钢材性质与结构体系设计综述.ppt
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1、高等钢结构理论高等钢结构理论2010年9月26日1课程特点课程特点n n实践性:实践性:从工程实践中发现问题,总结经验;从工程实践中发现问题,总结经验;n n综合性:综合性:综合应用各种知识解决问题;综合应用各种知识解决问题;n n创新性:创新性:创造新的技术,推动工程实践发展。创造新的技术,推动工程实践发展。2第一章第一章 钢材性质与结构体系设计综述钢材性质与结构体系设计综述1.1 1.1 钢结构的核心价值钢结构的核心价值1.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域钢结构工程发展的主要四个领域1.3 1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因1.4 1.4 钢结构设
2、计的流程钢结构设计的流程1.5 1.5 钢结构的验算钢结构的验算1.6 1.6 钢结构的概念设计:钢结构的概念设计:1.6.1 1.6.1 1.6.1 1.6.1 钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点钢结构荷载与作用的特点 1.6.2 1.6.2 1.6.2 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法提高钢结构承载效率的方法 1.6.3 1.6.3 1.6.3 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法提高钢结构建造和维护工作效率的方法 1.6.4 1
3、.6.4 1.6.4 1.6.4 提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法提高钢结构延性的方法1.7 1.7 钢结构的创新反向平衡法兰的研发钢结构的创新反向平衡法兰的研发31.1 1.1 钢结构的核心价值:承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值:承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值:承、重比高、快速施工和延性好钢结构的核心价值:承、重比高、快速施工和延性好1 1)承载能力与重量之比高(用于主体结构)承载能力与重量之比高(用于主体结构)承载能力与重量之比高(用于主体结构)承载能力与重量之比高(用于主体结构)传统概念:强质比,针对材料传统概念:强质比,针对材料传统
4、概念:强质比,针对材料传统概念:强质比,针对材料 新概念:承、重比,针对结构新概念:承、重比,针对结构新概念:承、重比,针对结构新概念:承、重比,针对结构 区区区区别别别别:承承承承载载载载能能能能力力力力包包包包含含含含材材材材料料料料强强强强度度度度因因因因素素素素,也也也也包包包包含含含含用用用用此此此此种种种种材材材材料料料料做做做做成成成成结结结结构构构构件件件件的的的的几几几几何何何何要要要要素素素素,如如如如作作作作为为为为梁梁梁梁、柱柱柱柱,钢钢钢钢材材材材可可可可形形形形成成成成高高高高效效效效的的的的截截截截面面面面;作作作作为为为为楼楼楼楼板板板板,钢钢钢钢材材材材难难难
5、难以以以以形形形形成成成成适适适适用用用用、高高高高效效效效(高高高高抗抗抗抗弯弯弯弯模量、高惯性矩)的截面。模量、高惯性矩)的截面。模量、高惯性矩)的截面。模量、高惯性矩)的截面。2 2)工厂制作,工地螺栓连接,施工周期短)工厂制作,工地螺栓连接,施工周期短)工厂制作,工地螺栓连接,施工周期短)工厂制作,工地螺栓连接,施工周期短 i i)工厂制作(成形、焊接、涂装)优质高效)工厂制作(成形、焊接、涂装)优质高效)工厂制作(成形、焊接、涂装)优质高效)工厂制作(成形、焊接、涂装)优质高效 ii ii)工地螺栓连接快速、省工)工地螺栓连接快速、省工)工地螺栓连接快速、省工)工地螺栓连接快速、省工
6、 iii iii)充分利用时间与空间交叉特性,节约工期)充分利用时间与空间交叉特性,节约工期)充分利用时间与空间交叉特性,节约工期)充分利用时间与空间交叉特性,节约工期 41.1 1.1 钢结构的核心价值:轻质、快速和延性好钢结构的核心价值:轻质、快速和延性好钢结构的核心价值:轻质、快速和延性好钢结构的核心价值:轻质、快速和延性好3 3)结构延性好)结构延性好)结构延性好)结构延性好 i i i i)在极限荷载与作用下可进行内力重分布)在极限荷载与作用下可进行内力重分布)在极限荷载与作用下可进行内力重分布)在极限荷载与作用下可进行内力重分布 iiiiiiii)可耗能减振)可耗能减振)可耗能减振
7、)可耗能减振4 4)为实现钢结构核心价值应解决的问题)为实现钢结构核心价值应解决的问题)为实现钢结构核心价值应解决的问题)为实现钢结构核心价值应解决的问题 i i)稳定问题)稳定问题)稳定问题)稳定问题 ii ii)锈蚀问题)锈蚀问题)锈蚀问题)锈蚀问题 iii iii)防火问题)防火问题)防火问题)防火问题 51.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因1 1 1 1、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库、单层轻钢厂房及仓库 工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程
8、受力特点:表面活荷载小,跨度大工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程外形特点:简单、标准化工程外形特点:简单、标准化工程外形特点:简单、标准化工程外形特点:简单、标准化61.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因大众汽车三期工程山东省日照市双禾家纺轻钢车间某轻钢厂房现代轻型钢结构厂房71.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因2 2 2 2、大
9、跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面、大跨度公共建筑屋面工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程受力特点:表面活荷载小,跨度大工程外形特点:造型复杂多变工程外形特点:造型复杂多变工程外形特点:造型复杂多变工程外形特点:造型复杂多变代表建筑物代表建筑物代表建筑物代表建筑物 江宁体育场江宁体育场江宁体育场江宁体育场 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1010 上海浦东国际机场上海浦东国际机场上海浦东国际机场上海浦东国际机场 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1111 上海新国际博览中心上海新国际博览中
10、心上海新国际博览中心上海新国际博览中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1212 南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心南京奥林匹克体育中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1313 国家体育场的国家体育场的国家体育场的国家体育场的“鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”方案方案方案方案 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片141481.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因江宁体育场 大跨度公共建筑91.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发
11、展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因9 大跨度公共建筑上海浦东国际机场101.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑上海新国际博览中心111.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑 南京奥体中心主场馆的整体雄姿121.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及
12、原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑2008奥运会国家体育场方案131.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因3 3 3 3、超高层建筑、超高层建筑、超高层建筑、超高层建筑工程受力特点:结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点:结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点:结构水平荷载与作用和高度的平方成工程受力特点:结构水平荷载与作用和高度的平方成正比,结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之正比,结构的竖向力作用与水平力作用有
13、耦连放大之正比,结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之正比,结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之势。势。势。势。代表建筑物代表建筑物代表建筑物代表建筑物 上海金贸大厦上海金贸大厦上海金贸大厦上海金贸大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1616 浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦浦东国际金融大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片17 17 北京京广中心北京京广中心北京京广中心北京京广中心 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1717 深圳地王大厦深圳地王大厦深圳地王大厦深圳地王大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1818 广州中信大厦广州中信大
14、厦广州中信大厦广州中信大厦 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片1919141.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 1998年年 金茂大厦金茂大厦 88层层 420m 混凝土核心筒混凝土核心筒:钢巨型外伸桁架钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱钢骨混凝土巨型柱 超高层建筑151.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑浦东国际金融大厦226m高,56层,12万m2
15、,2000年竣工。北京京广中心208m高,52层161.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑1996年:深圳地王大厦混凝土核心筒,钢框架81层,384m高,14.7万m2,用钢量为24500T。171.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑深圳发展中心大厦广州中信大厦广州中信大厦华南第一高楼,391m高,80层。181.2 1.2 钢结构工程发展的主要
16、四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因4 4 4 4、高耸结构、高耸结构、高耸结构、高耸结构工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑工程受力特点同超高层建筑代表建筑物(结构设计创意,结构形式,特点)代表建筑物(结构设计创意,结构形式,特点)代表建筑物(结构设计创意,结构形式,特点)代表建筑物(结构设计创意,结构形式,特点)佛山广播电视塔佛山广播电视塔佛山广播电视塔佛山广播电视塔(230m230m高高高高)详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2020 黑龙江广播电视塔黑龙江广播电视塔
17、黑龙江广播电视塔黑龙江广播电视塔(336m336m高高高高)详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 林芝电视塔林芝电视塔林芝电视塔林芝电视塔 (103m103m高)高)高)高)详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 临沂电视塔临沂电视塔临沂电视塔临沂电视塔 (326m326m高)高)高)高)详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 海南电视塔海南电视塔海南电视塔海南电视塔 详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222 河南电视塔河南电视塔河南电视塔河南电视塔 (388m388m高)高)高)高)详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片详见幻灯片2222191.2 1.2 钢
18、结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构230m高佛山广播电视塔201.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 黑黑龙龙江江广广播播电电视视塔塔被被称称为为龙龙塔塔,坐坐落落在在哈哈尔尔滨滨高高新新技技术术开开发发区区,高高度度为为336336米米,亚亚洲洲第第一一钢钢塔塔。电电视视塔塔集集广广播播电电视视发发射射、旅旅游游观观光光、广广告告传传播播、餐餐饮饮娱娱乐乐、科科技技
19、乐乐园园、无无线线通通讯讯、环环境境气气象象监监测测等等多多种种综综合合性性功功能能于于一一身身,成成为为素素有有“东东方方莫莫斯斯科科”美美誉誉的的北北国国名名城城哈哈尔尔滨滨市市乃乃至至黑黑龙龙江江省省新新的的标标志志性性景景观。观。黑龙江电视塔211.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 西西藏藏林林芝芝多多功功能能电电视视塔塔建建于于具具有有“西西藏藏江江南南”之之称称的的林林芝芝市市,塔塔高高103103米米。该该塔塔既既具具有有电电视视发发射射功功能能,又又兼兼有
20、有旅旅游游观观光光功功能能。林林芝芝电电视视塔塔塔塔身身由由3636根根笔笔直直的的钢钢管管在在空空中中巧巧妙妙地地组组合合成成双双曲曲抛抛物物面面,充充分分体体现现了了现现代代建建筑筑优优美美而而独独特特的的造造型型风风格格;其其内内由由压压型型钢钢板板和和采采光光板板构构成成的的正正十十六六边边形形井井道道,玲玲珑珑剔剔透透,与与外塔身配合相得益彰。外塔身配合相得益彰。林芝电视塔221.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构临沂电视塔总高临沂电视塔总高326326米,塔顶米
21、,塔顶天线段总高天线段总高9898米。米。塔楼总体塔楼总体塔楼总体塔楼总体呈笔头状;塔身沿渐开线状呈笔头状;塔身沿渐开线状呈笔头状;塔身沿渐开线状呈笔头状;塔身沿渐开线状桁架向下有一些不锈钢索,桁架向下有一些不锈钢索,桁架向下有一些不锈钢索,桁架向下有一些不锈钢索,使塔身像一架竖琴,给人以使塔身像一架竖琴,给人以使塔身像一架竖琴,给人以使塔身像一架竖琴,给人以音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建音乐的美感。塔座为多层建筑,平面为渐开线状,立面筑,平面为渐开线状,立面筑,平面为渐开线状,立面筑,平面为渐开线状,立面由内向外逐渐降低,恰似舒由内向外逐渐降低,恰似
22、舒由内向外逐渐降低,恰似舒由内向外逐渐降低,恰似舒展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简展的竹简。最奇妙的是竹简形幕墙上的窗洞大小参差,形幕墙上的窗洞大小参差,形幕墙上的窗洞大小参差,形幕墙上的窗洞大小参差,疏密有致,细看能品位出书疏密有致,细看能品位出书疏密有致,细看能品位出书疏密有致,细看能品位出书法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。法作品那种出神入化的韵味。临沂电视塔231.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领
23、域及原因高耸结构海南电视塔方案由海南电视塔方案由900900个个立方体钢框架构成,四立方体钢框架构成,四翼呈螺旋状收缩上升,翼呈螺旋状收缩上升,塔座平面布局呈风车状,塔座平面布局呈风车状,塔楼根据需要,采用玻塔楼根据需要,采用玻璃幕墙对立方体框架进璃幕墙对立方体框架进行封闭,形成镶嵌在金行封闭,形成镶嵌在金属框架中晶莹剔透的宝属框架中晶莹剔透的宝石。石。海南电视塔方案241.2 1.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 河南省广播电视发射塔总河南省广播电视发射塔总高高388m,由塔身
24、结构、塔楼结由塔身结构、塔楼结构及桅杆结构等组成。塔身由构及桅杆结构等组成。塔身由内筒及外筒组成内筒及外筒组成,采用全钢结构。采用全钢结构。外筒由外筒由10 根桉叶糖形钢管塔柱根桉叶糖形钢管塔柱构成。构成。河南电视塔251.3 1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因选用钢结构的基本原因和附加原因1 1 1 1)基本原因:)基本原因:)基本原因:)基本原因:活活活活荷荷荷荷载载载载与与与与全全全全部部部部竖竖竖竖向向向向荷荷荷荷载载载载之之之之比比比比越越越越小小小小,采采采采用用用用钢钢钢钢结结结结构构构构优优优优越性更大;越性更大;
25、越性更大;越性更大;2 2 2 2)附加原因:)附加原因:)附加原因:)附加原因:i i i i)跨度大,结构效应放大系数大)跨度大,结构效应放大系数大)跨度大,结构效应放大系数大)跨度大,结构效应放大系数大 ii ii ii ii)地震烈度大)地震烈度大)地震烈度大)地震烈度大 iii iii iii iii)软土地基)软土地基)软土地基)软土地基 IV IV IV IV)劳动力价格高)劳动力价格高)劳动力价格高)劳动力价格高 V V V V)造型复杂)造型复杂)造型复杂)造型复杂 261.4 1.4 钢结构设计的流程钢结构设计的流程钢结构设计的流程钢结构设计的流程图图1-1 钢结构设计流程
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