【正文】 ructure) 大跨結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、自重輕的優(yōu)點(diǎn)。例如，煉鋼車間、鍛壓車間等。 站在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展前沿，可以說世界上沒有不能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，只有不合理的結(jié)構(gòu)。因此，耐火性能差，必須采取一定的防火措施。因此，其耐熱性能較好。因此，為確保鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，必須采用油漆、鍍鋅等防護(hù)措施，故維護(hù)費(fèi)用較高。因此，可用于建造氣密性和水密性要求高的氣罐、油罐和高壓容器。此外，已建鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸。型鋼的大量采用再加上專業(yè)化的生產(chǎn)，故精度高、制作周期短。當(dāng)然焊接也將產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形以及熱影響區(qū)脆性等問題。 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 可焊性是鋼結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。 鋼材的內(nèi)部組織均勻，非常接近于各向同性體，在使用應(yīng)力階段，鋼材為理想彈性工作，符合工程力學(xué)的基本假定。 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 (plasticity)、韌性 (toughness)好 由于鋼材的塑性好，一 般情況下，鋼結(jié)構(gòu)不會因偶然或局部超載而發(fā)生突然斷裂，而是以事先有較大變形為先兆?，F(xiàn)舉例說明， 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ GB500172022）中，強(qiáng)度最低的鋼材為 Q235，其抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 215N/mm2， 《 混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ GB500102022 ）中標(biāo)號最高的為 C80，其抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為 、 ,由此可見，前者抗拉強(qiáng)度為后者的 97倍，而抗壓強(qiáng)度為 6倍。第一章 緒論 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 不同材料形成的結(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu) (steel structure)是由鋼板或型鋼制造而成的結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)如下： (strength)高 與其他材料諸如木材、磚石、混凝土相比，鋼材的容重雖然大，但強(qiáng)度高很多。因此，在相同的荷載和條件下，鋼結(jié)構(gòu)的重量輕。鋼材的韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)能很好地承受動力荷載，這些性能均對鋼結(jié)構(gòu)的安全提供了可靠保證。因此，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況與力學(xué)計(jì)算結(jié)果吻合好，可根據(jù)力學(xué)原理建立鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。由于鋼材的可焊性解決了鋼結(jié)構(gòu)的制作問題，致使鋼結(jié)構(gòu)連接大為簡化，可制造各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)。 鋼結(jié)構(gòu)采用的型鋼和鋼板，經(jīng)專業(yè)廠家制作為鋼構(gòu)件，然后運(yùn)至工地安裝。工地安裝廣泛采用螺栓連接，良好的裝配性使工期大為縮短。 (weldability)好 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 鋼材本身組織致密，焊接的鋼結(jié)構(gòu)可以做到完全密閉，甚至鉚接或螺栓連接都可以做到。 鋼材在濕度大和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕。 鋼材當(dāng)輻射熱溫度低于 150℃ 時(shí)，鋼材的主要性能變化很小。當(dāng)溫度超過 150℃ 時(shí)，材質(zhì)性能有所變化，需采取隔熱措施，當(dāng)溫度達(dá)到 600℃ 左右，鋼結(jié)構(gòu)會瞬間崩潰，完全喪失承載力。美國世貿(mào)大樓的坍塌充分 說明了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差是一致命缺憾。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，結(jié)合我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域合理的應(yīng)用范圍大致如下： 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 (industrial factory building) 工業(yè)廠房可分為輕型、中型和重型工業(yè)廠房，主要根據(jù)是否設(shè)置吊車以及吊車噸位的大小和運(yùn)行頻繁程度而定。近年來，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的應(yīng)用十分普遍。比如，體育館、會展中心、飛機(jī)庫、劇場等。 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 (highrise structure) 高層結(jié)構(gòu)，尤其是超高層結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，塑性、韌性好，抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著我國鋼產(chǎn)量的逐年增加，鋼結(jié)構(gòu)在多層、高層、超高層建筑中的應(yīng)用將會更加廣泛。如電視塔、輸電線塔、鉆井塔、環(huán)境大氣監(jiān)測塔、廣播發(fā)射桅桿等。 如建筑工地的活動房，臨時(shí)的商業(yè)或旅游業(yè)建筑，塔式起重機(jī)，龍門吊等。 如高爐、運(yùn)輸通廊、棧橋、管道支架等。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可分為容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法兩種。即將影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的諸因素取為定值，采用一個憑經(jīng)驗(yàn)選定的安全系數(shù)來考慮設(shè)計(jì)諸因素變異的影響，以衡量結(jié)構(gòu)的安全度。但此設(shè)計(jì)方法采用定值的安全系數(shù)考慮不確定諸因素的影響不科學(xué)，不能定量度量結(jié)構(gòu)的可靠度，而且給人一種誤導(dǎo)，只要有安全系數(shù)結(jié)構(gòu)就百分之百可靠。 式中： —由標(biāo)準(zhǔn)荷載與構(gòu)件截面尺寸所計(jì)算的應(yīng)力； ?? ?? —容許應(yīng)力 ??? = kfkkf—材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，對于鋼材為屈服點(diǎn) ； yfk—安全系數(shù)。它將變異性的設(shè)計(jì)參數(shù)采用概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。即半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。 (reliability)定義 按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，結(jié)構(gòu)可靠度定義為：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)定功能的概率。 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 (limit state)定義及分類 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)，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用的某項(xiàng)規(guī)定極限值時(shí)的極限狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來描述，若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮影響結(jié)構(gòu)可靠性的隨機(jī)變量有 n個，即x1,x2,… ,xn,則在 n個隨機(jī)變量間通?？山⒑瘮?shù)關(guān)系，若僅考慮 R,S兩個參數(shù)，則結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為： Z=(R,S)=RS (12) (2)正常使用極限狀態(tài) 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1式中： R—結(jié)構(gòu)的抗力； S—荷載效應(yīng)。 結(jié)構(gòu)的可靠度及失效概率為： 結(jié)構(gòu)的可靠度： Ps=P(Z≥0) (13) 結(jié)構(gòu)的失效概率： Pf=P(Z≤0) (14) 兩者關(guān)系： Ps+Pf=1 (15) 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 現(xiàn)行 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ GB500172022）中除疲勞計(jì)算外，都采用廣大設(shè)計(jì)人員熟悉的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式表示以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。 ，為鋼材屈服點(diǎn)，為抗力分項(xiàng)系數(shù)，對于 Q235鋼： ；對于Q34 Q390和 Q420鋼： =。鋼結(jié)構(gòu)通常只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，其設(shè)計(jì)式為： ci?nfRyff ?? R??R?R?uRuff ?? uR????? ni QciQG ikkk 21???? ???≤ （ 19） 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1式中： —永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值； —超控制作用的第一個可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值； —其他第個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值； —結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的容許應(yīng)力值 。從古至今，煉鐵、煉鋼以及每一項(xiàng)新技術(shù)的問世都極大地推動了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。其中以鐵鏈橋及鐵塔為典型代表。 鐵塔作為古代的一種宗教建筑，如建于967年的廣州光孝寺東鐵塔，共 7層，塔身高 ；建于 1061年的湖北荊州玉泉寺鐵塔（圖 ），共 17層，塔身高；山東濟(jì)寧鐵塔寺鐵塔；江蘇鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔等，均以獨(dú)特的建筑造型和超凡的冶金技術(shù)，展示了我國勞動人民的聰明智慧和我國古代金屬結(jié)構(gòu)的輝煌成就！ 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1圖 蘭津橋 圖 滬定大渡河橋 圖 玉泉寺鐵塔 18世紀(jì)末工業(yè)革命在歐洲興起，冶金技術(shù)的發(fā)展使鋼結(jié)構(gòu)在歐美的應(yīng)用快速增長。如 1889年采用熟鐵建成的高度 321m的巴黎埃菲爾（ Eiffel）鐵塔（圖 ）。從 19世紀(jì) 60年代和 70年代起才有了全鋼制造的橋梁，如建于 1847年的跨越美國密西西比河的圣路易斯拱橋，中間跨 ，兩邊跨各為 153m。20世紀(jì) 30年代末到 50年代初，高強(qiáng)螺栓連接開始應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。代表性建筑有 1974年建成的 110層，高 443m的美國芝加哥西爾斯（ Sears）大廈（圖 ）； 1974年建成的 5層纖繩，高 645m的波蘭華沙長波用桅桿； 1973年建成的高392m的蘇聯(lián)基輔自立式電視塔； 1975年建成的直徑 207m的美國新奧爾良超級穹頂； 80年代初建成的跨度 218m的新加波章宜機(jī)場飛機(jī)庫； 1981年建成的主跨 1410m的英國亨伯（ Humber）吊橋； 1998年 4月建成通車的中央跨長 1991m的日本明石海峽吊橋（圖 ），實(shí)現(xiàn)了超大跨度的飛躍。鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)入目前最高境界！ 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1圖 日本明石海峽吊橋 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 圖 石油大廈 阿聯(lián)酋七星級酒店 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1圖 臺北 101大廈 425130 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1圖 倫敦子彈頭 圖 瑞典 190米陀螺型奇異建筑 中國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展雖有輝煌的歷史，但在半封建半殖民地的百年歷史中落后了。鞍山、武漢、包頭等鋼廠的煉鋼、軋鋼及連鑄車間均采用了鋼結(jié)構(gòu)， 在公共建筑方面代表作有 1962年建成的北京工人體育館采用圓形雙層輻射式懸索結(jié)構(gòu)，直徑 94m； 1967年建成的浙江體育館采用雙曲拋物面正交索網(wǎng)的懸索結(jié)構(gòu)，橢圓平面， 80 60m； 1975年建成的上海體育館，跨度 110m的三向平板網(wǎng)架；1977年建成的北京環(huán)境氣象塔為高達(dá) 325m的 5層纖繩三角形桿身的鋼桅桿結(jié)構(gòu)。1978年以后，我國改革開放政策實(shí)施，鋼結(jié)構(gòu)得到了前所未有的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展。正建的中國國家大劇院（圖 ）的鋼結(jié)構(gòu)東西跨度 ，南北跨度 ，高度，蛋殼面積 2 。這些建筑的建成標(biāo)志我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已迅速接近國際先進(jìn)水平。我國自 1996年鋼產(chǎn)量首次突破 1億噸大關(guān)居世界第一至今，以 1997年建設(shè)部頒發(fā)的《 中國建筑技術(shù)政策 》 （ 1996～ 2022）為代表，國家推出一系列政策推動鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。千年塔可以容納 6萬人。其基座直徑約 1830米，大約 500層樓 ,容納約 100萬人口。 ? 福斯特建筑事務(wù)所的水晶島 (Crystal Island)項(xiàng)目高 1500英尺 (約合 457米 )，可供 3萬人居住。埃及吉薩大金字塔高 6574英尺 (約合 2022米 )，可容納 75萬人。XSeed 4000摩天巨塔共有 800個樓層，可