现代建筑结构技术2G.ppt

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现代建筑结构技术2G

现代建筑结构技术 第二章 钢结构体系 第一节 钢结构的特点 一、概述 随着经济的发展、技术的进步,钢结构高层建筑的优点日益显露出来。尽管同钢筋砼结构相比,钢结构的用钢量较大,耐火性能差,但它具有面积利用系数大,抗震性能好,结构自重轻,基础费用少,施工工期短等优势。从多方面的综合效益来看,在高层建筑领域,钢结构与钢筋砼结构的差距正在缩小,在不远的将来,钢结构将在高层建筑中占有更大的份额。 高层建筑钢结构根据制作的材料不同,可分为钢结构、钢砼混合结构、型钢砼结构和钢管砼结构。 二、钢-砼混合结构 钢结构具有截面小、工期短、使用空间大,钢筋砼结构具有刚度大、用钢量小、造价低、防火性能好。 钢-砼混合结构——一般是指由钢筋砼筒体或剪力墙以及钢框架组成抗侧力体系,以刚度很大的钢筋砼部分承受风力和地震作用,钢框架主要承受竖向荷载,这样可以充分发挥两种结构材料各自的优势,达到良好的技术经济效果。 同钢结构相比,钢-砼混合结构用钢量省,造价较低,更适合我国国情。 三、型钢砼结构 型钢砼结构,是指梁、柱、墙等杆件和构件,以型钢为骨架,外包钢筋砼所形成的组合结构。此类构件的特点是: ① 钢筋砼与型钢形成整体,共同受力; ② 与全钢结构相比较,可节约钢材 1 / 3 左右; ③ 包裹在型钢外面的钢筋砼,不仅在刚度和强度上发挥作用,而且可以取代型钢外的防火和防锈材料,更加耐久,并可节约维护费用; ④ 可加快施工进度。其施工速度比钢筋砼结构快,比全钢结构稍慢。 四、钢管砼结构 钢管砼通常用于柱,即在钢管(方管或圆管)中灌注砼,形成两种材料的组合构件。钢管通常采用圆管最为有效。它的主要受力机制是: ① 利用钢管对砼的约束作用,使其中的砼处于三向受压状态,从而大大提高其抗压强度和变形能力; ② 借助内填砼来增强薄壁钢管的抗屈曲强度和稳定性。钢管砼柱有良好的力学经济性能,同一般型钢砼柱比较,在同等条件下,钢管砼柱可节约 30 %的用钢量。同钢筋砼柱比较,可节省水泥 70 % ,节约钢材 10 % ,节省模板 100 % ,而造价大致相等。 就世界范围而言,钢管混凝土结构在高层建筑中的应用比例将日益增大。 五、钢结构的特点1 同钢筋砼结构体系相比,钢结构具有如下特点: 1 .节约结构面积 五、钢结构的特点2 2 .减轻自重、降低基础工程造价 钢结构具有自重轻的特点。一般的钢筋砼高楼,典型楼层的自重约为12~18kN/㎡;而钢结构高层建筑典型楼层的自重约为8~10kN/㎡。后者约比前者减轻自重 30 %以上。 五、钢结构的特点3 3 .缩短施工周期 在高层建筑中,建造工期的长短,也是确定结构方案的一个十分重要的因素。 钢结构的施工速度通常可快于钢筋砼结构约 20 %一 30 %。 由于国外钢结构技术比国内成熟先进,其钢结构高层建筑的施工速度更快。如美国芝加哥西尔斯大厦,共 109 层,高 443m ,结构用钢量为 76000t ,仅用 15 个月,主体结构就全部完工,充分体现了钢结构的高速度。 五、钢结构的特点4 4 .抗震性能好 相对于钢材来说,砼的抗拉和抗剪强度均较低,延性也差,砼构件开裂后的承载力和变形能力将迅速降低。钢材基本上属于各向同性的材料,抗压、抗拉和抗剪强度均很高,更重要的是它具有良好的延性。在地震作用下,钢结构因有良好的延性,不仅能减弱地震反应,而且属于较理想的弹塑性结构,具有抵抗强烈地震的变形能力。所以,钢结构特别适合用于地震区的高层建筑。 五、钢结构的特点5 5、用钢量较大 一般来讲,钢结构高层建筑的用钢量比较高,不包括基础及地下室,上部高层钢结构的造价一般为同样高度钢筋砼结构造价的1.5~2.0倍,从而增加了投资。 然而,由于建筑技术的进步、钢材性能的提高、结构体系的改进及计算理论的发展,钢结构高层建筑的用钢量有逐年下降的趋势。 六、钢结构的特点6 6 .耐火性能差 钢结构是不耐火的结构,钢结构在火灾烈焰下,构件温度迅速上升,钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下降。 当结构温度达到350℃及500℃时,其强度可分别下降 30%及50%。至600℃时,结构完全丧失承载能力,变形迅速增大,导致结构倒塌。因此,《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)规定,对钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等要采用喷涂防火涂料保护。 六、钢结构体系的发展演化 1883年美国芝加哥采用钢框架建成世界上第一幢现代高层建筑―10层的家庭生命保险公司大楼以后,钢结构高层建筑得到了较快的发展。 1931年美国

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