钢构基础理论.doc

第一章 概述 第二章 建筑钢材 第三章 钢结构的连接 第四章 轴心受力构件 第五章 梁（受弯构件） 第六章 拉弯与压弯构件  第一章 绪 论 ?第一节 钢结构的特点与应用 ?第二节 钢结构的设计原理与方法 ?第三节 钢结构的发展 2  第一节 钢结构的特点及应用 一、钢结构的特点  强度高、重量轻 ? 钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较大，但其屈服点 较混凝土和木材要高得多，其质量密度与屈服点的比值相 对较低。在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结 构、木结构相比，构件较小，重量较轻，便于运输和安装。  质地均匀，塑性和韧性好 ? 钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和 韧性，为理想的弹塑性体，完全符合目前所采用的计算方 法和基本理论。  生产、安装工业化程度高，施工周期短 ? 钢结构生产具备成批大件生产和高度准确性的特点，可以 采用工厂制作、工地安装的施工方法，所以其生产作业面 多，可缩短施工周期，进而为降低造价、提高效益创造条 件。  密闭性能好 ? 由于焊接结构可以做到完全密封，一些要求气密性和水密 性好的高压容器、大型油库、气柜、管道等板壳结构都采 用钢结构。  抗震及抗动力荷载性能好 ? 钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震 及抗动力荷载性能好。  具有一定的耐热性 ? 温度在250℃以内，钢的性质变化很小，温度达到300℃以 上，强度逐渐下降，达到450～650℃时，强度降为零。因 此，钢结构可用于温度不高于250℃的场合。在自身有特 殊防火要求的建筑中，钢结构必须用耐火材料予以维护。 当防火设计不当或者当防火层处于破坏的状况下，有可能 将产生灾难性的后果。  远眺纽约曼哈顿世贸大楼  绝 版 纽 约 世 贸 中 心 双 子 塔  ?撞击下的世界贸易中心 美国东部时间2001年9月11日上午8时 45分，一架起飞重量达160吨的波音767型飞 机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；18分 钟后，又一架起飞重量为100吨的波音757型 飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南塔。假 设两架飞机的起飞重量是满负荷，再考虑两 种机型的速度是1000千米/小时，而且以恐怖 分子执意为之的心理，这个速度已是下限， 那么，在这种条件下，世界贸易中心受到的 冲量究竟有多少呢？  ?根据动量的计算公式P=mv，m是质点的质量，v是该质点的质心 一、 北塔所承受767型飞机撞击的动量 二、 南塔所承受757型飞机撞击的动量 以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达1000吨烈性炸药当量，  ?南北塔是筒中筒结构，核心是47个电梯井 （因分段设置，47个电梯井可容104部电 梯），外围是钢柱排列，9层以下的承重外柱 间距为3米，9层以上承重外柱间距为1.016米， 标准层窗宽仅0.55米，如此密植的钢铁森林， 于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入 其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深 达63.5米的大厦，撞击力量之巨，威力之大， 实在令人悚然。 但是，事实上，世界贸易中心却经受住 了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量， 并不是坍塌的决定因素。  ? 烈火中的世界贸易中心 撞击两塔的波音767型或757型飞机，如果机体直径约计 10米的话，也就是说，世界贸易中心北塔的80层左右，南 塔的60层左右，在飞机的质量与速度的撞击下，应该各有三 层都处于被飞机蹿通的状态。而且767机型满挂油料是45吨， 757机型为30吨，这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看 其惨烈之状。 世界贸易中心边长=63.5米 世界贸易中心每层的建筑面积=63.5×63.5≈4032平方米 如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大厦建筑面 积达1/5～1/4的电梯井的面积，也就是说，在3000平方米不 到的面积里，浇灌了45～30吨的高燃值的油料在燃烧（南 塔有一部分溢出）。  ? 我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨燃油 所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼有楼 体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体等易燃 易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井被穿透后， 电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所以被撞击后的 世界贸易中心，远远看去，就像两根硕大的烟囱。同时， 高达1000℃的温度，钢结构都易产生变形，更因上有重 压，所以最终招致崩落现象。而且，高温之下，燃油有 气化的现象，急速膨胀的气体，燃烧中必然夹杂着爆炸， 这更是致命的。 因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决定因 素。  ?大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，其核 心部位——电梯井已失去作用（有部分油料