钢结构设计原理-1绪论学习培训模板课件.ppt
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1、1、张耀春,钢结构设计原理,高等教育出版社,、张耀春,钢结构设计原理,高等教育出版社,20012、沈祖炎,钢结构基本原理,中国建筑工业出版社,、沈祖炎,钢结构基本原理,中国建筑工业出版社,20003、钟善桐,钢结构,中国建筑工业出版社,、钟善桐,钢结构,中国建筑工业出版社,1988材料力学材料力学、结构力学结构力学结构轴心构件 受弯构件 偏心构件材料发展构件厂房高层建筑桥梁结构 大跨度建筑塔桅结构焊接铆接螺栓焊接铆接螺栓计算计算设计原理设计原理桥梁第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料第三章第三章 连接连接第四章第四章 受弯构件受弯构件第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构
2、件第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件第七章第七章 公路桥梁钢结构设计特点公路桥梁钢结构设计特点 总复习总复习1.1 钢结构的发展简史钢结构的发展简史及钢结构的地位及钢结构的地位早在公元前早在公元前2000年左右,美索不达米亚平原(两年左右,美索不达米亚平原(两河流域)就出现了早期的炼铁术河流域)就出现了早期的炼铁术我国也较早(战国,公元前我国也较早(战国,公元前400年左右)年左右)最早出现时间最早出现时间钢钢(steel)是铁碳合金是铁碳合金 全国重点保护文物泸定铁索桥,建于17051706年,桥身共由13根铁链组成;每根(铁链)由862977节铁环相扣,每根铁链重13001800k
3、g。公元公元1061年(宋代)在年(宋代)在湖北荆州玉泉寺建成的湖北荆州玉泉寺建成的13层层铁塔,目前依然存在。铁塔,目前依然存在。铁塔高铁塔高17.9米,八角十米,八角十三级,重三级,重53.3吨,为我国现吨,为我国现存最高、最重、最大的铁塔。存最高、最重、最大的铁塔。已有已有900多年的历史。多年的历史。我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。荆州我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。荆州玉泉寺铁塔、镇江甘露寺铁塔等等。玉泉寺铁塔、镇江甘露寺铁塔等等。甘露寺铁塔位于天王殿东北,实际上是唐宝历元年(八二五年)卫公李德裕建,故又称卫公塔。宋代重铸为铁塔,原塔为七级。十九世纪末又因大风疾雷
4、,倾倒四层。甘露寺铁塔建国前 19271937年是我国土木工程及金属结构建设的黄年是我国土木工程及金属结构建设的黄金时代,代表作品有:金时代,代表作品有:沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房(沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房(1927)广州中山纪念堂圆屋顶(广州中山纪念堂圆屋顶(19281931)钱塘江大桥(钱塘江大桥(1937)广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的,于广州中山纪念堂是为了纪念孙中山先生建造的,于1931年年10月竣工。厅内容积为月竣工。厅内容积为33300立方米,容量为立方米,容量为5000人。建国后,广州市的标志性建筑,为国家一级文物。人。建国后,广州市的标志性建筑,为国家一级文物。茅
5、以升、一批留学生茅以升、一批留学生自行设计和监造自行设计和监造丹麦康益洋行:下部丹麦康益洋行:下部结构和沉箱基础工程,结构和沉箱基础工程,英商道门朗公司:上英商道门朗公司:上部结构钢梁部结构钢梁杭州钱塘江大桥建国后第一个五年计划:以工业厂房(第一个五年计划:以工业厂房(156个大型项目)、交通个大型项目)、交通工程为主。工程为主。第一重型机械厂第一重型机械厂第一汽车制造厂第一汽车制造厂人民大会堂人民大会堂第二第二第四个五年计划:以公共建筑为主。第四个五年计划:以公共建筑为主。钢屋架钢屋架跨度跨度61米米高度高度7米米以工业厂房、公共建筑、交通工程为主(宝钢、体育馆和以工业厂房、公共建筑、交通工
6、程为主(宝钢、体育馆和桥梁)桥梁)宝钢厂区宝钢厂区芜湖长江大桥芜湖长江大桥九江长江大桥九江长江大桥钢材钢材15MnVN中国钢产量的增长速度最快BRIC2012年:年:7.1亿吨亿吨中国建筑钢结构及用钢消费现状中国钢材消费特点:建筑用钢比例高。2005年中国建筑用钢消费1.73亿吨,占钢材消费50.5%。2010年建造用钢3.6亿吨,占钢材消费的55%。中国建筑用钢中:城镇房屋用钢占建筑用钢76%。其中城镇住宅2005年消费6090万吨,占建筑用钢35%。建筑用钢房屋建筑土木工程城镇住宅农村房屋城镇非住宅房屋1.2 钢结构的特点及应用钢结构的特点及应用钢材强度高,结构重量轻钢材强度高,结构重量轻
7、 与混凝土相比,密度大,但强度高与混凝土相比,密度大,但强度高 当跨度和荷载均相同时,钢屋架的重量仅为钢筋混凝土当跨度和荷载均相同时,钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的屋架的1/31/4,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10 为运输和吊装提供了方便为运输和吊装提供了方便钢结构的特点钢结构的特点钢构件常较柔细,稳定问题比较突出钢构件常较柔细,稳定问题比较突出材质均匀,且塑性韧性好材质均匀,且塑性韧性好 晶格均匀,各向同性,良好延性晶格均匀,各向同性,良好延性 符合工程力学理性弹塑性假定,计算简单、结果可靠符合工程力学理性弹塑性假定,计算简单、结果可靠 重量轻重量轻和韧性好,抗
8、震性能也好于其他结构和韧性好,抗震性能也好于其他结构良好的加工性能和焊接性能良好的加工性能和焊接性能 便于厂家批量生产,精度较高,成品现场安装,既可便于厂家批量生产,精度较高,成品现场安装,既可保证质量,又可缩短工期保证质量,又可缩短工期密封性好密封性好 可用来制作压力容器、管道,甚至载人太空结构。可用来制作压力容器、管道,甚至载人太空结构。钢材的可重复使用性钢材的可重复使用性钢材耐热但不耐火钢材耐热但不耐火 100左右,性能变化不大左右,性能变化不大 250左右,会出现左右,会出现兰脆现象兰脆现象 600时进入热塑性状态,将丧失承载能力时进入热塑性状态,将丧失承载能力 有防火要求时:防火涂料
9、、耐火材料、循环水套等有防火要求时:防火涂料、耐火材料、循环水套等耐腐蚀性差耐腐蚀性差 一般厂房钢构件经过除锈、涂防腐油漆后,不会锈蚀一般厂房钢构件经过除锈、涂防腐油漆后,不会锈蚀 特殊环境中,可采用耐候钢或不锈钢特殊环境中,可采用耐候钢或不锈钢钢结构的低温冷脆倾向钢结构的低温冷脆倾向 厚钢板焊接节点,应力复杂,有低温脆性破坏倾向厚钢板焊接节点,应力复杂,有低温脆性破坏倾向 可采用耐候钢可采用耐候钢钢结构的应用钢结构的应用大跨结构大跨结构 跨度越大,跨度越大,自重自重在荷载中所占的比例越大,减轻自重在荷载中所占的比例越大,减轻自重是首要问题是首要问题 钢材强度高、重量轻的优势正好适合于大跨结构
10、钢材强度高、重量轻的优势正好适合于大跨结构 结构形式有空间桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、结构形式有空间桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。实腹或格构式拱架和框架等。国家大剧院国家大剧院东西跨度东西跨度212米,南北跨度米,南北跨度144米,钢壳体总重米,钢壳体总重6750吨,由吨,由148榀钢屋架及顶环梁、中环梁组成榀钢屋架及顶环梁、中环梁组成江西亚东水泥有限公司瑞昌制造厂石灰石仓棚江西亚东水泥有限公司瑞昌制造厂石灰石仓棚螺栓球网架、螺栓球网架、78.5m跨度跨度哈尔滨国际会展中心(哈尔滨国际会展中心(128m跨)及体育场跨)及体育场北京金盏汽车修配厂直接焊接方管格构式
11、刚架北京金盏汽车修配厂直接焊接方管格构式刚架结构结构悉尼国际水上运动中心内部图悉尼国际水上运动中心内部图奥运工程钢结构总量统计表新建场馆12-9万吨改扩建场馆11-1万吨临建场馆8-0.5万吨相关设施5-0.2万吨主要相关配套钢结构工程9-25万吨京外主要场馆工程4-2.7万吨 钢结构在奥运工程中的应用奥运钢结构工程特点结构类型多样,涵盖了多种现代钢结构体系建筑造型新颖,加大结构设计施工难度钢结构跨度大,安装技术含量高 预应力钢结构体系、膜结构等新体系应用,填补国内相关标准空白节能环保技术在钢结构围护体系中广泛应用,推广示范作用显著 武钢承担数量最大武钢承担数量最大(08(08办提供办提供),
12、),舞钢供应的钢板强度级别和厚度最高舞钢供应的钢板强度级别和厚度最高国家体育场弯扭构件的加工制作弯扭构件的加工制作鸟巢的弯扭构件鸟巢的弯扭构件空中多点空中多点对接对接要求精准要求精准国家游泳中心 中国国家游泳中心采用了一种新的杆件布置中国国家游泳中心采用了一种新的杆件布置方式。方式。根据根据KelvinKelvin的的“泡沫理论泡沫理论”构成。即将水在构成。即将水在泡沫状态下的微观分子结构放大到建筑结构泡沫状态下的微观分子结构放大到建筑结构尺度,从几何上可以归结为尺度,从几何上可以归结为6 6个十四面体个十四面体(1212个五边形面个五边形面+2+2个六边形面)结合了个六边形面)结合了2 2个
13、个十二面体(十二面体(1212个五边形面)的多次重复。将个五边形面)的多次重复。将这些多面体内部抽空就形成了空间网格,然这些多面体内部抽空就形成了空间网格,然后按照建筑需要切割出平板网架。后按照建筑需要切割出平板网架。这种网格是世界上第一次应用于建筑结构。这种网格是世界上第一次应用于建筑结构。每个节点四根杆件,只有三种节点、四种杆每个节点四根杆件,只有三种节点、四种杆件长度。必须保证节点刚接,杆件承受弯矩。件长度。必须保证节点刚接,杆件承受弯矩。v多面体网格结构多面体网格结构 中国国家游泳中国国家游泳中心研制了刚中心研制了刚接焊接球节点。接焊接球节点。增加加强板使增加加强板使塑性铰外移。塑性铰
14、外移。计算公式进入计算公式进入网格规程网格规程v网格结构节点创新网格结构节点创新老山自行车馆采用四个铸件组老山自行车馆采用四个铸件组成的铸钢球铰支座,成的铸钢球铰支座,12.5t12.5t。v网格结构节点创新网格结构节点创新 国家体育馆 尽管用立体桁架作为上弦有效尽管用立体桁架作为上弦有效地提高了平面外的稳定性。整地提高了平面外的稳定性。整体屋盖还是单向受力为主。体屋盖还是单向受力为主。国家体育馆南北长国家体育馆南北长 144.5144.5米,米,东西宽东西宽114 114 米,尝试了张弦立米,尝试了张弦立体桁架的空间结构形式体桁架的空间结构形式双双向张弦立体桁架。向张弦立体桁架。如何保证双向
15、索同时张拉到位如何保证双向索同时张拉到位并发挥作用并发挥作用?v双向张弦立体桁架双向张弦立体桁架国家体育馆国家体育馆 93m 93m跨的北京工业大学体育馆跨的北京工业大学体育馆 (奥运羽毛球、艺术体操)采用索承网壳。(奥运羽毛球、艺术体操)采用索承网壳。比赛馆比赛馆热身馆热身馆工业厂房工业厂房 重型厂房:重型厂房:大起重量、繁忙吊车的厂房大起重量、繁忙吊车的厂房 钢屋架和阶形柱组成的门式刚架或排架钢屋架和阶形柱组成的门式刚架或排架 轻型厂房:轻型厂房:轻型设备、轻型维护结构轻型设备、轻型维护结构 实腹式变截面门式刚架实腹式变截面门式刚架受动力荷载影响的结构受动力荷载影响的结构 发挥钢材的良好韧
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