钢结构
• • • • • • • • 第一章 绪论 第二章 钢结构的材料 第三章 钢结构的连接 第四章 轴心受力构件 第五章 受弯构件 第六章 拉弯与压弯构件 第七章 建筑钢结构设计 第八章 专题讲座
第一章 绪论
第一节 钢结构的特点 第二节 钢结构的应用和发展 第三节 钢结构的设计方法
第一节 钢结构的特点
课程简介——续
• 当今我国建筑业中发展最快的就是钢结 构，最缺的人才也是钢结构专业，发展 钢结构以带动其它相关产业的发展，已 成为建筑业发展的重要任务。随着高层 建筑钢结构、大跨度钢结构、轻型钢结 构及大型钢结构构筑物的发展和应用日 渐广泛，钢结构的应用必然有较大发展 趋势。无论是在校学生还是工程技术人 员对钢结构的学习兴趣日渐浓厚，从而 日益显示出本课程学习的重要性和积极 性。
钢结构的应用和发展——续
国家体育场
国家体育场建筑体形 上像鸟巢。可容纳10万 人。平面为椭圆形, 长轴340m，短轴292m。 屋盖中间有一个146m ×76m的开口，这部分 设计成开合屋盖。 采用加肋薄壁箱形截 面。
由瑞士赫尔佐格-德梅隆建筑事务所与中国建筑设计研究院联合提出的方案。
屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋盖主体结构是两向不规则斜交的平面 网架结构。网架外形呈微弯形双曲抛物面，周边支承在不等高的24根立 体桁架柱上，每榀桁架与约为140X70m长椭圆内环相切或接近相切。这 是目前在设计、施工的世界上最大跨度的网架结构。
钢结构的应用和发展——续
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。 屋面桁架落地，形似露珠 。结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架， 它就象树枝编织的鸟巢。
体育场外壳采用可作为填充物的气垫 膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光 可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生 长需要。比赛时，看台是可以可以通过 多种方式进行变化的，可以满足不同时 期不同观众量的要求。 滑动式的可开启屋顶是体育场结构中必 可少的一部分。当它合上时，体育场将 成为一个室内的赛场。如同一个容器的 盖子，不管屋顶是闭合还是开启，它都 是建筑物的基本组成部分。除了一些特 定的结构需要外，可开启屋顶的结构基 本上也是一个网络状的架构，装上充气 垫后，成为一个防水的壳体。
钢结构的应用和发展——续
日本大分体育公园综合竞技场
重庆市武警总
队训练场
（跨度61.4m）
重庆出口加工区卡口
达州市体育场效果图
主、次拱均采用钢管桁架
空间桁架：
网架
悬索结构
钢结构的应用和发展——续
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。 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/m。
钢结构
前言
• 我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的 原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发 达国家相比，已有相当大的差距，最大的差 距在于建筑钢结构。 • 96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位， 为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用 已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加 大建筑用钢”。 97年新发布的《中国建筑技 术政策》中强调要重点发展建筑钢结构，国 家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结 构住宅的市场占有率。
巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚坍塌事故
钢结构的应用和发展——续
上海证卷大厦
连接两幢主楼 的天桥桁架跨度 63m，共支承着从 17层至26层共8个
楼层，采用了H型
钢重型桁架。
钢结构的应用和发展——续
拱式结构体系
拱式结构外形美观，体现了结构受力与建筑造 型的完美结合，是大跨度钢结构中一种重要的形式。
钢结构的应用和发展——续
上海体育馆又称为万人体育 馆，坐落在漕溪北路。1976 年建，占地10.6公顷。正门 内大道两旁，耸立着30米高 的两个照明塔内装一千瓦金 属卤素放电灯18只。 体育馆的主体是圆形的 比赛馆，直径110米，高33 米，顶盖采用马鞍型环形大 悬挑钢管网架结构，用9000 多根无缝钢管和938只钢球 拼焊而成，重达660吨，比 赛馆的面积为31，000平方 米，大厅有座位18000余个。 设备新颖，有活动看吧，折 迭式的篮球架，程序控制的 调节设备，空气调节设备， 光电控制系统控制的计时记 分牌等，各种国际比赛经常 在这里举行。
世界贸易中心
1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼(World Trade Center Towers)，110层，高402m，钢结构
撞机1
撞机2
倒塌瞬间
倒塌过程
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九江长江大桥位于江西、湖北、安徽三省交界，座落在江西九 江市和湖北宽阔的古城浔阳江上，是两千多公里的京九铁路大 干线上跨越千里长江的一座现代化的特大公铁两用桥梁，是继 武汉长江大桥之后，我国在长江上建造的第八座大桥，也是我 国目前最长、工程量最大的铁路、公路两用桥。大桥全长 13941米，其中铁路桥全长7675米，公铁桥全长4460米，正桥 钢梁1806米，铁路为双线，公路设四车道和两侧人行道。
九江长江大桥始建于1973年12月，由铁道部大桥工程 局勘察设计，第215桥梁工程处组织施工（中铁大桥局集 团第五工程有限公司 ）。无论是桥的设计、施工工艺， 还是新型建筑材料的使用等方面，都反映了我国迄今最先 进的建桥水平。整个大桥设计新颖，造型优美，工艺独特， 雄伟壮观。 九江大桥墩顶到基础最低底面，相距64米，相当于一 座22层高的楼房。从钢梁拱顶到基础最低底面，高达132 米，相当于一座45层的特大高楼。
钢结构的特点——续
钢结构的缺点有： （1）钢材耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0； 规范规定钢材表面温度超过150后要加隔热防护措施； 钢结构的防火应根据规范要求进行设计（防火涂料、 外包防火材料）实例； （2）钢材易锈蚀，耐腐蚀性能差，维护费用高 必须采取防锈措施（除锈后涂油漆或金属镀层等），不 留死角，设计文件要注明所要求的钢材除锈等级和用的涂 料及厚度； （3）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 （4）钢材价格相对较贵 高层建筑的上部结构造价：钢10%，混凝土2%，差价 占总投资的少，但优势多（工期短、有效使用面积多、 基础造价低、抗震好等）。
钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型 钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点： （1）钢材强度高，韧性、塑性好——适用于建大跨、高耸、 高层、荷载大的、反复荷载作用的结构； （2）质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装， 对抗震有利——大跨、抗震结构；对可变荷载敏感； （3）材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全 可靠度高——重要结构、对抗震要求较高的结构； （4）制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快， 施工周期短——加固、改建、可拆卸结构； （5）钢结构密闭性好——连接的水密性和气密性好，高压 容器、油库、气罐、管道等； （6）钢材为可持续发展的材料。
在奥林匹克 公园内与国家 体育场（“鸟 巢”）紧邻的 国家游泳中心， 有着一个迷人 的名字“水的 立方”。“方” 的形状，与 “鸟巢”的圆 形对应，构成 了中国传统文 化“天圆地方” 的理想境界。 同时，蓝色的 建筑材料 “膜”，又将 “水的立方” 晶莹剔透的形 象巧妙表现出 来。
国家游泳中心-水的立方
• 根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构 件、基本原理部分； • 本课程的特点：由于学生对钢结构的感性认识 少，钢结构构造复杂，理论性强（特别是稳定 理论），所以学习中要注意联系自己的实际工 作、生活中常见的应用情况，加深理解； • 学习中要从机理理解一些理论问题，做到举一 反三； • 多做习题与思考题，避免眼高手低。
课程性质和目的
• 《钢结构》为土木工程专业学生的专业主干课， 是为培养学习者在钢结构方面的基本理论知识 和设计应用能力而设置的一门课程。 • 课程的目的是使学生通过本课程的学习，了解 钢结构的特点和计算方法，深刻理解钢材的基 本性能，能较全面地掌握钢结构材料、构件和 连接的基础知识，掌握轴心受力构件、受弯构 件、压弯构件以及钢结构连接的计算方法 ；同 时在掌握钢结构设计的基本原理基础上，熟悉 钢结构基本结构体系以及构造特点等，为实际 工程设计服务。
前续课程
《钢结构》专业知识是建立在材料力学、结 构力学等理论的基础上，故其前续课程主要为： 《建筑材料》、《钢筋混凝土结构设计》、 《单层工业厂房》、《材料力学》、《结构力 学》等课程。此外，还要求学生具有画法几何 与工程制图、房屋建筑学等方面的知识，以便 于学习者对各种结构表达方法和构造形式的认 识。
钢结构的应用和发展——续
上 海 浦 东 国 际 机 场
上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m，跨中高度
超过11m，单榀屋架梁重55吨。
为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸 力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢 索，对下弦施加足够的预应力。
钢结构的应用和发展——续
钢结构的应用和发展——续
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第二节 钢结构的应用和发展返回基础结构——双壁钢围堰钻孔基础，为我国首创，荣获国家级优 秀设计奖。个别地质复杂、软弱地层的浮式箱形基础，在我国首 次采用。 基础施工——泥浆套和空气幕下沉沉井50米，为我国桥梁之最， 并首次用于水中基础。直径2.5米反循环旋转钻机，在我国桥梁 上第一次使用。 引桥工程——铁路40米跨度三段式无碴无枕预应力箱梁，在我国 第一次采用。特制箱梁架桥机吊重300吨，为我国之最。 在大拱细长吊杆上安装了调谐质量阻尼器，解决了涡激共振 问题。经过国内专家鉴定，达到了国内专家先进水平。 在九江长江大桥上首次全桥铺设了国内最长（约8公里）的 无碴无枕桥上无缝线路。 这座桥使用的钢材、水泥、木材等建筑材料，创造了我国 建桥史上的最高纪录。 九江长江大桥荣获1981年国家优秀设计一等奖、全国科技大会 奖；1999年获中国建筑工程鲁班奖；1999年获国家科技进步一等 奖；2000年荣获中国首届土木工程（詹天佑）。