1、钢结构设计原理钢结构设计原理教材：教材：1、戴国欣、戴国欣. 钢结构钢结构(第第4版版)，武汉理工大学出版社，武汉理工大学出版社，2014.22、刘声扬，王汝恒、刘声扬，王汝恒. 钢结构钢结构原理与设计原理与设计(第第2版版) ，武汉理工，武汉理工大学出版社，大学出版社，2011.12申明：申明： 在本课件的编写过程中，引用了一些来自互联网的公开免在本课件的编写过程中，引用了一些来自互联网的公开免费资料，在此，对资料的原作者表示深深的谢意！费资料，在此，对资料的原作者表示深深的谢意！礼礼 物物上联：上联：普通话普通话 地方音地方音 天南海北汇一家天南海北汇一家 天意天意下联：下联：同学情同学情
2、 师生谊师生谊 天长地久是友谊天长地久是友谊 缘分缘分横批：横批：天意不可违天意不可违 缘分当珍惜缘分当珍惜上联：上联：建房人建房人 筑路人筑路人 壮志雄心壮志雄心 建起广建起广厦万间厦万间 筑得路通四海筑得路通四海下联：下联：混凝土混凝土 钢结构钢结构 钢筋铁骨钢筋铁骨 构筑万构筑万丈高楼丈高楼 架起满天彩虹架起满天彩虹横批：横批：土木工程土木工程 天下第一天下第一礼礼 物物第一章第一章 绪论绪论本章主要内容：本章主要内容：1.1我国钢产量我国钢产量 的变化的变化1.2中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策1.3 钢结构的特点钢结构的特点 1.4 钢结构的应用钢结构的应用1
3、.5 钢结构的发展钢结构的发展 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.7 钢结构的主要结构形式钢结构的主要结构形式1.8 钢结构的建造过程钢结构的建造过程1.9 钢结构的研究方向钢结构的研究方向u钢结构：钢结构：由钢板、热轧型钢或冷加工由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢以及钢索为主要材料建造的成型的薄壁型钢以及钢索为主要材料建造的工程结构，如房屋、桥梁等，称为工程结构，如房屋、桥梁等，称为钢结构钢结构。钢结构是土木工程的主要结构形式之一。钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。1.1 我国钢产量的变化我国钢产量的变化钢铁总产量：钢铁总产量：u1949年：年：1
4、5.8万吨万吨抗美援朝战争，大部分钢抗美援朝战争，大部分钢铁主要应用国防领域铁主要应用国防领域u1950年：年：56万吨万吨u1951年：年：96万吨万吨u1952年：年：135万吨万吨u1953年：年：195万吨万吨u1954年：年：260万吨万吨u1955年：年：350万吨万吨u1956年：年：435万吨万吨u1957年：年：535万吨万吨u1958年：年：900万吨万吨u1959年：年：1400万吨万吨第第2个个5年计划年计划正确看待大跃进这段历史正确看待大跃进这段历史1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化u1960年：年：1866万吨万吨u1961年：年：950万吨万吨u1962年
5、：年：667万吨万吨u1963年：年：850万吨万吨u1964年：年：1000万吨万吨3年自然灾害，我国钢铁产量急剧下降年自然灾害，我国钢铁产量急剧下降1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化u 1965年：年：1070万吨万吨u 1966年：年：1600万吨万吨u 1967年：年：1050万吨万吨u 1968年：年：950万吨万吨u 1969年：年：1400万吨万吨u 1970年：年：1706万吨万吨u 1971年：年：2150万吨万吨u 1972年：年：2350万吨万吨u 1973年：年：2550万吨万吨u 1974年：年：2150万吨万吨u 1975年：年：2390万吨万吨u 1976
6、年：年：2100万吨万吨10年文化大革命，钢铁总产量长期低位年文化大革命，钢铁总产量长期低位徘徊，严重不能满足国民经济建设需要；徘徊，严重不能满足国民经济建设需要；1974年，第一部年，第一部钢结构设计规范钢结构设计规范（TJ17-74）颁布。）颁布。1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化u1977年：年：2450万吨万吨u1978年：年：3178万吨万吨u1979年：年：3500万吨万吨u1980年：年：3712万吨万吨u1981年：年：3560万吨万吨u1982年：年：3716万吨万吨u1983年：年：4002万吨万吨u1984年：年：4348万吨万吨u1985年：年：4679万吨万吨
7、1978年，党的十一届三中全会，我国年，党的十一届三中全会，我国改革开放开始后，钢铁产量稳步增长改革开放开始后，钢铁产量稳步增长在在20世纪世纪80年代以前，钢铁主要用于年代以前，钢铁主要用于国防、机械业，属国家战略物资国防、机械业，属国家战略物资1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化u1986年：年：5221万吨万吨u1987年：年：5628万吨万吨u1988年：年：5943万吨万吨u1989年：年：6159万吨万吨u1990年：年：6535万吨万吨u1991年：年：7100万吨万吨u1992年：年：8093万吨万吨u1993年：年：8954万吨万吨u1994年：年：9261万吨万吨u1
8、995年：年：9536万吨万吨1986年我国总钢产量突破年我国总钢产量突破5000万万吨后，钢铁产量稳步增长。吨后，钢铁产量稳步增长。1988年，第二部年，第二部钢结构设计规范钢结构设计规范（GBJ17-88）颁布。）颁布。1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化u1996年：年：10124万吨万吨u1997年：年：10891万吨万吨u1998年：年：11459万吨万吨u1999年：年：12395万吨万吨u2000年：年：12849万吨万吨u2001年：年：15163万吨万吨u2002年：年：18225万吨万吨1996年我国总钢产量突破年我国总钢产量突破1亿吨；亿吨；原建设部：推广使用钢结构
9、。原建设部：推广使用钢结构。u2003年：年：20000万吨万吨u2004年：年：27000万吨万吨u2005年：年：34936万吨万吨u2006年：年：41880万吨万吨u2007年：年：48900万吨万吨u2008年：年：50200万吨万吨u2009年：年：56500万吨万吨u2010年：年：62500万吨万吨u2011年：年：68300万吨万吨1.1 我国钢产量我国钢产量 的变化的变化2003年我国总钢产量突破年我国总钢产量突破2亿吨；亿吨；钢结构时代已经到来。钢结构时代已经到来。我国已经成为世界第一钢我国已经成为世界第一钢铁产量和钢铁应用大国！铁产量和钢铁应用大国！2011年：全球年：
10、全球64个国家（或地区）个国家（或地区）粗钢粗钢产量产量15.27亿吨，亿吨，中国中国为为6.955亿吨亿吨（粗钢）（粗钢），占，占45.55%，约为，约为1/2。中国中国1949-2011年钢产量变化年钢产量变化1996年我国总钢产量突破年我国总钢产量突破1亿吨；亿吨；连续连续16年钢产量世界第一；年钢产量世界第一；历史上仅美国、俄罗斯、日本钢产量超过历史上仅美国、俄罗斯、日本钢产量超过1亿吨。亿吨。2000年后，钢产量每年以年后，钢产量每年以15%-20%的水平递增的水平递增住房和城乡建设部建筑用钢发展规划住房和城乡建设部建筑用钢发展规划“十五十五”期间建筑钢结构用钢达到总钢产量期间建筑钢
11、结构用钢达到总钢产量32015年建筑钢结构用钢达到总钢产量年建筑钢结构用钢达到总钢产量6节约用钢节约用钢 开始转向开始转向 鼓励用钢鼓励用钢（1）19561985年：尽量采用节约钢材的设计方案年：尽量采用节约钢材的设计方案u1956年建筑工程部设计总局颁发年建筑工程部设计总局颁发1956年设计技术组织措施年设计技术组织措施计划纲要计划纲要，强调最大限度采用标准设计，尽量采用节约钢，强调最大限度采用标准设计，尽量采用节约钢材的设计方案。材的设计方案。u1985年年国家建筑技术政策纲要国家建筑技术政策纲要指出：对大跨度屋盖、超指出：对大跨度屋盖、超高层建筑及部分工业厂房和商业建筑，可以采用钢结构和
12、钢高层建筑及部分工业厂房和商业建筑，可以采用钢结构和钢与钢筋混凝土组合结构。大跨度公共建筑要推广应用网架、与钢筋混凝土组合结构。大跨度公共建筑要推广应用网架、薄壳等空间结构体系。薄壳等空间结构体系。u20世纪世纪50年代后期至年代后期至70年代末，我国工程界在年代末，我国工程界在钢筋混凝土结钢筋混凝土结构构的研究和应用方面取得了丰富的理论和实践经验，为国家的研究和应用方面取得了丰富的理论和实践经验，为国家节约了大量钢材和资金。节约了大量钢材和资金。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（2）20世纪世纪80年代：合理使用钢材年代：合理使用钢材u1987年国家发展计划委
13、员会颁发年国家发展计划委员会颁发在建筑结构设计中合理使在建筑结构设计中合理使用钢材的若干规定用钢材的若干规定，规定规定指出：各种结构（如砖、钢指出：各种结构（如砖、钢筋混凝土以及钢结构）各有其独特的结构性能和符合国家经筋混凝土以及钢结构）各有其独特的结构性能和符合国家经济条件的合理适用范围。济条件的合理适用范围。u一般来说，钢结构性能好，适用范围广，但用钢量大，造价一般来说，钢结构性能好，适用范围广，但用钢量大，造价也高，要合理使用。钢筋混凝土和预应力混凝土结构性能好，也高，要合理使用。钢筋混凝土和预应力混凝土结构性能好，适用范围广，其用钢材量和造价均比钢结构低，推广使用。适用范围广，其用钢材
14、量和造价均比钢结构低，推广使用。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（3）1996年：研制推广年：研制推广H型钢、闭合型钢、冷弯型钢、稀土钢型钢、闭合型钢、冷弯型钢、稀土钢u1996年建设部编制的年建设部编制的19962010年建筑技术政策年建筑技术政策提出：提出： 合理使用钢材、木材、水泥，改进施工及应用技术；合理使用钢材、木材、水泥，改进施工及应用技术； 推广应用高效、经济的低合金钢筋以及推广应用高效、经济的低合金钢筋以及级钢筋、冷轧带肋级钢筋、冷轧带肋钢筋、低松弛钢筋、钢绞线等；研制推广钢筋、低松弛钢筋、钢绞线等；研制推广H型钢、闭合型钢、型钢、闭合型钢、冷弯
15、型钢、稀土钢、彩色涂层钢板、镀锌板、锌铝合金板和冷弯型钢、稀土钢、彩色涂层钢板、镀锌板、锌铝合金板和模板用冷轧钢板和环氧涂敷钢筋等；模板用冷轧钢板和环氧涂敷钢筋等； 研制解决钢结构的防腐蚀技术、防水、防火涂料技术，以满研制解决钢结构的防腐蚀技术、防水、防火涂料技术，以满足建筑用钢的发展需要；足建筑用钢的发展需要； 发展钢结构发展钢结构。开发钢结构制造和安装施工新技术开发钢结构制造和安装施工新技术； 大力发展低合金钢和高效经济型建筑钢材，建立配套的建材、大力发展低合金钢和高效经济型建筑钢材，建立配套的建材、钢材及金属制品的产品结构。钢材及金属制品的产品结构。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中
16、国政府关于钢结构行业的政策（4） 1998年年10月：月：建筑业进行推广应用建筑业进行推广应用10项新技术的通项新技术的通知知，其中推广的新技术的，其中推广的新技术的第八项第八项为为钢结构钢结构技术技术u1998年年10月建设部发文月建设部发文关于建筑业进行推广应用关于建筑业进行推广应用10项新技项新技术的通知术的通知，其中推广的新技术的，其中推广的新技术的第八项第八项为钢结构技术。其为钢结构技术。其主要内容为：主要内容为： 高层钢结构技术；高层钢结构技术； 空间钢结构技术；空间钢结构技术； 轻钢结构技术；轻钢结构技术； 钢钢混凝土组合结构技术；混凝土组合结构技术； 高强度螺栓连接和焊接技术；
17、高强度螺栓连接和焊接技术； 钢结构的防护技术。钢结构的防护技术。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策主要内容有：主要内容有：5.1 钢结构钢结构CAD 设计与设计与CAM 制造技术制造技术5.2 钢结构施工安装技术钢结构施工安装技术5.3 钢与混凝土组合结构技术钢与混凝土组合结构技术5.4 预应力钢结构技术预应力钢结构技术5.5 住宅结构技术住宅结构技术5.6 高强度钢材的应用技术高强度钢材的应用技术5.7 钢结构的防火防腐技术钢结构的防火防腐技术2005年年2月月23日，建设部发布的新版日，建设部发布的新版建设部关于进一步做好建设部关于进一步做好建筑业建筑业10
18、项新技术推广应用的通知项新技术推广应用的通知(建质建质200526 号号)中，将中，将钢结构技术提升为钢结构技术提升为第五项第五项。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策主要内容有：主要内容有：5.1 深化设计技术深化设计技术5.2 厚钢板焊接技术厚钢板焊接技术5.3 大型钢结构滑移安装施工技术大型钢结构滑移安装施工技术5.4 钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与安装施工技术钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与安装施工技术5.5 钢与混凝土组合结构技术钢与混凝土组合结构技术5.6 住宅结构技术住宅结构技术5.7 高强度钢材的应用技术高强度钢材的应用技术5.8 大型复杂
19、膜结构施工技术大型复杂膜结构施工技术5.9 模块式钢结构框架组装、吊装技术模块式钢结构框架组装、吊装技术2010年年10月月14日，住房和城乡建设部新修订日，住房和城乡建设部新修订建筑业建筑业10 项新项新技术（技术（2010）正式发布，钢结构技术任为正式发布，钢结构技术任为第五项第五项，但内容作，但内容作了调整。了调整。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策建筑业建筑业10项新技术项新技术(2010年版年版)u1999年年5月建设部和冶金局共同发文，成立月建设部和冶金局共同发文，成立“建设部、冶金局建设部、冶金局建筑用钢技术协调组建筑用钢技术协调组”，秘书处挂靠建设
20、部科技司和冶金局规，秘书处挂靠建设部科技司和冶金局规划司，并成立划司，并成立“钢筋混凝土钢筋混凝土”和和“钢结构钢结构”两个专家组；两个专家组；u1999年年5月建设部、国家冶金工业局建筑用钢协调组在北京召月建设部、国家冶金工业局建筑用钢协调组在北京召开了全国建筑钢结构技术发展研讨会，建设部和国家冶金工业开了全国建筑钢结构技术发展研讨会，建设部和国家冶金工业局领导在会上作了重要指示，成立了全国钢结构专家组，讨论局领导在会上作了重要指示，成立了全国钢结构专家组，讨论了国家建筑钢结构产业了国家建筑钢结构产业“十五十五”计划和计划和2010年发展规划纲要及年发展规划纲要及建筑钢结构工程技术政策。建筑
21、钢结构工程技术政策。u提出提出“十五十五”和和2010年建筑钢结构用材分别达到全国钢材总产年建筑钢结构用材分别达到全国钢材总产量的量的3%和和6%的目标（已经超过）的目标（已经超过）。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（5）2000年年1月：月：关于推行钢结构住宅的倡议书关于推行钢结构住宅的倡议书，推广使用，推广使用钢结构。钢结构。u2000年年1月月12日，中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会，日，中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会，发出了发出了关于推行钢结构住宅的倡议书关于推行钢结构住宅的倡议书，倡议书倡议书指出：随指出：随着我国钢铁产业的不断发展，钢材产量
22、和质量持续提高，价格逐着我国钢铁产业的不断发展，钢材产量和质量持续提高，价格逐步下降，钢结构的造价也相应大幅度的下降，对于底层、多层和步下降，钢结构的造价也相应大幅度的下降，对于底层、多层和高层钢结构，通过已建钢结构的经济分析，高层钢结构，通过已建钢结构的经济分析，基本造价可以控制在基本造价可以控制在比钢筋混泥土结构高比钢筋混泥土结构高5%左右或基本持平左右或基本持平。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（6）2001年年12月月19日，建设部（日，建设部（2001）254号文件号文件钢结构住钢结构住宅建筑产业化技术导则宅建筑产业化技术导则。u该文件明确钢结构住宅建
23、筑技术发展底基本原则，是钢结构该文件明确钢结构住宅建筑技术发展底基本原则，是钢结构住宅建筑发展的指导性文件。住宅建筑发展的指导性文件。（7）2002年年3月月29日根据建设部技术标准编制工作计划，建设日根据建设部技术标准编制工作计划，建设部住宅产业化促进中心在京召开编委会，组织各有关科研设计部住宅产业化促进中心在京召开编委会，组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准低层轻型低层轻型钢结构装配式住宅技术要求钢结构装配式住宅技术要求(JG/T2004) 。最终：最终：u 钢结构住宅设计规范钢结构住宅设计规范(CECS 261-200
24、9)u轻型钢结构住宅技术规程轻型钢结构住宅技术规程 (JGJ 209-2010 )1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（8）2002年年11月月5日建设部建筑金属结构协会钢结构委员会组日建设部建筑金属结构协会钢结构委员会组织钢结构专家组召开织钢结构专家组召开“钢结构住宅产业研讨会钢结构住宅产业研讨会”，总结示范工，总结示范工程经验，带动全国住宅钢结构体系的发展和提供整体建设水平。程经验，带动全国住宅钢结构体系的发展和提供整体建设水平。（9）2002年年11月月10日建设部办公厅批准，由日建设部办公厅批准，由中国建筑金属结构中国建筑金属结构协会钢结构委员会协会钢结构委
25、员会与北京国瑞通信息技术有限公司联合举办与北京国瑞通信息技术有限公司联合举办“2003年中国（上海）钢结构住宅产业与住宅科技博览会年中国（上海）钢结构住宅产业与住宅科技博览会”。u2003年年4月月6日在上海世贸商城召开。日在上海世贸商城召开。u通过展示近年钢结构住宅的试点、示范工程，钢结构配套体系通过展示近年钢结构住宅的试点、示范工程，钢结构配套体系的科研成果，总结经验、加强信息交流，加大钢结构住宅的宣传的科研成果，总结经验、加强信息交流，加大钢结构住宅的宣传力度。力度。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策u建筑业建筑业10 项新技术项新技术 从从1998版，到版
26、，到2005版，再到版，再到2010版，钢结构技术的应用于推广力度，明显加大！版，钢结构技术的应用于推广力度，明显加大！u在土木建筑中，在土木建筑中，21世纪是钢结构的世纪。世纪是钢结构的世纪。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策（10）最新）最新钢结构建筑钢结构建筑相关规范：相关规范：GB50017-2003钢结构设计规范钢结构设计规范GB50018-2002冷湾薄壁型钢结构技术规范冷湾薄壁型钢结构技术规范GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程
27、CECS 261-2009钢结构住宅设计规范钢结构住宅设计规范 CECS：中国工程建设标准化协会：中国工程建设标准化协会（China Association for Engineering Construction Standardization ）JGJ 209-2010 轻型钢结构住宅技术规程轻型钢结构住宅技术规程DB29-57-2003 天津市钢结构住宅设计规程天津市钢结构住宅设计规程DG/TJ08-2029-2007多高层钢结构住宅技术规程多高层钢结构住宅技术规程DGTJ08-32-2008高层建筑钢结构设计规程高层建筑钢结构设计规程1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结
28、构行业的政策纯钢结构纯钢结构专业杂志专业杂志(13种种)：u空间结构空间结构u建筑结构建筑结构u钢结构钢结构u建筑钢结构进展建筑钢结构进展1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策中文核心期刊（核心库中文核心期刊（核心库C）例：例：2007年年u新建成钢结构工业和民用建新建成钢结构工业和民用建（构）筑物：高层钢结构（构）筑物：高层钢结构20幢，幢，约约150万平方米；万平方米；u重型工业厂房重型工业厂房1000万平方米；万平方米；u网架和网壳网架和网壳1500座，约座，约250万平方米；万平方米；u空间桁架建筑空间桁架建筑20座，约座，约60万万平方米；平方米；u门式钢架
29、轻型厂房约门式钢架轻型厂房约1000万万平方米；平方米；u拱型波纹钢屋盖结构拱型波纹钢屋盖结构250万万平方米；平方米；u住宅钢结构住宅钢结构100万平方米；万平方米；u塔桅结构用钢塔桅结构用钢100万吨；万吨；u容器用钢容器用钢100万吨；万吨；u桥梁用钢桥梁用钢30万吨；万吨；u海洋工程用钢海洋工程用钢10万吨；万吨；u城市建设用钢城市建设用钢200万吨；万吨；u焊接钢管焊接钢管1300万吨；万吨；u线材制品线材制品1100万吨；万吨；u冷弯型钢冷弯型钢600万吨；万吨；u钢铁粉末钢铁粉末8万吨；万吨；u钎钢钎钢2万吨等。万吨等。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的
30、政策u中国是一个钢产量大国，但不是一个钢结构大国！中国是一个钢产量大国，但不是一个钢结构大国！u钢结构建筑钢结构建筑最早推行于美国，从最早推行于美国，从1965年年15%的的市场占有率市场占有率升升至至1990年的年的53%，到，到2000年已达到年已达到75%。u英国在英国在1998年发布的年发布的建筑发展报告建筑发展报告中提出要中提出要大力推行钢大力推行钢结构建筑结构建筑，混凝土建筑混凝土建筑的建造需要通过的建造需要通过特别审批特别审批。u日本是地震频繁发生的国家，因此对住宅的抗震性要求较高。日本是地震频繁发生的国家，因此对住宅的抗震性要求较高。上世纪末，日本住宅中木结构占上世纪末，日本住
31、宅中木结构占18%，混凝土结构占，混凝土结构占11%，钢钢结构建筑占结构建筑占71%。u欧洲：欧洲：钢结构建筑钢结构建筑超过超过50%。u我国钢结构建筑只占我国钢结构建筑只占 5还不到，差距甚远。还不到，差距甚远。u钢结构建筑具有很大的发展潜力。钢结构建筑具有很大的发展潜力。1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策中日建筑钢结构份额比较中日建筑钢结构份额比较中国钢结构建筑任重而道远！中国钢结构建筑任重而道远！钢结构时代已经来临钢结构时代已经来临1.2 中国政府关于钢结构行业的政策中国政府关于钢结构行业的政策
32、1.3 钢结构的特点钢结构的特点 钢结构和其他材料的结构相比有如下特点钢结构和其他材料的结构相比有如下特点 ：（l）建筑钢材强度高，塑性韧性好建筑钢材强度高，塑性韧性好u强度高强度高：适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构。但由适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构。但由于强度高，一般构件截面小而壁薄，在受压时容易为稳定计于强度高，一般构件截面小而壁薄，在受压时容易为稳定计算和刚度计算所控制，强度难以得到充分的利用。算和刚度计算所控制，强度难以得到充分的利用。u塑性好塑性好：结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现。此外，尚能将
33、局部高峰应力重分配，变形，故易于被发现。此外，尚能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。使应力变化趋于平缓。u韧性好韧性好：适宜在动力荷载下工作，因此适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构在地震区采用钢结构较为有利较为有利。地震地震发生地发生地地震地震等级等级死亡死亡失踪人数失踪人数主要主要伤亡原因伤亡原因主要建筑主要建筑结构形式结构形式汶川汶川“5.12”地地震震M8.0死亡：死亡：69226失踪：失踪：17923建筑垮塌建筑垮塌滑坡滑坡砌体结构砌体结构砖混结构砖混结构混凝土结构混凝土结构日本日本“3.11”地震地震M9.0死亡：死亡：12000失踪：失踪：15000海啸海啸钢结构
34、钢结构海地海地M7.3死亡：死亡：25.4万万(官方官方)35万万50万万(民间民间)建筑垮塌建筑垮塌砌体结构砌体结构砖混结构砖混结构1.3 钢结构的特点钢结构的特点（2）钢结构的重量轻）钢结构的重量轻y材材料料密密度 度 = =材材料料屈屈服服高高度 度 fu值越小，结构相对越轻。值越小，结构相对越轻。 建筑钢材：建筑钢材： =1.73.710-4/m；木材：；木材： =5.410-4/m，钢筋混，钢筋混凝土约：凝土约： =1810-4/m。以同样跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝以同样跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的土屋架的1/31/4，冷弯薄壁型
35、钢屋架甚至接近，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。重量轻，可减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时重量轻，可减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和吊装。还方便运输和吊装。1.3 钢结构的特点钢结构的特点（3）材质均匀和力学计算的假定比较符合）材质均匀和力学计算的假定比较符合 u钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制制，其组织比钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制制，其组织比较均匀，较均匀，接近各向同性，为理想的弹塑性体接近各向同性，为理想的弹塑性体，其弹，其弹性模量和韧性模量皆较大，因此，钢结构实际受力性模量和韧性模量皆较大，因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合
36、，在计算中采用情况和工程力学计算结果比较符合，在计算中采用的经验公式不多，从而计算上的不定性较小，的经验公式不多，从而计算上的不定性较小，计算计算结果比较可靠结果比较可靠。 1.3 钢结构的特点钢结构的特点（4）钢结构制作简便，施工工期短）钢结构制作简便，施工工期短 u钢结构构件一般是在钢结构构件一般是在金属结构厂金属结构厂制作，施工机械化，准制作，施工机械化，准确度和精密度皆较高。确度和精密度皆较高。u钢结构所有材料皆已轧制成各种型材，加工简易而迅速。钢结构所有材料皆已轧制成各种型材，加工简易而迅速。钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。u少
37、量钢结构和轻型钢结构尚可在现场制作，简易吊装。少量钢结构和轻型钢结构尚可在现场制作，简易吊装。钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。 1.3 钢结构的特点钢结构的特点良好焊接性能和加工性能良好焊接性能和加工性能易于工厂化成型生产易于工厂化成型生产工厂化，装配化工厂化，装配化 施工周期短、效率高、质量好。施工周期短、效率高、质量好。1.3 钢结构的特点钢结构的特点网架节点网架节点1.3 钢结构的特点钢结构的特点（5）钢结构密闭性较好）钢结构密闭性较好 u钢结构连接（如焊接）的水密性和气密性较好，适宜于做钢结构连接（如焊接）的水密性和气密性较好，适
38、宜于做要求密闭的要求密闭的板壳结构板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等，如高压容器、油库、气柜、管道等，广泛应用于石油、天然气及化工领域。广泛应用于石油、天然气及化工领域。1.3 钢结构的特点钢结构的特点（6）钢结构耐腐蚀性差）钢结构耐腐蚀性差u钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件更特别是薄壁构件更要注意，因此，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢要注意，因此，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。结构。u钢结构在涂油漆以前应钢结构在涂油漆以前应彻底除锈彻底除锈，油漆质量和涂层厚度均应，油漆质量和涂层厚度均应符合要求。符合要求。u在设
39、计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。难于检查、维修的死角。 1.3 钢结构的特点钢结构的特点（7）钢材耐热但不耐火）钢材耐热但不耐火 u钢材受热，当温度在钢材受热，当温度在200以内时，其主要性能（屈服点和弹以内时，其主要性能（屈服点和弹性模量）下降不多。性模量）下降不多。u温度超过温度超过200后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步降低，后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步降低，还有兰脆和徐变现象。还有兰脆和徐变现象。u达达600时，钢材进人塑性状态已不能承载。时，钢材进人塑性状态已不能承载。u因此，设计规定
40、因此，设计规定钢材表面温度超过钢材表面温度超过150后即需加以隔热防护后即需加以隔热防护，对有防火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。对有防火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。 （8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂 1.3 钢结构的特点钢结构的特点耐热性较好，耐热性较好，耐火性差耐火性差钢材虽为非燃烧体，但裸露钢结构耐火极限一般为钢材虽为非燃烧体，但裸露钢结构耐火极限一般为1520分钟分钟1.3 钢结构的特点钢结构的特点2007年年8月月14日正在建设中的日正在建设中的上海环球金融中心上海环球金融中心发生火灾发生火灾1.3 钢结
41、构的特点钢结构的特点钢结构防火保护措施钢结构防火保护措施1.3 钢结构的特点钢结构的特点u钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还取钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还取决于国民经济发展的具体情况。过去由于我国钢产量不能满决于国民经济发展的具体情况。过去由于我国钢产量不能满足国民经济各部门的需要，钢结构的应用受到一定的限制。足国民经济各部门的需要，钢结构的应用受到一定的限制。 u在在20世纪世纪80年代，我国钢产量结束了十年徘徊局面，并逐年年代，我国钢产量结束了十年徘徊局面，并逐年稳步地以稳步地以200300万吨的增长速度提高，且在万吨的增长速度提高，且在1996年突破
42、年突破1亿亿吨，跃居世界首位。吨，跃居世界首位。u进入进入21世纪后，又超过了世纪后，又超过了2亿吨，亿吨，2004年达到了年达到了2.72亿吨，相亿吨，相当于随后三个国家（日、美、俄）钢产量的总和，当于随后三个国家（日、美、俄）钢产量的总和，2005年则年则超过超过3.7亿吨，亿吨， 占世界钢产量的占世界钢产量的1/3， 2009年达到年达到56500万吨，万吨，占世界钢产量的近占世界钢产量的近1/2，迈上了一个新的台阶。，迈上了一个新的台阶。1.4 钢结构的应用钢结构的应用u我国工业与民用建筑钢结构的应用范围大致如下：我国工业与民用建筑钢结构的应用范围大致如下：（1）工业厂房结构的承重骨架
43、）工业厂房结构的承重骨架 例如冶金工厂的平炉车间、初轧车间、混铁炉车间等；重例如冶金工厂的平炉车间、初轧车间、混铁炉车间等；重型机器厂的铸钢车间、水压机车间、锻压车间等，电厂锅型机器厂的铸钢车间、水压机车间、锻压车间等，电厂锅炉框架钢结构；造船厂的船台车间；飞机制造厂的装配车炉框架钢结构；造船厂的船台车间；飞机制造厂的装配车间；跨度较大车间的屋架、吊车梁、承重柱。间；跨度较大车间的屋架、吊车梁、承重柱。 工业厂房：工业厂房：“重重”指厂房内吊车吨位大，例如上海宝山指厂房内吊车吨位大，例如上海宝山钢铁厂连铸车间内吊车吨位达钢铁厂连铸车间内吊车吨位达450吨。吨。1.4 钢结构的应用钢结构的应用吊
44、车梁吊车梁1.4 钢结构的应用钢结构的应用桥式吊车桥式吊车1.4 钢结构的应用钢结构的应用某大型工业厂房宽某大型工业厂房宽38m，长，长200m，高，高12m1.4 钢结构的应用钢结构的应用单层厂房单层厂房多层工业厂房多层工业厂房工业厂房工业厂房金陵石化总厂金陵石化总厂我国建成的大跨度工业厂房我国建成的大跨度工业厂房1.4 钢结构的应用钢结构的应用动画：广州新客站钢结构吊装方案动画：广州新客站钢结构吊装方案（2）大跨结构）大跨结构u用于飞机库、汽车库、火车站、大会堂、体育馆、用于飞机库、汽车库、火车站、大会堂、体育馆、展览厅、影剧院等。其结构体系主要采用框架结构、展览厅、影剧院等。其结构体系主
45、要采用框架结构、拱架结构、网架结构、悬挂结构以及预应力钢结构拱架结构、网架结构、悬挂结构以及预应力钢结构等。等。 1.4 钢结构的应用钢结构的应用2008年北京奥运会主场馆年北京奥运会主场馆鸟巢鸟巢夜幕下的鸟巢夜幕下的鸟巢鸟巢效果图鸟巢效果图国家体育场建筑国家体育场建筑体形上像鸟巢。体形上像鸟巢。可可容纳容纳8万人万人。平面为平面为椭圆形椭圆形,长长轴轴340m，短轴，短轴292m。采用加肋薄壁箱采用加肋薄壁箱形截面形截面 ，总用钢总用钢量达量达16万顿万顿 。鸟巢内景鸟巢内景北京工人体育馆北京工人体育馆北京工人体育馆北京工人体育馆建于建于1961年，是我国年，是我国悬索结构的代表作。屋悬索结
46、构的代表作。屋盖形如自行车轮，圆形盖形如自行车轮，圆形屋盖采用车幅式双层悬屋盖采用车幅式双层悬索体系，直径达索体系，直径达94m。沈阳桃仙国际机场屋盖沈阳桃仙国际机场屋盖跨度跨度135m沈阳桃仙国际机场屋盖沈阳桃仙国际机场屋盖倒三角形倒三角形钢管桁架钢管桁架沈阳桃仙国际机场屋盖沈阳桃仙国际机场屋盖国家大剧院国家大剧院 总建筑面积近总建筑面积近15万平方米，该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭万平方米，该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴，南北短轴143.64m，总高度，总高度46.285m。设计为法国。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师
47、，巴黎机场公司安德鲁建筑师，整体结构用钢量达整体结构用钢量达6750吨。吨。 大跨度建筑大跨度建筑（3）高层建筑）高层建筑 用于旅馆、饭店、公寓用于旅馆、饭店、公寓等高层楼房，以及石油等高层楼房，以及石油工业中多层多跨框架。工业中多层多跨框架。 长春光大银行。长春光大银行。28层，层，113m高，是一幢从设高，是一幢从设计、钢材生产、制作、计、钢材生产、制作、施工全部国产化的全施工全部国产化的全钢结构建筑。钢结构建筑。1.4 钢结构的应用钢结构的应用帝王大厦帝王大厦金金茂茂大大厦厦88层层420米米北北京京财财富富中中心心中国国际贸易中心大厦中国国际贸易中心大厦二期工程。建于二期工程。建于19
48、99年，年，39层高层高156m，属于超高，属于超高层钢结构。层钢结构。工地施工地施工情况工情况u 楼层：地上楼层：地上101层；地下层；地下3层层u 总建筑面积：总建筑面积：381,600m2u 业主：上海环球金融中心有限公司业主：上海环球金融中心有限公司 上海秀仕酒店经营有限公司上海秀仕酒店经营有限公司 上海秀仕观光会务有限公司上海秀仕观光会务有限公司u 总包：中国建筑股份有限公司牵头总包：中国建筑股份有限公司牵头 与上海建工组成的总承包联合体与上海建工组成的总承包联合体u 设计：设计：KPF建筑师事务所建筑师事务所(美美) 入江三宅设计事务所入江三宅设计事务所(日日) 构造计画研究所构造
49、计画研究所(日日) 赖思里赖思里罗伯逊联合股份公司罗伯逊联合股份公司(美美) 建筑设备设计研究所建筑设备设计研究所(日日) 华东建筑设计研究院华东建筑设计研究院 中船第九设计院中船第九设计院 中建上海建筑设计研究院中建上海建筑设计研究院 上海环球金融中心上海环球金融中心都市云海都市云海 风云际会上海滩风云际会上海滩陆家嘴晨曦陆家嘴晨曦动画：动画：上海环球金融中心上海环球金融中心（4）塔桅结构）塔桅结构u用于高度较大的无线用于高度较大的无线电桅杆、微波塔、电电桅杆、微波塔、电视塔、导航塔、高压视塔、导航塔、高压输电线路塔、化工排输电线路塔、化工排气塔、石油钻井塔、气塔、石油钻井塔、大气监测塔、旅
50、游隙大气监测塔、旅游隙望塔、火箭发射塔等。望塔、火箭发射塔等。 酒泉卫星发射中心的的火箭发射塔架酒泉卫星发射中心的的火箭发射塔架1.4 钢结构的应用钢结构的应用火箭发射塔火箭发射塔神舟神舟6号号长征火箭长征火箭四川成都广播电视塔，高四川成都广播电视塔，高339米，设计寿命为米，设计寿命为100年。年。电视塔由塔座、下塔楼、电视塔由塔座、下塔楼、塔身、上塔楼、天线桅杆塔身、上塔楼、天线桅杆五部分组成。五部分组成。天线桅杆天线桅杆锦江锦江东京千年塔东京千年塔中国南海石油钻井平台中国南海石油钻井平台 （5）海洋结构）海洋结构1.4 钢结构的应用钢结构的应用（6）板壳结构）板壳结构u用于要求密闭的容器
