钢结构上一章绪论.ppt
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1、钢 结 构,主 讲:陈建锋,第1章 绪论,2,第1章 绪 论,1.1 本课程学习内容,1、绪论,2、钢结构的材料,3、钢结构的链接,4、轴心受力构件,5、受弯构件,6、拉弯、压弯构件,初识钢结构,1、什么是钢结构?,钢结构是钢材(钢板和型钢)经过设计、加工,形成各种基本构件,如拉杆(有时还包括钢索)、压杆、梁、柱及桁架等,然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓连接组成的工程结构形式。,五大结构形式:,钢筋混凝土结构 砌体结构 木结构 钢结构 组合结构,“银色弯弓”架浦江全钢结构卢浦大桥,1、什么是钢结构,国家体育场,国家游泳中心,央视新台址,上海环球金融中心,国家大剧院,南浦大桥夜景,广
2、州新电视塔,上海东方明珠,深圳世界大学生运动会体育中心体育场整体大型模型试验研究,我们身边的钢结构,咸阳T3航站楼,东航咸阳机场155米跨机修库网架,世园会长安塔,施工中的名犬馆,钢结构亭子,广运门,校本部施工中的钢框架,施工中的立体车库,1.2钢结构的特点和应用范围,1、特点, 强度高,重量轻 塑性、韧性好 材质均匀,工作可靠性高 适于于机械化加工,工业化生产程度高,施工周期短 减少砂、石、灰用量,减轻对不可再生资源的破坏 环保、可回收再利用,建筑造型美观 密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器 耐热性能好,耐火性能差。 耐腐蚀性差 低温冷脆,钢和混凝土容重比:3.4 强度比:210136 所以
3、重量轻 好处: (1)便于运输和安装 (2)可跨越更大的跨度,2、应用范围, 承受荷载大的结构( 工业厂房 ), 大跨度建筑物 体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库, 高层建筑,世贸110层412米,深圳地王大厦高69层,总高度383.95米,实高324.8米,阿联酋迪拜塔160层828米,台北101层508米,上海环球金融中心101层492米,马来西亚双子塔88层452米,美国芝加哥希尔斯大厦110层443米,绿地紫峰89层381米,金茂大厦88层421米, 轻型钢结构,轻型钢结构是一个很模糊的概念,没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构:由冷弯薄壁型钢组成的结构;由热轧轻型型钢(工字
4、钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等)组成的结构;由焊接轻型型钢(工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等)组成的结构;由圆管、方管、矩形管组成的结构;由薄钢板焊成的构件组成的结构;由以上各种构件组成的结构。,塔桅结构 电视塔、天线、发射架、海洋平台,可拆卸和搬迁的结构 流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等,挡水结构、容器、大直径管道 储油库、煤气库、高炉等各种容器, 大跨度桥梁, 钢与混凝土组合结构,1.3 钢结构的设计原理及方法,一、钢结构的设计方法,对传统设计方法的回顾 1、容许应力法(1954年) =fy/k 设计应力 容许应力 fy钢的屈服强度 k安全系数(k1) 2、多系
5、数极限状态设计法(1957),随着技术的进步,人们逐渐认识到引起结构破坏的原因:恒、活载、基础沉降、温度、地震等是随机的,决定结构抗破坏能力的材料性质也是随机的。传统设计方法把一个本来的随机事件用确定性方法来表达不够科学,有必要还其本来面目。蒙发出以概率理论作为结构设计方法的理论基础,提出了以概率论为基础的极限状态设计法。,二、概率极限状态法主要思路,借助于概率理论、对结构功能的极限状态进行设计。,出发点,承认外界对结构的作用效应和结构自身的抗力是一对随机现象。,方 法,三、两种极限状态,极限状态结构或结构中的某一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时,此特定状态称为极限状态。
6、,1、承载能力极限状态 在此状态下结构或构件付出了自己拥有的最大承载能力,如果外界作用稍有增加,结构或构件将发生破坏(强度、稳定、疲劳、倾覆、出现机动体系或过度的塑性变形等)即结构的安全性将得不到保证。(达到最大承载能力,不能继续承载的最大塑性变形),2、正常使用极限状态 在此状态下,结构在适用性或耐久性方面达到某种规定的限值(包括正常使用可以接受的变形、振动限值等)。 不发生过大变形、振动、裂缝。,极限状态方程 Z=g(x1,x2 xn)=0 (1.1) Z 结构的极限状态函数 xi是影响结构可靠性的物理量,包括材料抗力、几何参数以及各种作用产生的效应(内力),它们是相互独立的随机变量 。
7、g 表示某种函数关系。将其概括为两个综合随机变量(R、S)的如下关系: Z=R-S,R结构抗力,S外界对结构各种作用(荷载、温度)的综合 效应(简称作用效应),四、极限状态的数学模型,由上可见,极限状态是从可靠状态到失效状态的一个临界状态。,可见,结构可靠度是结构可靠性的概率度量。因为在各种随机因素的作用下结构完成预定功能的能力不能事先确定,只能用概率来描述。所谓规定时间,按照建筑结构设计统一标准一般指设计基准期50年。,结构在规定的时间内和规定条件下,完成预定功能的概率称为结构可靠度,用Pr表示。,五、结构可靠度和失效概率,1、 结构可靠度,Pr=g(Z0)=g(R-S0) g 概率,2、可
8、靠度指标,设极限状态函数Z=R-S中,R、S均是正态分布且相互独立的随机变量,,Z、R、S分别为Z、R、S的均值 Z、R、S分别为Z、R、S的标准(均方)差,-可靠度指标。,3、失效概率 结构不能完成预定功能的概率,用Pf表示,称失效概率。 Pf=g(Z0)=g(R-S0) 由概率理论 Pr + Pf = 1 (两者互补) Pr =1- Pf 于是,可靠度的确定转化为计算失效概率。结构设计是否可靠被表达为失效概率是否小到可以接受的程度。 绝对可靠的结构(失效概率为零)是不存在的。,用给定的值直接进行结构设计在目前是不现实的。一是比较麻烦(技术尚未达到实用水平,作用效应和抗力都是多因素),二是设
9、计人员不习惯。 为了便于应用并符合人们长期以来的习惯,规范并不直接使用进行设计,而利用式 来完成。 就设计而言,问题被转化为计算效应S和抗力R。 对于不同极限状态,表达式的细节不同。,六、概率极限状态法的设计表达,1、承载能力极限状态 (1)效应 G永久荷载效应; Q1第一个可变荷载效应; Qi第i个可变荷载效应。 、 、 永久荷载及各可变荷载标准值,(查荷 载规范); C荷载效应系数,单位荷载引起的内力, 由力学分析得。下标G 指永久荷载、 下 标Q1 、 Qi指各可变荷载;,破坏后果:很严重、严重、不严重,抗力分项系数。3号钢和16锰钢取1.087, 15锰钒钢取1.111。 材料强度标准
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