钢结构基础：绪论

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教案首页授课顺序：1学时：2H期：年丿」H班级:课题模块一钢结构基础绪论1、钢结构的类型及组成2、钢结构的特点3、钢结构的应用和发展冃的要求1、了解钢结构的类型及组成，钢结构的发展；2、掌握钢结构的特点及应用范围；$占八、、难点1、钢结构的特点；教学课程1、介绍钢结构课程的重要性2、讲新课讲新课（另附）：3、总结本节内容、布置作业教具挂图课后分析 模块一钢结构基础绪论【目的】要求学生理解本课程研究的对象与任务，掌握理解钢结构基本概念，掌握钢结构的类型、特点、应用范围。【重点】钢结构的类型、特点、应用范围。【难点】钢结构的特点。【授课方式】多媒体教学、现场参观校园内钢结构。【授课内容】1钢结构的类型及组成结构：由若干个构件通过正确连接组成的能够承受并传递荷载和英它间接作用的房屋骨架。钢结构：由钢板和型钢经过加工，制作成各种基本构件，如梁、桁架、柱、板等构件，然后将这些齐种基本构件Z间按一定的连接方式（焊缝连接、螺栓连接或钏钉连接,有些钢结构还部分采用钢丝绳或钢丝束连接）连接组成的结构。（1）钢结构的类型1）大跨度结构2）重工业厂房：（包钢厂房）3）高层建筑：深圳地土大厦4）高耸构筑物：电视塔5）容器：油罐6）轻型钢结构：食堂三楼球形网架、轻型门式刚架7）可拆卸和移动的结构：（塔吊、起重臂杆）8）钢和碗组成的组合结构（2）钢结构的组成1）单层房屋钢结构的组成平面结构体系：承重结构体系和附加构件;空间结构体系：平板网架，空间网壳圆屋顶都属于空间结构体系。2）多层房屋钢结构的组成 框架体系、带支撑的框架体系、筒式结构体系、支撑筒2钢结构的特点（1）钢结构的优点1）建筑钢材强度高、重量轻（轻质高强）钢材强度较高，弹性模量也高，I大I而钢结构构件小而轻。对同样跨度、承受同样的荷载的钢屋架和钢筋碗屋架，钢屋架的重量最多不过钢筋碗屋架的1/3〜1/4,冷弯薄壁型钢屋架接近l/10o在同样的受力情况下钢材自重较小，叮以作成跨度较大的结构，由于杆件小，也便于安装和运输。2）塑性、韧性好（拉伸试验、冲击荷载试验）。钢结构的塑性和韧性好，适于承受冲击和动力荷载，有较好的抗震性能。3）钢材材质均匀，与力学计算假定比较符合，可靠性高。钢材内部组织均匀，各个方向的物理力学性能基本相同，接近于各向同性体，且在一定的应力幅度内，应力与应变成线性关系，故和力学计算假定比较符合。4）钢结构制作简便，施工工期短。5）钢结构密闭性好。钢结构组织致密，有不渗透性和耐高压性，水密性、气密性较好，可制成密闭的板壳结构，常压和高压容器结构和大直径的管道。补充其他优点：6）钢结构占有面积小，增加了使用面积。7）钢结构易于改造，且减少砂石的用量，减轻了对不可再生资源的破坏。8）管线布置方便。（2）钢结构的缺点发生锈蚀，需耍定期维护。1）钢结构耐腐蚀性差（在涂油漆以前需彻底除锈）在潮湿和腐蚀介质的环境屮易2）钢结构耐火性差150°C以上200°C以内200°C以上（设计规定）需加以隔热防护。屈服点、弹性模量下降不多；强度急剧下降、发生兰脆、徐变现象;FT前已研制出耐候钢。 600°C时进入塑性状态，承载力基本降为零。3）钢材在低温下可能发生脆性断裂（设计时应特别注意）。3钢结构的应用和发展（1）钢结构的应用1.重工业厂房：（包钢厂房）——重型车间的承重骨架以及重型设备支架2.大跨度结构一一用于镀跨度的仓储建筑和公共建筑，其结构体系主要采用框架结构、拱架结构、悬挂结构、预应力钢结构3.高耸结构：电视塔、输电塔、无线电桅杆等4•多层、高层和超高层建筑：用于旅馆、饭店、住宅等多层、高层建筑，帝王大厦（深圳）5.承受振动荷载影响及地震作用的结构6.板壳结构7.轻型钢结构8.其他特种结构9.可拆卸和移动的结构（塔吊、起重臂杆）10.与混凝土的组合结构（2）钢结构的发展1.从钢结构的材料看：铸铁、锻诙、钢2、从钢结构的连接方式看：销钉连接、钏钉连接、焊接连接、高强度螺栓连接3.从结构形式看：桥梁、塔、工业及民用房屋和水工结构、高层钢结构、空间大跨度钢结构、轻钢结构。4、从材质方面看：高强度低合金钢、抵抗大气腐蚀的耐候钢、抵抗层状撕裂的Z向钢、II型钢、剖分T型钢；（3）钢结构的发展方向1・发展建筑钢材研制与应用高效能钢材，一是研制川高强度而性能好的钢材，二是采用各种有效措施，提高钢材的有效承载力，更好地发挥钢材的使用效果，从而节约钢材，如改进截面形式。2•发展钢结构施工工艺积极开发制造和现场施工屮的计算机放样、自动切割、打孔技术。3•钢结构设计理论的深入研究从合理和经济的角度出发，采用以概率为基础的极限状态的设计方法，而更为先进的全概率极限状态设计方法是今后的研究方向，此外弹塑 性稳定问题和屈曲后的强度也应深入研究。4•发展建筑钢结构要重视新型钢结构的研究和应用，在冃前国内发展较快应用较多的是组合梁和钢管混凝土结构。4钢结构的研究、设计、制造、安装、使用的相互关系钢结构的研究、设计、制造、安装及使用是一个有机的体系，各方面之间存在相辅相成的关系。1•使用的需求是钢结构发展的内在动力。钢结构具有工业化程度高、施工速度快等优点，因而更适合于运行节奏快、劳动力价格不断提高的现代社会。钢结构H重轻，因而特别适合于大跨度建筑或活载占比例较小的建筑结构，在这种条件卜•应用钢结构能充分体现其在经济方面的优越性。钢结构口重轻，有较好的柔性，因而在软土地基或地震区使用钢结构就显得更为合理。也就是说,钢结构的发展有其内在的社会和经济原因。从我国建筑业的现状来看，H前正处在钢结构快速发展的前期，钢结构的使用促进了钢结构的研究、设计、制造和安装技术的发展。2•钢结构的研究课题源于工程实践，其目的是要在一定概率意义上确保工程的安全并求得最佳的经济效益。目前钢结构的研究主要在以下几个方面进行：（1）新型钢结构建筑体系的研究：如轻钢结构体系的研究、网架结构体系的研究等。这是一类综合性的研究，涉及主体结构、节点、配套材料及施工工艺。这些研究成果可直接转换为社会生产力。（2）结构计算理论的研究：目前对于一般的钢结构计算问题己有成熟的计算方法。但对于某些特殊结构形态及荷载条件下的结构体系、构件、节点则还要进行深入的分析,这主要是动力问题、非线性问题、稳定问题和疲劳问题的研究。研究的成果用于指导设计规范的编制。口前钢结构理论研究的一个主要特点是往往同时伴随着计算软件的研究和开发。这使得研究成果可以直接为设计人员使用。（3）结构构件或节点的试验研究：试验研究的作用一是可以验证理论研究结果的正确性，二是可以发现并进一步阐明某些复朵结构的特殊受力现彖，从而为理论研究和规范编制提供依据。这对于形态和受力较为复朵的节点研究特别有效，是理论研究不能替代的。(4)制造工艺和安装方法的研究：钢结构的建造离不开良好的制造和安装技术。随 着钢结构使用条件的变化，新的设计、材料、构造形式层出不穷。为此要进行大量理论和实践的研究工作，从研制新的设备、制定制造和安装工艺标准、直到培训施工技术人员。3•钢结构的设计包括选择结构类型和材料：计算结构的强度、刚度和稳定；确定合理的构造形式和具体参数。钢结构的设计依据大量的理论研究和试验研究工作；钢结构的设计还必须密切配合制造和安装工艺。按国际惯例，钢结构的设计具体可分为技术设计和施工大样图设计两个阶段。技术设计要确定结构的形式和材料、结构齐部分截面参数及连接方式。技术设计由专门的设计单位完成。施工大样图设计是在技术设计的指导下，根据加工及安装要求将钢结构分解成单个构件，分别画出其大样图，并注明其加工步骤和工艺要求。这一工作一般由钢结构制造厂的技术人员完成。3.钢结构的制造必须遵循设计和相应的规范及技术标准。钢结构制造的前期准备包括材料准备和技术准备。制造的工序有校正、放样、下料、切割、钻孔、组装、焊接、整形、表面处理、包装等。每-•道工序均有一定的检测方法,并要求达到规定的标准，从而确保钢结构组装的最终质量。钢结构的制造除了满足设计要求外，还须满足运输和安装条件。要根据运输条件和安装起吊能力来限定构件的大小和重量；要根据安装方法及防腐蚀处理方法确定节点连接的方式，构造要求及实施步骤。4.钢结构的安装包括安装方案的确定、安装实施过程及安装质量的检验。安装方案的确立既要考虑结构特征和现有的设备状况，也耍考虑安全性。凡是利用结构木身作为安装支托的一定要经设计审核，并要考虑设备安装、使用和拆卸全过程。在选择方案时，经济性和设备的先进性应该兼顾，要从安装工作的实际效率和安全性出发作出适当的选择。钢结构的安装应该严格按规范和有关标准进行，逐个构件逐段地控制质量，一丝不苟地做好安全保障和设备保障。钢结构安装质量检验主耍是确保结构外形的准确和连接的可靠。外形的准确是指整 体和局部的谋差均应控制在规范许可范围Z内。连接的可靠是指螺栓的穿孔率、紧固程度，设计贴合面的密合度，现场焊缝的质量等均应达到规范规定的标准。5有关钢结构的规范、规程及标准简介钢结构的规范、规程及标准从总体上可分为五个层次：第一层次：1・2.《建筑结构可靠度设计统一标准》是最高层次的标准；《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》3.第二层次：1・第三层次：1・《建筑结构制图标准》《建筑结构荷载规范》《钢结构设计规范》2.《冷弯薄壁型钢钢结构设计规范》3.《网架结构设计与施工规范》4.《高层民用建筑钢结构设计规程》5.第四层次：1・2.《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》《钢结构工程施工质量验收规范》《钢结构工程施工检验评定规范》3.《建筑钢结构焊接技术规程》4.《钢结构高强螺栓连接的设计施工及验收规程》5.《网架结构工程质量检验评定标准》6.《螺栓球节点网架》7.《焊接球节点网架》第五层次：与上述设计和施工规范、规程配套的钢材、焊条、型钢、钢板、紧固件等标准。