钢结构原理教案01.docVIP

第1章 绪论 1.1 钢结构的特点和应用范围 1.1.1 钢结构的特点 （1）建筑钢材强度高，塑性、韧性好 较高的强度，适用于建造跨度大、高度高、承载重的构件或结构。一般钢结构构件截面小而壁薄，在受压时有时不能充分发挥钢材强度高的特点,需要满足稳定性要求。 良好的塑性，可使结构或构件破坏前变形比较明显且易于被发现，在一般条件下不会因超载而突然断裂。此外，良好的塑性可调整结构或构件局部的高峰应力，使应力变化趋于平缓。 韧性好，结构或构件在动荷载作用下破坏时要吸收比较多的能量，良好的吸能能力和延性使钢结构具有优越的抗震抗风性能，适宜在动力荷载下工作。 （2）材质均匀，与力学计算的假定比较符合 钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制，材质比较稳定，其内部组织比较均匀，接近各向同性，为理想的弹性-塑性体，因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。 （3）钢结构的重量轻 钢材密度大，强度高，做成的结构却比较轻。结构的轻质性可以用材料的强度?和质量密度的比值来衡量，比值越大，结构相对越轻。显然，建筑钢材的比值要比钢筋混凝土大的多。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1/3～1/4，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，同时还方便运输和吊装。轻质的屋盖结构可减小地震作用，但对可变荷载的变化比较敏感。如风吸力可造成钢屋架的拉、压杆反号。 （4）钢结构制造简便，施工工期短 钢结构或构件所用材料单一且为轧制成的各种型材，一般是在金属结构厂制作，加工简易而迅速，准确度和精密度较高。钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。小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。 （5）钢结构耐腐蚀性差 钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件更要注意，因此，处于较强腐蚀介质内的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂油漆以前应彻底除锈，油漆质量和涂层厚度均应符合要求。在使用中应避免使结构受潮，设计上应尽量避免出现难于检查、维修的死角。 （6）钢材耐热但不耐火 钢材长期经受辐射热，当温度在100℃以内时，其主要性能（屈服强度和弹性模量）几乎没有变化，具有一定的耐热性能。温度超过200℃后，材质变化较大，强度逐步降低。达600℃时钢材进入塑性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面温度超过150℃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。 （7）钢结构密闭性较好 钢结构的钢材和连接（如焊接）的水密性和气密性较好，适宜于做要求密闭的板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等。 1.1.2 钢结构的应用范围 （1）工业厂房 钢铁企业和重型机械制造企业中，吊车起重量较大或其工作较繁重的车间多采用钢骨架。如冶金厂房的转炉炼钢车间、混铁炉车间、连铸连轧车间；重型机械厂的铸钢车间、水压机车间、锻压车间等。 （2）大跨结构 大跨结构最能体现钢结构强度高而重量轻的特点，如飞机装配车间、飞机库、大会堂、体育馆、展览馆、大跨桥梁等，其结构体系可为平板网架、网壳、空间桁架、斜拉、悬索和拱架等。 （3）高耸结构 包括塔架和桅杆结构，如广播或电视的发射塔、发射桅杆、高压输电线塔、环境大气监测塔等。 （4）多层和高层建筑 由于钢结构具有优越的抗震抗风性能，多层和高层建筑的骨架可采用钢结构或钢和混凝土组合成的组合结构。如刚架-支撑结构、筒体结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土组合结构等。 （5）承受振动荷载影响及地震作用的结构 钢材具有良好的韧性，设有较大锻锤的车间，其骨架直接承受的动力尽管不大，但间接的振动却极为强烈，所以对于承受振动荷载影响及抵抗地震作用要求高的结构宜采用钢结构。 （6）板壳结构 如油罐、煤气柜、高炉炉壳、热风炉、漏斗、烟囱、水塔以及各种管道等。 （7）其他特种结构 如栈桥、管道支架、井架和海上采油平台等。 （8）可拆卸或移动的结构 建筑工地的生产、生活附属用房、临时展览馆等，这些结构是可拆迁的。移动结构如塔式起重机、履带式起重机的吊臂、龙门起重机等。 （9）轻型钢结构 包括轻型门式刚架房屋钢结构，冷弯薄壁型钢结构以及钢管结构。这些结构可用于使用荷载较轻或跨度较小的建筑。 1.2 钢结构设计原则 1.2.1 概率极限状态设计方法 结构的极限状态可以分为下列两类： （1）承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。 （2）正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包