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密闭性能好
• 由于焊接结构可以做到完全密封，一些要
求气密性和水密性好的高压容器、大型油 库、气柜、管道等板壳结构都采用钢结构。
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抗震及抗动力荷载性能好
• 钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的
延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。
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具有一定的耐热性
• 温度在250℃以内，钢的性质变化很小，
绝 版 纽 约 世 贸 中 心 双 子 塔
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• 撞击下的世界贸易中心
美国东部时间2001年9月11日上午8时 45分，一架起飞重量达160吨的波音767型 飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；18 分钟后，又一架起飞重量为100吨的波音 757型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南 塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再 考虑两种机型的速度是1000千米/小时，而 且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已 是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中 心受到的冲量究竟有多少呢？
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第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
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强度高、重量轻
• 钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较
大，但其屈服点较混凝土和木材要高得多， 其质量密度与屈服点的比值相对较低。在 承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝 土结构、木结构相比，构件较小，重量较 轻，便于运输和安装。
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质地均匀，塑性和韧性好
• 钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，
有良好的塑性和韧性，为理想的弹塑性体， 完全符合目前所采用的计算方法和基本理 论。
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生产、安装工业化程度高，施工周期短
• 钢结构生产具备成批大件生产和高度准确
性的特点，可以采用工厂制作、工地安装 的施工方法，所以其生产作业面多，可缩 短施工周期，进而为降低造价、提高效益 创造条件。
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• 根据动量的计算公式P=mv，m是质点的质量，v是该
质点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢 量的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于 物体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：
一、 北塔所承受767型飞机撞击的动量 m=160×1000=160000（千克） v=（1000×1000）÷3600≈277.8米/秒 P=mv=160000×277.8=44448000千克·米/秒 二、 南塔所承受757型飞机撞击的动量 m=100×1000=100000（千克） v=（1000×1000）÷3600≈277.8米/秒 P=mv=100000×277.8=27780000千克·米/秒
• 我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨
燃油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉， 兼有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线 气体等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和 电梯井被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃 工具。所以被撞击后的世界贸易中心，远远看去， 就像两根硕大的烟囱。同时，高达1000℃的温度， 钢结构都易产生变形，更因上有重压，所以最终招 致崩落现象。而且，高温之下，燃油有气化的现象， 急速膨胀的气体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是 致命的。
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二、钢结构的应用
• 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、
荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温 车间、密封性要求高、要求能活动或经常 装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、 歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住 宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特 点相一致的。
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钢结构的应用
部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞 机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程 度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特 点。
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网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、
正方体、截头四角锥等，由这些基本单元 可组合成平面形状的三边形、四边形、六 边形、圆形或其他任何形体。
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6.高层钢结构
• 已建的高层钢结构 （纽约世贸中心不幸在
恐怖事件中倒塌，向死难的人民表示哀悼）
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高层钢结构
• （1）一般50层以上建筑均用钢结构 • （2）自重轻、抗震性能好，基础处理方便 • （3）柱用焊接方管（圆角）、H型钢或组合柱 • （4）梁用H型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用
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（3）网壳结构
• 同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按
一定规律布置，通过节点连接成空间杆系 结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的 外形呈曲面状。网壳结构的特点：外形美 观、通透感好，建筑空间大、用材省，设 计施工较复杂。
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苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）
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• （5）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁1000米跨
距
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拱形桥梁
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斜拉桥
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5.高耸钢结构
高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特 点是高跨比较大，以水平荷载作用为主， 可应用在以下几个方面：
• （1）输电塔（图） • （2）通讯及微波塔 • （3）多功能广播电视发射塔（图） • （4）桅杆 • （5）火炬塔、石油化工塔架
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
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钢结构的应用
• 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架
（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
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1、厂房钢结构
• 厂房钢结构一般指重型、大型车间的承重
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• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞
剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的 重力在加速度作用下，以雷霆万钧之势， 造成了世界贸易中心遇袭后的必然结 果——坍塌。所以，世界贸易中心只能 是坍塌，而不是倒塌。
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钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的
钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。 以后隔一定时间又要重新刷涂料，维护费 用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的 耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能 广泛采用。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、
地震作用，温度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构
件的几何特性等。
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结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠； • 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极
因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决 定因素。
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• 大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，
其核心部位——电梯井已失去作用（有部分 油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几 乎成了镂空状态，在烈火燃烧下，剩下的两 侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有 20000余吨的楼层的重力（以两幢共用钢 19.2万吨计，加上租赁方的什物就远不止这 个数了），在有10米高的空间盈余下，夹着 9.8米/秒的加速度作自由落体坠落，重力之 下，势如破竹。
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购物中心
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第二节 钢结构的设计原理与方法
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设
计统一标准》（GB50068）规定：结 构的可靠度应采用以概率论为基础的极 限状态设计方法分析确定。
高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加 强板
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高层钢结构
• （5）楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼
构成组合板，板与梁连接用销钉
• （6）外墙用玻璃或铝幕墙 • （7）基础用桩基加箱基，箱基作停车场 • （8）防火要求非常严格
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159m 高的启东广播电视塔位于江苏启东新落成的广电广场
钢结构教程
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•第一章 •第二章 •第三章 •第四章 •第五章 •第六章
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
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第一章 绪 论
• 第一节 钢结构的特点与应用 • 第二节 钢结构的设计原理与方法 • 第三节 钢结构的发展 • 第四节 钢结构课程的学习方法
世界贸易中心边长=63.5米 世界贸易中心每层的建筑面积 =63.5×63.5≈4032平方米
如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大 厦建筑面积达1/5～1/4的电梯井的面积，也就是说， 在3000平方米不到的面积里，浇灌了45～30吨的 高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。
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以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致 命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达 1000吨烈性炸药当量，应该是可信的。
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• 南北塔是筒中筒结构，核心是47个电梯井
（因分段设置，47个电梯井可容104部电 梯），外围是钢柱排列，9层以下的承重外柱 间距为3米，9层以上承重外柱间距为1.016 米，标准层窗宽仅0.55米，如此密植的钢铁 森林，于极高速撞击之下，两架飞机还是全 都没入其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整 座进深达63.5米的大厦，撞击力量之巨，威 力之大，实在令人悚然。
但是，事实上，世界贸易中心却经受住 了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量， 并不是坍塌的决定因素。
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• 烈火中的世界贸易中心