1、Crane 收集钢结构教程?第一章 概述?第二章 建筑 钢材?第三章 钢结 构的连接?第四章 轴心受力构件?第五章 梁（受弯构件）?第六章 拉弯与 压弯构件Crane 收集 欢迎大家交流PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第一章 绪 论? 第一节钢结 构的特点与 应用? 第二节钢结 构的设计原理与方法? 第三节钢结 构的发展? 第四节钢结 构课程的学 习方法PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第一节钢结构的特点及应用一、钢结构的特点PDF create
2、d with pdfFactory Pro trial version Crane 收集强度高、重量轻? 钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较大，但其屈服点较混凝土和木材要高得多，其质量密度与屈服点的比值相对较低。在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比，构件较小，重量较轻，便于运输和安装。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集质地均匀，塑性和韧性好? 钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性，为理想的弹塑性体，完全符合目前所采用的计算方法和基本理论。PDF created with pdfFa
3、ctory Pro trial version Crane 收集生产、安装工业化程度高，施工周期短? 钢结构生产 具备成批大件生 产和高度准确性的特点，可以采用工厂制作、工地安装的施工方法，所以其生产作业面多，可 缩短施工周期，进而为降低造价、提高效益创造条件。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集密闭性能好? 由于焊接结 构可以做到完全密封，一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜、管道等板壳结构都采用钢结构。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane
4、收集抗震及抗动力荷载性能好? 钢结构因自重 轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集具有一定的耐热性? 温度在250 以内，钢的性质变化很小，温度达到300以上，强度逐渐下降，达到450650时 ，强度降为零。因此，钢结构可用于温度不高于250的场合。在自身有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须用耐火材料予以维护。当防火设计不当或者当防火层处于破坏的状况下，有可能将产生灾难性的后果。PDF created with pdfFactory Pro trial version
5、Crane 收集 远眺纽约曼哈 顿世贸大楼PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集绝版纽约世贸中心双子塔PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 撞击下的世界 贸易中心美国东部时间2001年9月11日上午8时45分，一架起飞重量达160吨的波音767型飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；18分钟后，又一架起飞重量为100吨的波音757型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再考虑两种机型的速度是1000千米/小时，而且以恐怖分子
6、执意为之的心理，这个速度已是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中心受到的冲量究竟有多少呢？PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 根据动量的 计算公式P=mv， m是质点的质量，v是该质点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢量的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于物体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：一、北塔所承受767型飞机撞击的动量m=1601000=160000（千克）v=（10001000）3600277.8米/ 秒P=mv=160000277.8=44448000千克米/秒二、南塔所承受75
7、7型飞机撞击的动量m=1001000=100000（千克）v=（10001000）3600277.8米/ 秒P=mv=100000277.8=27780000千克米/秒以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达 1000吨烈性炸药当量，应该是可信的。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 南北塔是筒中筒 结构，核心是47个电梯井（因分段设置，47个电梯井可容104部电梯），外围是钢柱排列，9层以下的承重外柱间距为3米，9层以上承重外柱间距为1.016米，标准层窗宽仅0.55米，
8、如此密植的钢铁森林，于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深达63.5米的大厦，撞击力量之巨，威力之大，实在令人悚然。但是，事实上，世界贸易中心却经受住了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量，并不是坍塌的决定因素。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 烈火中的世界 贸易中心撞击两塔的波音767型或757型飞机，如果机体直径约计10米的话，也就是说，世界 贸易中心北塔的80层左右，南塔的60层左右，在飞机的质量与速度的撞击下，应该各有三层都处于被飞机蹿通的状态。而且767机型满挂油料是45
9、吨，757机型为30吨， 这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看其惨烈之状。世界贸易中心边长=63.5米世界贸易中心每层的建筑面积=63.563.54032平方米如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大厦建筑面积达1/51/4的电梯井的面积，也就是说，在3000平方米不到的面积里，浇灌了4530吨的高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质， 这数十吨燃油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体等易燃易
10、爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所以被撞击后的世界贸易中心，远远看去，就像两根 硕大的烟囱。同时，高达1000 的温度，钢结构都易产生变形，更因上有重压，所以最终招致崩落现象。而且，高温之下，燃油有气化的现象，急速膨 胀的气体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是致命的。因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决定因素。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 大厦被撞击 后，那里面被飞机蹿空的三层，其核心部位电梯井已失去作用（有部分油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几乎成了镂空状
11、态，在烈火燃烧下，剩下的两侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有20000余吨的楼层的重力（以两幢共用钢19.2万吨计，加上租赁方的什物就远不止这个数了），在有10米高的空间盈余下， 夹着9.8米/秒的加速度作自由落体坠落，重力之下，势如破竹。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下，以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍塌，而不是倒塌。PDF created with pdfFactory P
12、ro trial version Crane 收集钢结构抗腐蚀性较差? 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但 还未能广泛采用。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集二、钢结构的应用? 钢结构通常用于高 层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、 仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是
13、和钢结构自身的特点相一致的。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集钢结构的应用1 、重型结构及大跨度建筑结构；2 、多层、高 层及超高层建筑结构；3 、轻钢结构；4 、塔桅等高耸结构；5 、钢混凝土组合结构。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集钢结构的应用? 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等 结构型式。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集1、厂房钢结构
14、? 厂房钢结构一般指重型、大型车间的承重骨架。通常由檩条、天窗架、屋架、托架、柱、吊车梁、制动梁（桁架）、各种支撑及墙架等构件组成。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集2、轻型钢结构? 轻型钢结构因具有用 钢 量省、造价低、供货迅速、安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年来得到迅速的发展，主要用于：? 单层或多层 厂房、仓库；? 多层住宅、办公楼（图）多层住宅、办公楼柱距一般为69米，不超 过8层，基础受力小，有利于抗震；资源耗用少；工业化程度高；施工速度快；可装拆；造价略高。? 小 别墅（图）PDF created
15、with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集3、大跨度钢结构? 大跨度结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集（1）网架结构? 网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱 乐部、影剧院、食堂、会议室、候 车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美 观的特点。PDF created with pdfFactory Pr
16、o trial version Crane 收集网架结构? 构成网架的基本 单元有三角 锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任何形体。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集网架结构一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：? 焊 接球节点? 螺栓球节点（图）? 钢 板节点PDF created with pdfFactory Pro trial versio
17、n Crane 收集（2）悬索及索桁架结构? 以一系列拉索 为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅17kg/m2）、外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨度屋顶。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集（3）网壳结构? 同网架结构一 样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。
18、PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集上海商务中心网状网壳PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集4.桥梁钢结构? 桥梁钢结构的主要形式有：? （1）桁架式 桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小跨距）? （2）箱形桥 梁（如立交桥 、铁路桥）， 钢板焊成? （3）拱形桥 梁，中、小跨度（图）? （4）斜拉桥 （如上海南浦
19、、杨浦大桥）“H”型钢，大跨距、特大跨距（图）? （5）悬索桥 （如江阴长江大 桥）桁架梁1000米跨距PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集拱形桥梁 拱形桥梁PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集斜拉桥 斜拉桥PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集5.高耸钢结构高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，以水平荷载作用为主，可应用在以下几个方面：? （1）输电塔（ 图）? （
20、2）通讯及微波塔? （3）多功能广播 电视发射塔（ 图）? （4）桅杆? （5）火炬塔、石油化工塔架PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集6.高层钢结构? 已建的高层钢结 构（纽约 世贸中心不幸在恐怖事件中倒塌，向死难的人民表示哀悼）PDF created with pdfFactory Pro trial ve
21、rsion Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集高层钢结构? （1）一般50 层以上建筑均用 钢结构? （2）自重轻 、抗震性能好，基础处理方便? （3）柱用焊 接方管（圆角）、H型钢或组合柱? （4）梁用H型 钢，上下翼缘用对接焊，腹板用高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加强板PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集高层钢结构? （5）楼板用 压型钢板加钢 筋网加细石砼构成组合板，板与梁连接用销钉? （6）外墙用玻璃或 铝幕墙? （7
22、）基础用 桩基加箱基，箱基作停车场? （8）防火要求非常 严格PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集159m 高的启东广播电视塔位于江苏启东新落成的广 电广场PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFact
23、ory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集购物中心PDF created with pdfFactory Pro trial version Cran
24、e 收集第二节 钢结构的设计原理与方法? 结构设计首 层规范建筑 结构可靠度设计统一标准（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。? 钢结构和其他建筑 结构一 样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设计方法。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集结构概率设计法? 对结构设计 中需要考虑 的多种非确定性因素，如荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计， 这就是结构概率设计法。? 荷载效应S：取决于各种荷载（恒
25、载、活载、 风、地震作用，温度变化等）。? 结构或构件的承 载力或抗力 R：取决于材料、构件的几何特性等。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集结构概率设计法? 设结构状态 方程：Z=R-S ? 当 Z0 时 ，结构可靠；? 当 Z0 时 ，结构失效；? 当 Z=0 时 ，结构或构件承载能力处于极限状态。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集结构概率设计法? 结构可靠度： 结构在规定 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。若以 表示结构的可靠度，则：
26、? 失效概率： 结构处于失效状 态的概率，以 表示，则有：PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集? 结构是否可靠就看 结构可靠度是否足 够大或其失效概率是否小到可以接受的程度。? 对于一个结 构状态方程，其平均值 与其标准差 的比值 ，称为结构或构件的可靠度指标。与 有确定的对应关系，增大， 减小，而对于结构来说容易确定得多。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集钢结构设计的规定? 承重结构设计 均按承载 能力极限状态和正常使用极限状态来进行的。? 计算结
27、构或构件的 强度或 稳定性及连接的强度时应采用荷载的设计值；计算疲劳和变形时，采用荷载的标准值。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集承载能力极限状态? 承载能力极限状 态为结 构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态。? 强度、稳定性设计采用的极限状态设计表达式：? 结构重要性系数，? -永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利时取1.0；? : 第i个可变荷载设计值在结构构件或连接中的应 力? : 荷载组合系数；PDF creat
28、ed with pdfFactory Pro trial version Crane 收集正常使用极限状态? 正常使用极限状 态为结 构或构件达到正常使用（变形或耐久性能）的某项规定限值的极限状态。其表示式为：? 永久荷 载标准值在 结构或构件中产生的变形；? 第一个可 变荷载标 准值在结构或构件中产生的变形；? 第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形；? 结构或构件的容 许变 形值。梁以容 许挠度表示。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第三节 钢结构的发展? 我国是最早 应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建
29、筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。? 97年新发布的 中国建筑技 术政策中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。? 96年我国钢产 量已开始超 亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用 ”变为“合理用 钢” 、“加大建筑用 钢” 。? 当今我国建筑 业中发展最快的就是 钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集
30、第四节 钢结构课程的学习方法? 根据教学大 纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；? 本课程的特点是：大家 对钢结 构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；? 受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加 强课前预习与课后复习；? 多作习题与思考 题，避免眼高手低。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第二章 建筑钢材? 第一节 建筑 结构用钢的基本要求? 第二节 钢 材的主要机械性能? 第三节 影响 钢材性能的主要因素? 第四节 建筑 结构用钢的种 类及选择PDF creat
31、ed with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第一节 建筑结构用钢的基本要求 钢 材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。1 、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；2 、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；3 、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能； 据上要求, 钢结构设计规范GB5 0 0 1 7 - 2 0 0 3推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的Q2 3 5 钢及低合金高强结构钢中的Q3 4 5 、Q3 9 0 和Q4 2 0 钢四种钢
32、材。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第二节 钢材的主要机械性能钢材材性主要有：? 强度? 塑性? 韧性? 可焊性? 冷弯性? 耐久性? Z向伸缩率PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集一、强度? 强度体现了材料的承 载 能力，主要指 标有屈服点fy 和抗拉 强度fu ，通过静力拉伸试验得到。? 屈服点：为设计时钢 材可达到的最大 应力。? 抗拉强度fu是钢材破坏前能 够承受的最大应力。钢材达到fu 时，已 产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu 高则
33、可以增加结构的安全保障，故fu/fy 的值可看作 钢材强度 储备系数。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集单向拉伸试验曲线? 弹性阶段? 弹塑性阶段? 塑性阶段? 强化阶段PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。ABCODPDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with
34、 pdfFactory Pro trial version Crane 收集二、塑性? 钢材的塑性 为当应力超 过屈服点后，能 产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率 和断面收缩率表示。通过静力拉伸试验得到。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集伸长率? 伸长率 为试 件拉断时 原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。? L1 为试件拉断后标距间长度。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集断面收缩率? 断面收缩率是指 试件拉断
35、后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。A0 试件原来的断面面积；A1 试件拉断后颈缩区的断面面积；? 结构或构件在受力 时（尤其承受 动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集三、冲击韧性? 钢材的韧性是 钢材在塑性 变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗因冲击荷载、应力集中等而致脆性断裂能力的一项机械性能，它是强度与塑性的综合表现。? 用材料在断裂 时所吸收的 总能量来量度，其 值为图中应力应变曲线与横坐标所包围的
36、总面积，面积越大韧性越高。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集四、可焊性? 钢材的可焊 性是指在一定工 艺和结构条件下， 钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。? 可焊性分为 施工上的可 焊性和使用性能上的可焊性。? 施工上的可 焊性指对产 生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集五、冷弯性能? 冷弯性能是指 钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷
37、弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集六、耐久性? 耐久性需要考 虑的有：耐腐 蚀性、“时效”现象、疲劳现象等。? 时效：随着 时间的增长，钢材的力学性能有所改变。? 疲劳：多次反复荷 载作用下，钢材低于屈服点fy 发生的破坏。PDF created with pdfFactory Pro trial v
38、ersion Crane 收集七、钢材Z 向收 缩率? 当钢材较厚 时，或承受沿厚度方向的拉力时，要求钢材具有板厚方向的收缩率要求，以防厚度方向的分层、撕裂。PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集第三节 影响钢材性能的主要因素1、化学成份2、冶金及轧制3、冷作硬化与时效硬化4、复杂应力与应力集中5、残余应力6、温度PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集1 、化学成份的影响基本成份为Fe，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，S、P、 N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。? C：含C使强度塑性、韧 性、可 焊性，应控制在0.22% ，焊接结构应控制在0.20% 。? Si：含Si适量使强度其它影响不大，有益，应控制0.1 0.3%? Mn：含Mn适量使强度降低S 、O的热 脆影响，改善 热加工性能，对其它性能影响不大，有益。? S：含量使强度、塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆热脆现象。? P：低温时使钢材变脆冷脆现象；其它同S? O、N：O同S ；N同P ，控制含量0.008%PDF created with pdfFactory Pro trial version Crane 收集2、冶金与轧制的影响
