第二章 钢结构体系
钢结构体系分类及特点
近年来随着混凝土结构的工程建筑出现不同程度的质量问题被大众所质疑，究其原因因为混凝土技术在当下已经日趋完善。
但是即使是技术不停地发展还是有它的弊病比如说施工速度较慢，并且污染环境、浪费材料。
在大力倡导绿色建筑的今天，钢结构建筑显然具有更多的优势。
框架结构更加可靠、标准化程度高，污染程度较小，设计施工周期短。
并且可以满足私人订制的要求。
随着钢结构被广泛使用，钢结构的体系也越来越完善，下面就为大家介绍一下。
用于房屋建筑的结构体系有：1、平面承重结构体系平面结构体系有承重体系和附加构件两部分纸成,其中承重体系是由一系列相互平行平面结构组成,承担该结构平面内的竖向荷载和横向水平荷载,并传递到基础。
附加构件由纵向构件及支撑组成,将各个平面结构连成整体,同时也单受结构平面外的纵向水平力。
轻式刚架结构(图1)是最近几年来广泛应用的平面承重结构体系,除厂房建筑外,还有商业建筑(如超市等)、汽车展厅、体育馆等。
常用的有两铰刚架、三铰刚架及无铰刚架,梁柱戒有等截面及变截面两种形式。
2、空间受力结构体系空间受力结构体系分为网性室间结构和柔性闻结构等。
（1）刚性空间结构的网格结构有网架结构和网壳结构、桁架结构网架结构。
下图是空间网格结构的一种.它是以大致相同的格子或尺寸较小的单元组成。
由于网架结构其有优献的结刊性能,良好的经济性、安全性与适用性,在我国的应用也比较广泛,特别是在大型公共建筑和工业厂房屋盖中更为常见。
人们通常将平板型的空间网格结构称为网架,将曲面型的空闻网格结构称为网壳。
（2）网架一做是双层的,在某些情况下也可以做成三层网架结构受杆件通过节点有机的结合起来。
节点一般设计成铰接,材料主要承受轴向力,杆件的截面相对小。
网架结构最大的转点是由于杆件之间的互相支撑作用,很多杆件从两个方间成多个方向有规律的组成高次超静定空间结构,它刚度大多、整体性好，抗震能力强,而且能够承受由于地基不均匀沉降所带来的不利影响。
即使在个别杆件受到损伤情况下,能自动调节杆件的内力,保持结构的安全:网架的杆件多为钢管，有时也采用其他型钢,材质为Q235或Q345。
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现代建筑结构技术 第二章 钢结构体系
主讲：李嘉林 副教授
E_mail： swustjz@
第一节 钢结构的特点
一、概述
随着经济的发展、技术的进步，钢结构高层建 筑的优点日益显露出来。尽管同钢筋砼结构相比， 钢结构的用钢量较大，耐火性能差，但它具有面积 利用系数大，抗震性能好，结构自重轻，基础费用 少，施工工期短等优势。从多方面的综合效益来看， 在高层建筑领域，钢结构与钢筋砼结构的差距正在 缩小，在不远的将来，钢结构将在高层建筑中占有 更大的份额。 高层建筑钢结构根据制作的材料不同，可分为 钢结构、钢砼混合结构、型钢砼结构和钢管砼结构。
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北京长富宫中心
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二、框-撑体系
1 ．体系构成 在框架体系中的部分框架柱之间，沿结 构的纵、横两个方向均布臵一定数量的竖向 支撑，所形成的结构体系称为框架-支撑体系， 简称框-撑体系。 考虑到建筑造型和立面的要求，以及建 筑底部的通行需要，支撑大多布臵在平面中 心部位的服务区域周围。
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六、钢结构的特点6
6 ．耐火性能差 钢结构是不耐火的结构，钢结构在火灾 烈焰下，构件温度迅速上升，钢材的屈服强 度和弹性模量随温度上升而急剧下降。 当结构温度达到350℃及500℃时，其强 度可分别下降 30％及50％。至600℃时，结 构完全丧失承载能力，变形迅速增大，导致 结构倒塌。因此，《高层民用建筑钢结构技 术规程》（JGJ99-98）规定，对钢结构中的 梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等要采 用喷涂防火涂料保护。
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五、钢结构的特点4
4 ．抗震性能好 相对于钢材来说，砼的抗拉和抗剪强度 均较低，延性也差，砼构件开裂后的承载力 和变形能力将迅速降低。钢材基本上属于各 向同性的材料，抗压、抗拉和抗剪强度均很 高，更重要的是它具有良好的延性。在地震 作用下，钢结构因有良好的延性，不仅能减 弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构， 具有抵抗强烈地震的变形能力。所以，钢结 构特别适合用于地震区的高层建筑。
钢结构体系类型
钢结构体系类型
钢结构体系类型是建筑设计中常用的一种结构形式，由钢材构成的梁、柱和框架等构件组成。
钢结构体系类型可以根据其构造形式和应用领域的不同进行分类和描述。
首先，根据构造形式的不同，钢结构体系可以分为以下几类：
1. 钢框架结构：由钢材制成的框架组成，其中框架的主要承载力由悬挂的柱和梁来支撑。
这种结构形式常用于高层建筑、工业厂房和体育场馆等建筑物。
2. 钢筋混凝土组合结构：结合了钢材和混凝土的优势，利用钢材的高强度和混凝土的良好抗压性能，形成一种高效的结构体系。
这种结构形式常用于桥梁、大跨度建筑和高速铁路等工程。
3. 薄壳结构：由单层或多层薄钢板构成的结构体系，可以形成曲面、球面或双曲面等形状。
薄壳结构具有良好的承载能力和美观性，常用于体育场馆、展览馆和大型建筑群中的屋顶结构。
其次，根据应用领域的不同，钢结构体系可以分为以下几类：
1. 工业钢结构：主要用于工业厂房、仓库和物流中心等建筑，具有
较大的跨度和承载力，能够满足大空间内部布局和设备安装的需求。
2. 商业钢结构：主要用于商业综合体、购物中心和办公楼等建筑，
具有较高的空间利用率和可塑性，可以实现多功能和灵活布局。
3. 桥梁钢结构：主要用于公路桥梁、高速铁路桥梁和城市轨道交通
桥梁等建筑，具有较大的跨度和抗震性能，能够承受车辆和人流的重载荷。
总之，钢结构体系类型的选择应根据具体的项目需求和设计要求进行，结构工程师和建筑师可以根据不同的场景和目标来选择最合适的钢
结构类型，以确保建筑的安全性、经济性和功能性。
钢结构工程识图与施工课件第二章
只能生产彩涂薄钢板。
钢材的耐火、耐候性能一般均是在低碳钢或低合金钢中添
加与其相关的合金元素，添加的合金元素可综合提高数种性能
（包括力学性能、Z向性能和可焊性能）。
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2.3 影响钢材性能的因素
2.3.1 化学成分影响 2.3.2 培冶炼、轧制、浇铸和热处理的影响 2.3.3 钢材的硬化 2.3.4 温度的影响 2.3.5 复杂应力作用的影响 2.3.6 应力集中的影响 2.3.7 残余应力的影响 2.3.8 钢材的疲劳
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2．耐候性能
2.2 钢材 的性能
在自然环境下，普通钢材每5年的腐蚀厚度可达～1 mm。如果钢材处于腐蚀气体环境中，则更为严重。
对建筑钢材的耐候性能要求，它只需满足在自然环境下可裸露使用（如输电铁塔等），其耐候性提高到普通
钢材的6～8倍，即可获得良好效果。
同耐火钢一样，耐候钢一般也是在低碳钢或低合金钢中添
储备，屈强比越小，强度储备越大，钢材越安全。屈服点和抗拉强度是钢材强度的两项重要指标。
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2．塑性
塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得
到的力学性能指标伸长率A和截面收缩率Z来衡量。A和Z数值越大，表 明钢材塑性越好。
伸长率A等于试件拉断后原标距的塑性变形（即伸长值）与原标距
的比值，以百分数表示，即
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2.3.1 化学成分的影响
钢的化学成分直接影响钢的颗粒组织和结晶构造，并与钢材力学性能有密切关系。
钢的基本元素是铁（Fe）和少量的碳（C）。碳 素结构钢中纯铁约占99%，其余是碳和硅（Si）、锰 （Mn）等有利元素以及在冶炼过程不易除尽的有害 杂质元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。 在低合金高强度结构钢中，除上述元素外，还含有 改善钢的某些性能的合金元素，主要有钒（V）、钛 （Ti）、铌（Nb）和铝（Al），以及铬（Cr）、镍 （Ni）、钼（Mo）、稀土（RE）等。其总含量一般 低于3%。在钢中碳和其他元素的含量尽管不大，但 对钢的力学性能却有着决定性的影响。
钢结构基础课程教案
钢结构基础课程教案第一章：钢结构的概述1.1 钢结构的基本概念钢结构的定义钢结构的特点钢结构的分类1.2 钢结构的材料钢材的组成和分类钢材的性能钢材的选择和使用1.3 钢结构的应用范围钢结构的常见应用领域钢结构的优势和限制钢结构的未来发展趋势第二章：钢结构的连接2.1 钢结构连接的基本要求连接的目的和重要性连接的类型和特点连接的设计和计算2.2 焊接连接焊接连接的原理和工艺焊接连接的优缺点焊接连接的应用和实例2.3 螺栓连接螺栓连接的原理和类型螺栓连接的设计和计算螺栓连接的应用和实例第三章：钢结构的受力分析3.1 钢结构的基本受力元件杆件的受力特性梁的受力特性柱的受力特性3.2 钢结构的受力分析方法静力平衡法动力平衡法受力图的绘制和分析3.3 钢结构的受力极限状态弹性极限状态塑性极限状态疲劳极限状态第四章：钢结构的设计计算4.1 钢结构设计的基本原则安全性的要求可靠性的要求经济性的要求4.2 钢结构的设计计算方法弹性设计计算方法塑性设计计算方法极限状态设计计算方法4.3 钢结构的设计计算实例杆件的设计计算实例梁的设计计算实例柱的设计计算实例第五章：钢结构施工与验收5.1 钢结构施工的基本要求施工准备和施工方案钢材的加工和制作钢结构的组装和焊接5.2 钢结构施工的注意事项施工安全和管理施工质量控制和验收施工过程中的问题处理5.3 钢结构验收的标准和程序验收标准和规范验收程序和机构验收结果的判定和处理第六章：钢结构的稳定性与变形6.1 钢结构稳定性的概念稳定性的定义和重要性失稳的现象和原因稳定性的分类6.2 钢结构稳定性的计算临界力的计算临界应力的计算稳定性校核的方法6.3 钢结构变形的控制变形的定义和原因变形限值的要求控制变形的方法和措施第七章：钢结构的抗震设计7.1 抗震设计的基本原则抗震安全性的要求抗震可靠性的要求抗震经济性的要求7.2 钢结构抗震设计的计算方法弹性抗震设计计算方法塑性抗震设计计算方法极限状态抗震设计计算方法7.3 钢结构抗震设计的实例杆件的抗震设计实例梁的抗震设计实例柱的抗震设计实例第八章：钢结构的保护与防腐8.1 钢结构腐蚀的原因和类型腐蚀的定义和现象腐蚀的原因和类型腐蚀的影响和危害8.2 钢结构防腐的方法防腐材料的选用防腐涂层的施工防腐措施的维护和管理8.3 钢结构保护的实例防腐涂层的实例防腐涂料的实例防腐措施的实施和检查第九章：钢结构的安全评估与检测9.1 钢结构安全评估的概念和重要性安全评估的定义和目的钢结构安全评估的必要性安全评估的方法和程序9.2 钢结构检测的方法和设备检测方法的分类和原理检测设备的选用和使用检测数据的分析和处理9.3 钢结构安全评估的实例结构检测的实例安全评估报告的编制安全评估结果的处理和改进第十章：钢结构案例分析与实践10.1 钢结构案例分析的目的和方法案例分析的定义和意义案例分析的目的和原则案例分析的方法和步骤10.2 钢结构案例分析的实例案例选取和背景介绍结构分析和设计计算施工和验收过程的解析10.3 钢结构实践活动的建议实践活动的类型和内容实践活动的组织和实施实践活动成果的总结和评价重点和难点解析重点环节1：钢结构的定义和特点钢结构是由钢材构成的结构体系，具有高强度、重载、施工速度快等特点。
第二章平面承重大跨钢结构
管结构的适用范围：
不直接承受动力荷载。对于承受交变荷载的直接 焊接钢管节点，其疲劳问题远较其它型钢杆件节点 受力情况复杂。
第二章平面承重大跨钢结构
第二节 框架结构体系
与梁式结构体系相比，框架式体系比较经济，且 横梁高度可以取得比梁式结构的高度小，刚度也较 大，常用于工业建筑。
桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～ 40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以 减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力 一般由屋架下弦的弹性变形产生。*
第二章平面承重大跨钢结构
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。
第二章平面承重大跨钢结构
上海浦东国际机场 第二章平面承重大跨钢结构
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。
第二章平面承重大跨钢结构
2 结构特点
（1）主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、 双跨或多跨，还可带附跨。
把中柱做成摇摆柱体现了材料集中使用的原则。
第二章平面承重大跨钢结构
（2）采用变化构件截面的手段以适应弯矩变化是 门式刚架轻型化的技术措施之一。柱脚常用铰接， （当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。
第二章平面承重大跨钢结构
重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系 的整体刚度是非常重要的。
第二章平面承重大跨钢结构
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形 和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般 为1/6～1/8。
钢结构 第一 二章
多层房屋
第二节 极限状态设计方法
一、概述
任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的。工 程结构必须具备下列功能： (1)安全性 结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各 种作用的能力，在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的 整体稳定性的能力。 (2)适用性 结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。 (3)耐久性 结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功 能要求的能力。
长宽各150m，总面积30277m2， 塔高508m，世界第一高，26层以上以8 层为一单元。主要由巨柱、核心系统 及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上 90层，最大尺寸为2.4mx3m。
台北101
直径5.5m，重670t的阻尼器
高耸结构
包括：塔架、桅杆结构；构件轻，风荷载小。
5.可拆卸和搬迁的结构。如：活动房屋、塔吊等。
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2.正常使用极限状态
标准组合 S SGk SQ1k ci SQik C
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第二章 钢结构的材料
第一节 钢结构对材料的要求
第二节 钢材的主要性能 第三节 影响钢材性能的因素 第五节 钢材类别及选用
第一节 钢结构对材料的要求
● 较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。 ● 足够的变形能力。即塑性和韧性性能好。 ● 良好的加工性能。即适合冷、热加工，良好的可焊性。 ● 适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载作
图2-3 钢材的冷弯试验
三、 冲击韧性Cv
实际工作中，用冲击韧性衡量钢材抗脆断的性能，因为实 际结构中脆性断裂总是发生在有缺口高峰应力的地方，在缺 口高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态。
缺口韧性值受温度影响，温度低于某值时将急剧降低。设计处 于不同环境温度的重要结构，要根据相应的环境温度对应提出 冲击韧性的保证要求。按20°、 0°、-20°、 -40°区分。
常见建筑结构体系及其特点
常见建筑结构体系及其特点现代建筑结构体系在建筑设计和施工领域起着重要作用。
不同种类的建筑结构体系具有不同的特点和优势，可以根据具体需求选择适合的结构体系。
本文将介绍几种常见的建筑结构体系及其特点。
1. 钢结构体系钢结构体系以钢材为主要构件，具有较高的强度和刚度。
钢结构体系适用于大跨度建筑，如体育场馆、机场航站楼等。
它的特点是重量轻、施工速度快，还可以灵活改变结构的形式。
然而，钢结构体系的保护不善会导致腐蚀问题，需要定期进行维护。
2. 钢筋混凝土框架体系钢筋混凝土框架体系是一种常见的建筑结构体系，以钢筋混凝土为主要材料。
它具有较好的抗震性能和承载能力，适用于中小型的建筑物。
钢筋混凝土框架体系的特点是结构稳定可靠，适合在地震活跃地区使用。
然而，其施工相对复杂，需要合理的设计和施工管理。
3. 预应力混凝土体系预应力混凝土体系通过在混凝土构件中引入预应力钢筋来增强结构的承载能力。
这种结构体系具有较好的抗震性能和耐久性，适用于高层建筑、大跨度桥梁等。
预应力混凝土体系的特点是结构的变形小、刚度大，可以降低结构的自重。
但它的施工需要专业技术和严格的工艺操作。
4. 轻钢龙骨体系轻钢龙骨体系以轻钢材料作为主要构件，适用于住宅、商业建筑等。
它的特点是结构重量轻、施工快速，还具有良好的隔热、隔音性能。
轻钢龙骨体系的优势在于可持续发展和可回收利用，有利于环境保护。
然而，轻钢龙骨体系的承载能力相对较低，需要合理的设计和施工。
5. 钢筋混凝土剪力墙体系钢筋混凝土剪力墙体系通过设置混凝土墙体来承受水平荷载。
它的特点是结构刚度大、抗震性能好，适用于高层建筑、核电厂等。
钢筋混凝土剪力墙体系的优势在于结构紧凑、高效利用空间。
然而，墙体的设置会影响建筑的空间布局，需要合理的规划和设计。
以上是几种常见的建筑结构体系及其特点。
在实际建筑设计中，应根据具体需求和条件选择合适的结构体系，确保建筑的安全性和可靠性。
同时，施工过程中要考虑材料的选择、施工工艺等因素，确保建筑结构的质量和实用性。
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第二章钢结构体系
一大跨度钢结构体系
用于飞机库(北京机场四机位库)、汽车库、火车站、会议厅、体育馆、体育场、展览馆、影剧院等;
网架结构
崎玉体育场
网壳结构：是指杆件沿某个曲面有规律地布置而组成的空间结构体系，以薄膜力为主要受力特征，大部分荷载由网壳杆件的轴向力承受。
三越松山店网壳上海浦东科技城网壳
日本广岛GRADEN空间钢结构网壳
悬索结构P125图4－20
膜结构分骨架式膜结构、充气式膜结构（见《结构概念与体系》P303
图11－10）、张拉式膜结构，具体见膜结构.ppt
城崎Sea-land体育场膜结构德国汉堡网球场膜结构
日本静冈体育场膜结构德国慕尼黑机场膜结构
野尺温泉综合游泳馆膜结构德国斯图加特体育场膜结构
迪拜酒店膜结构加拿大温哥华BC体育馆充气膜结构
美国新泽西州动物园膜结构美国依阿华州综合体育馆充气膜结构
泰国国际机场膜结构泰国曼谷酒店膜结构
新加坡机场膜结构
拱式结构见《结构概念与体系》P287图11－5
深圳彩虹大桥清华大学综合体育馆拱壳预应力钢结构
张拉整体结构
张拉整体雕塑
二高层钢结构体系
用于旅店、饭店、公寓、办公大楼、住宅；框架结构P139图4－43
中华世纪坛钢结构筒体结构
框筒结构
筒中筒结构
束筒结构见P3图1－2
巨型结构分巨型悬挂结构，见《结构概念与体系》P273图11－1；见《高层钢结构建筑设计资料集》P23图3－3、3－4
三高耸钢结构体系
用于电视塔、微波塔、通讯塔、输电线路塔、石油化工塔、大气监测塔、火箭发射塔、旅游瞭望塔、钻井塔、排气塔、水塔、烟囱；
发射神州飞船的塔架
四板壳钢结构体系
用于大型储油库、煤气库、炉壳、大直径高压输油管道、船闸闸门；五工业厂房钢结构体系
用于冶金工厂的平炉车间、初轧车间、混铁炉车间；重机厂的铸钢车间、锻压车间；造船厂的船台车间、飞机制造厂的装配车间；其他车间；
屋盖结构：见《建筑钢结构设计》P65图3－1；P66图3－2、图3－3
六轻型钢结构体系
用于中小型房屋结构、体育场看台雨蓬、小型仓库；
门式刚架,P121图4－12
门式刚架
圆钢结构
钢管结构
葡萄牙里斯本车站法国卡巴里奥收费站钢管结构薄壁型钢结构
拱形波纹屋盖结构
七桥梁钢结构
用于各种跨度的桥梁
斜拉桥见《结构概念与体系》P276图11－2
广东紫洞大桥 Clifton悬链桥
伦敦塔桥
美国匹兹堡第六街大桥
纽约布鲁克林（ Brooklyn）吊桥
铁索桥
Royal Gorge Bridge
悬索桥
八移动钢结构
用于塔式起重机、龙门起重机、缆索起重机、桥式吊车、水工闸门、装配式房屋
九海洋平台钢结构
秦皇岛海上石油平台。