钢结构基础四第1章.ppt
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1、钢结构设计原理,1、概述 了解钢结构的特点和应用。理解钢结构的极限状态、概率极限状态法的基本原理,掌握用分项系数的设计表达式进行计算的方法。 2、钢结构的材料 认识钢材的破坏形式、钢材的主要性能和影响钢材性能的因素。熟悉建筑钢材的类别及钢材的选用。 3、构件的截面承载能力强度 了解各类构件的应用和截面形式。认识各类构件截面的受力状态、应力分布特点,理解和掌握各类构件的强度计算准则和方法。 4、单个构件的承载力稳定性 认识各类构件的整体失稳形式及影响稳定性的主要因素,理解和掌握各类构件的整体稳定计算方法。认识构件各组成板件的屈曲问题,理解各类构件的局部稳定条件,并能正确进行验算。了解板件的屈曲后
2、强度的利用。,本课程的基本要求,5、整体结构中的压杆和压弯构件 了解影响杆件屈曲的主要因素,能正确、合理地确定桁架杆件、框架柱 的计算长度。 6、钢结构的正常使用极限状态 了解正常使用极限状态的主要内容。 掌握各类构件的刚度验算方法。 7、钢结构的连接和节点构造 了解钢结构的连接方法及特点。熟悉焊缝连接、螺栓连接的基本构造要求,认识焊缝连接、螺栓连接的工作性能,理解和掌握焊缝连接、螺栓连接在各种受力状态下的强度计算条件。 8、了解与土木工程相关的钢结构设计规范。,本课程的基本要求,课程计划-理论教学 40学时 第一章 概述 2学时 第二章 钢结构的材料 4学时 第三章 构件的截面承载能力强度
3、6学时 第四章 单个构件的承载力稳定性 10学时 第五章 整体结构中的压杆和压弯构件 4学时 第六章 钢结构的正常使用极限状态 2学时 第七章 钢结构的连接和节点构造 12学时,课程考核 平时成绩:20%(到课率,作业); 考试成绩:80%(闭卷考试)。,课程体系图示,第一章 概 述,1.1 钢结构的特点和应用 1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷 1.3 钢结构的组成原理 1.4 钢结构的极限状态和概率极限状态法 1.5 钢结构的发展,材料的强度高,结构重量轻 由于钢材强度高,结构需要的构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小,结构相对越轻。 钢材:a=1.73.710-4/m; 木
4、材:a=5.410-4/m; 钢砼:a= 1810-4/m;,1.1.1 钢结构的特点,钢材的塑性和韧性好 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。 塑性承受静力荷载时,材料吸收变形能的能力。 塑性好,会使结构一般情况下不会由于偶然超载而 突然断裂,给人以安全保证; 韧性承受动力荷载时,材料吸收能量的多少。 韧性好,说明材料具有良好的动力工作性能。,2. 材质均匀,和力学计算的假定比较符合 各向同性,接近理想的弹塑性体,与力学假定符合较好;,钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹塑性材 料。,3. 钢结构制造简便,施工周期短。 工厂化机、械化加工,标准化构件、精度较高;工地大构件吊装和高
5、强螺栓链接。 4. 密闭性好,不渗漏,5、钢材耐热性好,耐火性差 温度200,强度变化很小。适应该场所。 温度600,钢材将丧失承载能力。 6、钢材耐腐蚀性差,维护费用高。 在潮湿、腐蚀性介质环境中,发生锈蚀,影响钢结构寿命。必须定期刷涂料等维护。 7、钢结构在低温条件下有冷脆倾向。 在低温条件下,不仅可能发生脆性断裂,而且容易发生厚板的层状撕裂等。,1.1.2 钢结构的应用范围,(1) 大跨度空间结构,网架结构,拱结构,桥梁,天津体育场,千年穹顶,西班牙迪加航空港,上海会展中心,单层厂房,多层工业厂房,2. 重型工业厂房结构,金陵石化总厂,帝王大厦,3.多层、高层及超高层建筑,金茂大厦88层
6、420米,北京财富中心,东京千年塔,4.高耸建筑,(1).波纹拱壳结构,5. 轻型房屋钢结构,(2) 门式刚架结构,5. 轻型房屋钢结构,(3)多层轻型房屋建筑,5. 轻型房屋钢结构,活动车库,6.可拆卸、移动房屋及 移动结构,7.容器及其他构筑物,8.钢与混凝土组合结构,老山自行车馆,南通会展中心(11亿),3.空间桁架网架,上海浦东机场航站楼,4.悬索屋顶结构,北京南站,华盛顿杜勒机场候机楼,5.张拉集成结构,美国亚特兰大乔治亚穹顶,6.索膜结构,上海世博会-世博轴 索膜顶盖,1.1.2 用于多层、高层及超高层建筑的主要结构形式,框架结构、刚架-支撑结构、框筒、筒中筒、束筒等,1.1.3
7、用于桥梁的主要结构形式,实腹板梁式结构 桁架式结构 拱式结构 拱与梁桁架组合结构 斜拉结构 悬索结构,武汉长江大桥,九江长江大桥,武汉天兴洲长江大桥,湖南矮寨特大桥,1.1.4用于塔桅的主要结构形式,广州电视塔,1.2.1 钢结构的建造过程 1.工厂制造验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆 2.工地安装扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定 1.2.2 钢结构的初始缺陷 1.几何缺陷 初弯曲 初倾斜 杆件长度误差 2.材料缺陷 钢材并非理想的匀质体和各向同性体,1.3.1 结构设计的目的与内容,1. 结构设计的目的,(1)安全性 结构在正常施工和正常使用条件下,承受可能出现的各种作用的能力
8、。在偶然事件发生时和发生后,仍保持必要的整体稳定性的能力。 (2)适用性 结构在正常使用条件下,满足预定使用要求的能力。 (3)耐久性 结构在正常维护条件下,随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。 结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。,任何结构都必须是几何不变的空间整体,并且在各类作用的效应之下保持稳定性能,必要的承载能力和刚度。当结构的承重主体是桁架、刚架等平面体系时,需要设置一些辅助构件如支撑、横隔等把他们连成空间整体。 除容器外,一般将结构分为跨越结构和高耸结构,前者是跨越地面上一定空间的结构,包括桥梁和单层房屋结构;后者则是从地面向上发展的结构,包括高层房屋、塔架和桅杆结
9、构。曾数不多的房屋则介于两者之间。,1.3.1 跨越结构 1.平面体系加支撑 如:穿式桁架桥 单层厂房的屋盖 2.空间体系 如:平板网架 穹顶结构 悬索屋盖结构 空间框架,1.3.2 高耸结构 高耸结构不同于跨越结构的一个重要特点是,水平荷载 (风力、地震的水平作用)可能居于主导地位。 1.高层房屋结构-刚架(a) 框架-支撑或剪力墙(b,c)重型支撑(d) 2.塔架本身就是一个空间桁架 3.桅杆用纤绳抵抗水平作用和保持稳定的结构。,1.3.3 其他结构形式的组成,上述可以看出: 大部分钢结构为系杆结构 (除容器、管道);,基本构件可以概括为三大类: 轴心受力构件; 受弯构件; 拉弯或压弯构件
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