钢结构的材料、连接及轴心受力构件讲义.doc

钢结构的材料、连接及轴心受力构件讲义 第一章概述 §1.1 钢结构的特点及其合理的应用范围 特点 钢结构是由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过焊接或螺栓连接所组成的结构。 1．轻质高强 轻质——材料的比强度fu/γ(N·m/kg)大。 混凝土：(1.25～2.4)×106 钢：(3.10～4.9)×106 2．塑性、韧性好 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量 塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证； 韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。 3．各向同性，性能稳定 可以直接应用力学中给出的结论，如叠加原理等。 4．可焊性，不易渗漏 可焊性使连接简化，使结构应用范围增大，容易做成复杂形状。 不易渗漏：各种压力容器 后果：存在残余应力 5．制造简便，施工周期短 6．钢材的可重复使用性—绿色建材 7．耐腐蚀性差 8．耐热但不耐火 100以内 强度无影响 150以上 必须进行遮挡处理 600左右 E→0结构倒塌 措施：防火涂料，防火漆，外包混凝土 9．存在稳定问题——设计时考虑 二.合理的应用范围 大——跨度大。上海浦东航站楼、国家大剧院、广州会展中心等。金门桥（GordonGateBridge），西陵长江大桥，徐浦大桥，汕头海湾大桥等。 重——主要是重工业厂房，内有大吨位重级工作制吊车，如鞍钢，首钢，宝钢及一些电厂的主厂房等。 高——高层建筑，塔桅结构。广州西塔、广州东塔、广州新电视塔、地王大厦等。 动——受动力作用的厂房，机座，地震区内要求较高的建筑。 轻——荷载较小的轻型结构，其用钢量可能低于RC的用钢量，如大棚等。 小——小型、可拆装结构，临时建筑等。如塔吊，临时展棚等。 钢结构按其特点，应该在绝大多数建筑领域采用，但实际则不然。因为钢结构的应用还要受到国民经济发展的制约，我国的钢产量一直不高。 1949 十几万吨 1990 5000万吨 1995 7000万吨 1996 1亿吨 20106.28亿吨 20148.227亿吨 §1.2 钢结构的设计方法 《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的设计原则是根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）制定的，采用以概率理论为基础的近似概率极限状态设计法。 结构设计的目的是使所设计的结构满足各种预定功能要求并具有适当的可靠性。 一．结构的功能要求与结构可靠度 1．安全性——结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形等的作用，在偶然事件发生后，能保证整体稳定性，不致倒塌。 适用性——结构在正常使用荷载下，应具有良好的工作性能。如不发生影响结构正常使用的过大的变形等。 耐久性——结构在正常维护下，随时间变化仍能满足预定功能要求，如锈蚀而影响寿命等。 以上三方面的功能要求可以概括为结构的可靠性 可靠性——指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的能力。 可靠度——度量可靠性的指标。在预定时间内规定条件下完成预定功能的概率。 Ps——可靠概率，Pf——失效概率 Ps+Pf=1 可靠度的制定要依赖于国民经济发展水平和国家财富积累程度，随着国家富强、国民经济发展，Pf将逐渐减小。《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）条文中说明：失效概率是根据对20世纪70年代各类材料结构设计规范校准所得的结果，经综合平衡后确定。此次修订的原则是“可靠度适当提高”。 二．结构的极限状态 作用——能使结构产生效应（如：结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称，称为结构上的作用。分为直接作用和间接作用。 直接作用——施加在结构上的荷载。如结构自重、楼面活荷载、风荷载、雪荷载等。 间接作用——引起结构外加变形和约束变形的其他作用。如地震、基础沉降、温度变化、焊接等。 作用是随机变量。 作用效应（S）——结构上的作用引起的结构或其构件的内力和变形。 由于作用是随机变量，所以作用效应也是随机变量。 结构抗力（R）——结构或构件承受作用效应的能力。 由于结构抗力是材料性能、几何参数及计算模式的函数，都是不确定的，因此结构抗力也是随机变量。 结构或构件的极限状态——结构或构件能够满足设计规定的某一功能要求的临界状态。 承载力极限状态（第一极限状态）——结构或构件达到最大承载力（如强度、稳定、疲劳）或不适于继续承载的巨大变形（如塑性变形）。 正常使用极限状态（第二极限状态）——结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值，如挠度等。 当S＜R时 结构处于可靠状态 当S＞R时 结构失效（不可靠） 当S＝R时 结构处于极限状态 Z＝R－S＝0——极限状态方程或功能函数 因为R和S都是随机变量，且假定都