鋼結(jié)構(gòu)基礎知識入門講義

§1.1 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史公元前200年，秦始皇時代，鐵造橋墩；公元60年，漢明帝時代，鐵鏈懸橋（蘭津橋）濟寧寺甘露寺大渡河鐵索橋廣州中山紀念堂圓屋頂錢塘江大橋南京長江大橋首都體育館上海體育館大型企業(yè)廠房300多年前上世紀30年代上世紀50～60年代中國國際貿(mào)易中心京廣中心大廈深圳發(fā)展中心地王大廈黑龍江電視塔1990年北京亞運會場館現(xiàn)在，金茂大廈421m，環(huán)球金融中心460m帝國大廈381m新加坡雙塔大廈450msearstower

443m世界貿(mào)易中心402m結(jié)論：材料：連接：上世紀80年代后國外結(jié)構(gòu)形式：橋

→塔

→工業(yè)與民用建筑鑄鐵

→鍛鐵

→鋼銷釘

→鉚釘

→焊接

→螺栓金茂大廈臺北101大廈448/508最 最高 高使 屋用 頂樓 高層 度438 448m m環(huán)球金融中心新加坡雙塔大廈95層世貿(mào)中心英國倫敦千年穹頂－D320m02年世界杯－韓國大邱體育場國家大劇院上海八萬人體育場上海八萬人體育場施工現(xiàn)場組合鋼管懸挑空間桁架—70m多澳門東亞運動會體育館澳門東亞運動會體育館－亞洲跨度最大的桁架上海南站鋼結(jié)構(gòu)圓屋頂－D265m長31km東海大橋鋼結(jié)構(gòu)工程海上段28km 橋?qū)?1.5m336落m320時m建設中萌的迪拜縣塔建筑高很度是絕湊密，現(xiàn)耳已建成62挺9m迪拜宰塔效損果圖鳥巢水立疤方水立唯方中國工塞程院院士董石麟：歐“(水般立方)狼結(jié)構(gòu)形孩式我們摩現(xiàn)在高叫它多俗面體空翅間鋼架項結(jié)構(gòu)。期這一種映結(jié)構(gòu)在庫過去，拐不單單肯在我它們國家甚，在世置界上還避是沒有瘦的”。濟南永奧體值中心贊效果搏圖（十一相屆全運四會）濟南滲奧體訊中心§1.腰2鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)的特點臭和應用一.鋼結(jié)籠構(gòu)的煌特點自重葵輕、宿承載她力高絕；為同壁跨度穿、同聲荷載科鋼筋銷混凝鋪土屋月架的單（1/3～1/4）重。特別是盒地質(zhì)條包件差的劑地區(qū)，做降低地簽基、基趙礎的造娃價。鋼材的邀塑性和治韌性好費；（后膜面介紹唯）接近獲于勻競質(zhì)等碌向體??；內(nèi)部組蹤蝶織均勻聯(lián)，各方返向物理戲性能基荒本相同比，在使思用階宿段，變飲形較小拳。此特展點與力挺學假定虎吻合較墾好。焊接路性能削；指鋼鴉材在陵焊接電過程楚中和稅焊后邁，保蘿持焊擇接部漫分不虛開裂列的足完整把性的銹性質(zhì)融。不滲提漏；便于充做成志密閉共容器些。7.耐腐濫蝕性掙差；涂防誼腐漆怖混崇凝土褲包裹8.耐熱桐好，框防火符差。t<150℃，性襯能變化先不大t>15精0℃，體性能疤變化斷大t>60辦0℃，季強度伶為0涂防隔火涂疾料混凝磚土包所裹二.鋼結(jié)構(gòu)壓的應用1.工業(yè)夫廠房跨度、才柱距較設大，有遺100根t以上河重級或悉中級工橋作制吊潮車的肅廠房，梯有熱輻推射的廠限房?，F(xiàn)負什么廠絡房都可凡采用。2.大跨氧結(jié)構(gòu)解決石辦法解決蔬辦法→網(wǎng)架召、網(wǎng)殼釀、懸索周圍溫掠度超過笑150初℃，栽采取防云護措施廠房→鋼儀屋架妥體返育館赤、會施館高聳宿結(jié)構(gòu)盲和高要層結(jié)曉構(gòu)自重輕免、截面杰小，減須小風荷雹載。受動力中荷載作普用的結(jié)董構(gòu)鋼材六的韌尚性好辦，動餐力性揀能高軍。容器尺與管損道可拆卸梁和移動啄的結(jié)構(gòu)如流韻動式層展覽鐘館、樓活動眉房。其它。如海洋蠟平臺、北碼頭、窗輸煤棧奧橋等。總之，蒜采用鋼邁結(jié)構(gòu)，跪工期短赴、造價匹高，應敬從綜合按經(jīng)濟橫效益來睡考慮?！?.好3鋼結(jié)構(gòu)閃的設計差方法鋼結(jié)構(gòu)起設計時棗，必須蜘滿足一脫定的設騎計準則桐，即在浴滿足功損能要帽求的邁前提話下，釀做到例安全檢可靠冤、技熔術先裳進、悠確保插質(zhì)劣量和土經(jīng)濟惹合理筒。一.安全系痛數(shù)法（受容許應蠢力設計躺法）KyσSA≤σf構(gòu)件鵝中應匆力容許真應力S：全部社荷載引換起的結(jié)爪構(gòu)構(gòu)件怒中的內(nèi)糠力；A：幾攤何特陪性，稀即截攪面面餡積或飛截面尾抵抗貼矩等途；fy：材茄料的累標準解強度間，針餃對鋼鈴材為委屈服恰點；K：安全宗系數(shù)。安全陸系數(shù)嚷憑經(jīng)牧驗而卻定，姜因而虎不同寶構(gòu)件宏的安何全度維不可殖能簽相同忠，故肺不合嶺理。注意：澆疲勞計硬算還采解用此法徒。二.極限狀蔑態(tài)設計嗓法極限培狀態(tài)：當結(jié)構(gòu)飛或其組恐成部分謀超過某較一特定務狀態(tài)，就不泄能滿科足設卡計規(guī)腐定的悠某一舊功能匠要求刺時，勵此特州定狀撞態(tài)就涼稱品為該覺功能鐮的極素限狀絞態(tài)。承載力軋極限狀剖態(tài)正裝常使用粉極限狀管態(tài)如傾耐覆。②結(jié)構(gòu)構(gòu)綠件或連當接因超案過材料傍強度而檔破壞（險包括姐疲勞強哭度），煌或因過歉度變形秩而不適遠于繼續(xù)香承載爆；③結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動變?yōu)闄C成動體系岸；④結(jié)構(gòu)或速結(jié)構(gòu)構(gòu)修件喪失較穩(wěn)定；⑤地基喪猛失承載理能力而片破壞。分為具體這為承載力稅極限狀要態(tài)：指結(jié)構(gòu)住或構(gòu)件抹達到最刑大承載刑能力或爽是出現(xiàn)不黃適于繼龍續(xù)承載彎的變形參。包括儀靜力摸強度旬、動較力強相度、叮穩(wěn)定這、傾側(cè)覆等微。①整個章結(jié)構(gòu)稠或結(jié)長構(gòu)的菊一部已分作旅為剛鉗體失耍去平伴衡；正常帆使用消極限反狀態(tài)：指結(jié)構(gòu)干或構(gòu)件憑達到正頸常使用僅或耐久性的某奇項規(guī)定欣限值。①影響正常蝕使用或較外觀的釘變形；②影響正常菜使用或療耐久性秋的局部左損壞（啞包括恰裂縫）松；③影響正吊常使滑用的誦振動其；④影響正喊常使鋼用的秩其它除特定丘狀態(tài)畜。具體身為1.極限狀揭態(tài)設計養(yǎng)法是以概稈率理論構(gòu)為基礎畏，把有植變異性拉的設計蛙參數(shù)通由過概速率分析顏引入結(jié)杯構(gòu)設計棚中。根據(jù)應方用概率摟分析的炎程度分婚為三種柏水準：半概率卻極限狀拌態(tài)設計堤法；滲近似潔概率極帖限狀態(tài)鉛設計法喊；全伯概率極棵限狀態(tài)統(tǒng)設計法灰。作用：是使結(jié)爐構(gòu)產(chǎn)生及內(nèi)力和旨變形的絲式所有原椅因。敘又稱荷沿載效應到，以S表示。如荷純載、愉溫度拔變化淋、地缸震力昆等。抗力：結(jié)構(gòu)燭或構(gòu)肥件的赤承載哄力，以R表示。它取顧決于蝴材料桌的強殊度和錘構(gòu)件功的幾撐何因饞素。可靠性：指結(jié)射構(gòu)在擾規(guī)定誼的時尺間內(nèi)困、規(guī)吳定的軌條件穿（正脆常設襯計榨、正叮常施晴工、辟正常倉使用朽、正建常維唯護）渴下，鋼完成鳳預苦定功衣能的通能力喝。預定功和能：就蝦是對于蒸規(guī)定的仍某種功鼻能來說濤，結(jié)構(gòu)不失竊效?？煽抗P性是姜結(jié)構(gòu)死安全索性、手適用紫性、涌耐久干性的且概稱尤。筆可靠流度：用來蒙衡量蘿結(jié)構(gòu)速可靠濟性的糠指標編。指結(jié)需構(gòu)在零規(guī)定勿的時擺間內(nèi)膨、規(guī)趁定的討條件憤下完營成預雷定功能逃的概田率。當結(jié)興構(gòu)或捆構(gòu)件成的抗蠶力等墾于荷刊載效竄應時揚，此貴結(jié)構(gòu)寺或謀構(gòu)件傭達極映限狀毫態(tài)。極限械狀態(tài)率方程Zg(忌R.求S)R-S0R>S時，可抽靠R<秒S時，恥失效由于基納本變量趨的不定鉗性，即胃各變量橋可能出搶現(xiàn)高值膏或低森值，因百而也不免能保證刊結(jié)構(gòu)絕恥對可靠顏。通常，緊認為可知靠概率濟足夠大倘，或者園說，失傅效概率餓足夠小描，就道可認喉為結(jié)丑構(gòu)是活安全腥的。可靠論概率叉即可互靠度球，用ps表示，ps＝g(眨R-遇S吸>0勝)失效圈概率用pf表示傻，pf＝g(R冊-S<0灘)最pf+ps=1.0結(jié)構(gòu)可駝靠就是筋指失效足概率小魚到人們約可以接茶受的程瀉度。場可接受宜的失效疫概率為也萬分之胃幾。設計中臣，荷載木、材料油強度等舟指標大儀都是隨帖機變量之，多呈正爹態(tài)分布些，一些步非正態(tài)者分布的疫隨機變暑量（如端風載）龜可以注通過數(shù)滋學變換訪成當量閘的正態(tài)尤分布。故此認為R、S為正亮態(tài)分肚布。所以，并極限狀告態(tài)函數(shù)Z=R虎-S也是星正態(tài)莫分布吼的隨哈機變抱量。Z的概飛率分蘇布曲濾線Z<丹0失效概半率σR、σS表示R、S的標準爸差Zf(Z挨)μZβσZ即R-柄S<0失效0∫∞f(z琴)dzpfμZμR-μSR Sσ2σ2則Z的平羞均值Z的標川準差σZZ很難求彈出，而Z的特球征值良較易榆求。用μR、μS表示R、S的平琴均值從圖中毫看出，pf與μZ至原盼點的嫁距離陵有關喬，同計算挪復雜懶，想紅其它恩辦法剝。令μZβσZ，則pf與β之間也犁存在相葬應關系砍，β大，則pf小，誕反之鉗亦然絲式，經(jīng)理論啞計算，β與pf一一對緒應。故β也可遇作為孟衡量勸結(jié)構(gòu)夢可靠花性的養(yǎng)一個杰指標蓄，稱臥為當然歐，要掛滿足澆結(jié)構(gòu)平構(gòu)件敲承載規(guī)能力忽的可墊靠指陪標要煤求，β不應小于?規(guī)范?規(guī)定值妥。由于R、S采用構(gòu)了近著似的裝正態(tài)攜分布蠢，故斑算得的β、Pf值是任近似高的，忙故稱承為近貝似概羅率極裝限狀睜態(tài)設遠計法繡。由于Z的分布飽很難求治出，Pf計算捧復雜荒，采用β代替Pf來度量拆結(jié)構(gòu)的拋可靠性些。據(jù)統(tǒng)貼計資四料，知R、S平均值緩和標準仔差后，洋即知β。2.設計命表達揮式按可靠天指標設旱計不易擱掌握，?規(guī)銀范?謝將極讀限狀微態(tài)設蜂計故公式儀等效求地轉(zhuǎn)底化為謝分項輝系數(shù)越設計附公式磨。分項鼠系數(shù)設不是鎮(zhèn)憑經(jīng)健驗而闊定，鮮是以題可靠顛指標β為基礎采用餃概率對設計騾法求寸出。2sσ2RσμR-μS“可靠燭指標”。β對應查賣出Pf（1）承載段力極后限狀運態(tài)Z＝R-S＝0S≤R其中療：RK：抗宣力標羞準值長；②由代恒荷撲載效胃應控窯制的都組合fKAγR1.1重要問結(jié)構(gòu)1.0一般甲結(jié)構(gòu)0.9次要結(jié)額構(gòu)應考慮偶然組搏合：偶然設豆計狀況炊（如撞廳擊、爆清炸、火棗災等）S取值專：基本組合①由活數(shù)荷載效脅應控制存的組合取不利詳組合fdARRKγR引入舍結(jié)構(gòu)飼重要杜性系數(shù)γ0γ0S≤Rγ：材料染抗力分菊項系數(shù)霜；RfK：鋼抱材強膜度標川準值姨；A：截面幾披何因素年；fd：材料殖強度設晃計值。①由活倉荷載償效應點控制蜜的組距合：永暴久荷味載的昆分項嚴系數(shù)奶；此處不粱區(qū)分各徹可變荷映載作用管的大小蠢。S∑ψγSSγ γnQ1吹KQ1GKGQiKQicii2SSγψγ SGKGQiKQicii1S∑（＊新）式中：γGγ：第i個可變塑荷載的逮分項系秩數(shù)；QiSGK：按經(jīng)永久邊荷載風標準徒值GK計算稈的荷魂載效戒應值膏；SQiK：按油可變汪荷載媽標準值QiK計算的磨荷載效胡應值；ψci：可票變荷傍載Qi的組合夜值系數(shù)錄（查規(guī)版范）。②由恒荷傭載效應清控制的訓組合nSγSGKG∑QiKQii1Sγ0.9取不弱利組傭合即：若僅有險一個可忘變荷載屈，組淘合值系和數(shù)取為1.0②由恒荷石載效應濫控制的償組合始仍用（痰＊）式楊，或ψγSnSGKGQiKQicii1∑Sγ對框托架、羨排架財，公略式簡惡化①為：由活絕荷載牧效應捕控制綁的組絨合SγSGKγSQ1晨KGQ1n注：①基本鉆組合索中的鵝設計鉛值適爛用于賊荷載缺與荷斜載效災應線神性披的情減況；②SQ1穿K無法判極斷時，漸輪次以飛各可變距荷載為SQ1K，然后取敢不利謝者；③當考慮絕以豎向樹的永久瓣荷載效莫應控制借的組合麗時，可扛變荷搞載僅取快豎向荷川載；（可變驕荷載效幻玉應控制時）=1羅.0④γ取值：G時當）效應對柿結(jié)構(gòu)不利時γ當效應Q對取結(jié)值構(gòu)：有利時：=1.植4=1.隔3(工業(yè)寇樓面鍛活荷狗標準謠值≥4kN穴/m2)（2）正常幅使用極丙限狀態(tài)S≤Cγ=1.居2GγGγ=1桌.3蜻5（永久隨荷載效尚應控制GS取值：鋼結(jié)構(gòu)繼只考慮洪荷載的哪標準組士合。ni2SQ1K∑ψciSQiK標準跨組合：SSGK