《高等教育出版社,張耀春主編,鋼結構設計原理,第一章 緒論》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高等教育出版社,張耀春主編,鋼結構設計原理,第一章 緒論（89頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、鋼結構（Steel Structures）鋼結構設計原理 Design Principle ofSteel Structures鋼結構設計 Design of Steel Structures課程內容課程內容 (Contents)第一章第一章 緒論緒論 (Introduction) 第二章第二章 鋼結構的材料鋼結構的材料 (Steel materials) 第三章第三章 連接連接 (Steel Connections)第四章第四章 受彎構件的計算原理受彎構件的計算原理 (Design Principles of Steel Beams & Girders) 第五章第五章 梁的設計梁的設計 (D

2、esign of Steel Beams and Grirders) 第六章第六章 軸心受力構件軸心受力構件 (Axially Loaded Members)第七章第七章 拉彎、壓彎構件拉彎、壓彎構件 (Beam-Columns)第八章第八章 節(jié)點設計原理節(jié)點設計原理 (Design of Connections)第九章第九章 單層廠房鋼結構單層廠房鋼結構(Single-Storey industrial steel structures)第十章第十章 鋼結構的塑性設計和抗震設計鋼結構的塑性設計和抗震設計 (Plastic Design and Anti-earthquake Design)附

3、錄附錄 (Appendix)課程的教學目標課程的教學目標 (Teaching objectives)掌握鋼結構的特點、材料及構件的基本力學性能概念(Properties of steel structure, Essential concepts on mechanics of steel materials and members) ；掌握鋼結構設計的基本原理，基本構造，及設計的基本技能 (Basic design principles of steel structure, construction and design skills ); 具有正確選擇結構鋼材及基本構件和連接的能力(Ab

4、ility to select approxiamate structural steel, members (elements) and connections) ；學會鋼屋架等結構的設計和施工圖的繪制 (Design of steel roof truss and construction drawing ) 。第一章第一章 緒論緒論(Introduction)(Introduction)1.11.1鋼結構發(fā)展簡史鋼結構發(fā)展簡史(State of the Art of Steel Structures) 1.21.2鋼結構的特點及應用鋼結構的特點及應用( (Characteristics

5、and Applications of Steel Structures) 1.3鋼結構的設計方法(Design method of Steel Structures) 1.41.4鋼結構的新發(fā)展鋼結構的新發(fā)展 (Recent Development of Steel Structures)本章學習要點本章學習要點 (Key points)了解鋼結構課程的性質、內容和要求，發(fā)展概況；理解了解鋼結構課程的性質、內容和要求，發(fā)展概況；理解鋼結構的特點和合理應用范圍。鋼結構的特點和合理應用范圍。 （To understand the To understand the function, conte

6、nt and the requirements of this function, content and the requirements of this course as well as its development; to know the course as well as its development; to know the properties of steel structure and its right use.properties of steel structure and its right use.）1.11.1鋼結構發(fā)展簡史鋼結構發(fā)展簡史 ( (State

7、of the Art of Steel Structures) )國內國內( (China) )：古代領先，近現代落后：古代領先，近現代落后國外國外( (Overseas) )：工業(yè)革命前，鑄鐵建橋：工業(yè)革命前，鑄鐵建橋 工業(yè)革命后，鍛鐵結構工業(yè)革命后，鍛鐵結構 十九世紀六、七十年代，結構鋼材十九世紀六、七十年代，結構鋼材 二十世紀，焊接技術和高強度螺栓出現后二十世紀，焊接技術和高強度螺栓出現后蘭津橋（霽虹橋）蘭津橋（霽虹橋）(Lanjin Bridge)(Lanjin Bridge)瀘定橋瀘定橋(Luding (Luding Bridge)Bridge)玉泉寺鐵塔玉泉寺鐵塔(Iron tow

8、er in (Iron tower in Yuquan Temple)Yuquan Temple) CliftonCliftonConwayConway 工業(yè)革命及其后的鋼鐵時代鋼結構開始用于解工業(yè)革命及其后的鋼鐵時代鋼結構開始用于解決建筑結構難題，這一時期產生了在世界上具有重決建筑結構難題，這一時期產生了在世界上具有重大影響意義的代表性鋼結構建筑大影響意義的代表性鋼結構建筑“水晶宮水晶宮”、 “艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔”、 “ “巴黎博覽會機械館巴黎博覽會機械館”以及以及“芝加哥家庭保險大廈芝加哥家庭保險大廈”。（。（Steel structure Steel structure was use

9、d to slove architechtural and was used to slove architechtural and structural problems in the Steel Age formed structural problems in the Steel Age formed in and after the Industrial Revolution, in and after the Industrial Revolution, during which the worlds representative during which the worlds re

10、presentative steel structure was built such as the steel structure was built such as the Crystal Palace, Crystal Palace, 倫敦的倫敦的 “水晶宮水晶宮”建于建于18511851年年 ，它是英國工業(yè)，它是英國工業(yè)革命時期的最具有代表性的建筑。革命時期的最具有代表性的建筑。 水晶宮內景 艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔（居斯塔夫（居斯塔夫埃菲爾埃菲爾設計，設計，18891889）位于巴）位于巴黎市中心塞納河左岸黎市中心塞納河左岸的戰(zhàn)神校場上。的戰(zhàn)神校場上。巴黎博覽會機械館 采用鋼結構制作三鉸

11、拱體系，鋼結構跨度 115 米，長 420 米，館內大廳中央不設柱子，機械館內具有非常大的室內空間。 第一座依照現代鋼結構框架結構設計原理建造起來的高層建筑是芝加哥家庭保險公司大廈（1883-1885，William Le Baron Jenney），共十層。這是真正意義上世界上建造的第一座鋼結構大廈。芝加哥家庭保險公司大廈(Home Insurance Building)1.21.2鋼結構的特點及應用鋼結構的特點及應用(Characteristic and Application) 1.2.1 1.2.1 鋼結構的特點鋼結構的特點(Characteristics)1.強度高，結構重量輕 (h

12、igh strength,high strength/weight ratio)2.材質均勻(Homegenneous of material)，且塑性和韌性好（最符合一般工程力學假定）(Excellent plastity and toughness)3.良好的加工性能和焊接性能 (Convenient to manufacture and connecting)4.密封性好 (Tight sealing)5.鋼材的可重復使用性 (Recyclable)6.耐熱不耐火(fire-resistance) 200蘭脆，500600 強度幾乎為零 防火處理(Fire protection)：防火涂

13、料、蛭石板、蛭石噴涂、石膏板等7.耐腐蝕性差(weak corrosion resistance)8.低溫冷脆(Brittle fracture at low temperature)9.鋼結構制造簡便，施工周期短(Easy to fabrication and erection, shorten construction period)1.21.2鋼結構的特點及應用鋼結構的特點及應用(Characteristics and Applications)1.2.2 鋼結構的應用鋼結構的應用(Applications)1、大跨結構(Space structures)2、工業(yè)廠房(Industria

14、l steel structures)3、受動力荷載影響的結構(Under dynamic loads)4、多層、高層建筑(Multi-storey and High-rise Steel Structures)5、高聳結構(High-rise structures)6、可拆卸的結構(Detachable constructions)7、容器和其他構筑物(Vessels et al.)8、輕型鋼結構(Light steel structures)9、鋼和混凝土的組合結構(Steel-concrete composite structures)浦東機場Pudong Airport國家鳥巢體育館北

15、京植物園展覽溫室鋼架結構蛋重型廠房結構：西安變壓器廠（400t吊車）高層建筑結構按高度可分為(Categorized accoding to heightness) 低層建筑(low-rise building) 2層以下 多層建筑(multi-storey building) 8層以下（目前以12層為限） 高層建筑(high-rise building) 9層以上（12層以上） 超高層建筑 (super high-rise building) 200m以上 由于高層建筑的發(fā)展，被列為高層建筑的標準也在提高。80年代前，凡是9層以上的建筑物就被稱為高層建筑。而目前，接近20層的稱為中高層建筑；

16、30層左右而接近100m的稱為高層建筑；而50層左右，高度為200M以上的稱為超高層建筑。施工中的上海中福城鋼結構住宅Residential steel structures in construction施工中的杭州慶春大廈（鋼混凝土組合結構）壓型鋼板混凝土疊合板構造壓型鋼板混凝土疊合板構造(Cold-formed steel deck)臺北臺北101101大樓大樓( (TaiBei 101 building) )：建成于2003年11月，101層，508m高，采用鋼/混凝土混合結構，為多功能建筑，總高度世界第一。電梯速度世界最快電梯速度世界最快 4部直達電梯從1樓到89樓觀景臺只需39秒，

17、時速高達60公里 。防火性能最好防火性能最好( (High quality fireproofing) ) 8根巨大鋼柱里灌入的1萬磅防火混凝土及封閉式逃生設計，發(fā)生火災時可以支撐3個小時讓高層民眾安全脫險。 101101與帝國大廈對比與帝國大廈對比 馬來西亞吉隆坡雙塔大廈：(Twins towers of National oil company)建成于1997年，88層，高度452m，為鋼/混凝土混合結構，辦公樓，總高度為世界第二。芝加哥西爾斯大廈：建成于1974年，110層，443m高，采用鋼結構建造，辦公樓，總高度為世界第三。紐約世界貿易中心(WTC)： 北樓建成于1972年，417m

18、高；南樓建成于1973年，415m高。均為110層，均采用鋼結構，為辦公樓，世界排名分別為第五、第六。深圳地王大廈：建成于1996年，69層，384m 高，采用鋼管混凝土柱作為豎向承重構件。芝加哥約翰漢考克中心：建成于1969年，100層，344 m 高，采用鋼結構建造，為辦公用樓。香港中國銀行大廈(China Bank building)：建成于1990年，72層，369m高，為鋼/混凝土混合結構，為辦公樓。 迪拜的BurjAl-Arab(阿拉伯塔)酒店世界上唯一的七星級酒店 豪華程度令人嘆為觀止，酒店建在海濱的一個人工島上，是一個帆船形的塔狀建筑，一共有56層，321米高，由英國設計師W.

19、S.Atkins設計。酒店采用雙層膜結構建筑形式，造型輕盈、飄逸，具有很強的膜結構特點及現代風格。 它擁有202套復式客房、200米高的可以俯瞰迪拜全城的餐廳以及世界上最高的中庭。到過這里之后，你才能真正體會到什么叫做“金碧輝煌”。它的中庭是金燦燦的，它的最豪華的780平方米的總統(tǒng)套房也是金燦燦的?？头棵娣e從170平方米到780平方米不等，最低房價也要900美元，最高的總統(tǒng)套房則要18000美元。 東方明珠電視塔（高聳結構）東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高度成為亞洲第一高 塔。她于1991年3月開始建造，1994年11 月完工，總重量達12萬噸，總投資8.3億元人

20、民幣。 東方明珠塔由三根直徑為九米的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。 輕型鋼結構(Light steel structures)Portal framed structure 北京玫瑰圓某別墅施工情況容器和其他構筑物(Tank and Vessel)陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐1.31.3鋼結構的設計方法鋼結構的設計方法 ( (Design method of steel structures) ) 1.3.1 1.3.1 概率極限狀態(tài)設計法概率極限狀態(tài)設計法( (Probabilistic lim

21、it state design method)1.3.2 結構內力的分析方法結構內力的分析方法(Structural Analysis) 1.一階彈性分析一階彈性分析(First-order elastic analysis) 2.框架結構的二階彈性分析框架結構的二階彈性分析(Second-order elastic analysis)1.4鋼結構的新發(fā)展鋼結構的新發(fā)展(Recent Development of Steel Structures) 1.4.1 結構用鋼的新發(fā)展結構用鋼的新發(fā)展(Structural steel)1.4.2 新型結構體系的應用和發(fā)展新型結構體系的應用和發(fā)展(Ne

22、w structural systems)1.4.3 設計方法的發(fā)展設計方法的發(fā)展(Improvement of design principles)1.41.4鋼結構的新發(fā)展鋼結構的新發(fā)展 ( (Recent Development of Steel Structures) )1.4.1 1.4.1 結構用鋼的新發(fā)展結構用鋼的新發(fā)展( (Structure steel) )（1）高性能鋼材（高強度、塑性和韌性），低屈服點鋼，耐火和耐候等）(high strength/plasticity/toughness, low yield point)（2）更合理的型鋼截面有H型鋼和T型鋼(reaso

23、nable steel shapes) ，可直接用作梁、柱或屋架桿件，使制造簡便，工期縮短，已列入我國鋼結構構件設計規(guī)范。 壓型鋼板也是一種新材料，在組合樓板中可兼作施工模板使用，大大縮短施工周期。 1.4.2 新型結構體系的應用和發(fā)展新型結構體系的應用和發(fā)展(New structural systems) 新技術、新結構的應用，在減輕結構自重、節(jié)約鋼材方面有很大作用，為大跨度結構、高層、超高層結構的發(fā)展奠定了基礎。如平板網架結構、網殼結構、薄壁型鋼結構、懸索結構、預應力鋼結構及鋼與混凝土組合構件等的研究和應用 。 1.4.3 設計方法的新發(fā)展設計方法的新發(fā)展(design method) 從

24、構件(members) 整體(whole structures) 從彈性(elastic) 彈塑性(elasto-plastic) 計算手段的改進(improvement of analysis)如何學好鋼結構設計原理這門課？How to learn this subject ? 鋼結構的特點(Characteristics) 鋼結構的建造過程和內在缺陷(Construction, defects and imperfection) 建筑鋼結構事故分類(Accident and disaster classification)鋼結構的特點鋼結構的特點(Characteristics)1. 強度

25、高，結構重量輕 (high strength,high strength/weight ratio)2. 材質均勻(Homegenneous of material)，且塑性和韌性好（最符合一般工程力學假定）(Excellent plastity and toughness)3. 良好的加工性能和焊接性能 (Convenient to manufacture and connecting)4. 密封性好 (Tight sealing)5. 鋼材的可重復使用性 (Recyclable)6. 耐熱不耐火(fire-resistance) 200蘭脆，500600 強度幾乎為零 防火處理(Fire

26、protection)：防火涂料、蛭石板、蛭石噴涂、石膏板等7. 耐腐蝕性差(weak corrosion resistance)8. 低溫冷脆(Brittle fracture at low temperature)9. 鋼結構制造簡便，施工周期短(Easy to fabrication and erection, shorten construction period)鋼結構的建造過程和內在缺陷(constructions,defects and imperfection)鋼結構的建造過程(Construction)1.工廠制造(Manufacture)驗收、放樣、加工、裝配、矯正、除銹和

27、涂漆2.工地安裝(Fabrication and erection)擴大拼裝、吊裝就位、臨時固定、最后固定鋼結構的初始缺陷1.幾何缺陷(Geometric imperfection) 初彎曲 初傾斜 桿件長度誤差2.材料缺陷(Materials defects) 鋼材并非理想的勻質體和各向同性體建筑鋼結構事故分類(Accident and disaster )1.鋼結構承載力和剛度的失效 (Failure of strength and stiffness) 承載力失效：強度指標不合格，連接強度不滿足要求，使用荷載和條件的改變； 剛度失效：結構或構件的剛度不滿足設計要求，結構支撐體系不夠。2.

28、鋼結構的失穩(wěn)(Out of stability) 整體穩(wěn)定的原因：設計不滿足，構件的各類初始缺陷，構件受力條件的改變，施工臨時支撐體系不夠； 局部穩(wěn)定的原因：構件局部穩(wěn)定不滿足，局部加勁構造措施不合理，吊裝時吊點位置選擇不當。3.鋼結構的疲勞破壞(Fatigue failure) 鋼材疲勞性能差，結構或構件有較大的應力集中，加工制造缺陷。4.鋼結構的脆性斷裂(Brittle Fracture) 鋼材的抗脆斷性能差，加工制造缺陷，應力集中和應力狀態(tài)，構件的尺寸，低溫和動載。5.鋼結構的腐蝕破壞(Corrosion) 鋼結構安裝圖片1(Installation and fixing)鋼結構安裝圖片

29、2(Welding)鋼結構安裝圖片3(Welding and fixing)鋼結構安裝圖片4(Bolted connection)韓國桑蘇大橋瞬間倒塌雪災后廠房倒塌(Collapse of a industrial steel structure due to overloads of snow)某廠房安裝時倒塌(Collapse during construction)某廠房吊裝過程(A portal frame during hoisting)某煤棚倒塌事故(Collapse of a space truss structure)1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂(T-2

30、oil tanker broke into two parts due to brittle fracture) 建造中的Titanic 號，可以看到船身上長長的焊縫(Titanic in construction, long welds can be seen on the hull.)Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果 (Impact test)WTC 1 Collapse Initiated at 10:28 a.m.2001TimMainandMikeBallou2001TimMainandMikeBallou2001TimMainandMikeBall

31、ouFloor98Floor988:4610:28世貿雙塔倒塌事故WTC 2 Collapse at 9:59 a.m.WTC 2 tilted to the east and south in this view from the northeast.2001LuigiCazzaniga2001LuigiCazzaniga2001LuigiCazzaniga9:039:59Exterior Framed-TubeFloor SlabCentral CoreBox Columns59 columns per sideInnovative WTC Tower Structural SystemB

32、ar JoistConcrete SlabFloorCoveringTroughDeckingAir-conditioningDuctElectricDuct Innovative structural system when built; incorporated many new and unusual features Two features require additional consideration: Composite floor truss system using long span open-web bar joists and spray-applied firepr

33、oofing Design for wind loads and control of wind-induced vibrationshttp:/www.okok.org鋼 結 構 工 程 相 關 網 站鋼-混凝土組合結構網:http:/中國建筑金屬結構協會:http:/鋼結構:http:/www.csc-中國鋼結構網:http:/空間結構鋼結構網站:http:/筑龍網:http:/ 鋼結構-魏明鐘鋼結構(第4版)(外文原版) Leonard Spiegel、George F.Limbrunner著，北京：清華大學出版社，2005 冷成型鋼結構設計(原文第3版) 于煒文著，水利水電出版社，2003 課程的考核辦法課程的考核辦法(Examination)平時成績：2010（出勤、課堂表現）+10（作業(yè)）期末成績：80