鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之概述

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課堂學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)：1周教材及主要參考書鋼結(jié)構(gòu)（上冊(cè)），西安建筑科技大學(xué)陳紹蕃、顧強(qiáng)主編，中國建筑工業(yè)出版社，2003.2鋼結(jié)構(gòu)，趙根田、孫德發(fā)主編,機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社2005.8鋼結(jié)構(gòu)——原理與設(shè)計(jì)，王國周、瞿履謙主編，清華大學(xué)出版社，1993.11學(xué)習(xí)要求與成績?cè)u(píng)價(jià)學(xué)習(xí)要求：a課前提前預(yù)習(xí)b課堂積極參與c課后及時(shí)復(fù)習(xí)，并完成課后作業(yè)。

成績計(jì)算：

a平時(shí)成績：20%

b期終考試：80%

第一章概述1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1、什么是鋼結(jié)構(gòu)（steelstructure)？用鋼板熱軋型鋼冷加工成型的薄壁型鋼通過焊縫和螺栓連接而成。2、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)力學(xué)性能好（強(qiáng)度、塑性、韌性）材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算假定吻合較好。內(nèi)部組織接近勻質(zhì)和各向同性體，在彈性范圍內(nèi)符合虎克定律。制造簡單、施工周期短。材料單一且為成才，宜加工和安裝。質(zhì)量輕（容重與強(qiáng)度之比）。比值越大，自重越輕，地震作用越小，震害較輕，同時(shí)對(duì)地基土要求較低，減少基礎(chǔ)造價(jià)。由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。a=容重/強(qiáng)度,a越小，結(jié)構(gòu)相對(duì)越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；

鋼砼：a=18×10-4/m；鋼材耐腐蝕性差：需定期維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用較高。鋼材耐熱但不耐火:100℃時(shí)強(qiáng)度無變化，600℃時(shí)強(qiáng)度約為0。需采取防火措施。塑性和韌性是概念上完全不同的兩個(gè)物理量塑性——承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；韌性——承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。韌性好，說明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。3、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍鋼材的特性（特點(diǎn)）國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展從建國以來分三階段：50~60年代（初盛時(shí)期）：借助蘇聯(lián)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)支援，有百十個(gè)項(xiàng)目，都是重型工業(yè)廠房；60年代中后期~70年代（低潮期）：冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼屋蓋；80年代以后~至今（發(fā)展時(shí)期）：向高、大、重方向發(fā)展。應(yīng)用范圍圍：（1）大大跨度結(jié)結(jié)構(gòu)：橋橋梁、體體育館、、展覽館館國家體育育場國家體育育場建筑筑體形上上像鳥巢巢?？扇萑菁{8萬萬人。平平面為橢橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋蓋中間有有一個(gè)146m×76m的開開口，這這部分將將設(shè)計(jì)成成開合屋屋蓋。采采用加肋肋薄壁箱箱形截面面，總總用鋼量量達(dá)16萬t。。天津奧林林匹克體體育場俯俯瞰效果果圖“綠色奧奧運(yùn)”、、“科技技奧運(yùn)””、“人人文奧運(yùn)運(yùn)”建筑底面面面積為為80,000m2，，屋頂面面積76,719m2，地上上層數(shù)6層，最最高點(diǎn)高高度53.00m，可可容納觀觀眾數(shù)60,000。。屋頂結(jié)構(gòu)構(gòu)采用鋼鋼桁架懸懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)。屋屋面桁架架落地，，形似露露珠。。國家大劇劇院位于北京京人民大大會(huì)堂西西側(cè)，西西長安街街以南，，總占地地面積近近12公公頃，總總建筑面面積近15萬平平方米，，總投資資26.88億億元，目目前已進(jìn)進(jìn)行過網(wǎng)網(wǎng)殼部分分設(shè)計(jì)與與施工驗(yàn)驗(yàn)收審查查會(huì)議。。該工程外外部圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)為為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)網(wǎng)殼，，是半橢橢圓球形形，東西西長軸212.2m，，南北短短軸143.64m，，總高度度46.285。內(nèi)設(shè)設(shè)歌劇院院（2416席席）、音音樂廳（（2017席））及戲劇劇院（1040席）及及公共大大廳等。。屋面采采用鈦金金屬板，，整個(gè)網(wǎng)網(wǎng)殼外環(huán)環(huán)繞人工工湖（35500m2）,各各種通道道及入口口均設(shè)在在水下。設(shè)計(jì)為法法國巴黎黎機(jī)場公公司安德德魯建筑筑師，北北京市建建筑設(shè)計(jì)計(jì)研究院院參與主主體設(shè)計(jì)計(jì)，整體結(jié)結(jié)構(gòu)用鋼鋼量達(dá)6750t，195kg/m。（2））重型廠房房工業(yè)廠房；“重”指指廠房內(nèi)吊吊車噸位大大，工作頻頻繁。上海寶山鋼鋼鐵廠連鑄鑄車間內(nèi)吊吊車噸位達(dá)達(dá)450t。單層廠房多層工業(yè)廠廠房金陵石化總廠（3）受動(dòng)動(dòng)力荷載影影響的結(jié)構(gòu)構(gòu)主要利用鋼鋼材的沖擊韌性性能，當(dāng)廠廠房內(nèi)設(shè)有有產(chǎn)生動(dòng)力力作用的設(shè)設(shè)備如：鍛鍛錘、電機(jī)機(jī)、風(fēng)機(jī)、、吊車等，，廠房的承承重結(jié)構(gòu)用用鋼結(jié)構(gòu)。。（4）可拆拆卸結(jié)構(gòu)臨時(shí)性建筑筑物移動(dòng)的建筑筑物需拆遷的建建筑物主要是由于于其承重結(jié)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件件之間的連連接可用螺螺栓，便于于拆卸，并并且構(gòu)件可可以重復(fù)使使用。（5）高聳聳結(jié)構(gòu)塔架桅桿東方明珠電電視塔東方明珠廣廣播電視塔塔座落在上上海浦東新新區(qū)黃浦江江畔，以其其468米米的高度成成為亞洲第第一高塔塔。她于1991年年3月開始始建造，1994年年11月月完工，總總重量達(dá)12萬噸，，總投資8.3億元元人民幣。。東方明珠塔塔由三根直直徑為九米米的擎天立立柱、太空空艙、上球球體、下球球體、五個(gè)個(gè)小球、塔塔座和廣場場組成。（6）高層建筑80年代我我國建造的的11棟高高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)基本上都都是國外設(shè)設(shè)計(jì)、施工工承建。至今為止，，我國已建建和在建的的高層鋼結(jié)結(jié)構(gòu)有80多幢。主主要分布在在上海、北北京、深圳圳等。地王大廈上海金茂大大廈金茂大廈是是由中國上上海對(duì)外貿(mào)貿(mào)易中心股股份有限公公司獨(dú)家投投資5.6億美元建建設(shè)的一座座88層的的超高層大大廈，建筑筑高度420.5米米，建筑面面積28.9萬平方方米，于1998年年8月28日竣工。?？傆娩撲摿?4000t，，鋼筋混凝凝土核心筒筒，外框鋼鋼骨混凝土土及鋼柱。。設(shè)計(jì)者為為美國S.O.M事事務(wù)所。上海環(huán)球金金融中心由日本森大大廈株式會(huì)會(huì)社的全額額子公司森森海外株式式會(huì)社及日日本具有代代表性的銀銀行、保險(xiǎn)險(xiǎn)公司、商商社等36家企業(yè)，，偕同政府府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)構(gòu)日本海外外經(jīng)濟(jì)協(xié)力力基金(OECF)聯(lián)合投資資的上海環(huán)環(huán)球金融中中心，總投投資逾750億日元元。位于陸陸家嘴金融融貿(mào)易區(qū)，，建筑總面面積335,420平方米，，地下3層層，地上94層。建建成后的高高度達(dá)460米。。總用鋼量量26000t，鋼鋼筋混凝土土核心筒，，外框鋼骨骨混凝土及及鋼柱，目目前正在施施工基礎(chǔ)。。央視新臺(tái)址址央視新臺(tái)址址建設(shè)工程程位于北京京朝陽區(qū)東東三環(huán)中路路、北京商商務(wù)中心區(qū)區(qū)的核心地地段，占地地面積18.7萬平平方米，總總建筑面積積55萬平平方米,230m。央視新新臺(tái)址建設(shè)設(shè)工程總投投資約50億元人民民幣，2003年10月開工工建設(shè)，2008年年正式運(yùn)行行。臺(tái)北101長寬各150m，總總面積30277m2，塔高高508m，世界第第一高樓，，26層以以上以8層層為一單元元。主要由由巨柱、核核心系統(tǒng)及及外伸桁架架梁。巨柱柱自地下5層至地上上90層，，最大尺寸寸為2.4mx3m。直徑5.5m，中670t的的阻尼器Location:DubaiHeight:705mFloors:160ToBeCompleted:2008（7）容器器、管道支支架、采油油平臺(tái)等特特種結(jié)構(gòu)陜西銅川天然然氣公司1000立方方米天然氣球球罐大連西太平洋洋石化有限公公司1500立方方米CF-62鋼球罐海上石油平臺(tái)（8）輕型鋼鋼結(jié)構(gòu)1.2建造過過程和內(nèi)在缺缺陷工廠制造：構(gòu)構(gòu)件在工廠按按施工圖尺寸寸下料、切割割、沖孔、連連接等。工地安裝：將將單根構(gòu)件和和單元體在工工地進(jìn)行吊裝裝、就位、連連接等組成整整體結(jié)構(gòu)。幾何缺陷（尺尺寸、面積））材料缺陷（偏偏析、夾渣））1.3組成成原理跨越結(jié)構(gòu)（橋梁、單層層結(jié)構(gòu)）高聳結(jié)構(gòu)（高層、塔架架、桅桿）特種結(jié)構(gòu)（容容器、通廊、、采油平臺(tái)等等）跨越結(jié)構(gòu)（單單層）早期結(jié)構(gòu)形式式：平面體系+支支撐框架、框排架架拱型（三鉸拱拱、二鉸拱、、無鉸拱）空間結(jié)構(gòu)形式式：網(wǎng)架、懸懸索、穹頂?shù)鹊染W(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)高聳結(jié)構(gòu)（結(jié)結(jié)構(gòu)形式）鋼框架鋼框架+支撐撐（抗震墻、豎豎向桁架)筒體（筒中筒、束束筒）懸掛結(jié)構(gòu)Location:ChicagoHeight:443mFloors:110Built:19731.4極限狀狀態(tài)和概率極極限狀態(tài)法極限狀態(tài)：承承載能力極限限狀態(tài)和正常常使用極限抗力（R）和和荷載效應(yīng)（（S）：一階分析、二二階分析和三三階分析：荷荷載效應(yīng)的內(nèi)內(nèi)力分析的方方法。概率極限狀態(tài)態(tài)法：1-1公式設(shè)計(jì)表達(dá)式：：1-111.5鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)展高強(qiáng)鋼材的應(yīng)應(yīng)用：Q235、Q345、Q390、、Q420對(duì)極限狀態(tài)的的了解：近似似概率法全全概法