钢结构设计原理绪论.ppt

钢结构设计原理 哈 尔 滨 工 业 大 学 钢 结 构 设 计 原 理 学时：64 学分：3.5 考核方法：笔试 主讲教师：张文元 副教授 哈尔滨工业大学土木工程学院 College of Civil Engineering, HIT 1、张耀春，钢结构设计原理，高等教育出版社，2004，7 2、沈祖炎，钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2000 3、钟善桐，钢结构，中国建筑工业出版社，1988 主要参考书： 《材料力学》、《结构力学》、《钢筋混凝土结构》 先修课程： 第一章 绪论（3学时） 第二章 钢结构的材料（7学时） 第三章 连接（14学时） 第四章 受弯构件的计算原理（8学时） 第五章 梁的设计（4学时） 第六章 轴心受力构件（14学时） 第七章 拉弯、压弯构件（6学时） 第八章 节点设计原理 第九章 单层厂房钢结构（8学时） 第十章 钢结构的塑性设计和抗震（课外自学） 主要内容： 第1章 绪 论 §1.1 钢结构的发展简史 钢(steel)是铁碳合金 早在公元前2000年左右 在人类古代文明的发祥地之一的美索不达米亚平原（两河流域）就出现了早期的炼铁术。 最早出现时间 战国时代（公元前475年）已有铁制生产工具 汉朝（公元65年）出现锻铁，建成世界最早的铁链悬桥－兰津桥 清朝1705年，四川泸定大渡河桥，跨长100m，9根桥面铁链和四根桥栏铁链 公元694年在洛阳建成的“天枢”，高35m，直径4m，顶有直径为11.3m的“腾云承露盘”，底部有直径约16.7m用来保持天枢稳定的“铁山” 公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔，现存 我国国内古代的发展 英国1840年以前，采用铸铁来建造拱桥。 1840年后，铆钉和锻铁技术发展，铸铁被锻铁取代，英国威尔士的布里塔尼亚桥，70-140-140-70m，箱型梁式桥，锻铁型板和角铁经铆钉连接而成。 1855年英国人发明贝氏转炉炼钢法，1865年法国人发明平炉炼钢法 1870年轧制出工字钢，形成工业化大批量生产，强度高且韧性好的钢材才开始在取代锻铁 20世纪初焊接技术出现，1934年高强度螺栓出现，极大地促进了钢结构的发展。西欧、北美、前苏联和日本等国获得了广泛的应用 国外的发展 解放前经济凋敝、工业落后，古代优势丧失殆尽 1907年建成汉阳钢铁厂，年产钢只有0.85万吨。日本侵略期间，在东北建立钢厂，1943年生铁180万吨，钢90万吨，大部分被日本用于战争 新中国成立后，由于受到钢产量的制约，很长时间内钢结构被限制使用，影响了钢结构的发展。 1978年后钢产量逐年增加，1996年超过1亿吨，钢产量世界第一，2003年2.2亿吨。政策也从“限制使用”改为积极合理地推广应用。 近年来市场不断完善，国内外企涌现。颁布《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018 我国近代的发展 §1.2 钢结构的特点及应用 钢材强度高，结构重量轻。 钢与混凝土相比密度较大，但强度更高，其密度与强度的比值较小 承受同样荷载时，钢结构要比其他结构轻。当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。 为运输和吊装提供了方便。 钢构件常较柔细，稳定问题比较突出。 钢结构的特点 材质均匀，且塑性韧性好。 组织构造均匀，接近各向同性。 具有良好的延性，可简化为理想弹塑性体，符合一般工程力学的基本假定，计算结果可靠。 重量轻和韧性好，抗震性能也好于其他结构。 良好的加工性能和焊接性能。 具有良好的冷热加工性能和焊接性能，便于在专业化的金属结构厂大批量生产出精度较高的构件，然后运至现场安装，既可保证质量，又可缩短施工周期。 密封性好。 可用来制作压力容器、管道，甚至载人太空结构。 钢材的可重复使用性。 钢材耐热但不耐火。 经受100℃辐射热时，性能变化不大。 当温度超过250℃时，会出现兰脆现象，当温度达600℃时，钢材进入热塑性状态，将丧失承载能力。 有防火要求的建筑钢结构必须采用耐火材料加以保护。 耐腐蚀性差。 必须对钢结构采取防护措施，维护费用较高。 在没有侵蚀性介质的一般厂房中，钢构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆后，锈蚀问题并不严重。 对处于湿度大，有侵蚀性介质环境中的结构，可采用耐候钢或不锈钢提高其抗锈蚀性能。 钢结构的低温冷脆倾向。 厚钢板焊接节点，应力复杂，有低温