1_第1章节绪论
54页1、第1章 绪 论,1.1 钢结构的特点和应用 1.2 钢结构的类型和组成 1.3 钢结构的设计原理与方法 1.4 钢结构的设计指标 1.5 钢结构建筑的现状和发展,1.1 钢结构的特点和应用,1.1.1 钢结构的特点 钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构和木结构相比有以下特点: (1)钢材的材质均匀,质量稳定,可靠性好;实际受力情况与力学计算结果比较符合。 (2)钢材的强度高、塑性和韧性好,抗冲击和抗振动能力强;因而,钢结构自重轻,如普通钢屋架的重量仅为相同跨度和荷载的钢筋混凝土屋架重量的1/41/3。 (3)工业化程度高,便于运输、安装和拆迁,因而,具有加工精度高,制造周期短,生产效率高和建造速度快的特点。 (4)密封性强,耐热性较好,可用于建造压力容器和大直径输送管道。 (5)耐腐蚀性和耐火性差。,1.1 钢结构的特点和应用,(6)钢材在低温和其他特殊条件下,可能发生脆性断裂。 1.1.2 钢结构的应用范围 目前,钢结构常用于大跨、超高、过重、振动、密闭、高耸、空间和轻型的工程结构中,其应用范围大致如下。 (1)重型厂房结构。 (2)大跨度结构。 (3)高层和超高层建筑。 (4)高耸构筑
2、物。 (5)容器、贮罐、管道。 (6)可拆装和搬迁的结构,如流动式展览馆、装配式活动房屋等多用螺栓和扣件连接的轻钢结构。,1.1 钢结构的特点和应用,(7)其他构筑物,如高炉、热风炉、锅炉骨架,大跨度铁路和公路桥梁、水工闸门、起重桅杆、运输通廊、管道支架和海洋采油平台等,一般多采用钢结构。,1.2 钢结构的类型和组成,1.2.1 常用钢结构的类型与组成 常用钢结构的类型与组成如下述: (1)梁式结构。 (2)桁架式结构。 (3)框架式结构。 (4)拱式结构。 (5)索式结构。 1.2.2 钢结构的构件与连接 钢结构的基本构件有:受弯构件,轴向受力构件,拉弯和压弯构件等。,1.3 钢结构的设计原理与方法,1.3.1 结构的功能要求 (1)安全性。 (2)适用性。 (3)耐久性。 1.3.2 结构功能的极限状态 显然,结构能够满足某种功能要求,并能良好地工作时,称为结构“可靠”或“有效”;反之,则称为“不可靠”或“失效”。 (1)承载能力极限状态。 (2)正常使用极限状态。 1.3.3 结构的功能函数 如图11a所示,结构的工作状态可用结构抗力R和作用效应S的关系式来描述。,1.3 钢结构
3、的设计原理与方法,1.3.4 结构极限状态方程 结构处于极限状态时的功能函数表达式,Z=f(R,S)=0称为结构极限状态方程。 1.3.5 建筑结构的可靠度 1.结构设计问题的不确定性 结构功能函数表达式中,S和R均为随机变量,即具有不确定性;显然,Z=R-S也是随机变量。,图1-1 建筑结构设计原理 a)结构工作状态判别图 b)结构可靠概率与可靠指标的关系,1.3 钢结构的设计原理与方法,2.结构的可靠度 显然,结构的可靠性只能用概率来度量。,1.3 钢结构的设计原理与方法,1.3 钢结构的设计原理与方法,表1-1 结构构件承载能力极限状态设计时的值,表1-2 建筑结构安全等级,1.3.6 实用设计表达式 钢结构有两种设计方法:容许应力设计法和概率极限状态设计法。 1.容许应力设计法 容许应力设计法是一种传统的设计方法。,1.3 钢结构的设计原理与方法,2.概率极限状态设计法,1.3.7 钢结构设计的基本要求 钢结构设计要执行有关规范规定,应做到技术先进、经济合理、安全实用和确保质量,力求达到建筑与结构的完善统一。 (1)采用合理的结构体系。 (2)尽可能实现模数化、标准化和工厂化制
4、造。 (3)采用优质钢材。 (4)采用先进可靠的连接方法。 (5)采用计算机辅助设计。,1.4 钢结构的设计指标,1.4.1 钢结构上的作用 结构上的作用,是指引起结构外加变形、裂缝和内力的原因。 1.荷载标准值 荷载标准值是指在结构的使用期间,在正常情况下出现的最大值,它是荷载的基本代表值通常要求具有95%的保证率。 (1)永久荷载标准值。,表1-3 常用材料和构件自重,1.4 钢结构的设计指标,表1-3 常用材料和构件自重,(2)可变荷载标准值。 (3)可变荷载准永久值。,1.4 钢结构的设计指标,表1-4 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和永久值系数,1.4 钢结构的设计指标,表1-4 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和永久值系数,2.第6项书库活荷载中,当书架高度大于2m时,,1.4 钢结构的设计指标,书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5kN/m2确定。 3.第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车;消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆;当不符合本表的要求时,应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算等效均布荷载。 4.
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