理安全性、适用性、经济性、技术性、耐久性荷载效应S≤结构抗力RS的形式：内力、应力、变形等，由结构分析获得R的形式：承载力、强度、刚度、变形能力等，与材料性能、截面性能、杆件性能、体系性能等因素有关钢结构可能的破坏形式脆性断裂和塑性断裂塑性过度发展整体失稳（杆件、结构整体）局部失稳（板件）疲劳破坏本章结束