钢结构应用与原理.ppt

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1、钢 结 构基本原理及施工,河北工业大学,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。,3,第 1章 绪 论,第一节 我国钢结构的概况,1、古代钢结构,铁链桥兰津桥（西南地区）建于公元5875年，比欧洲早70余年云南沅江大桥贵州盘江大桥四川泸定大渡河桥,铁 塔（古代七大铁塔）,湖北荆州玉泉寺13层铁塔（宋代公元1061年）山东济宁铁塔寺铁塔（建于公元1105年，

2、铁塔包括座、塔刹共11层，高23.8米，呈八角型）江苏镇江甘露寺铁塔聊城铁塔：山东省聊城兴隆寺内，建筑年代在宋金之间，塔也是八角13层 泰山铁塔：在山东泰安市。建于明嘉靖十二年（1533年），塔身分层铸造，呈六角13层。现仅存下部3层。千佛铁塔：坐落在陕西咸阳市社镇。塔呈方形10层，此塔是我国古代最高的铁塔，建于明代。孤山铁塔：在陕西省府谷县。塔形锥笔形，分12层。是明代所建，现仅存遗迹了。,山东济宁铁塔寺铁塔,5,2、现代钢结构,什么是钢结构？一些典型的钢结构建筑,钢结构是钢材（钢板和型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按

3、一定的方式通过焊接和螺栓等方式连接组成的工程结构形式。,五大结构形式：,钢筋混凝土结构 砌体结构 木结构 钢结构 组合结构,“银色弯弓”架浦江全钢结构卢浦大桥,1、什么是钢结构,南浦大桥夜景,大跨度钢结构屋盖,钢结构高层建筑,德国斯图加特体育场 膜结构工程,合肥市工业大学新校区露天剧场,哈尔滨国际体育会展中心,钢结构的主要形式及应用,（1）桁架,平面桁架 空间桁架(网架),（2）框架,（3）拱架,（4）索,（5）壳体,第二节 钢结构的特点和应用范围,1、特点,强度高，重量轻 塑性、韧性好 材质均匀，工作可靠性高 适于于机械化加工，工业化生产程度高 减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏 环保

4、、可回收再利用，建筑造型美观 密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器 耐热性能好，耐火性能差。耐腐蚀性差,钢和混凝土容重比：3.4 强度比：210136所以重量轻 好处:(1)便于运输和安装(2)可跨越更大的跨度,2、应用范围,重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构,大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库,多层、高层和超高层建筑,轻型钢结构,轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩

5、形管组成的结构；由薄钢板焊成的构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。,塔桅结构电视塔、天线、发射架、海洋平台,可拆卸和搬迁的结构 流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等,板壳结构储油库、煤气库、高炉等各种容器,大跨度桥梁,特种结构,海洋平台、水工闸门、锅炉骨架、起重机、栈桥、管道支架井架,第三节 钢结构的发展,钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥、铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了

6、大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆、上海体育馆、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。,近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的 金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度

7、288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥等。,钢结构的发展方向,一、研制高强度、特种钢材高强度Q420耐候钢，耐候性是普通钢材的28倍耐火钢，600度时屈服点不低于2/3Z向钢,抗层状撕裂能力强,二、推广应用新型钢材成品,（1）H型钢、T型钢（2）彩（色）涂（层）钢板、热镀锌或镀铝锌钢板（3）冷弯（薄壁）型钢,三、改进设计方法 建筑科学研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究总院PS2000等四、新型结构体系的应用和发展 1、大跨空间结构网架和网壳结构，张弦桁架、悬

8、挂结构 2、轻钢结构变截面轻钢门式刚架、金属拱型波纹屋盖、轻钢结构 住宅 3、直接焊接钢管结构 4、钢结构的高层建筑 5、钢-混凝土组合结构和混合结构 6、索膜结构 7、预应力钢结构,建筑业十项新技术,八、钢结构技术 1.主要技术内容(1)高层钢结构技术。根据建筑高度和设计要求分别采用框架、框架支撑、筒体和巨型框架结构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻延性好，可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚度大，防火性能好，适用于中高层建筑或底部结构；钢管混凝土施工简便，仅用于柱结构。(2)空间钢结构技术。空间钢结构自重轻、刚度大、造型美观，施工速度快。以

9、钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构型式。具有空间刚度大，用钢量低的优点，在设计、施工方面均达到国际先进水平，有专门的设计、施工和检验规程，并可提供完备的CAD软件。除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索膜结构等。(3)轻钢结构技术。伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构型式，由厚5 mm以上钢板焊接或轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，圆钢制成柔性支撑系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距可从6 m至9 m，跨度可达30 m或更大，高度可达十几米，并可设轻型吊车。用钢量2030 kg/m2。现已有标准化的设计程序和专业化生产

10、企业，产品质量好，安装速度快，重量轻，投资少，施工不受季节限制，适用于各种轻型工业厂房。,建筑业十项新技术,(4)钢混凝土组合结构技术。以型钢或钢管与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢混组合结构，近年来应用范围日益扩大。组合结构兼有钢与混凝土两者的优点，整体强度大、刚性好、抗震性能良好，当采用外包混凝土构造时，更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。组合结构构件一般可降低用钢量1520。组合楼盖及钢管混凝土构件，还具有少支模或不支模、施工方便快速的优点，推广潜力较大，适用于承受较大荷载的多层或高层建筑的框架梁、柱及楼盖，工业建筑柱和楼盖等。(5)高强度螺栓连接与焊接技术。高强螺栓通过摩擦力来传递应力，由

11、螺栓、螺母和垫圈三部分组成。高强螺栓连接具有施工简便、拆除灵活、承载力高、抗疲劳性能和自锁性好、安全性高等优点，工程中已取代了铆接和部分焊接，成为钢结构制作及安装中的主要连接手段。在车间内制作的钢构件，厚板应采用自动多丝埋弧焊，箱形柱隔板应采用熔嘴电渣焊等技术。现场安装施工中，应采用半自动焊技术和气体保护焊药芯焊丝及自保护药芯焊丝技术。(6)钢结构防护技术。钢结构防护包括防火、防腐、防锈，一般在防火涂料处理后无需再做防锈处理，但在有腐蚀气体的建筑中尚需做防腐处理。国内防火涂料种类较多，如TN系列、MC10等，其中MC10防火涂料具有防火、防腐功能。防腐防锈涂料有醇酸磁漆、氯化橡胶漆、氟橡胶涂料

12、及氯磺化涂料等。在施工中应根据钢结构型式、耐火等级要求及环境要求选用合适的涂料及涂层厚度。,建筑业十项新技术,2.目标与措施钢结构工程涉及面广，技术难度大，在推广应用中必须遵循国家及行业标准规范。各地建设行政主管部门应重视钢结构工程专业化队伍的建设，组织好质检队伍培训工作，并及时总结工程实践和新技术应用。大专院校、设计部门和施工企业应加速钢结构工程技术人员培养，推广技术成熟的钢结构CAD软件。群众学术团体应配合钢结构技术的发展，广泛开展国内外学术交流和培训活动，积极把钢结构的设计、制作与施工安装技术的总体水平，以期在近期内能有较大的提高。3.技术咨询服务单位冶金部建筑研究总院中国建筑科学研究院,我国钢结构的应用前景,（1）我国每年钢产量1亿多吨，质量可靠；（2）扩大钢材建筑市场：目前仅5%(500万吨左右)；（3）扩大应用范围：住宅、公共、商业；,（4）开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强钢；（5）新体系、新理论：组合结构，预应力，索膜；（6）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑。,