《建筑鋼結(jié)構(gòu)》課件2

建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式。鋼材具有高強(qiáng)度、韌性好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其成為建筑結(jié)構(gòu)的理想材料。課程大綱概述介紹建筑鋼結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用。闡述其特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)。鋼材及其性能深入了解鋼材的種類、力學(xué)性能和熱處理工藝。探討鋼材在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。連接與結(jié)構(gòu)介紹常見的連接方式，包括焊接、螺栓和鉚釘連接。分析鋼柱和鋼梁的受力特性和設(shè)計(jì)原理。設(shè)計(jì)與施工講解鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法、荷載組合和極限狀態(tài)理論。概述鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝和質(zhì)量檢測(cè)要點(diǎn)。概述建筑鋼結(jié)構(gòu)是指以鋼材為主要材料，以焊接、螺栓或鉚釘連接的結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑中得到廣泛應(yīng)用。1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)高強(qiáng)度鋼材強(qiáng)度高，抗壓、抗拉強(qiáng)度均優(yōu)于混凝土。相同截面下，鋼結(jié)構(gòu)重量輕，可以節(jié)省材料和基礎(chǔ)成本。延展性好鋼材具有良好的延展性，可以承受較大變形而不發(fā)生斷裂。這對(duì)地震等突發(fā)事件有重要意義。加工性能優(yōu)良鋼材可塑性好，易于切割、焊接、彎曲等加工。這方便了鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝。耐久性高鋼材耐腐蝕性能好，使用壽命長(zhǎng)。防腐蝕措施可以進(jìn)一步提高其耐久性。1.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域1工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用廣泛，在工業(yè)廠房、倉庫和物流中心等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。2民用建筑近年來，鋼結(jié)構(gòu)在住宅、酒店和商業(yè)建筑等民用建筑領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。3基礎(chǔ)設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)在橋梁、高架路和地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。4特殊結(jié)構(gòu)在大型體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)航站樓和展覽中心等特殊建筑中，鋼結(jié)構(gòu)也發(fā)揮著重要作用。鋼材及其性能鋼材是建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要材料，其性能直接影響鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。深入了解鋼材的力學(xué)性能、化學(xué)成分、加工工藝等，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工至關(guān)重要。2.1鋼材的種類碳素鋼碳素鋼是含碳量低的鋼材，主要分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強(qiáng)度低，韌性好，易于加工。中碳鋼強(qiáng)度和韌性都比較均衡，常用于制造機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)件。高碳鋼硬度高，耐磨性好，主要用于制造刀具和工具。低合金鋼低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素，例如錳、硅、鉻、鎳等，以提高其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等性能。不銹鋼不銹鋼是一種耐腐蝕的鋼材，其主要成分是鉻，含量至少為10.5%。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性、耐高溫性和耐磨性，廣泛應(yīng)用于建筑、食品加工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。工具鋼工具鋼是用于制造各種工具的鋼材，具有高硬度、耐磨性、耐熱性和抗沖擊性等特點(diǎn)。2.2鋼材的力學(xué)性能性能定義影響因素強(qiáng)度材料抵抗破壞的能力鋼材的化學(xué)成分、熱處理工藝塑性材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力鋼材的晶粒尺寸、合金元素含量韌性材料抵抗沖擊載荷的能力鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性硬度材料抵抗壓痕的能力鋼材的碳含量、熱處理工藝2.3鋼材的熱處理1退火降低鋼材硬度，提高延展性，消除內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能。2正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，改善機(jī)械性能。3淬火提高鋼材硬度和強(qiáng)度，但降低韌性，改善耐磨性。4回火降低淬火鋼材的硬度和脆性，提高韌性，改善加工性能。3.鋼材的連接鋼材連接是鋼結(jié)構(gòu)建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及多種方式，不同的連接方式會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性能。3.1焊接連接熔化焊接利用高溫熔化焊接材料，使其與母材熔合在一起。常用的熔化焊接方法包括手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等。壓力焊接利用壓力和熱量使焊接材料塑性變形，從而連接起來。常用的壓力焊接方法包括電阻焊、摩擦焊、超聲波焊等。焊接缺陷焊接過程中可能出現(xiàn)各種缺陷，例如焊縫裂紋、氣孔、夾渣等。這些缺陷會(huì)降低焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。3.2螺栓連接高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓連接是一種常用的連接方式，采用預(yù)拉伸的螺栓，能有效傳遞軸力。摩擦型連接摩擦型螺栓連接利用螺栓預(yù)拉伸產(chǎn)生的摩擦力傳遞外力，適用于承受靜荷載的連接。承壓型連接承壓型螺栓連接依靠螺栓與連接板之間的接觸壓力傳遞外力，適用于承受動(dòng)荷載的連接。連接類型螺栓連接有多種類型，如普通螺栓連接、高強(qiáng)度螺栓連接、摩擦型螺栓連接等，需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的類型。3.3鉚釘連接鉚釘連接介紹鉚釘連接是利用鉚釘將鋼構(gòu)件連接在一起的一種傳統(tǒng)連接方式。特點(diǎn)連接強(qiáng)度高抗疲勞性能好適用于承受較大載荷的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用常用于橋梁、高層建筑、船舶等結(jié)構(gòu)的連接。4.鋼柱和鋼梁鋼柱和鋼梁是鋼結(jié)構(gòu)建筑中的重要組成部分。鋼柱主要用于支撐屋頂和樓板，承受垂直荷載。鋼梁則用于支撐樓板和屋蓋，承受水平荷載。4.1鋼柱的受力分析鋼柱是鋼結(jié)構(gòu)中重要的承重構(gòu)件，承受豎向荷載和水平荷載。豎向荷載主要包括自重、樓層荷載、屋面荷載等，水平荷載主要包括風(fēng)荷載、地震荷載等。4.2鋼柱的設(shè)計(jì)1荷載計(jì)算確定鋼柱所承受的荷載，包括靜荷載和活荷載。2截面選擇根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，選擇合適的鋼柱截面尺寸。3穩(wěn)定性驗(yàn)算確保鋼柱在荷載作用下，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。4連接設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鋼柱與其他構(gòu)件的連接方式，保證連接可靠。鋼柱的設(shè)計(jì)過程，需要綜合考慮荷載、材料性能、截面尺寸、連接方式等因素。4.3鋼梁的受力分析鋼梁作為建筑結(jié)構(gòu)中的主要承重構(gòu)件，承受著各種荷載，如自身重量、樓層荷載、風(fēng)荷載等，并將其傳遞到支座上。分析鋼梁的受力情況，可以了解其內(nèi)部的應(yīng)力分布和變形情況，為鋼梁的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1彎矩鋼梁承受集中荷載或分布荷載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎矩，導(dǎo)致梁體發(fā)生彎曲變形。2剪力鋼梁承受剪力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，導(dǎo)致梁體發(fā)生剪切變形。3軸力鋼梁承受軸向荷載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸力，導(dǎo)致梁體發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。4扭矩鋼梁承受扭矩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，導(dǎo)致梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。分析鋼梁的受力情況，需要考慮荷載的類型、大小和分布，以及梁體的幾何形狀和材料性質(zhì)等因素。4.4鋼梁的設(shè)計(jì)1確定荷載考慮自重、活荷載、風(fēng)荷載2選擇材料根據(jù)強(qiáng)度、韌性選擇合適鋼材3計(jì)算截面尺寸滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求4設(shè)計(jì)連接確保連接可靠，滿足受力要求鋼梁設(shè)計(jì)要綜合考慮多種因素，確保結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)過程中要遵循規(guī)范要求，并進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和分析。5.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，涵蓋了結(jié)構(gòu)分析、荷載計(jì)算、材料選型、連接方式等方面。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)安全可靠，滿足使用功能和美觀要求。5.1荷載組合11.永久荷載建筑物自身重量，包括墻體、樓板、屋頂、樓梯等。22.可變荷載使用過程中產(chǎn)生的荷載，如人員、家具、設(shè)備、積雪、風(fēng)力等。33.偶然荷載不常出現(xiàn)但對(duì)結(jié)構(gòu)有較大影響的荷載，如地震、爆炸、車輛碰撞等。44.荷載組合根據(jù)不同情況，將各種荷載按照一定規(guī)則組合，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5.2結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)保證結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下不發(fā)生斷裂、屈服等破壞，保證結(jié)構(gòu)安全。穩(wěn)定性設(shè)計(jì)保證結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下不發(fā)生失穩(wěn)，例如整體失穩(wěn)或局部失穩(wěn)。剛度設(shè)計(jì)保證結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形不超過允許限度，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的撓度和振動(dòng)。疲勞設(shè)計(jì)保證結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下不發(fā)生疲勞破壞，避免結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)裂紋等問題。5.3極限狀態(tài)理論承載極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)承受過大荷載而發(fā)生破壞，如斷裂、失穩(wěn)等正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)因變形過大、振動(dòng)過強(qiáng)等而無法正常使用強(qiáng)度和穩(wěn)定性鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求6.鋼結(jié)構(gòu)的特殊應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)異的特性使其在某些特殊領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)的特殊應(yīng)用領(lǐng)域包括橋梁、高層建筑、管架式結(jié)構(gòu)等。6.1橋梁鋼結(jié)構(gòu)11.高強(qiáng)度橋梁鋼結(jié)構(gòu)要求高強(qiáng)度，可以承受巨大的載荷，如車輛、行人和其他結(jié)構(gòu)。22.耐腐蝕橋梁通常暴露在惡劣的環(huán)境中，需要耐腐蝕的鋼材，以確保橋梁的長(zhǎng)期使用壽命。33.可加工性鋼材具有良好的可加工性，易于切割、焊接和組裝，便于橋梁的建造。44.經(jīng)濟(jì)性鋼材價(jià)格相對(duì)便宜，可以有效控制橋梁的建造成本。6.2高層建筑鋼結(jié)構(gòu)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用高層建筑鋼結(jié)構(gòu)能夠提供更大的空間，并減少材料使用量，同時(shí)滿足建筑設(shè)計(jì)需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮風(fēng)荷載、地震荷載等因素，以確保建筑物的安全和穩(wěn)定性。施工技術(shù)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工需要采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，以確保施工質(zhì)量和效率。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)能夠提供更大的空間利用率，并具有良好的抗震性能和防火性能。6.3管架式鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)管架式鋼結(jié)構(gòu)，以管道為主要承重構(gòu)件，節(jié)省空間，利于維護(hù)。應(yīng)用于電力、化工、石油等領(lǐng)域，滿足特殊要求。結(jié)構(gòu)管架式鋼結(jié)構(gòu)通常采用H型鋼、圓鋼或方鋼。連接方式主要為焊接，部分采用螺栓連接，確保牢固性。鋼結(jié)構(gòu)施工與檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)施工過程涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，從材料準(zhǔn)備到組裝，每個(gè)步驟都需要嚴(yán)格控制。質(zhì)量檢測(cè)貫穿整個(gè)施工過程，以確保鋼結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和可靠性。7.1施工工藝準(zhǔn)備工作場(chǎng)地清理，運(yùn)輸鋼材，材料堆放。鋼結(jié)構(gòu)安裝分段組裝，吊裝就位，焊接連接，校正調(diào)整。防腐處理涂刷防銹漆，保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)不受腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。驗(yàn)