高等钢结构概述2015年

1、课程讨论选题,国内外该方面研究状况文献查询； 每位同学根据文献检索，归纳后（用某一专题如不同类型钢结构体系在工程中的应用）以PPT形式进行15分钟汇报； 汇报作为课程成绩评定依据之一； PPT汇报要点：工程背景、研究内容、应用概述、归纳总结（优缺点）。 成绩评定：到课率20%、汇报20%；期末考核60%。,第1章 高等钢结构概述,1 钢结构固有的三大核心价值 最轻的结构假想强度受压高度 ：Hs=3051.6m (steel) Hc=709.3m (concrete) 最短的工期 工厂焊接、工地高强螺栓拼装最好的延性结构钢伸长率 结构延性比,这些核心价值导致最优的结构抗震性能，2011年3月11日，日本9级大地震就说明了这一点。因此，在大跨度钢屋盖和高层全钢结构中，100多年来，先进国家大量采用钢结构，并能基本上实现了以上三个优点。,钢试件的强度高、延性好,表1 最轻的结构：,钢、砼材料在自重下强度破坏时的最大假想受压高度,结构延性比（Ductility ratio）,结构的延性比,最短的工期工厂焊接单元、工地高强螺栓拼装（精度高、结点延性好与耗能）,（钢结构）,（RC结构）,大六角头型

2、（8.8级、10.9级),高强螺栓(High Strength Bolts),10.9级：fu=1000N/mm2，fy / fu=0.9,扭剪型 (10.9级),2012年伦敦奥运会主体育场伦敦碗,伦敦碗由五层结构环组成： 1.天蓬支架环； 2.装饰围护环； 3.看台面板环； 4.看台支架环； 5.地面看台环。 1和4的材料为旧钢管； 3和5的材料为低碳混凝土； 2的材料为纤维布。,“伦敦碗”（2012年） 北京“鸟巢”（2008年）,1996年第26届奥运会亚特兰大主体育馆，椭圆平面：240.79m192.02m）（屋顶+外环）用钢量=（30+57）/ 美国乔治亚穹顶,2008年第29届奥运会国家体育场，瑞士赫尔佐格、德梅隆中标，平面桁架系结构。 椭圆平面：332.3m297.3m，中央开洞口：185.3m127.5m，用钢量710-881/ 鸟巢（Brid,s Nest）,2 结构新分类弯矩结构 （Moment-Resisting Structures）轴力结构 （Axial Force-Resisting Structures）,空间结构的优点一般表现为：（1）自重轻；（2）便

3、于工业化生产；（3）刚 度好；（4）造型美观。正因为空间结构具有这样的优点，才使其在大型体育馆、歌剧院、会展中心、候机大 厅等大跨度公共建筑设施中得到广泛应用。如图1-3所示是我国为2008年北京奥运会 而兴建的主体育场鸟巢；如图1-4所示是1996年美国亚特兰大奥运会主场馆乔治亚穹顶。 这些建筑物的建造同时也极大的推动了空间结构的发展和受关注程度。,图1-3 鸟巢 图1-4 乔治亚索穹顶,空间结构中的分类问题？,Tall Building:,16,43,直接作用 间接作用,金茂大厦（Jin Mao Building，上海浦东 n =88，H=421m，1999年）,一维弯矩结构 力臂加大 H/B=46,埃菲尔铁塔（ H=321m 、锻铁铆接结构）,1889年为庆祝法国大革命而建造。是巴黎博览会标志性建筑(受力合理、雄伟壮观)。塔脚由四个角铁和扁铁构成桁架柱。锻铁用量：Q = 0.73万t如果结构不合理，当时的锻铁强度就建不起这么高的高耸结构（high rise structure)。福斯桥(1886)已采用大量的平炉钢,但埃菲尔仍坚持采用锻铁，显示结构设计水平。,弯矩结构,日本空中城

4、市大厦-1000,结构剖面,(b) 巨型框架体系单元体,悬挂楼盖系统,结点（node）设计是关键,严格区分：结构(Structure)与构件(Structural Member)图示桁架，平板网架，它们都是由轴力构件(Axial Force-Resisting Members)组成的弯矩结构，汉考克中心是由轴力构件和压弯构件(Beam-Column Members)组成的弯矩结构等。,约翰汉考克大厦（1969） （ H=343.5mn=100，145kg/m2 ）,桁架 (Truss) 平板网架,顶平面：30.5m50.3m,轴力构件,网壳 (Lattice shell),压弯构件,弦支穹顶(Suspened Dome),张弦梁(String Beam),一维,二维,受压构件：N=M/h,二维,一维,桁架的用钢量与跨度的平方（L2）成正比，当L=100m时，用钢量约80kg/m2。鸟巢（平面桁架系体系62 ） L=280m，用钢量：（280/100）280=627.2kg/m2，鸟巢实际用钢量：(710881)kg/m2（曲线b) 。,轻屋面大跨度屋盖结构 桁架与索穹顶的用钢量比较,用

5、钢量与跨度索穹顶的用钢量不按D2增加，随着索穹顶跨度的增大，用钢量相对增加不多,比较序号与(曲线a）。,建筑钢结构,索网、双层索系、索膜穹顶 弦支穹顶Suspen-Dome （柔性结构） （杂交结构）,网壳Lattice shell （刚性结构）,屋盖空间结构 （形效结构）,屋盖弯矩结构（用于中、小跨度） 板梁 桁架 张弦梁（一、二维） 格栅 网架 门式框架,多、高层结构,框架、框架-支撑,框筒结构 （密柱+深梁） 悬挂结构 巨型结构,大跨度屋盖？ （大跨度100m）,创新？,创新？,好结构？,yes,yes,yes,yes,No,No,No,No,建筑钢结构分类框图,3 现代钢结构设计最关键的两大步骤正确选择结构方案和正确估计结构的截面高度,钢结构精心设计的四大步骤19121 结构方案（概念设计） 2 结构截面高度3 构件布局（短程传力、形态学与拓朴原理） 4 结点（node）小型化其中，第1、2步极为重要。为了正确选择结构方案（概念设计），首先必须进行结构分类。,钢结构精心设计的四大步骤 1 结构方案（概念设计） OK 2 结构截面高度 NG 3 构件布局（短程传力、形态学与拓朴原

6、理） 4 结点（node）小型化,中国国家大剧院 China Country Big Theater,国家大剧院选网壳结构 OK！而截面尺寸选择太大 No Good！,下沉式建筑（安德鲁） 椭圆平面：2.381万m2,美国建筑师M.G. Smith的回归分析11种 166个工程23（1963）,国家大剧院（2004） 用钢量：0.695万t21 即， 292kg/m2,广东奥林匹克体育场 (美国Nixon Ellerbe Racket ( NEB )公司中标，2001),珠江的水，波涛滚滚,弯矩结构, 用弱支撑连接两片“波涛”增加整体性，满足“小震不坏，大震不倒”。 拉索由 通过上述四点改进,用钢量可由200/降低到约80/。, 桁架高度：h=（1/71/8）变高度：h=3m7m, H型钢弦杆,通过对MT径向主桁架的精心设计,即减小弦杆内力、提高 值：,最大受压杆,某预应力钢桁架： （Prestressed steel truss）,正确估计结构截面高度,梁的重力： （kN/m),重力密度（kN/m3),F= ma=kg m/s2=N（牛顿）,钢结构精心设计的四大步骤1 结构方案（概念

7、设计） OK 2 结构截面高度 NG 3 构件布局（短程传力、形态学与拓朴原理） 4 结点（node）小型化,轻屋面边（端）支承屋盖钢结构的跨度L（或直径D）和结构截面高度 h的适用范围,注： 对于悬臂实腹梁：L=1015m，h=L/10；悬臂桁架（网架）：L50m，h=L/6L/8； 对于重屋面或重荷载，h的取值可增大，适用跨度L（或直径D）可减少； 单层圆柱面网壳Lmax=30m；双层圆柱面网壳Lmax=100m，高度h=L/20L/50； 一维门式刚架Lmax=40m； 预应力钢桁架： h=（1/181/15）L。,由于，索穹顶是通过施加预应力获取刚度（刚化），它的科技含量最高，如美国亚特兰大乔治亚索膜穹顶（Georgia Dome）等。因此，索结构最能实现结构哲理：少费多用（more with less）用最少的结构提供最大的结构承截力（Doing the Most with the Least ）。,4 钢结构建筑的魅力轻盈,世界高层全钢结构前三名在美国 科学发展观,西尔斯塔楼（束筒） 世界贸易中心（框筒） 帝国大厦（框架）1974 1973 1931H=443.179m，n

8、=110 416.966，110 381，102用钢161kg/m2 186.6 206,可见，随着高度的增加，结构方案也在变化，用钢量在减少。西尔斯塔（Sears Tower）比世界贸易中心高出26.213m，然而，用钢量却减小26.5 kg/m2。,全貌 三柱合一 被动控制技术 高强螺栓拼装 （H=416.966m，n=110） (未设转换层) (阻尼器) (三层楼高)世界贸易中心（World Trade Center）,箱形柱截面厚度： 7.5mm12.5mm,框筒（frame-tube）密柱（柱距4m）+深梁（跨高比5）,44条箱形柱,H型钢柱,箱形柱,世界贸易中心(World Trade Center ，1973 ，外框筒、内框架 ),实景,西尔斯塔楼(Sears Tower，1974 ，9个束筒),实景,剪力滞后效应,剪力滞后效应,美国自由塔 H=541m （不含天线高）,为纪念911事件,纽约当局在2003年在全世界范围内征集世贸中心重建方案,由David Childs和Daniel Libeskind提出的”自由塔”方案成为最终的优胜者。由此，世贸中心遗址上建立起的第一座建筑；将以541m的高度再次创造城市天际线，并试图成为纽约和美国的新标志。美国也因此希望能以此延续美国在建造摩天楼方面先进且富有创造力的传统，并将最高等级设计、安全性、质量和科技结合在这座未来世界最高的塔楼之中。,石油塔（RC Petronas Tower) 马来西亚吉隆坡,核心筒厚：30in=762mm 14in=356mm14in=358mm(不变）80MPa 40MPa结构平面,

《高等钢结构概述2015年》由会员n****分享，可在线阅读，更多相关《高等钢结构概述2015年》请在金锄头文库上搜索。