钢结构设计 原理第一章 绪论

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1、第一章绪论§1-1钢结构的特点1、轻质高强(1)混凝土C80=35.9N/mm2；※强度约为6倍级的关系；钢Q235=235N/mm2；(2)混凝土=2500kg/m3；※钢材的密度为混凝土密度的3倍；钢=7850kg/m3；同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的重量是砼屋架的；冷弯薄壁型钢屋架甚至接近。2、塑性、韧性好(1)塑性钢材抵抗变形的能力的大小；在一般情况下，钢结构不会因偶然超载或局部超载而突然破坏。(2)韧性钢材抵抗动荷载的能力；钢材在动力荷载作用下，吸收能量的能力的大小（与延性相关）。3、材质均匀，符合力学假定※材料力学基本假定：连续、均匀、各向同性。

2、计算结果与实际受力情况吻合。4、具有可焊性可焊性是钢材经焊接而不开裂的性质。由于钢结构具有可焊性，使得结构的连接大大简化，并可根据需要，实现各种形状复杂结构的连接。但应注意焊接时产生的焊接残余应力和残余变形的问题。5、工业化程度高，施工周期短标准化：设计标准化、加工制作标准化、安装标准化；装配化：采用螺栓连接时，钢结构可装可卸；6、密闭性好（水密性和气密性）焊接的钢结构(钢材及焊缝)密闭性好。7、耐热不耐火（1）耐热性：0℃～200℃：力学性能影响不大，但强度随温度的升高，呈降低趋势；仅幅度不大而已；200℃～250℃：材质变化较大，不仅强度逐步降低，而且伴有

3、徐变现象；250℃左右：强度增大，塑性韧性降低，钢材表面发蓝（蓝脆现象）；250℃～600℃：强度逐渐降低，当温度大于600℃完全丧失承载能力（软化E→0）。（2）不耐火性：※无保护层的钢柱的耐火极限仅为0.25h。因此，规范中规定，钢构件表面辐射温度大于150℃时，应采取有效的隔热防火措施。8、抗腐蚀性能差钢材的腐蚀有化学反应和原电池反应两种。钢材的生锈只是化学反应中的一种。※关键词钢结构——steelstructure；强度——strength；塑性——plasticity；韧性——toughness；可焊性——weldability；§1-2钢结构的应用

4、范围1.大跨度结构：梁、桁架、框架、拱、壳、空间网架、悬索等；2.轻型钢结构：轻型钢结构由圆钢，小角钢或薄壁型钢组成，以满足荷载小，跨度及高度均不大的轻型支架结构和屋盖结构的承载要求；现在包括门式刚架轻型房屋钢结构、冷弯薄壁型钢结构以及钢管结构；3.多层和高层结构：住宅、写字楼等；4.高耸结构：塔及桅杆；5.工业厂房结构：锻压车间等；6.可拆移或移动的结构；7.特种结构：栈桥、海上采油平台、容器、管道等；8.钢—砼组合结构：劲性混凝土。※关键词工业厂房——industrialfactorybuilding；大跨结构——largespanstructure；高层

5、结构——high-risestructure；高耸结构——toweringstructure；§1-3钢结构的设计方法《钢结构设计规范》（GB50017—2003）已于2003年12月1日开始实施，规范总则中第一条“为做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范”。结构设计准则：结构由各种荷载产生的效应（内力和变形）不大于结构（包括连接）由材料和几何因素等所决定的抗力或规定限值。结构计算的目的是保证所设计的结构或结构构件在施工和工作过程中满足预期的安全性和使用性要求。一、基本概念1.可靠性：结构或构件在使用期间安全性、适用性和耐久性的总称。它是指结

6、构在规定的时间内、在规定的条件下完成预定功能的能力。2.可靠度：可靠性的概率度量，即结构在规定时间内、规定条件下，完成预定功能的概率。3.荷载：恒荷载、活荷载；风荷载、雪荷载、地震荷载等。4.作用：凡是使结构或构件产生内力或变形的因素，统称为作用。5.荷载效应(S)：荷载在结构或构件中产生的内力、应力、变形或裂缝等。6.抗力(R)：结构或构件抵抗外力的能力，通常为强度或承载力。7.功能函数Z(R,S)=g(x1,x2……xn)=R-S，其结果：（1）＞0安全可靠（2）＝0极限状态（3）＜0失效8.极限状态：当结构或其组成部分超过特定状态就不能满足设计规定的某一

7、项功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。(1)承载能力极限状态，是指当结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。(2)正常使用极限状态，是指结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的极限状态。包括影响结构和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。二、设计方法（一）容许应力法（安全系数法）1.定义：容许应力法是将影响结构安全的各种参数按经验取值，一

8、般选用平均值或规范规定的标准值，在强度