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钢结构设计原理钢结构设计原理1、张耀春，钢结构设计原理，高等教育出版社，、张耀春，钢结构设计原理，高等教育出版社，20012、沈祖炎，钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，、沈祖炎，钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，20003、钟善桐，钢结构，中国建筑工业出版社，、钟善桐，钢结构，中国建筑工业出版社，1988主要参考书：主要参考书：材料力学材料力学、结构力学结构力学先修课程：先修课程：课程内容课程内容结构轴心构件 受弯构件 偏心构件材料发展构件厂房高层建筑桥梁结构 大跨度建筑塔桅结构焊接铆接螺栓焊接铆接螺栓计算计算设计原理设计原理桥梁第一章第一章绪论绪论第二章第二章钢结构的材料钢结构的材料第三章第三章连接连接第四章第四章受弯构件受弯构件第五章第五章轴心受力构件轴心受力构件第六章第六章拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件第七章第七章公路桥梁钢结构设计特点公路桥梁钢结构设计特点总复习总复习主要内容：主要内容：第第1 1章章 绪绪 论论1.1钢结构的发展简史钢结构的发展简史及钢结构的地位及钢结构的地位早早在在公公元元前前2000年年左左右右，美美索索不不达达米米亚亚平平原原（两两河河流域）就出现了早期的炼铁术流域）就出现了早期的炼铁术我国也较早（战国，公元前我国也较早（战国，公元前400年左右）年左右）最早出现时间最早出现时间钢钢(steel)是铁碳合金是铁碳合金1.2钢结构的特点及应用钢结构的特点及应用钢材强度高，结构重量轻钢材强度高，结构重量轻与混凝土相比，密度大，但强度高与混凝土相比，密度大，但强度高当当跨跨度度和和荷荷载载均均相相同同时时，钢钢屋屋架架的的重重量量仅仅为为钢钢筋筋混混凝凝土土屋架的屋架的1/31/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10为运输和吊装提供了方便为运输和吊装提供了方便钢结构的特点钢结构的特点钢构件常较柔细，稳定问题比较突出钢构件常较柔细，稳定问题比较突出材质均匀，且塑性韧性好材质均匀，且塑性韧性好晶格均匀，各向同性，良好延性晶格均匀，各向同性，良好延性符合工程力学理性弹塑性假定，计算简单、结果可靠符合工程力学理性弹塑性假定，计算简单、结果可靠重量轻和韧性好，抗震性能也好于其他结构重量轻和韧性好，抗震性能也好于其他结构良好的加工性能和焊接性能良好的加工性能和焊接性能便便于于厂厂家家批批量量生生产产，精精度度较较高高，成成品品现现场场安安装装，既既可可保证质量，又可缩短工期保证质量，又可缩短工期密封性好密封性好可用来制作压力容器、管道，甚至载人太空结构。

可用来制作压力容器、管道，甚至载人太空结构钢材的可重复使用性钢材的可重复使用性钢材耐热但不耐火钢材耐热但不耐火100左右，性能变化不大左右，性能变化不大250左右，会出现兰脆现象左右，会出现兰脆现象600时进入热塑性状态，将丧失承载能力时进入热塑性状态，将丧失承载能力有防火要求时：防火涂料、耐火材料、循环水套等有防火要求时：防火涂料、耐火材料、循环水套等耐腐蚀性差耐腐蚀性差一般厂房钢构件经过除锈、涂防腐油漆后，不会锈蚀一般厂房钢构件经过除锈、涂防腐油漆后，不会锈蚀特殊环境中，可采用耐候钢或不锈钢特殊环境中，可采用耐候钢或不锈钢钢结构的低温冷脆倾向钢结构的低温冷脆倾向厚钢板焊接节点，应力复杂，有低温脆性破坏倾向厚钢板焊接节点，应力复杂，有低温脆性破坏倾向可采用耐候钢可采用耐候钢钢结构的应用钢结构的应用大跨结构大跨结构跨跨度度越越大大，自自重重在在荷荷载载中中所所占占的的比比例例越越大大，减减轻轻自自重重是首要问题是首要问题钢材强度高、重量轻的优势正好适合于大跨结构钢材强度高、重量轻的优势正好适合于大跨结构结结构构形形式式有有空空间间桁桁架架、网网架架、网网壳壳、悬悬索索、张张弦弦梁梁、实腹或格构式拱架和框架等。

实腹或格构式拱架和框架等奥运钢结构工程特点结构类型多样，涵盖了多种现代钢结构体系建筑造型新颖，加大结构设计施工难度钢结构跨度大，安装技术含量高 预应力钢结构体系、膜结构等新体系应用，填补国内相关标准空白节能环保技术在钢结构围护体系中广泛应用，推广示范作用显著 武钢承担数量最大武钢承担数量最大(08(08办提供办提供),),舞钢供应的钢板强度级别和厚度最高舞钢供应的钢板强度级别和厚度最高尽管用立体桁架作为上弦有效地尽管用立体桁架作为上弦有效地提高了平面外的稳定性整体屋提高了平面外的稳定性整体屋盖还是单向受力为主盖还是单向受力为主国家体育馆南北长国家体育馆南北长 144.5144.5米，东米，东西宽西宽114 114 米，尝试了张弦立体桁米，尝试了张弦立体桁架的空间结构形式架的空间结构形式双向张弦双向张弦立体桁架立体桁架如何保证双向索同时张拉到位并如何保证双向索同时张拉到位并发挥作用发挥作用?v双向张弦立体桁架双向张弦立体桁架受动力荷载影响的结构受动力荷载影响的结构发挥钢材的良好韧性发挥钢材的良好韧性有较大锻锤或动力设备的厂房、对抗震要求高的结构有较大锻锤或动力设备的厂房、对抗震要求高的结构多层和高层建筑多层和高层建筑利利用用钢钢结结构构具具有有较较高高的的强强度度、塑塑性性耗耗能能能能力力、韧韧性性等等优点优点结结构构形形式式有有多多层层框框架架、框框架架支支撑撑结结构构、框框筒筒、悬悬挂挂、巨型框架等巨型框架等可拆卸的结构可拆卸的结构应用于建筑、铁路、公路、水应用于建筑、铁路、公路、水利、石油、商业、旅游和军事等领利、石油、商业、旅游和军事等领域的办公室、指挥部、宿舍、会议域的办公室、指挥部、宿舍、会议室、仓库、商店、楼顶加层及各种室、仓库、商店、楼顶加层及各种临时用房等。

临时用房等容器和其他构筑物容器和其他构筑物化工类钢板容器，如油罐、气罐、高炉、热风炉等化工类钢板容器，如油罐、气罐、高炉、热风炉等还有通廊栈桥、管道支架、锅炉支架、海洋平台等还有通廊栈桥、管道支架、锅炉支架、海洋平台等轻型钢结构轻型钢结构冷冷弯弯薄薄壁壁型型钢钢屋屋架架在在一一定定条条件件下下的的用用钢钢量量可可比比钢钢筋筋混混凝土屋架的用钢量还少凝土屋架的用钢量还少如如变变截截面面门门式式刚刚架架、冷冷弯弯薄薄壁壁型型钢钢结结构构、金金属属拱拱形形波波纹屋盖结构、钢管结构等纹屋盖结构、钢管结构等大跨度桥梁大跨度桥梁桁架桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥桁架桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥钢和混凝土的组合结构钢和混凝土的组合结构钢钢板板件件受受压压失失稳稳，不不能能充充分分发发挥挥它它的的高高强强，而而混混凝凝土土则则宜宜于于受受压压不不适适于于受受拉拉，将将钢钢材材和和混混凝凝土土并并用用，使使两两种种材材料都充分发挥它的长处料都充分发挥它的长处组组合合结结构构在在我我国国获获得得了了长长足足的的发发展展，应应用用于于高高层层建建筑筑(如如深深圳圳的的赛赛格格广广场场)、大大跨跨桥桥梁梁、工工业业厂厂房房和和地地铁铁站站台台柱柱等。

等主要构件形式有主要构件形式有组合梁、组合柱、组合楼板组合梁、组合柱、组合楼板等等1.3钢结构的设计方法钢结构的设计方法容许应力设计方法容许应力设计方法概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法容许应力设计方法容许应力设计方法由标准荷载按一阶弹性分析求得得结构构件中的最大应力；由标准荷载按一阶弹性分析求得得结构构件中的最大应力；规范规定的材料的容许应力；规范规定的材料的容许应力；大于大于1的安全系数，凭工程经验取值如中国的的安全系数，凭工程经验取值如中国的TJ17-3-74钢结构规范取钢结构规范取1.41.式中：式中：材料的标准强度对塑性材料取屈服点，对脆性材料取抗拉强度；材料的标准强度对塑性材料取屈服点，对脆性材料取抗拉强度；以结构构件的计算应力以结构构件的计算应力不大于规范所给定的材料容许应力不大于规范所给定的材料容许应力的原则来进行设计的方法的原则来进行设计的方法简单，相当可靠，已使用多年简单，相当可靠，已使用多年目前疲劳计算和钢桥、储液罐及压力容器等的设计均使用该方法目前疲劳计算和钢桥、储液罐及压力容器等的设计均使用该方法优点优点:仅以某点的应力考虑可靠性，忽略了塑性发展；不考虑荷载作用比例的仅以某点的应力考虑可靠性，忽略了塑性发展；不考虑荷载作用比例的变化和反号作用；无可靠度概念，可能带来不安全或浪费。

变化和反号作用；无可靠度概念，可能带来不安全或浪费缺点缺点:结构的可靠度结构的可靠度结构在规定时间内和规定条件下，完成预定功能的概率结构在规定时间内和规定条件下，完成预定功能的概率显显然然可可靠靠度度与与结结构构的的设设计计基基准准期期长长短短有有关关，设设计计基基准准期期长，可靠度要求就高，反之则低长，可靠度要求就高，反之则低一般建筑物的设计基准期为一般建筑物的设计基准期为50年概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法荷载规范的承载力极限状态表达式荷载规范的承载力极限状态表达式 可变荷载效应控制的组合：可变荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：对于排架、框架结构，可采用简化公式计算：对于排架、框架结构，可采用简化公式计算：可变荷载效应控制的组合：可变荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合，公式与上同永久荷载效应控制的组合，公式与上同注意：注意：f为为钢钢材材或或连连接接的的强强度度设设计计值值，对对钢钢材材为为屈屈服服点点fy除除以以抗力分项系数的商抗力分项系数的商如如Q235钢钢抗抗拉拉强强度度设设计计值值为为 fy/R=fy/1.087=235/1.087=215N/mm2；对对于于端端面面承承压压和和连连接接则则为为极极限限强强度度fu除除以以抗抗力分项系数力分项系数1.538。

如如Q345钢钢抗抗拉拉强强度度设设计计值值为为 fy/R=fy/1.111=345/1.111=310N/mm2；各种钢材和连接的强度设计值见附录各种钢材和连接的强度设计值见附录1荷载规范的正常使用极限状态表达式荷载规范的正常使用极限状态表达式 钢结构只考虑荷载效应的标准组合：钢结构只考虑荷载效应的标准组合：vT为永久和可变荷载标准值产生的挠度的容许值；vQ为可变荷载标准值产生的挠度的容许值一阶弹性分析二阶弹性分析框架结构的近似二阶弹性分析二阶弹塑性分析1.4 结构内力的分析方法1.5 钢结构的新发展结构用钢的新发展新型结构体系的新发展构件、节点的新发展设计方法的新发展哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）土木工程系哈尔滨工业大学（威海）土木工程系第第2章章钢结构的材料钢结构的材料钢结构设计原理钢结构设计原理第二章第二章第二章第二章 钢结构材料钢结构材料钢结构材料钢结构材料本章主要掌握钢材的本章主要掌握钢材的生产工艺、主要性能、生产工艺、主要性能、疲劳特性疲劳特性等等l 概述概述概述概述l 钢材的生产钢材的生产钢材的生产钢材的生产l 钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能l 各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响l 钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳l建筑用钢的种类、规格和选用建筑用钢的种类、规格和选用建筑用钢的种类、规格和选用建筑用钢的种类、规格和选用2.1概述概述l建筑用钢：碳素结构钢、低合金高强度钢建筑用钢：碳素结构钢、低合金高强度钢建筑用钢：碳素结构钢、低合金高强度钢建筑用钢：碳素结构钢、低合金高强度钢l钢材应具有较高的强度、塑性和韧性，及良好的钢材应具有较高的强度、塑性和韧性，及良好的钢材应具有较高的强度、塑性和韧性，及良好的钢材应具有较高的强度、塑性和韧性，及良好的加工性能加工性能加工性能加工性能l影响钢材性能的因素包括：影响钢材性能的因素包括：影响钢材性能的因素包括：影响钢材性能的因素包括：内在因素内在因素内在因素内在因素：化学成分、组织构造、冶炼和成型方法：化学成分、组织构造、冶炼和成型方法：化学成分、组织构造、冶炼和成型方法：化学成分、组织构造、冶炼和成型方法外在因素外在因素外在因素外在因素：荷载类型、结构形式、连接方法和。