高等鋼結(jié)構(gòu)理論

1、高等鋼結(jié)構(gòu)理論第1頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四第一章 鋼材性質(zhì)與結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)綜述1.1 鋼材的特性及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因1.3 適于鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要影響因素1.4 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程1.5 鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的內(nèi)容1.6 鋼材的選擇1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)1.8 鋼結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系2第2頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.1 鋼材的特性及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響1、強(qiáng)度與重量之比 正面：輕質(zhì)高強(qiáng)，節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)自重； 負(fù)面：截面減少，穩(wěn)定問題、變形問題加重；2、材質(zhì)的均勻性 正面：均質(zhì)性好，各向

2、受力同性好，提高結(jié)構(gòu) 安全度，便于節(jié)點(diǎn)受力轉(zhuǎn)換； 負(fù)面：當(dāng)鋼材厚度較大時(shí)，有橫向分層問題；3、韌性 正面：一般條件下韌性好，能承受沖擊作用； 負(fù)面：在低溫條件下或焊接結(jié)構(gòu)下，韌性降低；4、塑性（延性） 正面：塑性（延性）好，使結(jié)構(gòu)超載時(shí)，可作 3第3頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.1 鋼材的特性及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 應(yīng)力重分布，并增加耗能； 負(fù)面：結(jié)構(gòu)變形的非線性效應(yīng)明顯； 5、可加工性 正面：加工性能較穩(wěn)定，可成復(fù)雜形狀； 負(fù)面：對(duì)加工設(shè)備及技術(shù)要求高，專業(yè)化； 6、耐久性 正面：材料力學(xué)性能改變較少； 負(fù)面：防腐蝕處理要求高，有少量時(shí)效； 7、耐熱、耐火性 正面：

3、耐熱較好（150以內(nèi)），材性不變； 負(fù)面：耐火性差，要求加防火涂料； 4第4頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因51、單層輕鋼廠房及倉(cāng)庫(kù) 原因：a 屋面活荷載與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎向荷載相比很小；b 跨度較大；第5頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因6大眾汽車三期工程山東省日照市雙禾家紡輕鋼車間某輕鋼廠房現(xiàn)代輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房第6頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因72、大跨度公共建筑 1）原因 同上，且造型要求

4、多樣化 2）代表建筑物 江寧體育場(chǎng) 詳見幻燈片8 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng) 詳見幻燈片9 上海新國(guó)際博覽中心 詳見幻燈片10 南京奧林匹克體育中心 詳見幻燈片11 國(guó)家體育場(chǎng)的“鳥巢”方案 詳見幻燈片12第7頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因8江寧體育場(chǎng) 大跨度公共建筑第8頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因9 大跨度公共建筑上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第9頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因10 大跨度公共建筑上海新國(guó)際

5、博覽中心第10頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因11 大跨度公共建筑 南京奧體中心主場(chǎng)館的整體雄姿第11頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因12 大跨度公共建筑2008奧運(yùn)會(huì)國(guó)家體育場(chǎng)方案第12頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因133、超高層建筑 1）原因 結(jié)構(gòu)重力累積效應(yīng)大，地震效應(yīng)大 2）代表建筑物 上海金貿(mào)大廈 詳見幻燈片14 浦東國(guó)際金融大廈 詳見幻燈片15 北京京廣中心 詳見幻燈片15 深圳

6、地王大廈 詳見幻燈片16 廣州中信大廈 詳見幻燈片17第13頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因14 1998年 金茂大廈 88層 420m 混凝土核心筒:鋼巨型外伸桁架,鋼骨混凝土巨型柱 超高層建筑第14頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因15 超高層建筑浦東國(guó)際金融大廈226m高，56層，12萬(wàn)m2，2000年竣工。北京京廣中心208m高，52層第15頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因16 超高層建

7、筑1996年：深圳地王大廈混凝土核心筒，鋼框架81層，384m高，14.7萬(wàn)m2，用鋼量為24500T。第16頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因17 超高層建筑深圳發(fā)展中心大廈廣州中信大廈廣州中信大廈華南第一高樓，391m高，80層。第17頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因184、高聳結(jié)構(gòu) 1）原因 同上，活荷載與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎向荷載相比很小 2）代表建筑物 巴黎埃菲爾鐵塔（300m高） 詳見幻燈片19 佛山廣播電視塔（230m高） 詳見幻燈片20 青島廣播電視

8、塔（236m高） 詳見幻燈片21 黑龍江廣播電視塔（336m高）詳見幻燈片22第18頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四埃菲爾鐵塔法國(guó) 巴黎 1889工程師：埃菲爾（法） 鐵塔為紀(jì)念法國(guó)大革命100周年而建，由結(jié)構(gòu)工程師埃菲爾（18321923）設(shè)計(jì)，故此得名，又稱巴黎鐵塔。埃菲爾鐵塔高300米，有1.2萬(wàn)個(gè)構(gòu)件組成，用25O萬(wàn)個(gè)螺栓和鉚釘連結(jié)為整體，用去 7000噸優(yōu)質(zhì)鑄鐵。當(dāng)時(shí)裝有蒸氣動(dòng)力的升降機(jī)。鐵塔雖然不是實(shí)用的建筑物，但它的出現(xiàn)顯示了鋼鐵結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能，并預(yù)示著建筑增加高度、向上發(fā)展的可能性。埃菲爾鐵塔落成時(shí)，曾遭到包括法國(guó)大文豪雨果在內(nèi)的許多名人的強(qiáng)烈反對(duì)，被

9、認(rèn)為是丑陋難看的怪物，要求立即拆除，但后來卻成了巴黎最有名的標(biāo)志。191.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè) 領(lǐng)域及原因 高聳結(jié)構(gòu)第19頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因20高聳結(jié)構(gòu)230m高佛山廣播電視塔第20頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因21高聳結(jié)構(gòu)236m高青島廣播電視塔第21頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要四個(gè)領(lǐng)域及原因22高聳結(jié)構(gòu) 黑龍江廣播電視塔被稱為龍塔，坐落在哈爾濱高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，高度為336米，

10、亞洲第一鋼塔。電視塔集廣播電視發(fā)射、旅游觀光、廣告?zhèn)鞑?、餐飲娛樂、科技樂園、無線通訊、環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)等多種綜合性功能于一身，成為素有“東方莫斯科”美譽(yù)的北國(guó)名城哈爾濱市乃至黑龍江省新的標(biāo)志性景觀。336m高黑龍江廣播電視塔第22頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.3 適于鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要影響因素231）活荷載與全部豎向荷載之比越小，采用鋼結(jié)構(gòu) 越優(yōu)越2）跨度大、結(jié)構(gòu)效應(yīng)大，采用鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越3）地震烈度大，采用鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越4）軟土地基條件，采用鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越5）勞動(dòng)力價(jià)格高，采用鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越6）造型越復(fù)雜，用鋼結(jié)構(gòu)越優(yōu)越第23頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期

11、四1.4 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程24鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程圖（見圖1-1）。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段 設(shè)計(jì)階段圖1-1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖 第24頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.5 鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的內(nèi)容25圖1-2 鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算內(nèi)容圖 第25頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.5 鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的內(nèi)容26 結(jié)構(gòu)效應(yīng)的分析可以應(yīng)用學(xué)過的力學(xué)與結(jié)構(gòu)知識(shí)來完成, 結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算內(nèi)容及對(duì)應(yīng)的公式如下所述： 式中： 0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； G 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)；(1.1) (1.2) (1.3) (1.4) (1.5) 第26頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四

12、1.6 鋼材的選擇271）鋼材的品種及質(zhì)量等級(jí)2）鋼材強(qiáng)度選擇的原則 A. 變形控制選低強(qiáng)度鋼材； B. 強(qiáng)度控制選高強(qiáng)度鋼材； C.焊接量大、焊接條件較差，不宜用高強(qiáng)度鋼材；3）鋼材質(zhì)量等級(jí)選擇的實(shí)用方法（選擇因子乘積法） 詳見表1-1，表1-2；見幻燈片284）特殊品種鋼材的應(yīng)用 20無縫鋼管；35圓鋼錨栓；耐候鋼；耐火鋼5）鋼材Z向性能要求及其適用范圍 t40mm及使用中或加工中受分層拉應(yīng)力第27頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.6 鋼材的選擇28表1-1 鋼結(jié)構(gòu)影響因素及對(duì)應(yīng)的選擇因子表 表1-2 選擇因子之積與對(duì)應(yīng)的材料質(zhì)量等級(jí)關(guān)系表第28頁(yè)，共45頁(yè)，2

13、022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)291）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足建筑使用的要求；其本身同時(shí)也 是一種建筑體系 2）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有明確合理的傳力途徑 如單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)體系的傳力途徑如圖1-31-5。單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的受力主要有三類：吊車荷載、風(fēng)荷載、其它豎向荷載。地震區(qū)還有地震作用。 （一）吊車荷載的傳力過程如圖1-3所示圖1-3 吊車荷載傳力過程示意圖 第29頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)30（二）風(fēng)荷載的傳力過程如圖1-4所示 圖1-4 風(fēng)荷載傳力過程示意圖 （三）其它豎向荷載的傳力過程如圖1-5所示

14、 圖1-5 其它豎向荷載傳力過程示意圖 第30頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)31 3）構(gòu)件和連接是結(jié)構(gòu)體系的基本單元，為體系提供了強(qiáng)度和剛度；結(jié)構(gòu)體系的形式和剛度又對(duì)構(gòu)件的受力（如柱的穩(wěn)定、梁的穩(wěn)定等）產(chǎn)生重要影響（新規(guī)范關(guān)于三種不同框架的劃分及其對(duì)柱的穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)度的影響）。 第31頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)31例（1）鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范關(guān)于三種不同剛度框架的劃分及其對(duì)柱的穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)度的影響：（5.3.3條）無支撐（有側(cè)移）純框架 有支撐的框架 強(qiáng)支撐：鑒別： 弱支撐： 其中：

15、為支撐產(chǎn)生單位傾角所需的水平力； 為第I層所有框架柱用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)算得軸壓穩(wěn)定承載力之和。 第32頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)31例（2）輕鋼廠房（門式剛架柱腳，按不同結(jié)構(gòu)體系計(jì)算結(jié)果有區(qū)別： A、設(shè)柱腳為鉸接兩鉸門架： 變形大，乘修正系數(shù)驗(yàn)算 柱腳使用抗剪鍵傳遞剪力 柱腳無彎矩，對(duì)基礎(chǔ)彎矩小 錨栓無作用力B、設(shè)柱腳為剛接剛接門架：變形小柱腳有彎矩 不設(shè)抗剪鍵即可抗剪 錨栓有作用力 第33頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.7 鋼結(jié)構(gòu)布置-結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)314）主要受力構(gòu)件，構(gòu)造構(gòu)架和

16、建筑構(gòu)件在結(jié)構(gòu)體系中的相互依存和轉(zhuǎn)換關(guān)系：例1：徐州電視塔網(wǎng)殼、梁和梁板的相互關(guān)系；例2：輕鋼廠房中鋼結(jié)構(gòu)與屋面板、墻板的相互關(guān)系。5）結(jié)構(gòu)體系的形成過程、穩(wěn)定狀態(tài)的變化與施工過程的關(guān)系。6）結(jié)構(gòu)體系的特殊受力狀態(tài)與穩(wěn)定的關(guān)系。第34頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 321.8.1 焊接 1）焊縫質(zhì)量要求 A.疲勞動(dòng)力荷載下受拉對(duì)接焊縫：一級(jí)（100超聲波探傷檢測(cè)） B. 確保等強(qiáng)度的其它對(duì)接焊縫：二級(jí)（70超聲波探傷檢測(cè)） C. 應(yīng)力水平較低的對(duì)接焊縫或工地施工的對(duì)接焊縫：三級(jí)（外 觀檢查，設(shè)計(jì)強(qiáng)度降低） D. 角焊縫（

17、外觀檢查） 2）減少工地焊接，特別是高空焊接，代之以高強(qiáng)螺栓連接 3）在鋼管結(jié)構(gòu)相貫線焊接中，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件不同的受力狀況 確定不同的坡口形狀及焊縫類型（見圖1-6詳見幻燈片33 圖1-7詳見幻燈片34 ）第35頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 33圖1-6 三分區(qū)連接方式示意圖（用于應(yīng)力水平不很高的桿件連接）（開坡口）第36頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 34圖1-7 四分區(qū)連接方式示意圖（用于應(yīng)力水平很高，受動(dòng)力荷載作用的桿件連接） （開坡口）第37

18、頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 351.8.2 普通螺栓 1） 普通螺栓可以在靜荷載或一般動(dòng)力荷載作用下受剪， 但有動(dòng)力荷載作用時(shí)，要有防松措施（扣緊螺母或雙 螺母）。 2）普通螺栓一般用粗制螺栓（一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少兩個(gè)螺栓）； 當(dāng)要求節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)動(dòng)而僅用一個(gè)螺栓受剪時(shí)，應(yīng)用精制 螺栓（銷連接）而且桿件能調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，雙剪節(jié)點(diǎn)板要 一次套鉆成孔。第38頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 361.8.3 高強(qiáng)螺栓 1）對(duì)于疲勞動(dòng)力荷載，應(yīng)用摩擦型高強(qiáng)螺栓，應(yīng)當(dāng)測(cè)量摩擦

19、系數(shù)、扭矩系數(shù)、終擰扭矩值，保證不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 2）對(duì)于一般動(dòng)力荷載下抗拉連接，可用承壓型高強(qiáng)螺栓抗拉，可按普通螺栓施工，按高強(qiáng)螺栓抗拉，但要有防松措施。 3）對(duì)于一般動(dòng)力荷載下抗剪連接，也可用承壓型高強(qiáng)螺栓，按普通螺栓施工，按高強(qiáng)度普通螺栓抗剪，且要有防松措施。按老規(guī)范，承壓型高強(qiáng)螺栓載荷在標(biāo)準(zhǔn)值作用下不會(huì)滑移；按新規(guī)范則無此驗(yàn)算規(guī)定，承壓型高強(qiáng)螺栓等同于高強(qiáng)度普通螺栓。但規(guī)范條正文表中規(guī)定8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓fv=250N/mm2，而條文 說明中又說與8.8級(jí)普通螺栓同，即fv=320N/mm2，應(yīng)以正文為準(zhǔn)。第39頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期四1.8 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系受力狀況與連接設(shè)計(jì)的關(guān)系 371.8.4 錨栓 1）錨栓在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合部，其埋設(shè)精度要同時(shí)與兩種結(jié)構(gòu)匹配。 2）為達(dá)到兩種結(jié)構(gòu)均能接受的埋設(shè)精度，要求混凝土施工中對(duì)錨栓固定有具體施工措施，而鋼柱腳底板鉆孔應(yīng)大于螺桿直徑10mm。 3）錨栓螺孔增大后不能直接受剪，故要有技術(shù)措施（厚墊片焊死或澆鉛錫合金）提高其抗剪能力，然后用相關(guān)公式驗(yàn)算。 4）輕鋼廠房柱腳可考慮有一定抗彎剛度，用錨栓抗拉，柱腳一側(cè)翼緣抗壓，形成抵抗矩抗彎。同時(shí)壓力乘摩擦系數(shù)成為柱腳的抗剪