鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理ppt課件

1、安徽科技大學(xué)凌云土木建筑學(xué)院，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論，鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法，根據(jù)教學(xué)大綱的要求，本課程主要講授鋼結(jié)構(gòu)的基本原理和構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容；本課程的特點(diǎn)是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)較少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論性強(qiáng)(尤其是穩(wěn)定性理論)；由于課時(shí)的限制，我們不能詳細(xì)解釋例子，我們必須從強(qiáng)調(diào)的概念上理解問(wèn)題，加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)；做更多的練習(xí)和思考問(wèn)題。本課程內(nèi)容，第1章：鋼結(jié)構(gòu)材料討論，第3章：鋼結(jié)構(gòu)連接，第4章：軸向受力構(gòu)件，第5章：受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)，第6章：拉彎和壓彎構(gòu)件，學(xué)習(xí)參考書，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50017-2003。北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，陳紹蕃等，2003。鋼結(jié)構(gòu)(第一卷和第二卷)。北京：中國(guó)建筑工

2、業(yè)出版社，2003沈祖炎，陳依依。鋼結(jié)構(gòu)基本原理(第二版)。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005張耀春等，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。北京：高等教育出版社，2006 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版第二卷)。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003，2004邱鶴年。新鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)。北京：中國(guó)電力出版社，2005鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例。北京：中國(guó)規(guī)劃出版社，2007夏志斌，簡(jiǎn)瑤，編輯。鋼結(jié)構(gòu)的原理與設(shè)計(jì)。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004。第1章，引言，第1節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，第2節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，第3節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，第4節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，不同材料形成的結(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板或型鋼制成的結(jié)

3、構(gòu)，其主要特點(diǎn)如下：1。高強(qiáng)度。與其他材料如木材、磚石和混凝土相比，盡管鋼的體積密度很大，但其強(qiáng)度要高得多。例如，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50017-2003)中，強(qiáng)度最低的鋼為Q235，其抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215牛頓/平方毫米；在混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50010-2002)中，最高標(biāo)號(hào)為C80，其抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為2.22N/個(gè)，因此，在相同的荷載和條件下，鋼結(jié)構(gòu)的重量較輕。良好的塑性和韌性，由于鋼的良好塑性，在一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)由于意外或局部過(guò)載而突然斷裂，而是會(huì)發(fā)生大的變形。鋼的良好韌性使鋼結(jié)構(gòu)能很好地承受動(dòng)荷載，為鋼結(jié)構(gòu)的安全提供了可靠的保證。鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是均勻的，

4、非常接近各向同性體。在受力階段，鋼材具有理想的彈性，這符合工程力學(xué)的基本假設(shè)。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力與力學(xué)計(jì)算結(jié)果吻合較好，可以根據(jù)力學(xué)原理建立鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。均勻的材料和可焊性是鋼結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由于鋼的可焊性，解決了鋼結(jié)構(gòu)的制造問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化了鋼結(jié)構(gòu)的連接，可以制造各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，焊接也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形和熱影響區(qū)脆性等問(wèn)題。5.高度工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)中使用的型鋼和鋼板由專業(yè)制造商制成鋼構(gòu)件，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)安裝。由于使用了大量的型鋼并進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，所以精度高，生產(chǎn)周期短。螺栓連接廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，由于裝配良好，大大縮短了工期。此外，現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)易于拆卸。4.良好的焊

5、接性。氣密性好，鋼結(jié)構(gòu)本身致密，焊接鋼結(jié)構(gòu)可以完全密封，甚至可以鉚接或螺栓連接。因此，可用于建造對(duì)氣密性和水密性要求高的氣罐、油罐和高壓容器。耐腐蝕性差的鋼在環(huán)境中容易生銹當(dāng)鋼的輻射熱溫度低于150時(shí)，鋼的主要性能變化不大。因此，它的耐熱性更好。當(dāng)溫度超過(guò)150時(shí)，材料的性能發(fā)生變化，應(yīng)采取保溫措施。當(dāng)溫度達(dá)到600左右時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)瞬間倒塌，完全失去承載能力。因此，耐火性差，必須采取一定的防火措施。美國(guó)世界貿(mào)易中心的倒塌充分表明，鋼結(jié)構(gòu)耐火性差是一個(gè)致命的缺陷。1.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用站在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的前沿，可以說(shuō)世界上沒(méi)有不可實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，只有不合理的結(jié)構(gòu)。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)

6、展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域的合理應(yīng)用范圍如下：1。工業(yè)廠房，可分為輕型、中型和重型工業(yè)廠房，主要取決于是否安裝起重機(jī)、起重機(jī)的噸位和操作頻率。例如，煉鋼車間、鍛造車間等。近年來(lái)，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑中。2.大跨度結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。例如，體育館、會(huì)議中心、機(jī)庫(kù)、劇院等。特別是在懸索橋、斜拉橋等橋梁工程中。高層結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)，特別是超高層結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、塑性好、韌性好和抗震性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)。例如，辦公樓、酒店、住宅等。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)在多層、高層和超高層建筑中的應(yīng)用將更加廣泛。4。高聳結(jié)構(gòu)，主要包括塔樓和桅桿結(jié)構(gòu)。如電視塔、

7、輸電線路塔、鉆井塔、環(huán)境大氣監(jiān)測(cè)塔、廣播發(fā)射塔等。容器、儲(chǔ)罐和管道，如大型油庫(kù)、油罐、氣罐、油庫(kù)和輸油管道。6.可移動(dòng)或可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，如建筑工地上的活動(dòng)房屋、臨時(shí)商業(yè)或旅游建筑、塔式起重機(jī)、龍門起重機(jī)等。這些結(jié)構(gòu)大多是輕鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓或緊固件連接。其他結(jié)構(gòu)，如高爐、運(yùn)輸走廊、棧橋、管架等。重型廠房結(jié)構(gòu)Xi安變壓器廠(400噸起重機(jī))，廠房結(jié)構(gòu)，大跨度建筑上海體育場(chǎng)，位于北京人民大會(huì)堂西，長(zhǎng)安街西以南，總面積近12公頃，總建筑面積近15萬(wàn)平方米，總投資26.88億元。本工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為半橢圓形鋼網(wǎng)殼，長(zhǎng)軸東西長(zhǎng)212.2米，短軸南北長(zhǎng)143.64米，總高46.285米，有歌劇院(2416座)

8、、音樂(lè)廳(2017座)、劇院(1040座)和公共大廳。屋頂由鈦金屬板制成，整個(gè)網(wǎng)殼由人工湖(35500m2)環(huán)繞，各種通道和入口均位于水下。由設(shè)計(jì)法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)航站樓的安德魯建筑師設(shè)計(jì)，北京建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)到6750噸，195公斤/平方米。大跨度結(jié)構(gòu)國(guó)家大劇院、國(guó)家體育場(chǎng)形狀像一個(gè)鳥巢。它能容納8萬(wàn)人。飛機(jī)是橢圓形的，長(zhǎng)軸為340米，短軸為292米。屋頂中間有一個(gè)146米76米的開口，用于打開和關(guān)閉屋頂。采用帶肋薄壁箱形截面，總用鋼量達(dá)16萬(wàn)噸。大跨度結(jié)構(gòu)國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家游泳中心水立方建筑面積79532 ;投資：約10.2億元人民幣，鋼結(jié)構(gòu)效應(yīng)，多層住宅，多層住宅，上

9、海世界金融中心，由日本森達(dá)株式會(huì)社的全資子公司森海外有限公司、日本36家有代表性的銀行、保險(xiǎn)公司和貿(mào)易公司、政府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)合作基金(OECF)共同投資，總投資超過(guò)750億日元。位于陸家嘴金融區(qū)上海金茂大廈是一座88層的超高層建筑，總投資5.6億美元，建筑高度420.5米，建筑面積28.9萬(wàn)平方米，于1998年8月28日竣工?？傆娩摿繛?4000噸，包括鋼筋混凝土核心筒、外框鋼筋混凝土和鋼柱。設(shè)計(jì)師是美國(guó)S.O.M公司。央視新址建設(shè)項(xiàng)目央視新址高層建筑位于北京市朝陽(yáng)區(qū)東三環(huán)和北京中央商務(wù)區(qū)的核心區(qū)域，占地面積18.7萬(wàn)平方米，總建筑面積55萬(wàn)平方米，高230米。央視新址建設(shè)項(xiàng)目總投資約

10、50億元，于2003年10月開工建設(shè)，2008年正式投入運(yùn)營(yíng)。高層建筑，大連遠(yuǎn)洋大廈，大連遠(yuǎn)洋大廈一座集五星級(jí)酒店和甲級(jí)寫字樓于一體的智能建筑，由大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司、中遠(yuǎn)房地產(chǎn)開發(fā)公司和美國(guó)埃斯皮里特公司共同投資14.8億元開發(fā)。總建筑面積為148，000平方米。其中，A座為五星級(jí)酒店，地上51層，總高度200.8米。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼架。設(shè)計(jì)、加工和安裝都是本地化的。高層建筑，臺(tái)北101大樓，直徑5.5米，重量660噸阻尼器，長(zhǎng)150米，寬150米，總面積30277平方米，塔高508米，為世界最高(截至2008年8月；2003年10月17日竣工)，26層以上8層為一個(gè)單元。它主要由巨型柱

11、、核心系統(tǒng)和伸臂桁架梁組成。巨大的圓柱從地下5層到地上90層不等，最大尺寸為2.4米3的高層建筑、電視塔、微波塔、通訊塔等。東方明珠電視塔和東方明珠廣播電視塔位于上海浦東新區(qū)黃浦江畔，是亞洲第一座高468米的電視塔。1991年3月開工，1994年11月竣工，總重量12萬(wàn)噸，總投資8.3億元。東方明珠塔由三根直徑9米的巨型柱子、一個(gè)太空艙、一個(gè)上球體、一個(gè)下球體、五個(gè)小球體、一個(gè)塔座和一個(gè)正方形組成。236米高的青島廣播電視塔、塔桅結(jié)構(gòu)、1000立方米的陜西銅川天然氣公司天然氣球罐、1500立方米的大連西太平洋石化有限公司CF-62鋼球罐、殼體結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、溆浦大橋、橋梁結(jié)構(gòu)、盧浦大

12、橋等鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可分為許用應(yīng)力法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。它可以描述如下：許用應(yīng)力法，“許用應(yīng)力法”也稱為“安全系數(shù)法”或“定值法”。也就是說(shuō)，將影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素作為固定值，采用經(jīng)驗(yàn)選取的安全系數(shù)來(lái)考慮設(shè)計(jì)因素變化的影響，從而衡量結(jié)構(gòu)的安全程度。它的表達(dá)是：(1-1)。許用應(yīng)力法作為一種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算簡(jiǎn)單，目前在許多國(guó)家的不同規(guī)范中仍在使用。然而，在這種設(shè)計(jì)方法中，用固定的安全系數(shù)來(lái)考慮不確定因素的影響是不科學(xué)的，不能定量地衡量結(jié)構(gòu)的可靠性，而且具有誤導(dǎo)性。只要有一個(gè)安全系數(shù)，這個(gè)結(jié)構(gòu)就是100%可靠的。目前，在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50017-2003)中，只有結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接

13、的疲勞強(qiáng)度計(jì)算采用這種方法。式中：-按標(biāo)準(zhǔn)荷載和構(gòu)件截面尺寸計(jì)算的應(yīng)力；-容許應(yīng)力，=，-材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，即鋼的屈服點(diǎn)；安全系數(shù)。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代。它通過(guò)概率分析將可變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度，可以分為三個(gè)層次。即半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。目前，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法采用近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，有時(shí)也稱為概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。1.可靠性的定義。根據(jù)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)可靠度它是結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的總稱。極限狀態(tài)的定義和分類當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，不能滿足設(shè)計(jì)中規(guī)定的某一功

14、能要求時(shí)，這種特定狀態(tài)稱為功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可分為兩類：(1)承載能力的極限狀態(tài)，包括結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適合繼續(xù)承載的變形時(shí)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞計(jì)算。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用的指定極限值時(shí)的極限狀態(tài)。包括靜態(tài)載荷下的過(guò)度變形、動(dòng)態(tài)載荷下的劇烈振動(dòng)和耐久性。結(jié)構(gòu)的工作性能可以用結(jié)構(gòu)的功能來(lái)描述。如果有n個(gè)隨機(jī)變量影響結(jié)構(gòu)的可靠性，即x1，x2，xn，函數(shù)關(guān)系通?？梢越⒃趎個(gè)隨機(jī)變量之間。如果只考慮兩個(gè)參數(shù)，R和S，該結(jié)構(gòu)的函數(shù)為：z=(R，S)=r-s (1-2)，3。負(fù)載效應(yīng)。在實(shí)際工程中，在不同的條件下，Z有三種可能：當(dāng)Z u 0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)時(shí)；當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)

15、構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；當(dāng)Z u 0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)時(shí)。結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率如下：結(jié)構(gòu)可靠度：Ps=P(Z0) (1-3)結(jié)構(gòu)失效概率：Pf=P(Z0) (1-4)兩者之間的關(guān)系：Ps Pf=1 (1-5)。4。設(shè)計(jì)方法表達(dá)式，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(。(1)對(duì)于極限承載力狀態(tài)，荷載組合應(yīng)根據(jù)荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行，基本組合應(yīng)根據(jù)下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中的最不利值確定。(1)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：其中：-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；永久荷載分項(xiàng)系數(shù)；可變負(fù)載的子因子，即可變負(fù)載的子因子；根據(jù)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；根據(jù)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中，(ii)永久荷載效應(yīng)控制的組合：，(1-6)、(1-7)?？刂破鳎豢勺冚d荷的組合值系數(shù)；參與組合的可變載荷；鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。是鋼的屈服點(diǎn)，是電阻的分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235鋼：1.087；對(duì)于Q345、Q390和Q420鋼：=1.111。然而，對(duì)于端軸承和連接，極限強(qiáng)度為=1.538。(2)對(duì)于正常使用的極限狀態(tài)，應(yīng)根