水工钢结构一绪论课件.ppt

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1、水工钢结构,水利建筑工程学院姜海波,第一章 绪论,1 、课程的性质和任务2 、钢结构的特点3 、钢结构的应用4 、钢结构设计的要求5 、水工钢结构的发展,课程内容体系介绍,结构,轴心构件 受弯构件 偏心构件,材料,发展,构件,厂房,高层建筑,桥梁结构,大跨度建筑,塔桅结构,焊接铆接螺栓,焊接铆接螺栓,计算方法设计原理,通过结点连接,课程的主要内容,1. 基础（上篇） 材料 连接 基本构件：轴心受力，受弯，拉（压）弯2. 综合应用（下篇）结构设计：包括结构形式、结构布置、受力特点、计算简图、荷载组合和内力分析以及构造要求。,构件,连接,国家体育馆,国家体育场,“鸟巢”外形结构主要是由巨大的门式钢

2、架组成，共有24根桁架柱。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨，国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。,框架钢结构纯框架、中心支撑框架、偏心支撑框架,武汉火车站,世博中心,网架结构网架、网壳,网架平面形状灵活，可设计成各种形状。按腹杆的设置不同可分为：交叉桁架体系、四角锥体系、三角锥体系和其它一些体系。网架的弦杆与边界相垂直时称为正放网架，与边界斜交时称为斜放网架。,美国芝加哥国会大厅,索膜结构悬索结构、膜结构，其中膜结构又包括张拉式、骨架式和充气式膜结构,悉尼歌剧院,

3、一 、课程的性质和任务,钢结构是农业水利工程专业的主要专业课之一，也是水工、港航、海工、等水利类专业的专业基础课。钢结构是当前我国重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，基本构件的核心问题是稳定问题。,课程特点与学习要求,本课程是结构工程中按材料划分出来的一门学科，先修课程有：材料力学、结构力学、弹性力学以及概率统计等。本课程的主要任务是：着重学习水工钢结构的基本理论与基本知识，掌握水工钢结构的选材、构造原理、 计算方法与结构布置原则。能设计简单的水工钢结构构件

4、，对水工钢结构的新发展有一定的了解。 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）。多看书，搞清空间构造，加强感性认识；多作题，避免眼高手低。,本课程的任务：结合农水专业的要求掌握钢结构的基本理论以及专业结构物的设计原理和方法。通过本课程的学习，具备钢结构的基本知识，掌握正确的设计原理和设计方法，使能够根据有关的资料和规范，按照专业需要分别掌握设计钢闸门、船闸闸门、钢引桥等的能力，并为设计其他类型的钢结构打下基础。,水工钢结构设计的有关规范,钢结构设计规范 GB50017-2003建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑结构荷载规范 GB5

5、0009-2001水利水电工程结构可靠度设计统一标准 GB5019994水工建筑物荷载设计规范 DL5077-1997水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95,二、钢结构的特点,2. 塑性、韧性好，各向同性、力学性能与力学假定符合程度好，抗震性能好,1. 强度/重量比大，稳定性较好,3. 具可焊性、易加工制造、具良好的装配性,4. 密封性好,5. 可以重复利用,6. 有一定的耐热性，但是耐火性较差,7. 易锈蚀、有焊接残余应力,8. 低温冷脆,密封性能好,耐火性不好，易锈蚀,钢结构通常在450650 温度中就会失去承载能力发生很大的变形，导致钢柱、钢梁弯曲，因过大变形不能使用一般不加保护的钢

6、结构的耐火极限为15分钟左右。,A. 外包层在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，可以采用喷涂法。,B. 充水(水套)空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。,提高钢结构耐火性的措施,屏蔽钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的一种经济的防火方法。,D. 膨胀材料 采用钢结构防火涂料保护构件 具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点。一般不需要添加辅助设施，涂层质量轻，美观。,三、钢结构的应用,1.大跨度结构,有空间桁架、网架、网壳、悬索、张弦梁、拱架和框架等,国家大剧院,北京中华世纪坛,2.工业厂房,

7、鞍钢1700连铸主厂房工程,鞍钢大连镀锌线主厂房工程,3. 受动力荷载作用的结构（桥梁、吊车梁）,锦州9-3采油平台,深圳地王大厦,4.多层与高层结构,香港中银,汇丰银行,上海环球金融中心根据设计方案，大厦高 492 米、 101 层，建成后其高度将超过目前居世界第一的马来西亚大厦（高 452 米）。,广州新电视塔,5.高耸结构,神州飞船发射塔,多伦多电视塔,东方明珠电视塔,2022/12/5,34,可编辑,6. 可拆卸移动结构,应用于建筑、铁路、公路、水利、商业、旅游和军事等领域的办公室、指挥部、宿舍、会议室、仓库、商店及各种临时用房。,7. 容器和管道,南京扬子石化化工厂,配以零件、扣件、

8、门窗等形成比较完善的建筑体系，即轻钢结构体系。体系由工厂制作，现场按要求拼装形成。具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等特点。由于自重轻，也降低了基础的造价。,8. 轻型钢结构,彩钢板作屋面和墙面 薄壁型钢作檩条和圈梁 H型截面做柱与梁 现场用螺栓或焊接门式钢架为主要结构的一种建筑,厂房、库房、体育馆展览馆机场机库,已建的浦东国际机场、首都国际机场、萧山国际机场、成都双流国际机场等 重要工程。,多层循环类停车设备,9. 钢与混凝土组合结构,黑龙江省联通大厦,建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确

9、定。钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求。除疲劳计算外， 钢结构设计规范(GB50017-2003)采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。水工钢结构的设计目前仍采用容许应力法。,四、钢结构的设计要求,钢结构设计规范(GB50017-2003)第1章总则第1.0.1条明确指出：“为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定本规范”。也就是说，力求用最经济的方法，使所建结构满足下列基本功能要求：,（1）安全性 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，以及在偶然事件（如地震、爆炸）发生

10、时及发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。（2）适用性 结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。（3）耐久性 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。结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。,五、水工钢结构的发展,中国钢结构的发展历史：,全国重点保护文物泸定铁索桥，建于17051706年，桥身共由13根铁链组成；每根（铁链）由862977节铁环相扣，每根铁链重13001800kg。,1. 古代发展,根据文献记载，中国早在公元前五十年就建成了跨度达百米的铁索桥，而欧美直到十七世纪尚未出现铁索桥。,泸定铁索桥,防腐问题,我国古代金属结构建筑在世界上处于领先地位。

11、 镇江甘露寺铁塔、荆州玉泉寺铁塔等等。,公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔，目前依然存在。,铁塔高17.9米，八角十三级，重53.3吨，为我国现存最高、最重、最大的铁塔。已有900多年的历史。,建国前,2. 现代,19271937年是我国土木工程及金属结构建设的黄金时代，代表作品有：,沈阳皇姑屯机车厂钢结构厂房（1927）,广州中山纪念堂圆屋顶（19281931）,钱塘江大桥（1937）,由茅以升先生主持兴建的杭州钱塘江大桥。该桥由他带领一批留学生自行设计和监造(实际施工由丹麦康益洋行承包下部结构和沉箱基础工程，上部结构钢梁则由英商道门朗公司承包制造和安装)。,建国后,第一

12、个五年计划：以工业厂房（156个大型项目）、交通工程为主。,第一重型机械厂,第一汽车制造厂,人民大会堂,第二第四个五年计划：以公共建筑为主。,钢屋架,第五个五年计划：,以工业厂房、公共建筑、交通工程为主,宝钢厂区,芜湖长江大桥,九江长江大桥,(钢材15MnVN),1997年，我国钢产量达1亿吨,1998年投产的轧制H型钢系列1991年2月4日马鞍山钢铁公司轧制我国第一根H型钢1996年建成的深圳地王大厦高度325米1998年建成的大连远洋大厦，钢结构高层建筑（高度201米，51层），全部由我国自己完成,上海金茂大厦,上海证券大厦,主跨602米的结合梁斜拉桥在1994年建成时居世界斜拉桥跨度之首

13、，现名列第三。,上海杨浦大桥,英国福斯桥,建于1889年，是世界上第一座现代化钢桥。,计算简图,现代高层钢结构体系：,框架结构体系框架支撑结构体系框架剪力墙体系框架-筒体结构体系悬挂结构体系成束筒结构,构件,连接,钢结构的发展趋势：,钢结构具有的优越特点，使它成为一种比较理想的结构。随着我国现代化建设的发展和钢产量的增加，钢结构的应用将会有很大发展，钢结构工程的科学技术水平也将进一步提高，其发展趋势为：,1. 高性能钢材的研制 2. 设计方法和计算理论的改进 3. 结构形式的革新,1. 高性能钢材的研制 钢结构的突出特点就是钢材的强度高，因此特别适用于大跨度和承受大的荷载，采用高强度钢材，更能

14、发挥钢结构这一优势。为保证必要的塑性、韧性和可焊性，钢结构用的高强度钢一般都是低合金钢。,我国高性能钢材的研制和应用 屈服点为345N/mm2的16锰钢南京长江大桥 屈服点为390N/mm2的15锰钒钢 屈服点为410N/mm2的15锰钒氮钢九江长江大桥 国外高强度钢的发展 日本、美国、前苏联都已把屈服点为700N/mm2以上的钢列入了规范，如何研制高强度钢并合理应用是一个重要课题。 另外，耐腐蚀钢、宽翼缘工字型钢、方钢管、压型钢板、冷弯薄壁型钢等都能较好发挥钢材的效能，得到较好的经济效果，有着广阔的发展前景。,2. 设计方法和计算理论的改进 统一标准和现行钢规都要求采用以概率论为基础的极限状

15、态设计法，这是通过大量理论研究和试验分析取得的成果，但是还有很多问题需要进一步研究和完善，有大量的工作需要继续完成。 例如 实际构件和几何缺陷的统计分析，残余应力的分布，机会缺陷和残余应力对承载力继续状态的影响； 受压构件的极限承载力及其影响因素； 多次重复荷载和动力作用下构件和结构的极限状态； 钢材的塑性利用和板件屈服后的强度问题等等。,3. 结构形式的革新 （1） 计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为钢结构形式的革新提供了条件。 网架一类的杆件多而超静定结构次数又多的空间结构 大跨度悬索结构和斜拉结构 预应力钢结构 钢和混凝土组合结构 （2） 结构形式革新的另一种形式是把梁、

16、拱、悬索等不同受力类型的结构融于同一结构。 九江长江大桥 北京北郊综合体育馆 亚运村游泳馆,（3） 随着高强度螺栓和焊接技术的发展，铆接结构已被栓焊或全焊结构代替。 厂房钢结构、塔桅结构、网架结构中广泛应用了高强度螺栓连接； 西陵长江大桥的箱型加劲梁采用了全焊接结构； 孙口黄河大桥桁梁采用了整体焊接节点、节点外拼接的新的型式。 （4） 高层建筑钢结构的研究 近年来，我国已建成一批高层建筑，如： 上海锦江饭店分馆 （153m） 深圳发展中心大厦 （165m） 北京京广中心大厦 （208m） 我国钢结构事业发展很快，结构革新在科研、设计、材料、制造加工、安装建设等方面还有许多工作要做。,建议和要求：,1.按时听课，及时完成作业。2.及时复习、多做习题、消化所学内容，避免考试前突击。3.提倡交流、讨论，共同提高。4.课前预习，重点内容做好笔记（特别是重点强调的概念、习题和补充的例题），课下复习可以参考课件。5.期末考试前只串讲主要内容，不涉及考试范围和重点。6.测试方式为A卷（B卷）在学期末进行闭卷笔试形式考试，考试时间120分钟。成绩根据期末考试成绩70%、平时成绩30%综合评定。平时成绩包括：提问、做业、测验等。,2022/12/5,67,可编辑,