《钢结构概述》PPT课件.ppt

钢钢 结结 构构Steel Structure本本 课课 件件 内内 容容绪论绪论钢结构的材料钢结构的材料钢结构的连接钢结构的连接轴心受力构件轴心受力构件受弯构件受弯构件拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件单层厂房结构单层厂房结构第第 一一 章章 绪论绪论第一节第一节 钢结构的特点钢结构的特点第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法第三节第三节 钢结构的应用和发展钢结构的应用和发展 1、优点、优点 材料力学性能好材料力学性能好 强度高强度高 如：如：C20,fc=10N/mm2 钢钢Q235 f=215N/mm2 塑性好塑性好 韧性好韧性好 材质均匀，可靠性高材质均匀，可靠性高 便于机加工，施工周期短便于机加工，施工周期短 重量轻重量轻 如：如：30M钢架钢架 4T5T 30MR.C屋架屋架 14T17T 密封性好密封性好 具有一定的耐热性具有一定的耐热性第一节第一节 钢结构的特点钢结构的特点钢结构的特点钢结构的特点2、缺点、缺点 耐火性差耐火性差 当钢表面的温度达当钢表面的温度达300oC400oC以后，其强度，弹性模量显以后，其强度，弹性模量显著下降，著下降，600oC时几乎为时几乎为0。耐锈蚀性差耐锈蚀性差 需定期维护，增加了维护费用。需定期维护，增加了维护费用。在低温下易发生脆性断裂在低温下易发生脆性断裂第二节钢结构的设计方法第二节钢结构的设计方法结构需有足够有强度、刚度和稳定性，结构需有足够有强度、刚度和稳定性，安全可靠安全可靠要符合建筑物的使用要求，有良好的耐要符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性久性尽可能节约钢材尽可能节约钢材尽可能缩短制造、安装周期尽可能缩短制造、安装周期结构要便于运输、便于维护结构要便于运输、便于维护在可能情况下，尽可能美观在可能情况下，尽可能美观一、钢结构设计变迁一、钢结构设计变迁1957年以前：采用总安全系数的容许应力计算法19571974：采用三个系数的极限状态计算法19741989：采用以结构极状态为依据，进行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力计算法1989 ：采用以概率论为基础的极限状态设计法第二节钢结构的设计方法第二节钢结构的设计方法1、总安全系数容许应力法、总安全系数容许应力法缺点：缺点：安全系数凭工程经验确定的一定值，这样，安全系数凭工程经验确定的一定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。2、三系数极限状态设计法、三系数极限状态设计法特点特点：明确提出了两种极限状态，采用三个系数来考虑结构构件的安全储备问题，避免单一安全系数的缺陷缺点：缺点：材质均匀系数概念重复。材质均匀系数概念重复。强度标准不是明确概率取值，而是取钢的废品强度标准不是明确概率取值，而是取钢的废品 限值，不符合概率方法限值，不符合概率方法3、以结构极限状态为依据，多系数分析、以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一安全系数的容许应力计算法后用单一安全系数的容许应力计算法缺点：缺点：各种载荷并不相同，各种构件承受荷载的各种载荷并不相同，各种构件承受荷载的情情 况也不一定相同，构件的几何尺寸变异并不完况也不一定相同，构件的几何尺寸变异并不完全一致，采用统一的安全系数显然不可能获得相全一致，采用统一的安全系数显然不可能获得相同的安全度。同的安全度。4、以概率为基础的极限状态设计法、以概率为基础的极限状态设计法把各种参数（载荷效应、结构抗力等）作随机把各种参数（载荷效应、结构抗力等）作随机变量，运用概率分析法并考虑变异性来确定设变量，运用概率分析法并考虑变异性来确定设计采用值。计采用值。把概率分析引入结构设计方法，显然比容许应把概率分析引入结构设计方法，显然比容许应力法先进，标志我国在设计理论上前进了一大力法先进，标志我国在设计理论上前进了一大步，迈入了国际先进水平。步，迈入了国际先进水平。二、结构概率极限状态设计法二、结构概率极限状态设计法*1、基本概念、基本概念结构可靠度：结构可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。失效概率失效概率：结构不能完成预定功能的概率。结构的功能要求结构的功能要求安全性适用性耐久性2、结构作用、结构作用 作用效应作用效应 结构构件抗力结构构件抗力结构作用：结构作用：施加在结构上的各种荷载及引起外加变形或约束变形的原因（如荷载、基础下沉、温度变化、焊接等）作用：作用：永久作用可变作用偶然作用作用效应（作用效应（S）:结构作用引起结构或构件的内力（轴、弯、剪）和变形（挠度、转角）。结构抗力（结构抗力（R）：）：结构或构件承受作用效应的能力。3、结构的极限状态和极限状态方程、结构的极限状态和极限状态方程（1）结构的极限状态：）结构的极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为结构的极限状态。两种极限状态两种极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态（2）极限状态方程）极限状态方程用RS R=S R0 结构处于可靠状态z=0 结构处于极限状态Z0 结构处于失效状态Z=R-S称为极限状态方程这样，结构可靠概率为 Ps=p(R-S)0结构失效概率为 Ps=p(R-S)0Z0Z=0Rs（3）可靠指标）可靠指标 结构功能函数 Z=R-S 由于R和S均为正态分布的随机变量，其均值和标 准差分别为失效概率Z=R-SPff(z)f(z)概率概率密度函数密度函数由于计算复杂，且必须知道R、S的分布密度函数，故用可靠性指标 来度量结构可靠性可见可见:b b大则大则P Pf f小；小；b b与与P Pf f有一一对应关系有一一对应关系b b称结构可靠性指标称结构可靠性指标RS2ZRZZZbsbss=-=+设则=S2s（4）概率极限状态设计表达式）概率极限状态设计表达式将 改写为 结构抗力结构抗力 结构作用效应结构作用效应若规定了若规定了，并有，并有R、S、R、S，就可利用上式进行，就可利用上式进行设计或验算。设计或验算。三、钢结构设计的基本规定三、钢结构设计的基本规定1、承载能力极限状态、承载能力极限状态对一般排件及框架结构，可采用简化计算式=0.9，其它情况取，其它情况取=1。2、正常使用极限状态（如变形验算，按荷载、正常使用极限状态（如变形验算，按荷载 短期效应组合）短期效应组合）第三节钢结构的应用和发展第三节钢结构的应用和发展工业厂房工业厂房大跨度结构大跨度结构多层、高层结构多层、高层结构高耸结构高耸结构板壳结构板壳结构特种结构特种结构各种轻钢结构房屋各种轻钢结构房屋组合结构组合结构可拆卸或移动的结构可拆卸或移动的结构承受振动荷载和地震作用的结构承受振动荷载和地震作用的结构厂厂 房房 结结 构构厂厂 房房 结结 构构大跨度结构大跨度结构大跨度结构大跨度结构“像生命体一样会呼吸的环保建筑”，外部覆盖一层利用太阳能发电的超轻“膜结构 大跨度结构大跨度结构多层房屋多层房屋多层房屋多层房屋 高高层层结结构构 高高层层结结构构高高 层层 结结 构构塔塔桅桅结结构构壳壳体体结结构构壳壳 体体 结结 构构桥桥 梁梁 结结 构构桥桥 梁梁 结结 构构桥桥 梁梁 结结 构构其其 它它 钢钢 结结 构构其其 它它 钢钢 结结 构构一.世界贸易中心简介（1）1.世界贸易中心的建筑形式1 1.撞机撞机1 12 2.撞机撞机2 21 1.倒塌瞬间倒塌瞬间1 1二、世界贸易中心倒塌过程（7）钢结构的发展钢结构的发展高强度钢材的应用高强度钢材的应用构件和结构极限状态的深入了解构件和结构极限状态的深入了解结构的革新结构的革新最优化原则的应用最优化原则的应用