钢结构设计原理第一章绪论.ppt

钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁建造承 重结构的国家，如著名的四川泸定大渡河铁索桥（建于康熙四 十四年）；明代的云南沅江桥；清代的贵州盘江桥等等。古代 金属结构中还有众多的铁塔，如江苏镇江甘露寺铁塔等。 桥梁方面：武汉长江大桥-1956， 南京长江大桥-1968。 工业建筑：鞍钢、武钢、包钢、宝钢等冶金联合企业的许多车间都采用了规模巨大的钢结构厂房。 民用建筑：数不胜数，体育馆、电视塔、高层建筑中的钢结构应用很多（北京、上海、深圳等城市） 悉尼国际射击中心 法国蓬皮杜艺术与文化中心包括图书馆、美术馆、工业美术中心等项内容。英国建筑师罗杰斯与意大利建筑师皮亚诺打破常规，将这座艺术与文化建筑做成化工厂房的模样。6层楼的钢结构、电梯、电缆、上下水管、通风管道都悬挂在立面上，并涂上大红大绿的色彩。 [一]高效钢材的研制和应用 相对于普通钢材的统称，品种主要包括： 1、低合金钢材—钢材中加少量合金元素，改善钢材性能 2、热强化钢材—热处理钢材，强度、韧性提高 3、经济截面钢材—包括H型钢、T型钢、压型钢板 4、镀层、涂层、复合等表面处理钢材—镀锌钢板（金属镀层保护）、涂油漆（涂非金属保护层 ） 5、冷加工钢材—冷拉、冷拔钢材，提高钢材强度 [二]新型结构的采用 1、轻型钢结构—圆钢、小角钢组成外，还有冷弯薄壁型钢和压型钢板组成的结构。 2、空间结构—悬索结构、钢网架结构和膜结构等等。 3、预应力钢结构—对结构中存在少量高强度钢材的构件施加预应力。 4、组合结构—钢与混凝土组合共同受力，充分发挥各自长处。 1、材料的强度高，塑性、韧性好。 ◆强度方面—钢材的设计强度比混凝土、木材、砖砌体的强度 都要高。 Q235——f =215N/mm2(抗拉、压、弯）， 混凝土C60—— fc=26.5N/mm2( 轴心抗压强度）， 混凝土C80——fc=35.9N/mm2 在钢结构中，稳定问题显得特别突出，有压力的地方就有稳定问题需要解决。 对于同样截面的钢结构拉、压杆来说，压杆的承载力低于拉杆的承载力，这就是由压杆的失稳造成的。 压杆—由稳定承载力控制 拉杆—由强度承载力控制 ◆塑性方面—塑性：钢材的塑性是指应力达到屈服点后，能够产生显著的塑性变形而不立即断裂的性质。结构用钢材的塑性比较好，这样可以保证结构在正常情况下不会因突然超载而发生脆性破坏，因为塑性好，能使结构在破坏前有一定的塑性变形，这样可以及时发现破坏前的征兆，加以防止。 ◆韧性方面—韧性：是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力。结构用钢材的韧性也较好，这样，结构对动力荷载的适应性就特别强。 2、材质均匀，和力学计算的假定符合 钢材的内部组织均匀，非常接近于各向同性体，且在一定的应力范围内，属于理想的弹塑性工作（力与变形符合虎克定律），所以钢结构最符合材料力学中的基本假定—学过材力，我们知道，材力中，有这样的规定：对于可变形固体材料做成的构件进行强度、刚度、稳定计算是，作出如下两点假定： （1）连续性假定（2）均匀性假定，材力中所得出的计算公式、结论都是以上述两个假定为前提的，越符合两个假定，计算就越精确，结论就越正确。 3、钢结构的重量轻 钢材的容重比木材、混凝土都要大，但由于钢材的强度较混凝土、木材高的多，容强比较低，做成的构件尺寸小，重量轻，运输、安装、拆迁方便，抗震性能好，基础的负荷轻。 4、钢结构制造、安装简单，施工周期短。 5、钢结构具有一定的耐热性，但不耐火。 6、钢结构耐腐蚀性差，容易锈蚀。 1、结构的功能及可靠度 结构的功能：安全性、适用性、耐久性，统称为结构的可靠性。 可靠度：结构的可靠性是以可靠度来衡量，可靠度是指结构在规定的时间内、在规定的条件下完成预定功能的概率。结构可靠度是对结构可靠性的概率度量。 这也是《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001规定的计算方法-概率极限状态设计法的核心所在，此方法采用了结构可靠度理论，摆脱了传统的定值设计方法-容许应力设计法。 2、结构的极限状态 定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。 （1）承载能力极限状态——为结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。 它包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系、或出现过度的塑性变形等。 （2）正常使用极限状态——为结构或构件达到正常使用的某项限值时的极限状态。 它包括影响正常使用的变形、局部损坏（包括裂缝）、振动、其他特定状态