1、鋼結(jié)構(gòu)課程的主要內(nèi)容： 鋼材材質(zhì)、穩(wěn)定和構(gòu)造材質(zhì)、穩(wěn)定和構(gòu)造（包括連接）問題 鋼材材質(zhì)和使用鋼材性能雖然比較穩(wěn)定，但化學(xué)成分、冶金缺陷和加工制作工作環(huán)境會(huì)對鋼材性能產(chǎn)生影響。應(yīng)合理使用。 穩(wěn)定問題由于鋼材高強(qiáng)，構(gòu)件的截面面積一般較小，必然產(chǎn)生穩(wěn)定問題。既要考慮其整體穩(wěn)定性，又要考慮其局部穩(wěn)定性。影響穩(wěn)定性的因素也比較多，理論也比較復(fù)雜。所以，穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的突出問題。 構(gòu)造（包括連接）問題構(gòu)造問題指構(gòu)件截面的組成和連接方法，以及構(gòu)件與構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)形式。課程安排：兩門課共64課時(shí) 一周課程設(shè)計(jì)成績平定：考試70，平時(shí)30上課、作業(yè)和課堂問答。 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)的特

2、點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法有所了解；了解該課程的基本框架。 本章教學(xué)內(nèi)容 本章的主要知識(shí)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用法以及鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用和發(fā)展。 教學(xué)要求 了解鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況及其在我國現(xiàn)代化建設(shè)中的作用和地位；掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其合理應(yīng)用范圍；了解結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法；了解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問題及發(fā)展方向。鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 第一章第一章 緒論緒論 本章重點(diǎn) 本章節(jié)有兩個(gè)重點(diǎn)第一: 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)既有強(qiáng)度高，塑、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，也存在易腐蝕、耐火性能差等缺點(diǎn)。必須在設(shè)計(jì)中合理使用鋼材，注意提高鋼材的耐久性。 第二: 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，這是一個(gè)影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)

3、濟(jì)的全局問題。設(shè)計(jì)方法確定后，材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，荷載的取值及其有關(guān)分項(xiàng)系數(shù)等才能確定。 本章難點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。 第一章第一章 緒論緒論1 1、鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史、鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史、 2 2、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用 3 3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法方法 4 4、鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向、鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 1-11-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史 鋼鋼是鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。早在公元前2000年左右，在人類古代文明的發(fā)祥地之一的美索不達(dá)米亞平原（位于現(xiàn)代伊拉克境內(nèi)的幼發(fā)拉底河和底格里斯河之間）就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù)。 我國也是較早發(fā)明煉鐵技術(shù)的國家

4、之一，在河南輝縣等地出土的大批戰(zhàn)國時(shí)代（公元前475前221年）的鐵制生產(chǎn)工具說明，早在戰(zhàn)國時(shí)期，我國的煉鐵技術(shù)已很盛行了。公元65年（漢明帝時(shí)代），已成功地用鍛鐵為環(huán)，相扣成鏈，建成了世界上最早的鐵鏈懸橋蘭津橋。 此后，為了便利交通，跨越深谷，曾陸續(xù)建造了數(shù)十座鐵鏈橋。其中跨度最大的為1705年（清康熙四十四年）建成的四川瀘定大渡河橋，橋?qū)?.8m，跨長100m，由9根橋面鐵鏈和4根橋欄鐵鏈構(gòu)成，兩端系于直徑20cm、長4m的生鐵鑄成的錨樁上。該橋比美洲1801年才建造的跨長23m的鐵索橋早近百年，比號稱世界最早的英格蘭30m跨鑄鐵拱橋也早74年。瀘定鐵索橋?yàn)o定鐵索橋除鐵鏈懸橋外，我國古代還

5、建有許多鐵建筑物，如公元694年（周武氏十一年）在洛陽建成的“天樞”，高35m，直徑4m，頂有直徑為11.3m的“騰云承露盤”，底部有直徑約16.7m用來保持天樞穩(wěn)定的“鐵山”，相當(dāng)符合力學(xué)原理。又如公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在。 所有這些都表明，我們中華民族對鐵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，曾經(jīng)居于世界領(lǐng)先地位。湖北荊州玉泉寺建成的湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔層鐵塔 歐美等國家中最早將鐵做為建筑材料的當(dāng)屬英國，但直到1840年以前，還只采用鑄鐵來建造拱橋。1840年以后，隨著鉚釘連接和鍛鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄鐵結(jié)構(gòu)逐漸被鍛鐵結(jié)構(gòu)取代，1846-1850年間在英國威爾士修建的

6、布里塔尼亞橋是這方面的典型代表。該橋共有4跨，跨長分別為70-140-140-70m，每跨均為箱型梁式橋，由鍛鐵型板和角鐵經(jīng)鉚釘連接而成。 隨著1855年英國人發(fā)明貝氏轉(zhuǎn)爐煉鋼法和1865年法國人發(fā)明平爐煉鋼法，以及1870年成功軋制出工字鋼之后，形成了工業(yè)化大批量生產(chǎn)鋼材的能力，強(qiáng)度高且韌性好的鋼材才開始在建筑領(lǐng)域逐漸取代鍛鐵材料，自1890年以后成為金屬結(jié)構(gòu)的主要材料。 20世紀(jì)初焊接技術(shù)的出現(xiàn)，以及1934年高強(qiáng)度螺栓連接的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。除西歐、北美之外，鋼結(jié)構(gòu)在前蘇聯(lián)和日本等國家也獲得了廣泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為全世界所接受的重要結(jié)構(gòu)體系。 由于我國長期處于封建主義統(tǒng)治

7、之下，束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展，1840年鴉片戰(zhàn)爭以后，更淪為半封建半殖民地國家，經(jīng)濟(jì)凋敝，工業(yè)落后，古代在鐵結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)優(yōu)勢早已喪失殆盡。我國在1907年才建成了漢陽鋼鐵廠，年產(chǎn)鋼只有0.85萬噸。 1943年是我國歷史上鋼鐵產(chǎn)量最高的一年，生產(chǎn)生鐵180萬噸，鋼90萬噸，絕大部分是在東北生產(chǎn)的。這些鋼鐵很少用于建設(shè)，大部分被日本帝國主義用于反動(dòng)的侵略戰(zhàn)爭。 新中國成立后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)曾起過重要作用，如第一個(gè)五年計(jì)劃期間，建設(shè)了一大批鋼結(jié)構(gòu)廠房、橋梁。但由于受到鋼產(chǎn)量的制約，在其后的很長一段時(shí)間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)被限制使用在其他結(jié)構(gòu)不能代替的重大工程項(xiàng)目中，在一定程度上，影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

8、。 自1978年我國實(shí)行改革開放政策以來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)獲得了飛速的發(fā)展，鋼產(chǎn)量逐年增加。自1996年超過1億噸以來，一直位列世界鋼產(chǎn)量的首位，2003年更達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.2億噸，逐步改變著鋼材供不應(yīng)求的局面。我國的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)政策，也從“限制使用”改為積極合理地推廣應(yīng)用。近年來，隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷完善，鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝企業(yè)像雨后春筍般在全國各地涌現(xiàn)，外國著名鋼結(jié)構(gòu)廠商也紛紛打入中國市場。在多年工程實(shí)踐和科學(xué)研究的基礎(chǔ)之上，我國新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003和冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018也已發(fā)布實(shí)施。所有這些，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。1-21-2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用鋼結(jié)

9、構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用 1-2-1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、鋼管、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）材料強(qiáng)度高，鋼材質(zhì)量輕（相對）材料強(qiáng)度高，鋼材質(zhì)量輕（相對） a=容重/強(qiáng)度, a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕 鋼材：鋼材：a=1.7a=1.73.73.71010-4/-4/m m； 木材：木材：a=5.4a=5.41010-4/-4/m m； 鋼砼：鋼砼：a= 18a= 181010-4/-4/m m； 由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。能跨越大跨徑。同跨徑下鋼屋架的重量只有鋼筋混凝土屋架的1/41/3。可以簡化基礎(chǔ)。（2）塑、韌性好塑、韌性

10、好 鋼材的塑性好，承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力強(qiáng)。鋼結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載等而突然斷裂。破壞前一般都會(huì)產(chǎn)生顯著的變形、易于被發(fā)現(xiàn)，可及時(shí)采取補(bǔ)救措施，避免重大事故發(fā)生。 鋼材的韌性好，鋼結(jié)構(gòu)對動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的吸能能力，抗震性能優(yōu)越。（3）材質(zhì)均勻材質(zhì)均勻 鋼材內(nèi)部組織較接近于接近于勻質(zhì)和各向同性體勻質(zhì)和各向同性體，實(shí)際受力和根據(jù)力學(xué)情況計(jì)算的結(jié)果相吻合。4）制作簡便，工期短制作簡便，工期短 施工周期短，鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)工廠制作，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度高，質(zhì)量易于保證，是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)。構(gòu)件制造完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝成結(jié)構(gòu) 。自動(dòng)鋼板切割

11、埋弧自動(dòng)焊工廠鋼構(gòu)制作作業(yè)面多現(xiàn)場基礎(chǔ)施工（5）可焊性、密封性好可焊性、密封性好 鋼材在焊前和焊后，都能保持焊接部分不開裂的完整性的性質(zhì)。鋼材容易焊接，鋼材的這種性能為制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高壓容器及管道創(chuàng)造了條件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1）耐腐蝕性差耐腐蝕性差-在潮濕和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，綱結(jié)構(gòu)容易銹蝕，要選用耐大氣腐蝕的耐侯鋼材，注意油漆防護(hù)，增加了維護(hù)費(fèi)用。普通防腐蝕方法（35年） 除銹、底漆、面漆 操作方便，防腐有效年限短熱浸鋅（25年） 酸洗、清洗、干燥、熱浸鋅、后處理 質(zhì)量穩(wěn)定、工業(yè)化程度高，但構(gòu)件尺寸受鋅槽尺寸控制 熱噴鋁復(fù)合涂層（25年） 噴砂 、噴鋅（鋁）、噴鋁、噴復(fù)合涂層 不受

12、體型大小限制、無熱影響，構(gòu)件形狀復(fù)雜時(shí)操作困難 2）耐熱不耐高溫耐熱不耐高溫-當(dāng)鋼材受熱溫度在200以內(nèi)時(shí)。其主要性能變化很小，具有較好的耐熱性能。但是，當(dāng)溫度在600以上時(shí)，其承載力幾乎完全喪失。必須有隔熱或采用防火涂料等防護(hù)措施 提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性的措施提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性的措施 外包層外包層在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，可以采用噴可以現(xiàn)澆成型，可以采用噴涂法涂法。 充水充水(水套水套)空心型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御空心型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。（3）低溫脆斷低溫脆斷 -要高度重視（4）變形控制難變形控制難（不利安裝）（不利安裝）8

13、006004002000N/mm2Efufy200400600溫度對鋼材機(jī)械性能的影響溫度對鋼材機(jī)械性能的影響20406080%220210200190180170160Ex10 x103 3T(0C)1-2-2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。目前鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍大致如下：（1 1）大跨鋼結(jié)構(gòu)）大跨鋼結(jié)構(gòu) 大跨度鋼屋架大跨度鋼屋架 網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 、懸索結(jié)構(gòu)、拱、懸索結(jié)構(gòu)、拱架結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)架結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)跨度越大，自重自重在荷載中所占的比例就越大，減輕結(jié)構(gòu)的自重會(huì)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益。 鋼材強(qiáng)度

14、高結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)勢正好適合于大跨結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨空間結(jié)構(gòu)和大跨橋梁結(jié)構(gòu) 中得到了廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁道路、橋梁結(jié)構(gòu)道路、橋梁結(jié)構(gòu)重慶朝天門大橋位于長江與嘉陵江交會(huì)處，距離朝天門還有1.7公里的溉瀾溪青草坪。 朝天門大橋長1741米，主橋?yàn)?90米+552米+190米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋。大橋?yàn)殡p層公軌兩用橋， 大橋橋腹預(yù)留兩個(gè)汽車道，軌道交通“六線一環(huán)”中的“一環(huán)”通過橋腹過江。采用上層“汽車道+人行道”、下層“汽車道+軌道線”的“雙層通行”模式。千年穹頂千年穹頂國家國家大劇大劇院屋院屋架安架安裝裝 位于北京人民大會(huì)堂西側(cè)，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積

15、近15萬平方米，總投資26.88億元，目前已進(jìn)行過網(wǎng)殼部分設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收審查會(huì)議。 該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下 。設(shè)計(jì)為法國巴黎機(jī)場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì) ，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m國家大劇院國家大劇院國家體育場建筑體形上像鳥巢。可容納8萬人。平面為橢圓形,長軸340m短軸292m。首次采用Q460E高

16、強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，截面為加肋薄壁箱形 ，總用鋼量達(dá)16萬噸 。“綠色奧運(yùn)”、“科技奧運(yùn)”、“人文奧運(yùn)” 建筑底面面積為80,000m2，屋頂面積76,719m2，地上層數(shù)6層，最高點(diǎn)高度53.00m，可容納觀眾數(shù)60,000。屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼桁架懸挑結(jié)構(gòu) 。屋面桁架落地，形似露珠 天津奧林匹克體育場俯瞰效果圖天津奧林匹克體育場俯瞰效果圖 （2）重型廠房結(jié)構(gòu) 西安變壓器廠（400t吊車） 鞍鋼鞍鋼1700連連鑄主廠房工程鑄主廠房工程 鞍鋼大連鍍鞍鋼大連鍍鋅線主廠房工程鋅線主廠房工程金陵石化總廠金陵石化總廠 (3）高層建筑高層建筑 80年代我國建造的11棟高層鋼結(jié)構(gòu)基本上都是國外設(shè)計(jì)、施工承建。 由日本森

17、大廈株式會(huì)社的全額子公司森海外株式會(huì)社及日本具有代表性的銀行、保險(xiǎn)公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達(dá)460米 。總用鋼量26000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。 上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心 金茂大廈是由中國上海對外貿(mào)易中心股份有限公司獨(dú)家投資5.6億美元建設(shè)的一座88層的超高層大廈，建筑高度420.5米，建筑面積28.9萬平方米，于1998年8月28日竣工。 總用鋼量

18、14000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。設(shè)計(jì)者為美國S.O.M事務(wù)所。 上海金茂大廈上海金茂大廈帝王大廈帝王大廈北北京京財(cái)財(cái)富富中中心心 央視新臺(tái)址建設(shè)工程位于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中路、北京商務(wù)中心區(qū)的核心地段，占地面積18.7萬平方米，總建筑面積55萬平方米,最高建筑約234米，工程建安總投資約50億元人民幣。該方案由世界著名建筑設(shè)計(jì)大師雷姆庫哈斯和奧勒舍仁擔(dān)任主建筑師，荷蘭大都會(huì)大都會(huì)建筑事務(wù)所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，并與奧雅納工程顧問公司合作完成，國內(nèi)的合作設(shè)計(jì)單位為上海華東建筑設(shè)計(jì)研究院； 2003年10月開工建設(shè)，2008年正式運(yùn)行 。 大連遠(yuǎn)洋大廈由大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司、中遠(yuǎn)房地產(chǎn)開發(fā)公司

19、與美國ESPIRIT公司聯(lián)合投資14.8億人民幣開發(fā)的集五星級酒店和甲級寫字樓為一體的智能大廈。 總建筑面積14.8萬平方米。其中：A座為五星級酒店，地上51層，總高200.8m。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼框架。設(shè)計(jì)、加工、安裝全部國產(chǎn)化。大連遠(yuǎn)洋大廈大連遠(yuǎn)洋大廈 長寬各長寬各150m150m，總面積，總面積30277m30277m2 2，塔高，塔高508m508m，世界第，世界第一高，一高，2626層以上以層以上以8 8層為一單層為一單元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。巨柱自地下及外伸桁架梁。巨柱自地下5 5層至地上層至地上9090層，最大尺寸為層，最大尺寸為2.4

20、mx3m2.4mx3m。臺(tái)北臺(tái)北101直徑直徑5.5m，重，重670t的阻尼器的阻尼器世界最高建筑世界最高建筑“迪拜塔迪拜塔” 2010年1月4日歷時(shí)5年、耗資15億美元的全球最高大樓迪拜塔矗立在阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜。 這座160層的摩天大樓高達(dá)828米，可容納1.2萬人，內(nèi)設(shè)57部世界最快的電梯。迪拜塔用鋼量 3.14萬噸3.9萬噸 大樓改名為“哈里發(fā)”。 “哈里發(fā)”蘇州中南中心（729米）蘇州將建高達(dá)729米的蘇州第一地標(biāo)性建筑蘇州中南中心，該項(xiàng)目日前已正式公示，蘇州中南中心位于蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖畔湖西CBD商務(wù)區(qū)F地塊，總建筑面積約50萬，地上138層，地下5層，檐口高度598米，塔冠最

21、高點(diǎn)將達(dá)729米。塔樓采用巨型框架-核心筒-外伸臂結(jié)構(gòu)，裙樓為大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架上懸結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目由蘇州中南中心投資建設(shè)有限公司建設(shè)，其塔樓的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限在承載力及正常使用情況下為50年，耐久性重要構(gòu)建為100年，次要構(gòu)件為50年，裙樓的設(shè)計(jì)使用年限為50年；其抗震設(shè)防烈度為7度。深圳平安金融中心（660m）2013年12月19日凌晨，中國第一高樓660m的深圳平安金融中心建筑標(biāo)高已至300.35m，全面突破300m大關(guān)。平安金融中心項(xiàng)目位于深圳市福田中心區(qū)，總用地面積18931.74 m2，總建筑面積460665.0m2，建筑基底面積12305.63m2。塔樓地上118層，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.

22、5m，塔尖高度為660m，主體結(jié)構(gòu)屋蓋高度為588m，主體頂層樓面高度為554.5m，建筑面積約319416m2；商業(yè)裙樓地上11層，高度約53m，建筑面積約49785m2；擴(kuò)大地下室5層，深28m，柱網(wǎng)9m9m，建筑面積約81035m2，總建筑面積約45萬m2。建筑功能為辦公、交易、會(huì)議、商業(yè)、觀光及餐飲。 (4)高聳建筑高聳建筑 電視塔、微波塔、通訊塔、電力輸送塔等 東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高度成為亞洲當(dāng)時(shí)第一高 塔。她于1991年3月開始建造，1994年11 月完工，總重量達(dá)12萬噸，總投資8.3億元人民幣。 東方明珠塔由三根直徑為九米的擎天立柱、太空

23、艙、上球體、下球體、五個(gè)小球、塔座和廣場組成。東方明珠廣播電視塔艾艾菲菲爾爾鐵鐵塔塔 埃菲爾鐵塔（法語：La Tour Eiffel）是一座于1889年建成位于法國巴黎戰(zhàn)神廣場上的鏤空 結(jié)構(gòu)鐵塔，高300米，天線高24米，總高324米。 埃菲爾鐵塔得名于設(shè)計(jì)它的橋梁工程師居斯塔夫埃菲爾。鐵塔設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，是世界建筑史上的技術(shù)杰作，因而成為法國和巴黎的一個(gè)重要景點(diǎn)和突出標(biāo)志。埃菲爾鐵塔從1887年起建，分為三樓，分別在離地面57.6米、115.7米和276.1米處，其中一、二樓設(shè)有餐廳，第三樓建有觀景臺(tái)，從塔座到塔頂共有1711級階梯，共用去鋼鐵7000噸，12000個(gè)金屬部件，250萬只鉚釘，

24、超級壯觀。微微波波塔塔神州飛船發(fā)射塔神州飛船發(fā)射塔(5)輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)重量輕不僅對大跨結(jié)構(gòu)有利，對屋面活荷載特別輕的小跨結(jié)構(gòu)也有優(yōu)越性。因?yàn)楫?dāng)屋面活荷載特別輕時(shí)，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個(gè)重要因素。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有實(shí)腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結(jié)構(gòu)等。門式剛架結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)（6）容器和其他構(gòu)筑物陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐 冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板做成的容器結(jié)構(gòu)，包括各種反應(yīng)塔、油罐、煤氣罐、高爐

25、、熱風(fēng)爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架、鍋爐支架等其他鋼構(gòu)筑物，海上采油平臺(tái)也大都采用鋼結(jié)構(gòu)。 海上石油平臺(tái)海上石油平臺(tái)沿海采油平臺(tái)(7)(7)可拆卸的結(jié)構(gòu)可拆卸的結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)不僅重量輕，還可以用螺栓或其他便于拆裝的手段來連接，因此非常適用于需要搬遷的結(jié)構(gòu)，如建筑工地、油田和需野外作業(yè)的生產(chǎn)和生活用房的骨架；安裝大型設(shè)備用的吊裝機(jī)械等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工用的模板和支架，以及建筑施工用的腳手架等也大量采用鋼材制作 。活動(dòng)車庫活動(dòng)車庫中國南極長城站綜合倉庫(8)(8)鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件和板件受壓時(shí)必須滿足穩(wěn)定性要求，往往不能充分發(fā)揮它的強(qiáng)度高的作用，而混凝

26、土則最宜于受壓不適于受拉，將鋼材和混凝土并用，使兩種材料都充分發(fā)揮它的長處，是一種很合理的結(jié)構(gòu)。近年來這種結(jié)構(gòu)在我國獲得了長足的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于高層建筑(如深圳的賽格廣場)、大跨橋梁、工業(yè)廠房和地鐵站臺(tái)柱等。主要構(gòu)件形式有鋼與混凝土組合梁和鋼管混凝土柱等。 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用種類繁多，造型新穎，規(guī)模宏大。按功能分主要應(yīng)用有： 會(huì)展場館 體育建筑 機(jī)場 劇院 高層建筑 塔桅結(jié)構(gòu) 廠房 倉儲(chǔ) 住宅 橋梁 儲(chǔ)罐管道 其他構(gòu)筑物1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法介紹鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法介紹 1.3.1 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變（1）傳統(tǒng)容許應(yīng)力法（安全系數(shù)法57年以前） （

27、2）多系數(shù)半概率法（74年舊規(guī)范）（3）一次二階矩概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（分項(xiàng)系數(shù)法）（4）全）全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（發(fā)展方向）fQKQGKG）（0（一）（一）. .容許應(yīng)力方法容許應(yīng)力方法 從從2020世紀(jì)初到世紀(jì)初到2020世紀(jì)世紀(jì)5O5O年代，鋼結(jié)構(gòu)采用安年代，鋼結(jié)構(gòu)采用安 全系數(shù)法設(shè)計(jì)，即全系數(shù)法設(shè)計(jì)，即: :)11( kfANN-構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件截面的內(nèi)力；A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征；F-鋼材的最大強(qiáng)度；鋼材的最大強(qiáng)度；K-K-大于大于1 1的安全系數(shù)；的安全系數(shù)；-鋼材的容許應(yīng)力。鋼材的容許應(yīng)力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工和工作過程中

28、能滿足各種預(yù)定功能要求并具有適當(dāng)?shù)目煽啃浴＃ǘǘ? .概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法b.b.正常使用極限正常使用極限狀態(tài)狀態(tài): :結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某個(gè)限值的狀態(tài) 包括：包括：影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用的振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)。的振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)。a.a.承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài): :結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)揮允許的最大承載功能的狀態(tài) 包括：包括：強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載的強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。變形、失穩(wěn)、傾覆

29、、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。 (1) 極限狀態(tài)極限狀態(tài)：當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀 態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。(2) 極限狀態(tài)分為兩類：極限狀態(tài)分為兩類： 注意：注意：兩種極限狀態(tài)有時(shí)都與兩種極限狀態(tài)有時(shí)都與變形變形有關(guān)，但兩者的含義有關(guān)，但兩者的含義不同。前者是指構(gòu)件已發(fā)生了塑性變形，雖然還不同。前者是指構(gòu)件已發(fā)生了塑性變形，雖然還不影響正常使用，也沒有達(dá)到最大承載能力，但不影響正常使用，也沒有達(dá)到最大承載能力，但由于由于變形很大變形很大，已，已不適于

30、繼續(xù)承載（不可逆）不適于繼續(xù)承載（不可逆） ；而后者是變形而后者是變形超過某項(xiàng)規(guī)定限值超過某項(xiàng)規(guī)定限值，已經(jīng)影響到正，已經(jīng)影響到正常使用常使用（可逆）（可逆）。對承載能力極限狀態(tài)應(yīng)該用。對承載能力極限狀態(tài)應(yīng)該用荷荷載設(shè)計(jì)值載設(shè)計(jì)值，對正常使用極限狀態(tài)則應(yīng)該用，對正常使用極限狀態(tài)則應(yīng)該用荷載標(biāo)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。準(zhǔn)值。1.1.半經(jīng)驗(yàn)半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法半經(jīng)驗(yàn)半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法( (容許應(yīng)力法）容許應(yīng)力法） )21(321 KfKKKfANykyk N- N-構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件截面的內(nèi)力； A-A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征； K K1 1-荷載系數(shù)；荷載系數(shù)； K K2 2-材料系數(shù)材料系數(shù)

31、; ; K K3 3-調(diào)整系數(shù)；調(diào)整系數(shù)； f fykyk-鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； -鋼材容許應(yīng)力鋼材容許應(yīng)力1955年蘇聯(lián)頒布 121-55規(guī)范2 2、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 （現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017(GB500172003)2003)） 結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的“功能函數(shù)功能函數(shù)”來描述：來描述： Z Zg g（X X1 1，X X2 2，X Xn n） （1 1 3 3） 式中：式中： g g（）-結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)； X Xi i(i(i1 1，2,2,n)-,n)-影響結(jié)

32、構(gòu)可靠性的各物理量。影響結(jié)構(gòu)可靠性的各物理量。 將各因素概括為兩個(gè)將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量綜合隨機(jī)變量-結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的抗力抗力R R、（包括材料、尺寸和形狀）（包括材料、尺寸和形狀）作用效應(yīng)作用效應(yīng)S S （包括內(nèi)力、應(yīng)力和變形）（包括內(nèi)力、應(yīng)力和變形） 則公式（則公式（1-31-3）可以寫成：）可以寫成： Z Zg g（R R，S S）R RS S （1-41-4） 在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況：在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況： Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài) Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于失效狀

33、態(tài)；表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)； 判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)， 為此，通常將下式：為此，通常將下式： Z Zg(Rg(R，S)S)R RS S0 0 (1-5)(1-5) 稱為稱為極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程。結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的概率( (可靠度，安全概率可靠度，安全概率) )用用P Ps s表示，則：表示，則：P Ps sPZ0PZ0 （1-61-6）結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率( (失效概率失效概率) )用用P Pf f表示，表示，則：則：P Pf fPZ0PZ0 （1-71-7）由于事件由于

34、事件Z0Z0與事件與事件ZZ0 0是對立事件，所以結(jié)是對立事件，所以結(jié)構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿足構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿足: : P Ps s P Pf f 1 1 或或 P Ps s1- P1- Pf f （1-81-8）結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力，稱為結(jié)構(gòu)的能力，稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。可靠性。 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率完成預(yù)定功能的概率。（包括安

35、全。（包括安全性、適用性、耐久性）性、適用性、耐久性） 安全性安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用條件下，承受可能出：結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用條件下，承受可能出現(xiàn)的各種作用的能力，以及在偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍保現(xiàn)的各種作用的能力，以及在偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍保持必要的整體穩(wěn)定性的能力。持必要的整體穩(wěn)定性的能力。 適用性適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能：結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能力。力。 耐久性耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下，隨時(shí)間變化而仍能滿足：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下，隨時(shí)間變化而仍能滿足預(yù)定功能要求的能力。預(yù)定功能要求的能力。 對結(jié)構(gòu)可靠度的要求與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

36、基準(zhǔn)期長短有關(guān)，設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)可靠度的要求與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長短有關(guān)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長，可靠度要求就高，反之則低。一般建筑物的基準(zhǔn)期長，可靠度要求就高，反之則低。一般建筑物的設(shè)計(jì)基設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為準(zhǔn)期為5050年年。 因?yàn)橐驗(yàn)镽 R和和S S都是隨機(jī)變量，且都是隨機(jī)變量，且假定假定都服從正態(tài)分布，由都服從正態(tài)分布，由 概率論原理知功能函數(shù)概率論原理知功能函數(shù) Z=R-S Z=R-S 也服從正態(tài)分布也服從正態(tài)分布, ,則則: :)91 ()()0(0dZZfZPPff(z)f(z)P Pf fz zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線Z=R-SZ=R-S Z)111()101(22 SRZSRZ 令：令：Z

37、 Z、R R、S S的平均值分別為的平均值分別為 z z、R R、s s，標(biāo)準(zhǔn)差分，標(biāo)準(zhǔn)差分 別為別為z z、R R、s s，則，則: : 因因z z0 0，故：，故： f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZZ=R-SZ=R-S)121(00 ZZZZfZffZPZPZP )151()()141()1(1 ffPPZZZ 因因 服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫成：服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫成：式中式中: : ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；-1-1( ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù) 的反函數(shù)的反函數(shù)。)131(0 ZZffZZZPZP則則：令令：

38、從圖中可以看出從圖中可以看出與失效概率與失效概率P Pf f 間存在著一一對應(yīng)間存在著一一對應(yīng)關(guān)系關(guān)系, ,即即: : 1). 1).減小減小時(shí)時(shí)，陰影部分，陰影部分 的面積增大，即失效概的面積增大，即失效概 率率P Pf f增大增大； 2).2).增大增大時(shí)，陰影部分時(shí)，陰影部分 的面積減少，亦即失效的面積減少，亦即失效 概率概率P Pf f減小減小。 說明說明可以作為衡量結(jié)可以作為衡量結(jié) 構(gòu)構(gòu)可靠度可靠度的一個(gè)數(shù)量指的一個(gè)數(shù)量指 標(biāo)標(biāo)。可靠度指標(biāo)可靠度指標(biāo)f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZZ=R-SZ=R-SfP標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí) 與與 的對

39、應(yīng)值的對應(yīng)值 pf4.04.03.17X103.17X10-5-53.73.71.08X101.08X10-4-43.23.26.87X106.87X10-4-41.35X101.35X10-3-33.03.0 的計(jì)算的計(jì)算: : 將式將式(1-10)(1-10)、(1-11)(1-11)代入代入的定義的定義式得：式得：)161 (22SRsRzZ表1.3.1 當(dāng)R和S的統(tǒng)計(jì)值不按正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以它們的當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差代入公式(1-16)來計(jì)算。當(dāng)功能函數(shù)Z為非線性函數(shù)時(shí)，可將此函數(shù)展為泰勒級數(shù)而取其線性項(xiàng)計(jì)算。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)采用的可靠指標(biāo)，可根據(jù)對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件

40、的可靠度分析(所謂校準(zhǔn)法)，并考慮使用經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)因素等確定。我國建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50068)規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，不應(yīng)小于表1.3.2的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)各種構(gòu)件，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，經(jīng)校準(zhǔn)分析，其值在3.2左右，鋼結(jié)構(gòu)一般情況下屬延性破壞，故總體安全等級為二級。 （三）（三）. .全概率設(shè)計(jì)法全概率設(shè)計(jì)法 對結(jié)構(gòu)的各種基本變量均采用對結(jié)構(gòu)的各種基本變量均采用隨機(jī)變量或隨機(jī)隨機(jī)變量或隨機(jī)過程過程來描述，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行來描述，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的概率分析精確的概率分析，求得結(jié)，求得結(jié)構(gòu)構(gòu)最優(yōu)失效概率最優(yōu)失效概率作為結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)可靠度的直接度量可靠度的直接度量。( (四四)

41、 )、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式 a. a. 采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法( (疲勞問題除外疲勞問題除外) )，用分項(xiàng)系數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；，用分項(xiàng)系數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算； b. b. 結(jié)構(gòu)的可靠度用可靠度指標(biāo)來度量，并以分項(xiàng)系結(jié)構(gòu)的可靠度用可靠度指標(biāo)來度量，并以分項(xiàng)系數(shù)的形式考慮。數(shù)的形式考慮。 1.按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷 載（效應(yīng)）組合，采用下列表達(dá)式設(shè)計(jì)：載（效應(yīng)）組合，采用下列表達(dá)式設(shè)計(jì)： 式中：式中：o o-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；結(jié)構(gòu)

42、重要性系數(shù)； S -S -荷載效應(yīng)（組合）的設(shè)計(jì)值；荷載效應(yīng)（組合）的設(shè)計(jì)值； R -R -鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接材料抗力的設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接材料抗力的設(shè)計(jì)值。 )171(0 RS 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則-結(jié)構(gòu)由各種荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)（內(nèi)力和變形）不大于結(jié)構(gòu)（包括連接）由材料性能和幾何因素等所決定的抗力或規(guī)定限值。荷載效應(yīng)組合如下：)181(211 SSSSQikciQinikQQGkG 2.2.由永久荷載效應(yīng)控制的組合：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：)191(1 SSSQikciQiniGkG 3.3.荷載分項(xiàng)系數(shù)取值如下：荷載分項(xiàng)系數(shù)取值如下：1.1.由可變荷載效應(yīng)控制的組合：由可變荷載效應(yīng)控

43、制的組合：（a a）永久荷載分項(xiàng)系數(shù)）永久荷載分項(xiàng)系數(shù) 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時(shí)當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時(shí) -對可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取對可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2;1.2; - -對永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取對永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35;1.35; 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí)當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí) -一般情況下應(yīng)取一般情況下應(yīng)取1.01.0； -對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.90.9。（b b）可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)）可變荷載的分項(xiàng)系數(shù) -一般情況下應(yīng)取一般情況下應(yīng)取1.41.4； -對標(biāo)準(zhǔn)值大于對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m4kN/m2 2的工業(yè)房屋樓面

44、結(jié)構(gòu)的的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取1.31.3。 對于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表達(dá)對于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表達(dá)式用應(yīng)力形式表示。式用應(yīng)力形式表示。 ）（201)(2110fQiknicikQQGkGQi)211 ()(1fQikciniQiGkGo可變荷載起控制作用時(shí)：可變荷載起控制作用時(shí)：永久荷載永久荷載起控制作用時(shí)：起控制作用時(shí)：AASSQikQikGkGk ,式中：式中：4、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式f-鋼材或連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值。)221 ( ARffRkfk-鋼材或

45、連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值。R-鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對于鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對于Q235Q235鋼鋼R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420鋼鋼R R=1.111=1.111 。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求建筑結(jié)構(gòu)要解決的基本問題是，力求以較為建筑結(jié)構(gòu)要解決的基本問題是，力求以較為經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的手段，的手段，使所要建造的結(jié)構(gòu)具有足夠的使所要建造的結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠度可靠度；以滿足各種；以滿足各種預(yù)定功能預(yù)定功能的要求。的要求。結(jié)構(gòu)在規(guī)

46、定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有： (1)(1) 在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。(2)(2) 在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。(3)(3) 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性。在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性。(4)(4) 在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如地震、火災(zāi)、爆炸、撞擊等）在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如地震、火災(zāi)、爆炸、撞擊等）發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性整體穩(wěn)定性。上述上述“各種作用各種作用”是指凡是指凡使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形

47、的各種使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的各種原因原因，如施加在結(jié)構(gòu)上的，如施加在結(jié)構(gòu)上的集中荷載或分布荷載集中荷載或分布荷載，以及，以及引起結(jié)引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因構(gòu)外加變形或約束變形的原因，例如地震、地基沉降、溫度，例如地震、地基沉降、溫度變化等。變化等。(2) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)）（ 23. 121niQikcikQGkvvvvv1.1. 對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標(biāo)荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合，并使變形等不超過，并使變形等不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。相應(yīng)的規(guī)定限值。Gk Gk -永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷

48、載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的 變形值；變形值；Q1kQ1k-第第1個(gè)個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中 產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；Qik-其他第其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn) 生的變形值。生的變形值。 -結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。(315頁附錄頁附錄2) 2. 對于對于受壓受壓、受拉構(gòu)件受拉構(gòu)件，規(guī)范規(guī)定應(yīng)限制其長細(xì)比，規(guī)范規(guī)定應(yīng)限制其長細(xì)比， 即即: (1.24） 式中：式中：-受壓、受拉構(gòu)件的計(jì)算長細(xì)比受壓

49、、受拉構(gòu)件的計(jì)算長細(xì)比 ； -規(guī)范規(guī)定的受拉、受壓構(gòu)件容許長規(guī)范規(guī)定的受拉、受壓構(gòu)件容許長 細(xì)比，按規(guī)范采用。細(xì)比，按規(guī)范采用。1-41-4鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 隨著人類社會(huì)在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)方面的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域也取得了不少新的進(jìn)展。 （包括結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展,新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展,設(shè)計(jì)方法的發(fā)展）1.4.11.4.1 結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展 國內(nèi)外在高性能鋼材的應(yīng)用方面取得不少新進(jìn)展，其中包括高強(qiáng)度高性能鋼、低屈服點(diǎn)鋼和耐火鋼的開發(fā)和應(yīng)用等。 我國新修訂的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中增列了性能優(yōu)良的Q420鋼，該鋼材(15MnVN)已成功地在九江長江大橋的建設(shè)中。 Q460

50、鋼已首次應(yīng)用在國家體育場(鳥巢)工程。 另外我國冶金部門制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)另外我國冶金部門制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高層建高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板筑結(jié)構(gòu)用鋼板(YB4104)(YB4104)，該鋼板是專門供高層，該鋼板是專門供高層建筑和其他重要建建筑和其他重要建( (構(gòu)構(gòu)) )筑物用來生產(chǎn)厚板焊接截筑物用來生產(chǎn)厚板焊接截面構(gòu)件的。其性能與日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼材相近，面構(gòu)件的。其性能與日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼材相近，而且質(zhì)量上還有所改進(jìn)。我國有些企業(yè)正在試生而且質(zhì)量上還有所改進(jìn)。我國有些企業(yè)正在試生產(chǎn)屈服點(diǎn)達(dá)到產(chǎn)屈服點(diǎn)達(dá)到100N/mm100N/mm2 2的低屈服點(diǎn)鋼材，相當(dāng)于的低屈服點(diǎn)鋼材，相當(dāng)于日本的日本的LY100LY10

51、0鋼，可用于抗震結(jié)構(gòu)的耗能部件。鋼，可用于抗震結(jié)構(gòu)的耗能部件。有的企業(yè)正在開發(fā)耐火鋼，該鋼即使加熱到有的企業(yè)正在開發(fā)耐火鋼，該鋼即使加熱到600600也能保持常溫也能保持常溫2/32/3以上的強(qiáng)度。以上的強(qiáng)度。 日本在日本在19941994年制定了新的建筑結(jié)構(gòu)專用鋼材年制定了新的建筑結(jié)構(gòu)專用鋼材規(guī)格規(guī)格建筑結(jié)構(gòu)用軋制鋼材建筑結(jié)構(gòu)用軋制鋼材(JIS(JIS G3136):SNG3136):SN標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。該種鋼材的質(zhì)量等級已不再按夏比。該種鋼材的質(zhì)量等級已不再按夏比(Charpy)(Charpy)沖擊試驗(yàn)分類，而是按使用部位、提示沖擊試驗(yàn)分類，而是按使用部位、提示有關(guān)需要分類。有關(guān)需要分類。 如S

52、N400A（相當(dāng)于我國的Q235A）只能使用在次要構(gòu)件處于彈性范圍的、原則上非焊接的構(gòu)件或部位；SN400B及SN490B（接近于我國Q345強(qiáng)度等級）是能保證塑性變形和焊接性能的鋼材。 使用在抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部位中；SN400C及SN490C具有非常好的抗層狀撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材等需要板厚方向性能（Z向性能）的構(gòu)件和部位中。 SN B、C類鋼材均對屈服點(diǎn)的上限值做出了規(guī)定，以防構(gòu)件需塑性變形耗能的部位不能進(jìn)入塑性屈服；并對碳當(dāng)量及磷、硫的上限予以嚴(yán)格限制。 SN C類鋼材對硫的含量提出了更嚴(yán)格的限制，并規(guī)定生產(chǎn)廠家有義務(wù)進(jìn)行超聲探傷試驗(yàn)，以確保板厚方向的性能。目前日本國內(nèi)建筑

53、用厚鋼板的70為SN鋼材。 日本已開發(fā)出LY225鋼、LY100鋼等低屈服點(diǎn)鋼和耐火鋼(FR鋼)。美國和歐洲等國家也在高強(qiáng)度高性能鋼材的研制和應(yīng)用等方面做出了不少貢獻(xiàn)。如美國生產(chǎn)的經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的合金鋼板A514，其屈服點(diǎn)高達(dá)690 N/mm2，并可用于焊接生產(chǎn)。 相對來說，我國鋼材的種類和質(zhì)量均不及工業(yè)發(fā)達(dá)國家的。如何研制開發(fā)新型高效鋼材是擺在我國冶金戰(zhàn)線科技工作者面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。 從美國、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)看，建筑業(yè)即將成為鋼材應(yīng)用的主要市場。而目前我國與之相比還有差距。 因此我國的高層建筑鋼材到目前為止大部分從國外進(jìn)口，特別是大于50mm的厚鋼板，國產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求

54、 。 國外不僅鋼板厚度較大，而且可以滿足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板，具有以下類型： 有高強(qiáng)度低預(yù)熱型(以前預(yù)熱75，現(xiàn)在預(yù)熱50)的厚鋼板590N/mm級(HT590級)； 抗地震的厚鋼板，主要有低屈服比高強(qiáng)度鋼材(HT590HT780級)和低屈服點(diǎn)鋼板，這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn)，用于次要結(jié)構(gòu)上，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)這種材料先屈服 ，保證主要 結(jié)構(gòu)減少地震損失； 防火厚鋼板。有400N/mm及490N/mm，當(dāng)其在600 時(shí)屈服強(qiáng) 度還能達(dá)到常溫下的2/3； 裝飾用的奧氏體不銹鋼板及鐵素體不銹鋼板(沿海用，優(yōu)于前者 )。 目前，國內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國外進(jìn)口，工程總承包由國外承擔(dān)

55、，制造和安裝則由國內(nèi)廉價(jià)勞動(dòng)力承包，這種局面應(yīng)從速扭轉(zhuǎn)，因?yàn)檫@與我國產(chǎn)鋼大國的地位很不相稱。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼材不象高層鋼結(jié)構(gòu)那樣突出，但設(shè)計(jì)方案(包括建筑和結(jié)構(gòu))經(jīng)常國外中標(biāo)，這種局 面與中央強(qiáng)調(diào)建立我們自己的科技創(chuàng)新體系的號召相距甚遠(yuǎn)，應(yīng)該引起我國建筑界的關(guān)注 ，是水平低還是其它原因，值得我們深思。 1.4.21.4.2 新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展近年來，在全國各地修建了大量的大跨空間結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式已在全國普及，張弦桁架、懸掛結(jié)構(gòu)也有很多應(yīng)用實(shí)例；直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)、變截面輕鋼門式剛架、金屬拱型波紋屋蓋等輕鋼結(jié)構(gòu)也已遍地開花；鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也在不少城市拔地而起；

56、適合我國國情的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)也有了廣泛應(yīng)用；目前好多地方都在建造索膜結(jié)構(gòu)的罩棚和建筑小品；。 可以毫不夸張地說，我國已成了各種鋼結(jié)構(gòu)體系的展覽館和試驗(yàn)場。 各種不同的結(jié)構(gòu)體系各有所長，但生命力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系均具有如下特點(diǎn)：(1) 必須是幾何不可變的(除懸索、薄膜等張拉結(jié)構(gòu))空間整體，在各類作用的效應(yīng)之下能保持穩(wěn)定性、必要的承載力和剛度；(2) 應(yīng)使結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度得到充分地利用，使自重趨于最低；(3) 能利用材料的長處，避免克服其短處；(4) 能使結(jié)構(gòu)空間和建筑空間互相協(xié)調(diào)、統(tǒng)一；(5) 能適合本國情況，制作、安裝簡便，綜合效益好。 輕鋼建筑已被廣泛應(yīng)用于工廠、倉庫、體育館、展覽館

57、、超市等建筑。 所謂輕鋼是指以彩鋼板作為屋面和墻面，以薄壁型鋼作檁條和圈梁，以焊接“H”型截面做柱與梁，現(xiàn)場用螺栓或焊接拼接的門式剛架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑，再配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑體系，即輕鋼結(jié)構(gòu)體系。 這種體系由工廠制作，現(xiàn)場按要求拼裝形成。具有自重輕，建設(shè)周期短，適應(yīng)性強(qiáng)，外表美觀，造價(jià)低，易維護(hù)等特點(diǎn)。 由于自重輕，也降低了基礎(chǔ)的造價(jià)。國外輕鋼結(jié)構(gòu)廠商如Butler、BHP、ABC等都已經(jīng)進(jìn)入了中國市場，我國企業(yè)應(yīng)奮起直追，創(chuàng)造條件積極發(fā)展我國自己的輕鋼結(jié)構(gòu)體系，以適應(yīng)今后我國建筑鋼結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的要求。 目前我國正在進(jìn)行大規(guī)模的基本建設(shè)，許多大型復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)工程，包括2

58、008年奧運(yùn)場館工程的建設(shè)。選擇先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)體系，既能滿足建筑藝術(shù)需要，又能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量就顯得非常重要。 目前有一種為追求建筑造型新奇、怪異，而不惜浪費(fèi)鋼材采用最笨重的結(jié)構(gòu)形式的傾向是值得警惕的。 1.4.3 1.4.3 設(shè)計(jì)方法的發(fā)展設(shè)計(jì)方法的發(fā)展 目前我國采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)是用根據(jù)各種不定性分析所得到的失效概率(或可靠指標(biāo))去度量結(jié)構(gòu)的可靠性，并使所計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度達(dá)到預(yù)期的一致性和可比性。但是該方法還有待發(fā)展，因?yàn)橛盟?jì)算的可靠度還只是構(gòu)件或某一截面的可靠度而不是結(jié)構(gòu)體系的可靠度，該方法也不適用于構(gòu)件

59、或連接的疲勞驗(yàn)算。 目前大多數(shù)國家(當(dāng)然包括我國)采用計(jì)算長度法計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題。該方法的步驟是：采用一階分析求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內(nèi)力，按第一類彈性穩(wěn)定問題建立結(jié)構(gòu)達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)的特征方程，確定各壓桿的計(jì)算長度；將各桿件隔離出來，按單獨(dú)的壓彎構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定承載力驗(yàn)算，驗(yàn)算中考慮了彈塑性、殘余應(yīng)力和幾何缺陷等的影響。該方法的最大特點(diǎn)是采用計(jì)算長度系數(shù)來考慮結(jié)構(gòu)體系對被隔離出來的構(gòu)件的影響，計(jì)算比較簡單，對比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)也可給出較好的結(jié)果。規(guī)范GB50017在5.3.3條中列入了有支撐框架柱計(jì)算長度系數(shù)的有關(guān)條款，并給出了強(qiáng)、弱支撐框架的概念。認(rèn)為弱支撐不足以阻止框架的側(cè)

60、移，其框架壓桿的穩(wěn)定系數(shù)可利用規(guī)范中查得的相應(yīng)于有、無側(cè)移框架柱的穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)插值求得。該法計(jì)算比較簡單，概念也較清楚，完善了有支撐框架的穩(wěn)定計(jì)算方法。 本章主要教學(xué)內(nèi)容小結(jié) 通過學(xué)習(xí)這一章，應(yīng)重點(diǎn)理解兩個(gè)問題：一、一、鋼結(jié)構(gòu)有強(qiáng)度高，塑韌性好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在易銹蝕、不耐火低溫脆斷、變形較大的缺陷，因而在設(shè)計(jì)和使用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采取相應(yīng)措施，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和抗災(zāi)能力，并根據(jù)我國國情合理地使用鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)約鋼材。二、二、對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用的設(shè)計(jì)方法有一基本概念，這個(gè)問題關(guān)系到安全和經(jīng)濟(jì)，是一個(gè)重要問題。但是近似概率狀態(tài)設(shè)計(jì)理論上很復(fù)雜，對學(xué)生來說，只要對涉及的幾個(gè)名詞，有一初步了解就可以了，學(xué)