第1章 緒論 原稿

鋼結(jié)構(gòu)泰山學(xué)院機械與工程學(xué)院第1章緒論1大運三館一體鋼結(jié)構(gòu)建筑

第1章緒論2什么是鋼結(jié)構(gòu)？砌體結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)五大結(jié)構(gòu)含碳量小于2%的鐵碳合金稱作鋼；含碳量大于2%的鐵碳合金稱作鐵。鋼與鐵的區(qū)別鋼結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)鋼為主要承重體系的工程結(jié)構(gòu)（建筑、橋梁、構(gòu)筑物）。一些典型的鋼結(jié)構(gòu)建筑1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍

1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

第1章緒論1.3鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍一、鋼結(jié)構(gòu)的特點1.質(zhì)輕高強更大的承載能力更大的跨越能力便于運輸和安裝2.塑性和韌性好安全性高承受沖擊荷載能力強3.材質(zhì)均勻，與力學(xué)計算假定比較符合4.氣密性、水密性好5.制造方便，施工工期短日本某鋼結(jié)構(gòu)住宅50天施工過程第一日堪察現(xiàn)場第二日維護現(xiàn)場，拆除舊房第十日基礎(chǔ)完成第二十日房屋單元安裝完畢第二十五日門窗安裝完畢，內(nèi)墻安裝完畢、石膏板安裝完畢天棚、地面開始制作第三十日室內(nèi)外裝修基本完畢第三十五日電器、潔具、上下水管道安裝調(diào)試完畢第四十三日班組自行檢查調(diào)整第四十八日公司檢查第四十九、五十日使用說明介紹完工后的室內(nèi)完工后的外觀6.耐熱性好、耐火性差鋼結(jié)構(gòu)防火保護施工7.易銹蝕8.低溫冷脆10.環(huán)保、可回收再利用，建筑造型美觀9.減少砂、石、灰用量，減輕對再生資源的破壞補充耐候鋼二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1.重型廠房、受振動荷載作用的廠房結(jié)構(gòu)2.

大跨度結(jié)構(gòu)體育館、

展覽館、影劇院

、會議中心、

機庫

上海大劇院屋蓋跨度90米上海體育場馬鞍形屋蓋，東西長288m，南北長74m3.

高層建筑高層建筑鋼結(jié)構(gòu)某層樓面同濟土木大樓－多層鋼結(jié)構(gòu)辦公樓4.

橋梁結(jié)構(gòu)5.塔桅結(jié)構(gòu)電視塔、天線、發(fā)射架、海洋平臺6.板殼結(jié)構(gòu)儲油庫、煤氣庫、高爐等各種容器7.輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義。以下結(jié)構(gòu)都可稱為輕型鋼結(jié)構(gòu)：①由冷彎薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；④由圓管、方管、矩形管組成的結(jié)構(gòu)；⑤由薄鋼板焊成的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)；⑥由以上各種構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。8.可拆卸和搬遷的結(jié)構(gòu)

流動展覽館、舞臺、施工時的臨時房屋、溫室大棚等可拆卸鋼結(jié)構(gòu)可移動鋼結(jié)構(gòu)建成后的上海旗忠網(wǎng)球中心一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求1.安全性結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用條件下，承受可能出現(xiàn)的各種作用的能力以及在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時及發(fā)生后保持必要的整體穩(wěn)定性的能力。2.適用性結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能力。3.耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護條件下，隨時間變化而仍能滿足預(yù)功能要求的能力。結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。

§1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則二、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法1.容許應(yīng)力設(shè)計法式中：N-構(gòu)件的內(nèi)力S-截面幾何特性

σs-鋼材屈服強度K-安全系數(shù)σ-構(gòu)件的計算應(yīng)力2.概率極限狀態(tài)設(shè)計方法1)極限狀態(tài)當結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。A.承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或是出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)。

超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足安全性要求。B.正常使用極限狀態(tài)達到正常使用或耐久性中某項規(guī)定限度的狀態(tài)。超過正常使用極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足適用性、耐久性要求。注：設(shè)計時常先按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，再按正常使用極限狀態(tài)校核。2）結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)

Z＝g(R，S)＝R-S

R—結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力S—荷載效應(yīng)R、S是隨機變量，其函數(shù)Z也是一個隨機變量。在實際工程中，可能出現(xiàn)下列三種情況：R＞S結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；R＝S結(jié)構(gòu)達到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；R＜S結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。

3）概率極限狀態(tài)設(shè)計方法結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率?！巴瓿深A(yù)定功能”就是對于規(guī)定的某種功能結(jié)構(gòu)不失效(Z≥0)。以Ps表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則上述定義可表達為結(jié)構(gòu)的失效概率以Pf表示由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是對立的，所以結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率符合下式4）設(shè)計表達式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范除疲勞計算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算。以簡單的荷載情況為例，分項系數(shù)設(shè)計式：

Rk—抗力標準值(由材料強度標準值和截面公稱尺寸計算而得)；

SGk—按標準值計算的永久荷載(G)效應(yīng)值；

SQK—按標準值計算的可變荷載(Q)效應(yīng)值；

r—分項系數(shù)?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》經(jīng)過計算和分析，規(guī)定出在一般情況下荷載分項系數(shù)＝1.2＝1.4當永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號時，這時永久荷載對設(shè)計有利(如屋蓋當風(fēng)的作用而掀起時)，應(yīng)?。?.0＝1.4鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法小結(jié)

設(shè)計方法：概率極限狀態(tài)設(shè)計方法

計算疲勞仍采用容許應(yīng)力法計算強度、穩(wěn)定、連接用荷載設(shè)計值計算疲勞、變形用荷載標準值對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)：在計算強度和穩(wěn)定時，動力荷載設(shè)計值應(yīng)乘動力系數(shù)在計算疲勞和變形時，動力荷載標準值不應(yīng)乘動力系數(shù)1.3

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

材料

先是鑄鐵、鍛鐵，后是鋼，最近是鋁合金，改稱金屬結(jié)構(gòu)。連接方式在生鐵和熟鐵時代是銷釘連接，19世紀初采用鉚釘連接，20世紀初有了焊接連接，目前多采用高強度螺栓連接。結(jié)構(gòu)形式先是橋梁、塔，后是工業(yè)及民用房屋和水工結(jié)構(gòu)以及板結(jié)構(gòu)，如高爐、儲液庫、儲氣庫等。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

03規(guī)范與88規(guī)范比較，除對一些問題進行合理改進外，還增加了新的內(nèi)容?，F(xiàn)行規(guī)范(GB500l7)在設(shè)計方法上有所改進和提高。（1）發(fā)展高強度低合金鋼材除Q235、Q345、Q390鋼外，增加了Q420鋼，但后者應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)尚有待進一步研究。鋼材品種也有所增加。（2）改進鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，主要表現(xiàn)在不是采用經(jīng)驗的安全系數(shù)，而是根據(jù)各種不定性分析所得的失效概率(或可靠指標)去度量結(jié)構(gòu)可靠性，并使所計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度達到預(yù)期的一致性和可比性。但此方法還有待發(fā)展，因為其計算的可靠度還僅是構(gòu)件或某一截面的可靠度，而不是結(jié)構(gòu)體系的可靠度，也不適用于結(jié)構(gòu)疲勞計算。

（3）結(jié)構(gòu)的革新大跨度空間結(jié)構(gòu)、超高層結(jié)構(gòu)等近年來得到很大發(fā)展和應(yīng)用。鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，也日益推廣。

（4）優(yōu)化設(shè)計與計算機輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮優(yōu)化理論的應(yīng)用與計算機輔助設(shè)計及繪圖都得到很大發(fā)展，還應(yīng)繼續(xù)研究改進。1)材料

一、主要內(nèi)容2)連接3)基本構(gòu)件拉、壓、彎、拉（壓）彎補充：本課程的主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和參考資料1.鋼結(jié)構(gòu)原理2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計3.鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝1.基本理論和基本概念

二、學(xué)習(xí)方法2.歸納、分析和比較4.聯(lián)系工程實踐3.習(xí)題1.《鋼結(jié)構(gòu)》陳紹蕃、顧強主編中國建筑工業(yè)出版社

三、參考資料2.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017－2003）

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