1、 序序 言言 课程概况及基本要求课程概况及基本要求 第一章第一章 概概 论论 第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 第五章第五章 梁梁 第六章第六章 拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件 第七章第七章 钢桁架与门式刚架钢桁架与门式刚架 第八章第八章 平面钢闸门平面钢闸门 第九章第九章 钢结构的制作、防护与安装钢结构的制作、防护与安装 1、课程概况、课程概况2、基本要求、基本要求3、建议与希望、建议与希望 钢结构钢结构是土木工程专业的主要专业课之一，为必修考试科是土木工程专业的主要专业课之一，为必修考试科目。也是我国注册结
2、构师考试科目。钢结构是当前我国重目。也是我国注册结构师考试科目。钢结构是当前我国重点推广和发展的结构形式。点推广和发展的结构形式。 钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件构形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件三大部分。不同结构形式都是由基本构件联结而成，基本三大部分。不同结构形式都是由基本构件联结而成，基本构件的核心问题是稳定问题。构件的核心问题是稳定问题。 本课程的先行课程主要有：本课程的先行课程主要有：高等数学、建筑材料、材料力高等数学、建筑材料、材料力学、结构力学、
3、学、结构力学、结构稳定、结构稳定、钢筋混凝土、钢筋混凝土等。等。（1） 课程成绩由考试课程成绩由考试 + 平时成绩给出。平时成绩给出。（2） 不得迟到、旷课。为了不影响他人，迟到者不得迟到、旷课。为了不影响他人，迟到者须到课间休息时方可进入教室。旷课达须到课间休息时方可进入教室。旷课达1/3，取消，取消考试资格。缺课累计达考试资格。缺课累计达8节及以上，节及以上， 成绩由口试成绩由口试+笔试笔试 + 平时成绩给出，且口试及格后方可参加笔平时成绩给出，且口试及格后方可参加笔试。试。 （1） 学习时应重点搞清基本概念与性能，掌握设计原理，学习时应重点搞清基本概念与性能，掌握设计原理，熟悉构造要求。
4、熟悉构造要求。 （2）讲课主要讲述重点和难点，为了便于大家学习和复）讲课主要讲述重点和难点，为了便于大家学习和复习，建议作好笔记。习，建议作好笔记。 （3） 我们将尽可能采用的是较新版本的教材，该教材反我们将尽可能采用的是较新版本的教材，该教材反映了目前钢结构领域的最新成果和动向。映了目前钢结构领域的最新成果和动向。本章重点1 1、钢结构的特点和应用、钢结构的特点和应用2 2、钢结构的设计方法、钢结构的设计方法3 3、钢结构的发展、钢结构的发展 第一节第一节 钢结构的特点和应用钢结构的特点和应用第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法第三节第三节 钢结构的发展钢结构的发展 一、一、钢结构
5、的特点钢结构的特点 二、钢结构的形式二、钢结构的形式三、钢结构的应用范围三、钢结构的应用范围四、钢结构的组成四、钢结构的组成1. 可靠性高可靠性高2. 材料的强度高，钢结构自重轻材料的强度高，钢结构自重轻3. 钢材的塑性和韧性好钢材的塑性和韧性好4. 钢结构制造简便，施工工期短钢结构制造简便，施工工期短5. 钢结构密闭性好钢结构密闭性好6. 钢材的耐锈蚀性差钢材的耐锈蚀性差7. 钢结构耐热但不耐火钢结构耐热但不耐火8. 钢材在低温时脆性增大钢材在低温时脆性增大钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控制，质量钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定比较稳定; 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质
6、钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体；体；钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好；的基本假定符合较好；钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果。计算结果。所以说钢结构的可靠性高。所以说钢结构的可靠性高。 钢材与其它材料相比，它的强度与重力密度之比钢材与其它材料相比，它的强度与重力密度之比要高得多。在同样的受力条件下，钢结构用材料要高得多。在同样的受力条件下，钢结构用材料少，自重轻。以少，自重轻。以24m跨度厂房屋架为例，当承受跨度厂房屋架为例，当承受相同的荷载时，每榀钢屋架的重量为
7、相同的荷载时，每榀钢屋架的重量为2.12.7t，而预应力钢筋混凝土屋架的重量为而预应力钢筋混凝土屋架的重量为6.411.3t，后者为前者的后者为前者的34倍。若采用冷弯薄壁型钢屋架，倍。若采用冷弯薄壁型钢屋架，其自重接近钢筋混凝土屋架的其自重接近钢筋混凝土屋架的1/10 。钢结构自重轻，便于运输和安装，基础费用低。钢结构自重轻，便于运输和安装，基础费用低。钢材的塑性好，钢结构破坏前一般都会产生显著钢材的塑性好，钢结构破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力免重大事故发生。钢材的韧性好，钢
8、结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。能优越。 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。施工工期造完成后，运至施工现场拼装成结构。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。我国已建成的短，可尽快发挥投资的经济效益。我国已建成的某某240 x315m全钢结构厂房，建筑面积达全钢结构厂房，建筑面积达7.6万万m，其结构安装仅用了其结构安装仅用了98天。钢结构由于连接的特性，天。钢
9、结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。易于加固、改建和拆迁。钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压容器结构和管道。常压和高压容器结构和管道。在没有腐蚀性介质的一般环境中，钢结构经除锈后在没有腐蚀性介质的一般环境中，钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料后，锈蚀问题并不严重。但再涂上合格的防锈涂料后，锈蚀问题并不严重。但在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，钢结构容易锈蚀，在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，钢结构容易锈蚀，需定期维护，增加了维护费用。我国已研究生产出需定期维护，增加了维护费用。我国已研究生产出抗锈蚀性能良好的耐大气腐蚀钢，并用于工程
10、结构。抗锈蚀性能良好的耐大气腐蚀钢，并用于工程结构。当钢材受热温度在当钢材受热温度在200以内时，钢材的主以内时，钢材的主要性能变化很小，具有较好的耐热性能。当要性能变化很小，具有较好的耐热性能。当温度达温度达600以上时，钢材的承载力几乎完全以上时，钢材的承载力几乎完全丧失，所以说钢材不耐火。当温度在丧失，所以说钢材不耐火。当温度在250左左右时，钢材的塑性和韧性降低，破坏时常呈右时，钢材的塑性和韧性降低，破坏时常呈脆性断裂。脆性断裂。考虑一定的安全储备，当结构表面长期受辐考虑一定的安全储备，当结构表面长期受辐射热温度不小于射热温度不小于150时，需加以隔热防护。时，需加以隔热防护。当有防火
11、要求时，要采取防火措施。当有防火要求时，要采取防火措施。在负温度区在负温度区,钢材的塑性和韧性随着温度降钢材的塑性和韧性随着温度降低而变差。低而变差。 1.框架框架 单层单跨框架单层单跨框架 单层多跨框架单层多跨框架 多层单跨框架多层单跨框架 多层多跨框架多层多跨框架 2.桁架桁架 平面桁架平面桁架 空间桁架空间桁架 3. 拱架拱架 4. 索索 5. 壳体壳体 1. 大跨度钢结构大跨度钢结构2. 重型厂房结构重型厂房结构3. 高层结构高层结构4. 高耸结构高耸结构5. 轻型钢结构轻型钢结构6. 容器和其他构筑物容器和其他构筑物7. 综合应用综合应用 大跨度结构主要有大跨度结构主要有 ： 网架结
12、构网架结构 网壳结构网壳结构悬索结构悬索结构桥梁结构桥梁结构拱架结构拱架结构 网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、 影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等等 的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性性 好、外形美观的特点。好、外形美观的特点。 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任形状的三
13、边形、四边形、六边形、圆形或其他任何何形体。形体。 一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式： 1、焊接球节点、焊接球节点 2、螺栓球节点、螺栓球节点 3、钢板节点、钢板节点 同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。 一般为单层或双层，按其外形为单曲面或双曲面一般为单层或双层，按其外形为单曲面或双曲面而构成网状穹顶、网状筒壳以及双曲抛物面网壳而构成网状穹顶
14、、网状筒壳以及双曲抛物面网壳等多种形式。等多种形式。 网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。间大、用材省，设计施工较复杂。 国国家家体体育育场场 国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形万人。平面为椭圆形,长轴长轴340m短轴短轴292m。屋盖中间有一个。屋盖中间有一个146m76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面壁箱形截面 ，总用钢量达，总用钢量达16万万t 。 天天津津奥奥林林匹匹克克体体育育场场俯俯瞰瞰效
15、效果果图图 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠。屋面桁架落地，形似露珠 。 建筑底面面积为建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积，屋顶面积76,719m2，地上层数，地上层数6层，层，最高点高度最高点高度53.00m，可容纳观众数，可容纳观众数60,000。国家大剧院国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑公顷，总建筑面积近面积近15万平方米，总投资万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。
16、收审查会议。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南，南北短轴北短轴143.64m，总高度，总高度46.285。内设歌剧院（。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（席）、音乐厅（2017席）席）及戏剧院（及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计鲁建筑师，北京市
17、建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅结构形式。节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅17kg/m2）、外形美观、设计施工较复杂，适合）、外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨度屋顶。于大跨度屋顶。 桥梁钢结构的主要形式有：桥梁钢结构的主要形式有： （1）桁
18、架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连）桁架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小跨距）续小跨距） （2）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊成（图）成（图） （3）拱形桥梁，中、小跨度（图）拱形桥梁，中、小跨度（图） （4）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）“H”型型钢，大跨距、特大跨距（图）钢，大跨距、特大跨距（图）（5）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁1000米米跨距跨距 2.重型厂房结构重型厂房结构 厂房钢结厂房钢结构一般指重型、构一般指重型、大型车间的承大型车间的承重骨架。通常重骨架。通常由檩条、
19、天窗由檩条、天窗架、屋架、托架、屋架、托架、柱、吊车架、柱、吊车梁、制动梁梁、制动梁（桁架）、各（桁架）、各种支撑及墙架种支撑及墙架等构件组成。等构件组成。 3.高层结构高层结构（1）一般）一般50层以上建筑均用钢结构层以上建筑均用钢结构 （2）自重轻、抗震性能好，基础处理方便）自重轻、抗震性能好，基础处理方便 （3）柱用焊接方管（圆角）、）柱用焊接方管（圆角）、H型钢或组合柱型钢或组合柱 （4）梁用）梁用H型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用高型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加强板强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加强板 （5）楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼构
20、成组合）楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼构成组合板，板与梁连接用销钉板，板与梁连接用销钉 （6）外墙用玻璃或铝幕墙）外墙用玻璃或铝幕墙 （7）基础用桩基加箱基，箱基作停车场）基础用桩基加箱基，箱基作停车场 （8）防火要求非常严格）防火要求非常严格 80年代我国建造的年代我国建造的11栋高层钢结构基本栋高层钢结构基本上都是国外设计、施工承建。上都是国外设计、施工承建。 目前我国已建和在建的高度超过目前我国已建和在建的高度超过100m的的钢结构有钢结构有48栋。栋。上海环球金融中心上海环球金融中心 由日本森大厦株式会社的由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社全额子公司森海外株式会社及日本具有
21、代表性的银行、及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等保险公司、商社等36家企业，家企业，偕同政府系统机构日本海外偕同政府系统机构日本海外经济协力基金经济协力基金(OECF)联合投联合投资的上海环球金融中心，总资的上海环球金融中心，总投资逾投资逾750亿日元。位于陆家亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下平方米，地下3层，层，地上地上94层。建成后的高度达层。建成后的高度达460米米 。总用钢量。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。骨混凝土及钢柱。上海金茂大厦上海金茂大厦 金茂大厦是由中国上金
22、茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有海对外贸易中心股份有限公司独家投资限公司独家投资5.6亿美亿美元建设的一座元建设的一座88层的超层的超高层大厦，建筑高度高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积米，建筑面积28.9万平方米，于万平方米，于1998年年8月月28日竣工。日竣工。 总用钢量总用钢量14000t，钢筋混凝土核，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。事务所。 央央视视新新台台址址 央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面
23、积的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积万平方米，总建筑面积55万平方米万平方米, 230m。央视新台址建设工程总投资约央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，亿元人民币，2003年年10月开工建设，月开工建设，2008年正式运行年正式运行 。大连远洋大厦大连远洋大厦 大连远洋大厦由大连大连远洋大厦由大连远洋运输公司、中远房远洋运输公司、中远房地产开发公司与美国地产开发公司与美国ESPIRIT公司联合投资公司联合投资14.8亿人民币开发的集亿人民币开发的集五星级酒店和甲级写字五星级酒店和甲级写字楼为一体的智能大厦。楼为一体的智能大厦。 总建筑面积总建筑面积14.8万平方万平方米。其
24、中：米。其中：A座为五星级座为五星级酒店，地上酒店，地上51层，总高层，总高200.8m。钢筋混凝土核。钢筋混凝土核心筒，外框钢框架。设心筒，外框钢框架。设计、加工、安装全部国计、加工、安装全部国产化。产化。台北台北101 长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。直径直径5.5m，中，中670t的阻尼器的阻尼器 高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，以水平荷载作用为主，可应用在以高跨比较大，以水平荷载
25、作用为主，可应用在以下几个方面：下几个方面：（1）输电塔）输电塔 （2）通讯及微波塔）通讯及微波塔 （3）多功能广播电视发射塔）多功能广播电视发射塔 （4）桅杆）桅杆 （5）火炬塔、石油化工塔架等）火炬塔、石油化工塔架等 东方明珠广播电视塔座东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，落在上海浦东新区黄浦江畔，以其以其468米的高度成为亚洲米的高度成为亚洲第一高第一高 塔。她于塔。她于1991年年3月月开始建造，开始建造，1994年年11 月完月完工，总重量达工，总重量达12万吨，总投万吨，总投资资8.3亿元人民币。亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空
26、舱、为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。塔座和广场组成。 （3）多功能广播电视发射塔）多功能广播电视发射塔（东方明珠电视塔）（东方明珠电视塔）5.轻型钢结构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。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：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；由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、型钢、L型型钢、钢、T型钢等）组成的结构；型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、由焊接轻型型钢
27、（工字钢、槽钢、 H型钢、型钢、L型型钢、钢、T型钢等）组成的结构；型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由薄钢板焊成的构件组成的结构；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。由以上各种构件组成的结构。 轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年来得到迅速的发展，主要用于：来得到迅速的发展，主要用于： 单层或多层厂房、仓库单层或多层厂房、仓库 （图）（图）多层住宅、办公楼多层住宅、办公楼 （图）（图） 小
28、别墅 （图） 单层或多层厂房、仓库，有单跨或多跨，跨度一般不超单层或多层厂房、仓库，有单跨或多跨，跨度一般不超过过30m，省材、施工速度快、造价低、耗用资源少，吊车为，省材、施工速度快、造价低、耗用资源少，吊车为轻级工作制且起重量一般不超过轻级工作制且起重量一般不超过20t，单层的承重结构用钢量，单层的承重结构用钢量一般为一般为1030kg/m2,多层承重框架用钢量一般为多层承重框架用钢量一般为3060kg/m2。 多层住多层住宅、办公楼宅、办公楼柱距一般为柱距一般为69米，米，不超过不超过8层，基础受层，基础受力小，有利力小，有利于抗震；资于抗震；资源耗用少；源耗用少；工业化程度工业化程度高
29、；施工速高；施工速度快；可装度快；可装拆；造价略拆；造价略高。高。 轻钢小别墅一般轻钢小别墅一般23层。层。 造型多变、功能齐全、建造速造型多变、功能齐全、建造速度快、工业化程度高、造价略高。度快、工业化程度高、造价略高。 6.容器和其他构筑物容器和其他构筑物陕西铜川天然气公司陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司大连西太平洋石化有限公司1500立方米立方米CF-62钢球罐钢球罐餐餐 厅厅剧剧 院院体育馆体育馆“金字塔金字塔”结构结构温温 室室连连 接接 桥桥凉凉 亭亭钢木结构钢木结构购物中心购物中心音音 乐乐 厅厅跨越式结构跨越式结构 跨越地面上的
30、一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。跨越地面上的一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。高耸结构高耸结构 从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅杆结从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅杆结构。构。 一、一、结构设计的目的结构设计的目的 二、二、设计方法设计方法1安全性安全性 结构在正常施工和正常使用条件下，结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。性的能力。2适用性适用性 结构在正常使用条件下，满足预定结构在正常使用条件下，满足预
31、定使用要求的能力。使用要求的能力。 3耐久性耐久性 结构在正常维护条件下，随时间变结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。化而仍能满足预定功能要求的能力。结构的安全性、适用性、耐久性总称为结结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的构的可靠性可靠性。结构设计（计算）的目的是。结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到在满足各种预定功能的前提下，做到技术技术先进、安全适用、经济合理和确保质量。先进、安全适用、经济合理和确保质量。要实现这一目的，必须借助于合理的设计要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法。方法。 1影响结构可靠性的因素影响结构可靠性的因素 2概率
32、极限状态设计法概率极限状态设计法 3. 钢结构设计规范钢结构设计规范(GB50017)设计方法设计方法 4. 现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法方法对于一般的工程结构，影响结构可靠性的对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为荷载效应因素可以归并为荷载效应S（荷载作用引起（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和结构抗力的结构或构件的内力、变形等）和结构抗力R（结构或构件承受荷载效应的能力，如承（结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个基本变量。载力、刚度等）两个基本变量。Z = R- S（1- 1）Z结构完成预定功能状态的函数。结构
33、完成预定功能状态的函数。Z0 结构处于可靠状态；结构处于可靠状态； Z0 结构处于失效状态；结构处于失效状态；Z=0 结构处于临界状态，一旦超过这一状结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不再能满足设计要求。因此它也态，结构将不再能满足设计要求。因此它也称为极限状态。称为极限状态。 1)结构设计应考虑下列两种极限状态：结构设计应考虑下列两种极限状态： 承载能力极限状态承载能力极限状态结构或构件达到最大承载结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。 正常使用极限状态正常使用极限状态结构或构件达到使用功能结构或构件达到使用功能
34、上允许的某一限值的极限状态。上允许的某一限值的极限状态。2)结构可靠度结构可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率件下，完成预定功能的概率(Pf)。Pf = P (Z0，结构处于可靠状态，结构处于可靠状态 Z=R-S =0，结构处于极限状态，结构处于极限状态 0, 结构处于失效状态结构处于失效状态 除除疲劳疲劳计算外，钢结构设计规范采用以计算外，钢结构设计规范采用以概概率理论为基础的极限状态设计方法率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数用分项系数的的设计表达式进行计算。设计表达式进行计算。对于承载能力极限状态采用应力表达式对于承载能力极限
35、状态采用应力表达式正常使用极限状态正常使用极限状态 多系数分析单一系数表达的容许应力设计多系数分析单一系数表达的容许应力设计法法:一、我国钢结构发展的历史、现状和趋势一、我国钢结构发展的历史、现状和趋势 二、二、钢结构快速发展的条件钢结构快速发展的条件二、钢结构发展的几个方面二、钢结构发展的几个方面 钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制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），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、就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造
36、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。平。 中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，如如19271927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房，年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房，1928192819311931年建成的广州中心纪念堂圆屋顶，年建成的广州中心纪念堂圆屋
37、顶，1934193419371937年建成年建成的杭州钱塘江大桥等。的杭州钱塘江大桥等。 20世纪世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，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、上海体育馆大跨度网架结构的首都体育馆、上海体育馆 、深、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵圳体育馆，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、浙江马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育
38、馆，高耸结构中的体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、高上海广播电视塔、194m高南京跨江线路高南京跨江线路塔、塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达积达54000m3的湿式储气柜等。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、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：位于上海轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、浦东、420.5m高、高、
39、88层、总建筑面积达层、总建筑面积达28.7万万m2的的 金贸大厦金贸大厦 ； 总建筑面积达总建筑面积达20万万m2的上海浦东的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度、南北跨度274.7m、建筑高度、建筑高度70.6m、可容纳、可容纳8万名观众的上万名观众的上海体育场；海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电高、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、杨浦大桥等等。视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥等等。 1. 我国的钢产量从我国的钢产量从96年起年产已突破年起年产已突破1亿吨亿吨,01年年1.57 亿吨，今年预计可达亿吨，今
40、年预计可达 亿吨。高的钢产量为亿吨。高的钢产量为发展钢结构提供了主要的物质基础。发展钢结构提供了主要的物质基础。2. 一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应用，使我国的钢结构发展具备了必要的技术基础。用，使我国的钢结构发展具备了必要的技术基础。3. 中国建筑技术政策中国建筑技术政策（1996年年2010年）年）中具体地提出了发展钢结构的要求，这是几十年中具体地提出了发展钢结构的要求，这是几十年来第一次国家明确提出的政策支持。这些将会促来第一次国家明确提出的政策支持。这些将会促进钢结构应用的进一步发展，必将对钢结构提出进钢结构应用的进一步发展，必将对钢结
41、构提出更多更高的要求。更多更高的要求。4. 钢结构是环保型的、易于产业化和可再次利用钢结构是环保型的、易于产业化和可再次利用或者说可持续发展的结构，应积极合理地扩大在或者说可持续发展的结构，应积极合理地扩大在工程中的应用。工程中的应用。1. 设计方法和计算理论的改进设计方法和计算理论的改进2. 优质钢材的应用优质钢材的应用 3. 结构形式的革新结构形式的革新 4. 制造工业水平的提高制造工业水平的提高 1）水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限）水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限状态设计法。状态设计法。2）(GB50017) 向采用更为先进合理的全概向采用更为先进合理的全概率极限状态设计法的方向努
42、力。率极限状态设计法的方向努力。3）设计由构件或某一截面的可靠度，向以）设计由构件或某一截面的可靠度，向以整个结构体系可靠度分析为目标的结构设计整个结构体系可靠度分析为目标的结构设计发展。发展。4) 钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设计、优化设计以及在动力荷载作用下的性能计、优化设计以及在动力荷载作用下的性能等，都需要进一步深入研究。等，都需要进一步深入研究。 采用高强度钢材：可以用较少的材料做成功采用高强度钢材：可以用较少的材料做成功效较高的结构，对于跨度大、荷载大的结构效较高的结构，对于跨度大、荷载大的结构和移动式结构极为有利。国外已把屈服强度和移动式
43、结构极为有利。国外已把屈服强度为为700800N/mm或更高强度的低合金结构或更高强度的低合金结构钢列入设计规范。研究强度更高的钢材及其钢列入设计规范。研究强度更高的钢材及其合理使用将是重要的课题。合理使用将是重要的课题。 生产和推广应用经济断面钢材生产和推广应用经济断面钢材:如轧制如轧制H型型钢、钢、T型钢、冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型型钢、冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型钢板等。钢板等。研制和应用高功能结构钢：研制和应用高功能结构钢：（1）耐火钢：）耐火钢：我国已生产出了耐火耐候钢，并用于工程我国已生产出了耐火耐候钢，并用于工程建设。建设。（2）耐大气腐蚀钢（耐候钢）：）耐大气腐蚀钢（耐候钢）：研
44、研究生产新的高性能耐候钢和耐火耐候钢及究生产新的高性能耐候钢和耐火耐候钢及涂料仍然是今后研究的重点。涂料仍然是今后研究的重点。（3）低屈强）低屈强比耐震结构钢：比耐震结构钢：钢材的屈强比越低，材料钢材的屈强比越低，材料破断前产生稳定塑性变形的能力越高，吸破断前产生稳定塑性变形的能力越高，吸震性能越好。震性能越好。 新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型钢新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型钢结构、预应力结构、悬挂结构、钢结构、预应力结构、悬挂结构、钢混凝混凝土组合结构、钢土组合结构、钢混凝土混合结构索膜结混凝土混合结构索膜结构、索网结构和其它杂交结构。构、索网结构和其它杂交结构。 改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，提高机械化和自动化水平。应促进一些结提高机械化和自动化水平。应促进一些结构形成系列化、标准化、产品化，实现工构形成系列化、标准化、产品化，实现工厂化批量生产，作为产品投放市场，降低厂化批量生产，作为产品投放市场，降低造价。造价。
