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钢结构设计原理 石建军 CH01.txt45想洗澡吗？不要到外面等待下雨；想成功吗？不要空等机遇的到来。摘下的一瓣花能美丽多久？一时的放纵又能快乐多久？有志者要为一生的目标孜孜以求。少年自有少年狂，藐昆仑，笑吕梁；磨剑数年，今将试锋芒。自命不凡不可取，妄自菲薄更不宜。 本文由tumuguan贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第1章 绪 论 教学提示：本章摘要介绍了钢结构的特点、钢结构的发展、钢结构的构件组成和主要 结构形式以及钢结构的计算方法。 教学目标：本章让学生熟练掌握钢结构的特点，了解钢结构的发展，掌握钢结构的构 件组成并了解其主要结构形式，基本掌握钢结构的计算方法。 1.1 1.1.1 钢结构的特点 钢结构的特点及应用 钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、薄壁型钢和钢管等构件组合而成的结构，它是土 木工程的主要结构形式之一。目前，钢结构在房屋建筑、地下建筑、桥梁、塔桅和海洋平 台中都得到广泛采用，这是由于钢结构与其他材料的结构相比，具有如下特点： (1) 建筑钢材强度高，塑性和韧性好。强度高，钢与混凝土、木材相比，虽然密度较大， 但其强度较混凝土和木材要高得多，其密度与强度的比值一般比混凝土和木材小，因此在同 样受力的情况下，钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，构件较小，质量较轻。适用于建 造跨度大、高度高和承载重的结构。 塑性好，钢结构在一般的条件下不会因超载而突然断裂，只会增大变形，故容易被发 现。此外，还能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。 韧性好，适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构较为有利。 (2) 钢结构的质量轻。钢材密度大，强度高，但做成的结构却比较轻。结构的轻质性 可用材料的密度 ρ 和强度f的比值密强化 α 来衡量，α 值越小，结构相对越轻。建筑钢材的 α 值 在 (1.7 ～ 3.7)×104/m 之 间 ； 木 材 的 α 值 为 5.4×104/m ； 钢 筋 混 凝 土 的 α 值 约 为 18×104/m。以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的质量最多不过为钢筋混凝土屋架的 1/4～1/3。 (3) 材质均匀，和力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较均匀，接近各向同性， 可视为理想的弹—塑性体材料，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学的计算结果比较 符合，在计算中采用的经验公式不多，从而，计算的不确定性较小，计算结果比较可靠。 (4) 工业化程度高，工期短。钢结构所用材料皆可由专业化的金属结构厂轧制成各种 型材，加工制作简便，准确度和精密度都较高。制成的构件可运到现场拼装，采用焊接或 螺栓连接。因构件较轻，故安装方便，施工机械化程度高，工期短，为降低造价、发挥投 资的经济效益创造了条件。 (5) 密封性好。钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封，能够满足一些要求气密性 和水密性好的高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。 2 钢结构设计原理 (6) 抗震性能好。钢结构由于自重轻和结构体系相对较柔，所以受到的地震作用较小， 钢材又具有较高的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性，因此在国内外的历次地震中， 钢结构是损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。 (7) 耐热性较好。温度在 200℃以内，钢材性质变化很小，当温度达到 300℃以上时， 强度逐渐下降，600℃时，强度几乎为零。因此，钢结构可用于温度不高于 200℃的场合。 在有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须采取保护措施。 钢结构的下列缺点有时会影响钢结构的应用： (1) 耐腐蚀性差。钢材在潮湿环境中，特别是在处于有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。 因此，新建造的钢结构应定期刷涂料加以保护，维护费用较高。 目前国内外正在发展各种高性能的涂料和不易锈蚀的耐候钢，钢结构耐锈蚀性差的问 题有望得到解决。 (2) 耐火性差。钢结构耐火性较差，在火灾中，未加防护的钢结构一般只能维持 20 分 钟左右。因此在需要防火时，应采取防火措施，如在钢结构外面包混凝土或其他防火材料， 或在构件表面喷涂防火涂料等。 (3) 钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂。 钢结构在低温和某些条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂等，都应引起 设计者的特别注意。 现在钢材已经被认为是可以持续发展的材料，因此从长远发展的观点看，钢结构将有 很好的应用发展前景。 1.1.2 钢结构的应用 钢结构由于其自身的特点和结构形式的多样性，随着我国国民经济的迅速发展，应用 范围越来越广。 根据我国的实践经验，工业与民用建筑钢结构的应用范围包括以下几方面： (1) 工业厂房