第1章 绪 论,1.1 钢结构的特点和应用范围,主 讲：朱 明 高级经济师、高级工程师、高级技师 高级国家职业技能考评员 高级技能专业教师,知足常乐，历经兵农工商学。 历经：兵团开车，地方修车，企业管理：技术、运营、 物流、安全、保卫， 职任：客运站长、 公司经理， 集团技术总监， 总经理及法人代表。 学历：本科、MBA， 专业：汽车维修与使用、企业管理、经济管理。 职业资格与职称：高级工程师、高级技师、国家经济师、高级技能专业教师、高级国家职业资格考评员。 管理科学研究院特约讲师、 管理顾问有限公司高级讲师。客座任教：大学、 技师学院、国家职业资格培训与考评及企业内部职业培训。Q号657555589,朱明 百度个人主页,(本人教学资料搜索:朱明zhubob(需要资料内容),朱明工作室,力学性能好（强度、塑性、韧性） 材质均匀，与力学计算假定吻合较好。内部组织接近匀质和各向同性体，在弹性范围内符合虎克定律。 质量轻（强度与密度之比）。比值越大，自重越轻，地震作用越小，震害较轻，同时对地基土要求较低，减少基础造价。,1.1.1 钢结构的特点,制造简单、施工周期短。材料单一且为成才，宜加工和安装。 钢材耐腐蚀性差：需定期维护，维护费用较高。 钢材耐热但不耐火: 100时强度无变化，600时强度约为0。超过150时需采取防火措施。,塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量 塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能 的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证； 韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料 具有良好 的动力工作性能。,1.1.2 钢结构的应用范围,钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还受到钢材的品种、产量和经济水平的影响。,钢结构发展从建国以来分三阶段：,5060年代（初盛时期）：借助苏联的经济和技术支援，有百十个项目，都是重型工业厂房； 60年代中后期70年代（低潮期）：冷弯薄壁型钢结构、轻钢屋盖； 80年代以后至今（发展时期）：向高、大、重方向发展。,应用范围：,（1）工业厂房,（2）大跨度结构：桥梁、体育馆、展览馆,国家体育场,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,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面 ，总用钢量达16万t 。,天津奥林匹克体育场俯瞰效果图,“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运” 建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。,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12公顷，总建筑面积近15万平方米，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212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）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湖35500m2,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鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m2。,（3）高耸结构,塔架结构 桅杆结构,东方明珠电视塔,东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高塔。于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,（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。,帝王大厦,上海金茂大厦,金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。,上海环球金融中心,由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。,央视新台址,央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 高度230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行 。,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5.5m，中670t的阻尼器,（5）承受振动荷载影响及地震作用的结构,主要利用钢材的韧性性能，当厂房内设有产生动力作用的设备如：锻锤、电机、风机、吊车等，厂房的承重结构用钢结构。,（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。,陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐,大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐,（8）可拆卸或移动结构,可拆卸：临时建筑物 移动结构：履带式起重机吊臂、塔吊 主要是由于其承重结构的构件之间的连接可用螺栓，便于拆卸，并且构件可以重复使用。,（9）轻型钢结构,1.2 钢结构的设计原则,技术先进 经济合理 安全适用 确保质量,1.2.1 概率极限状态设计方法,极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限 抗力（R）和荷载效应（S）： 设计表达式：,1.3 钢结构的发展,高强钢材的应用：Q235 、 Q345、 Q390 、Q420 对极限状态的了解：近似概率法 全概法 结构体系的发展：薄壁结构、索张拉结构、索-膜结构、膜结构 钢-混凝土混合结构的研究和应用,第3章 钢结构的连接,主 讲：朱 明 高级经济师、高级工程师、高级技师 高级国家职业技能考评员 高级技能专业教师,基本构件通过连接制成整体结构。例如：屋架。在钢结构中，连接的设计、制作、安装占有很重要的地位，所以设计时，在选用合理的连接方式时，应考虑以下问题： 1、连接设计与结构内力分析时的假定相一致； 2、连接设计应选择最不利的荷载工况； 3、传力直接、明确，避免应力集中； 4、节点的变形协调； 5、避免偏心的影响； 6、连接的方式应避免在结构中产生过大的残余应力； 7、利用厚钢板时，应避免层间撕裂； 8、连接的构造简单，便于施工。,钢结构的连接分类：,冶金连接焊接连接 ； 铆钉连接 机械连接 普通螺栓 螺栓连接 高强度螺栓,焊接连接,20世纪20年代发展起来的，是现代钢结构最主要的连接方式。 优点：构造简单，加工方便，节省钢材。而且能实现自动化操作，生产效率较高。 缺点：焊缝质量易受材料操作的影响，因此对钢材材质要求较高（主要是含碳量），焊接时构件内有残余应力和残余变形，且宜产生裂缝，给疲劳破坏带来隐患。所以，对直接承受动力荷载的结构不宜采用。,铆钉连接,优点：传力可靠，连接的韧性和塑性较好，质量易于检查。 缺点：用钢量大、施工较复杂。 在土木工程中很少采用，主要用在飞机制造业。,普通螺栓,按性能等级分：3.6，4.6，4.8，5.6，5.8，6.8，8.8级。 含义：以“4.6”为例： 按制作精度分：A、B级和C级。 1、 A、B级精制螺栓，栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸准确，要求螺栓孔为I类孔，允许偏差为0.180.25mm。 2、 C级粗制螺栓，要求螺栓孔为II类孔，允许偏差为1.52.0mm。,高强度螺栓,与普通螺栓的区别：材料强度高、施工时施加预拉力。 按性能等级分：8.8级、 10.9级、12.9级 从外形上分： 1、大六角头螺栓(见图1）：连接副：一个螺栓、一个螺母、二个垫圈。有8.8级、 10.9级。 2、扭剪型螺栓（见图2）：连接副：一个螺栓、一个螺母、一个垫圈。有8.8级、 10.9级。 按受力状况分： 1、摩擦型连接：预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递。板件之间不允许产生滑移。 2、承压型连接：板件之间允许产生滑移。,3.1 焊接方法和焊接连接形式,3.1.1 焊接方法 电弧焊 电阻焊 气体保护焊,手工电弧焊：,1、通电后在涂有焊药的焊条与焊件之间产生电弧，熔化焊条而形成焊缝。焊药则随焊条熔化而形成熔渣覆盖的焊缝上，同时产生一种气体，隔离空气与熔化的液体金属，使它不与外界空气接触，保护焊缝不受空气有害气体影响。 2、焊条应与焊件的金属强度相适应。 Q235钢焊件E43型系列焊条 Q345钢焊件E50型系列焊条 Q390钢焊件E55型系列焊条 当不同钢种的钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。,手工电弧焊的优缺点：,优点： 操作简单，不受地方、场所、焊件尺寸、形状的限制。,缺点： 由于是手工操作，受到焊工的技术水平的影响（焊工要分等级），所以焊缝要进行质量检查。（焊缝的外观和内部探伤）,自动或半自动埋弧焊 ：,1转盘；2电动机；3漏斗夹具；4电源焊丝； 5熔化的焊剂电弧；6焊缝金属；7焊件；8焊剂；9移动方向,Q235的焊件H08、H08A焊丝 Q345的焊件 H08A、H08MnA、H10Mn2 Q345的焊件H08MnA、H10Mn2,自动焊的焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高，抗腐蚀性强。半自动焊除人工操作前进外，其余与自动焊相同。 适用于焊接受力构件，如：焊接截面中腹板与翼缘的连接等。,气体保护焊：,是利用惰性气体或CO2气体作为保护介质，在电弧周围形成保护层，使被融化的金属不与空气接触，而形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。,电弧加热集中，熔化深度大，焊接速度快，焊缝强度高，塑性好，其效率是手工电弧焊的34倍。 可以手工操作或自动操作。,电阻焊,利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。 冷弯薄壁型钢（厚度低于3.5mm）的焊接；板叠厚度不超过12mm的焊接。,3.1.2 焊缝连接型式,按被连接构件的相对位置分：平接；T形连接；搭接；角接； 按焊缝本身构造分：对接焊缝；角焊缝 按施焊位置分：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊；,对接焊缝,角焊缝,3.1.3 焊缝连接的优缺点 ：,优点：（1）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工省时，又不使材料的截面积受到减弱 （2）任何形状的构件都可直接连接，一般不需要辅助零件，使连接构造简单，传力路线短，适应面广； （3）焊接连接的气密性和水密性都较好，结构刚性也较大，结构的整体性较好。,缺点： （1）由于高温作用在焊缝附近形成热影响区，钢材的金相组织和机械性能发生变化，材质变脆； （2）焊接的残余应力会使结构发生脆性破坏和降低压杆稳定的临界荷载，同时残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化； （3）焊接结构具有连续性，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。,焊接变形,3.1.4 焊缝的缺陷及焊缝质量检验,焊缝在焊接过程中会在焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部产生缺陷，常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等； 外观检查：直尺、放大镜、磁粉等 内部探伤：超声波或射线,钢结构工程施工质量验收规范GB50202-2001规定，焊缝质量检查标