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目录 学习情景1 钢结构基本知识 1 一、本课程主要内容 1 二、钢结构基本结构形式及选型 1 三、钢结构的特点 9 四、钢结构的应用 10 五、钢结构的现状与发展 11 学习情景1 钢结构基本知识 由于使用功能及结构组成方式不同，钢结构种类繁多、形式各异。例如房屋建筑中，有大量的钢结构厂房、高层钢结构建筑、大跨度钢管桁架、钢网架建筑、悬索结构及索－膜结构建筑等。在公路和铁路方面，有板梁桥、桁架桥、拱桥、悬索桥、斜张桥等各种形式的钢桥。钢塔及钢桅杆则广泛用作输电线塔、电视广播发射塔。此外，还有海上钢结构钻井平台、钢卫星发射塔架等。 这些钢结构建筑物和构筑物尽管用途、形式各不相同，但它们都是由钢板或型钢经过加工，制作各种基本构件，再将这些基本构件（如拉杆、钢索、压杆、梁、柱及桁架等）通过焊接和螺栓连接等组成结构。 一、本课程主要内容 1、钢结构材料的选择； 2、钢结构构件的加工与制作； 2、钢结构施工安装方法，编制钢结构工程施工方案和各种专项方案； 3、钢结构工程制作和施工安装过程中的资料管理和质量控制；钢结构制作和施工安装过程中常见的工程质量事故； 4、钢结构工程制作和施工安装过程中使用到的机具、设备相关知识。 二、钢结构基本结构形式及选型 1、轻钢门式刚架结构 单层钢结构厂房一般为轻钢门式刚架结构。刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的结构。工程中习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架。我们讨论的刚架是单层刚架，因单层单跨或多跨刚架“冂”字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。 单层刚架结构的杆件较少，一般为大跨度结构，内部空间较大，便于利用。且刚架一般由直杆组成，制作方便，因此，在实际工程特别是工业建筑中应用非常广泛。当跨度与荷载一定时，门式刚架结构比屋面大跨梁(或屋架)与立柱组成的排架结构轻巧，可节省钢材约10％以上。斜梁为折线形的门式刚架类似于拱的受力特点，更具有受力性能良好、施工方便、造价较低和造型美观等优点。由于斜梁是折线形的，使室内空间加大，适于双坡屋顶的单层中、小型建筑，在工业厂房、体育馆、礼堂和食堂等民用建筑中得到广泛应用。但门式刚架刚度较差，受荷载后产生跨变，因此用于工业厂房时，吊车起重量一般不超过10t。 图1.1对比了门式刚架与外形相同的排架在垂直均布荷载作用下的弯矩图。刚架由于横梁与立柱整体刚性连接，节点B和C是刚性节点，能够承受并传递弯矩，这样就减少了横梁中的跨中弯矩峰值。排架由于横梁与立柱为铰接，节点B、C为铰接点，故在均布荷载作用下，横梁的弯矩图与简支梁相同，跨中弯矩峰值比刚架大得多。但与拱结构相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发挥作用，这就造成了门式刚架结构与拱相比自重大，用料多，适用跨度受到限制。 图1.1 刚接刚架与铰接刚架的弯矩比较 门式刚架按结构组成和构造的不同，可分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种(图1.2)。在相同荷载作用下，这三种刚架的内力分布和大小是有差别的，其经济技术效果也不相同。门式刚架结构的受力优于排架结构，因刚架梁柱节点处为刚接，梁柱互为约束。在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用而减小了梁跨中的弯矩和挠度。在水平荷载作用下，由于梁对柱的约束作用减少了柱内的弯矩和侧向变形，如图1.3所示。因此，门式刚架结构的承载力和刚度都大于排架结构。 (a)单跨梁 (b)连续梁 (c) 排架 (d) 无铰刚架 (e) 双铰刚架 (f) 三铰刚架 (g) 双铰刚架 (h) 三铰刚架 图1.2弯矩图对比 (a) 排架 （b) 刚架 图1.3在水平荷载作用下刚架与排架弯矩图对比 无铰门式刚架(图1.4(a))的柱脚与基础固接，为三次超静定结构，刚度大，结构内力分布比较均匀，但柱底弯矩比较大，对基础和地基的要求较高。因柱脚存在弯矩、轴向压力和水平剪力共同作用于基础，基础材料用量较大。无铰门式刚架超静定次数高，刚度较大，当地基发生不均匀沉降时，在结构内产生附加内力，所以在地基条件较差时需慎用。 两铰门式刚架(图1.4(b))应用最为普遍，其柱脚与基础铰接，为一次超静定结构，在竖向荷载或水平荷载作用下，刚架内弯矩比无铰门式刚架大。其优点是刚架柱脚铰接，基础无弯矩作用，计算和构造简单，省料省工；当基础有转角时，对结构内力没有影响。但当两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生一定的附加内力。