《建筑结构》第七章 钢结构的强度和稳定性
高层建筑钢结构的静力与动力稳定性
高层建筑钢结构的静力与动力稳定性高层建筑的钢结构是现代建筑工程中的重要组成部分，其静力与动力稳定性对于保障建筑安全至关重要。
钢结构在高层建筑中得到广泛应用，主要是因为其具有高强度、轻质化和可塑性等优点。
然而，在面临复杂环境及外部风荷载、地震荷载等外力作用时，高层建筑钢结构的静力与动力稳定性成为一个关键问题，需要通过合理的设计和分析来保证其安全可靠。
1. 高层建筑钢结构的静力稳定性静力稳定性是指在静力作用下，建筑结构在不破坏的条件下保持平衡的能力。
高层建筑钢结构的静力稳定性可以通过结构分析和设计来保证。
首先，建筑结构的受力分析是设计的首要任务。
通过对结构的受力进行计算和分析，可以确定结构的各个构件受力情况，并进一步进行结构的设计和优化。
在高层建筑中，常用的受力计算方法有静力分析、有限元分析等。
其次，要保证高层建筑钢结构的静力稳定性，需要对结构进行合理的设计。
这包括选择适当的材料、合理确定截面尺寸和构件连接方式等。
同时，建筑结构的刚度和抗侧扭刚度的设计也是至关重要的，可以通过增加梁、柱和剪刀墙等构件来提高结构的整体刚度和稳定性。
最后，在实际的施工中，要注意对结构进行质量控制和监督。
这包括材料的选取和检验、构件的焊接和连接等。
只有不断加强质量控制，才能保证高层建筑钢结构的静力稳定性。
2. 高层建筑钢结构的动力稳定性动力稳定性是指在动力作用下，建筑结构不会发生不利的振动现象。
在高层建筑中，动力荷载主要有地震荷载、风荷载等。
首先，地震荷载是高层建筑结构动力分析中需要重点考虑的因素。
地震荷载可以通过地震响应谱分析、时程分析等方法来计算。
在高层建筑的结构设计中，需要根据不同的设防地震烈度和场地条件来选择适当的设计参数和措施。
在选择合适的设计参数时，需要充分考虑结构的固有周期、阻尼系数等，以提高结构的地震抗性能。
其次，风荷载也是高层建筑结构动力稳定性分析中的重要部分。
风荷载可以通过风洞试验和风荷载计算公式来确定。
钢结构设计中的强度与稳定性分析
钢结构设计中的强度与稳定性分析钢结构作为一种重要的建筑构造形式，在现代建筑中得到了广泛的应用。
其独特的特点使其成为了建筑设计师们的首选，然而，正确理解和分析钢结构的强度与稳定性是确保其安全性和可靠性的关键。
本文将深入探讨钢结构设计中的强度与稳定性分析，以期对读者有所启发。
一、强度分析钢结构的强度分析是确保建筑结构能够承受正常和异常荷载的重要步骤。
在设计过程中，工程师需要考虑到以下几个关键因素。
1.1 材料强度钢材作为钢结构的主要构造材料，其强度参数决定了整个结构的抗力能力。
工程师需要详细了解所选用的钢材的性能指标，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量等，以确保设计结构的强度能够满足要求。
1.2 荷载计算在设计过程中，荷载计算是非常重要的一环。
工程师需要根据建筑的用途和具体情况，准确计算出可变荷载、恒载和地震荷载等，以保证设计的结构能够承受这些荷载。
当荷载不均匀分配时，还需要进行统一系数的计算。
1.3 结构稳定钢结构的稳定性是强度分析中不可忽视的一部分。
当结构受到垂直或水平方向的外力作用时，其稳定性要求结构能够保持稳定。
工程师需要根据实际情况，采用适当的稳定性分析方法，确保设计的结构能够满足要求。
二、稳定性分析稳定性分析是钢结构设计中非常重要的一环，它主要考虑结构在受荷时的稳定性能。
以下是一些常见的稳定性分析方法。
2.1 弯曲稳定性分析在弯曲稳定性分析中，工程师需要计算并分析结构受弯矩作用下的稳定性。
通过计算结构的屈曲系数和容许屈曲荷载，可以确定结构的弯曲稳定性是否得到满足。
2.2 屈曲稳定性分析屈曲稳定性分析主要考虑结构在压力作用下的稳定性。
工程师需要计算结构的临界荷载和理论强度，以保证结构在受压力作用时不发生屈曲。
2.3 应力稳定性分析应力稳定性分析是为了保证结构在受荷时不发生破坏。
工程师需要计算结构的应力集中系数和容许应力，以确保结构在实际使用条件下能够稳定且不发生破坏。
三、结构设计的实践在实际结构设计中，强度与稳定性分析是紧密相连的。
建筑行业验收标准中的强度与稳定性要求
建筑行业验收标准中的强度与稳定性要求建筑是人们居住和工作的场所，其强度与稳定性对于保障人们生命财产安全至关重要。
为了确保建筑物的质量，建筑行业制定了一系列验收标准，其中包括对强度与稳定性的要求。
一、强度要求在建筑行业的验收标准中，强度是一个关键指标。
强度要求是指建筑物在承受外力时所具备的抵抗破坏的能力。
在验收过程中，各个部位的结构都需要满足一定的强度要求。
首先，混凝土结构在验收时要满足一定的抗压强度。
混凝土是建筑常用的构造材料之一，其抗压强度直接影响建筑物的整体承载能力。
验收时要求混凝土按照设计要求的配比比例进行浇筑，并进行相应的强度试验，确保其强度达到预期值。
其次，钢结构的强度要求是建筑验收中的重点之一。
钢结构作为一种高强度材料，被广泛应用于建筑物的承重结构。
建筑验收中要求钢结构在设计荷载下具备足够的强度和刚度，能够保证建筑物的整体稳定性。
另外，墙体、地板、梁柱等构件的强度也需要进行验收。
墙体的强度要求包括抗压强度和抗水平荷载的能力。
地板的强度要求包括抗弯强度和抗剪强度等。
而梁柱作为建筑物承重构件，其强度要求更高，需要具备足够的抗弯和抗压强度，以确保整个建筑物的稳定性。
二、稳定性要求稳定性是建筑物在受到外力作用下不发生倾覆或坍塌的能力。
建筑行业的验收标准中也包括对稳定性的要求，以确保建筑物在运行中的安全性和稳定性。
首先，建筑的整体结构要能够保持稳定。
这就要求建筑物的整体结构布局合理，重心位于支撑点之间，避免出现不稳定的情况。
建筑物的重心位置、支撑结构的稳定性都需要进行计算和评估。
其次，建筑物的抗风性能也是稳定性的重要方面。
在高楼大厦等高风险区域，建筑行业验收标准对风荷载的考虑更为严格。
建筑物的结构设计要能够抵御风力的冲击，确保建筑物在恶劣天气条件下仍然保持稳定。
此外，地震是建筑物稳定性的重要考量因素。
建筑物的地震抗震能力直接关系到人们的生命财产安全。
建筑行业验收中对地震力的要求更为严格，要求建筑物能够在地震作用下保持一定的稳定性和完整性。
《建筑强度与稳定性课件》
钢材
掌握钢材的强度特性对于设计经 济高效的建筑结构至关重要。
木材
了解不同类型的木材及其力学性 能将有助于设计安全可靠的木结 构。
建筑材料的弹性模量测试方法
本部分将介绍建筑材料的弹性模量测试方法，以确保在结构设计中准确评估材料的力学行为。
混凝土的强度、韧性和耐久性
了解混凝土的强度、韧性和耐久性对于设计耐久性强、结构稳定的建筑非常重要。
钢筋的强度与应力-应变关系
掌握钢筋的强度特性及其应力-应变关系对于有效设分将介绍建筑设计中的常用强度计算方法，以确保建筑结构的安全可靠。
承载结构的稳定性分析及设计
了解建筑承载结构的稳定性分析和设计原则，确保结构在各种荷载情况下保持稳定。
建筑强度与稳定性课件
通过本课件，您将了解建筑强度与稳定性的基本概念和原理，以及建筑设计 中的重要性。让我们开始这个惊喜之旅吧！
建筑强度与稳定性概述
本部分将介绍建筑强度与稳定性的基本概念、关键因素及其在建筑工程中的 重要性。
建筑材料的物理力学性质
混凝土
了解混凝土的物理力学性质对于 设计强度稳定的建筑结构至关重 要。
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计摘要：在建筑工程中，钢结构设计的稳定性原则是确保结构在受力条件下不会发生失稳和破坏。
为此，设计人员需要考虑结构的整体稳定性、局部稳定性和变形控制等因素，并采取相应的设计措施，如设置剪力墙、调整构件尺寸、加强节点设计等，以保证钢结构的稳定性和安全可靠性。
关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性原则引言钢结构在建筑工程中具有广泛的应用，其高强度、轻质化和可塑性等特点使其成为一种优秀的结构材料。
然而，在钢结构设计过程中，稳定性是一个至关重要的考虑因素。
稳定性问题可能导致结构失效和破坏，对人身安全和财产造成巨大威胁。
1.结构稳定性的重要性和影响因素1.1结构稳定性的重要性（1）人身安全保障建筑结构稳定性的确保是为了保护人们在其内部生活、工作和活动的安全。
如果结构失去稳定性，会导致部分或整个建筑发生破坏或倒塌，对居民和工作人员的生命安全构成严重威胁。
（2）财产保护建筑物往往是人们重要的资产之一，如果结构不稳定，会导致房屋损毁、财产损失，给住户和业主带来经济上的重大损失。
（3）建筑品质和功能保证：稳定的结构设计可以保证建筑物长时间内保持原有的形态和功能，并具备正常使用条件。
只有结构稳定，建筑才能耐久、安全地发挥其所需的功能。
1.2结构稳定性影响因素（1）结构几何形状结构的几何形状对其稳定性有重要影响。
一般来说，更高、更狭长、更不规则的结构更容易受到稳定性问题的困扰。
（2）材料特性材料的强度和刚度也对结构的稳定性产生影响。
材料的抗压、抗拉、抗弯等特性决定了结构在受力时的稳定性。
（3）荷载类型和施加位置结构在受到不同类型荷载的作用下，其稳定性表现会有所不同。
例如，水平荷载（如风荷载和地震荷载）会产生横向推力，而垂直荷载（如重力荷载）会产生压缩力。
荷载施加的位置也会对结构稳定性产生重要影响。
（4）支撑和连接方式结构中支撑和连接的方式对稳定性起到重要作用。
适当的支撑和合理的连接设计可以增加结构的稳定性。
结构的强度与稳定性
不可相对 运动式
准确配合
连接牢固
车圈与辐条
钢一琴系等列乐常器为或金某属些得机链器环上或可环以形按物下弹起得部件
知识拓展:
大家把刚才得矩形方框拿 出来,讨论一下,可以通过什么样 得方式使她更加结实。
稳定性概念
F
倒摆
稳定性概念
稳定指得不就是状态绝对不变,而就 是指受扰后,允许状态有所波动,但当扰动 消失后,能重新返回到原平衡状态,即为稳 当;不能回到原有平衡状态,为不稳定。
小结:
一、结构得强度 :就是指结构具有抵抗 被外力破坏得能力。
二、影响结构强度得主要因素:
1、材料
2、形状
3、连接方式
三、结构得稳定性 结构具有阻碍翻倒或移动得特性,就就
是结构稳定性。 四、影响结构稳定性得因素
1、几何形状 2、支撑面积大小 3、重心位置
1、我们经常看到马路旁边得广告牌后面得支撑架就 是三角结构得,从这种现象中我们可以看出以下哪个 因素影响着结构强度？ A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式
2、以如下方式放置得并注入不同数量得水,稳定性最 差得就是:
3、如图一张圆桌,不能使她更加稳固得方法就是:
A、使用较重得大理石做桌子与地面得接触部分,木材做 桌面 B、使用较重得大理石做桌面 C、如使用木材制作桌子,各部分大量采用榫接得方式 D、增大桌子底部得支撑面面积
实际应用: 广告牌得抗风问题
试验结论:结构强度与构件得 形状 有关。
技术试验三
试验材料:四根木条、四枚钉子、锤子 试验方法:
钉接
榫接
试验结论:结构强度与构件得_连__接__方__式有关。
从被连接件间得状态关系来分类
连接方式
常见得技术 与方法
谈钢结构设计中整体稳定和局部稳定
谈钢结构设计中整体稳定和局部稳定摘要：建筑行业在发展过程中，规模比较大，所使用的钢结构应用比较广泛，钢结构构件的稳定性直接影响整个建筑结构的安全，所以在建筑设计过程中需要稳定钢结构，实现整体建筑符合施工标准，但是钢结构在使用过程中自身存在不稳定性，容易出现安全事故，所以本文主要研究钢结构在使用过程中，使用一定方式提升整体以及局部的稳定性，提升建筑质量。
关键词：钢结构；整体稳定；局部稳定引言：建筑工程在施工中需要使用钢结构完成建筑，城市的发展，高层建筑物的兴起，都需要使用稳定的钢结构，保证建设安全，但是因为钢结构自身缺陷，会出现各种安全问题，影响人们的居住环境。
工作人员需要使用恰当的技术对钢结构进行处理，提升稳定性，根据实际情况使用合适的加固方法完成建设。
1 钢结构稳定性概述在建设中强度主要是指构件在平稳状态中出现的应力，是否在材料的强度设计值限制范围中，所以强度可以称之为应力作用，强度的大小与材料有关[1]。
针对于稳定性，所呈现的特点与强度不一样，主要是外部荷载与内部结构出现碰撞，出现不稳定现象，产生变形等情况，所以稳定性可以称之为变形作用，比如建筑结构中使用的轴压柱，在不平衡的状态下将会影响轴压柱出现弯曲，破坏建筑的整体结构。
图1钢结构首先钢结构构件强度计算，同时需要计算构件的整体稳定性和局部稳定性进行分析，构件的稳定性会不会影响整体的结构，需要从建筑的整体研究，同时在计算分析的时候，需要注意钢结构的其他特点，当所计算楼层各柱轴心压力设计值之和乘以按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移的积与产生层间的所计算及以上各层的水平力之和乘以所计算楼层的高度的积的比值大于0.1时，应进行二阶弹性分析，此种分析过程中的作用性比较明显，最关键的是结构的柔性产生的大变形量，对结构内力的影响不能忽视，同时注意使用迭加原理，能够对结构的弹性进行计算。
在此过程中需要对失稳以及整体的刚性进行分析，使用轴心压杆的稳定计算法计算临界压力，在计算的过程中将相关概念理解，能够快速解决失稳现象，新型钢结构在市场中不断应用，所起的效果更加明显，提升结构的稳定性。
《钢结构稳定》课件
钢结构稳定的重要性
01
02
03
保障结构安全
钢结构稳定是保障结构安 全的重要因素，如果结构 失稳，会导致结构变形、 破坏甚至倒塌。
确保正常使用
钢结构稳定问题直接影响 到结构的正常使用，如桥 梁、厂房等结构的变形和 振动等。
提高经济效益
通过合理的结构设计，确 保结构的稳定性，可以减 少结构的维修和加固费用 ，提高经济效益。
详细描述
工业厂房由于其工艺要求和设备荷载的特殊性，对钢结构稳定性的要求也不同。在设计中，需要考虑厂房的工艺 要求、设备荷载、环境因素等因素，进行详细的结构分析和计算。同时，还需要考虑设备的安装和维修对结构稳 定性的影响，以确保厂房的安全和稳定运行。
Part
06
未来研究方向与展望
新材料与新工艺的应用
总结词
随着科技的不断发展，新材料和新工艺在钢结构稳定领域的应用将更加广泛。
详细描述
目前，新型高强度材料、复合材料和智能材料等正在逐步应用于钢结构中，这些新材料具有更高的强 度、耐腐蚀性和轻量化等特点，能够提高钢结构的稳定性。同时，新的焊接、防腐和涂装等工艺也在 不断涌现，有助于提高钢结构的制造质量和稳定性。
智能化与自动化技术的应用
总结词
智能化和自动化技术将改变钢结构稳定性的 研究与实践方式。
详细描述
随着人工智能、机器学习等技术的不断发展 ，钢结构稳定性的研究与实践将更加智能化 和自动化。例如，利用机器学习技术对大量 数据进行学习，自动识别结构中的薄弱环节 ，提出优化方案。同时，自动化技术的应用 可以提高钢结构制造和安装的精度和效率， 进一步保证结构的稳定性。
01 总结词
弹性稳定是指钢结构在弹性状 态下抵抗失稳的能力。
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N
A
f
轴心受压构件整 系体 数稳定
❖ 轴心受力构件广泛用于桁架结构和支承体系中。
1、截面形式：见下图。
2、轴心受拉构件
❖ 受拉承载力计算
❖ 考虑正常使用极限状态的长细比验算（控制变形）
❖3、轴心受压构件
❖ 受压承载力计算（整体稳定计算）。
❖
N≤Af
❖ 局部失稳： 限制构件的宽厚比。
例题
验算钢屋架的受压腹杆见图。N=148.5kN,计算长度
❖ 钢管以外径和壁厚表示，Ø300×8 （单位毫米） 。 （二）连接材料：焊条和焊丝，普通螺栓和高强螺栓，铆
钉。
二、钢结构的特点
（1）材质均匀。 （2）强度高。 （3）塑性好、抗冲击性强。 （4）加工简便，施工周期短。 （5）耐腐蚀性差，耐火性差，造价昂贵。
7.2、受弯构件计算
A. 抗弯强度 M x f xWnx
7.1 钢结构概述
一、钢结构的材料
（一）钢材
1. 种类：碳素结构钢中的低碳钢（Q235）和低合金高强度结 构钢中的 Q345、Q390等。
2. 规格：工字钢、槽钢、角钢、钢管、H型钢等。 3. 表示方法
❖ 槽钢和工字钢以形状为首位，后跟截面高度（单位厘米）
角钢以边长和厚度表示，L100×8（等边角钢） 、 L100×80×8（不等边角钢） 。
式，梁格可分成哪三种典型的形式？ 7-5. 梁的截面验算包括哪些方面的内容？ 7-6. 轴心受力构件包括哪两种？其常用截面形式有哪两大类？ 7-7. 轴心受拉构件的计算包括哪些方面的内容？ 7-8. 实腹式轴心受压构件的计算包括包括哪些方面的内容？ 7-9. 拉弯构件和压弯构件的概念？其计算通常包括哪些方面的内容？
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的全额 子公司森海外株式会社及日本 具有代表性的银行、保险公司、 商社等36家企业，偕同政府系 统机构日本海外经济协力基金 (OECF)联合投资的上海环球 金融中心，总投资逾750亿日 元。位于陆家嘴金融贸易区， 建筑总面积335,420平方米， 地下3层，地上94层。建成后 的高度达460米 。总用钢量 26000t，钢筋混凝土核心筒， 外框钢骨混凝土及钢柱，目前 正在施工阶段。
N 148.5 103 178 N / mm 2 f 215 N / mm 2，满足
A 0.566 1473.4
7.4、拉弯和压弯构件
（一）拉弯构件截面形式
（二）压弯构件应力计算
本章思考题
7-1.钢结构的主要特点有哪些？ 7-2. 钢结构可分为哪几种类型？ 7-3. 钢结构的发展过程主要可归纳为几步，并详细说明？ 7-4. 梁按其弯曲变形情况不同，可分为哪些类型？根据梁的排列方
lox=2291mm,loy=2864mm,A=1473.4mm2,ix=23.3mm,iy=33.
7mm。钢材Q235。
8y
解：
1. 强度（略）
x
x
2. 刚度
y
x
l0 x ix
2291 98.3 150
23.3
y
l0 y iy
2864 33.7
85 150
3. 整体稳定性
查表，按b类截面，max 98.3 0.566
❖ 1、 受弯计算
❖ 按材料力学公式计算截面边缘最大正应力（考虑材料具有一 定的塑性，将截面的抵抗矩乘以大于1的系数），此应力不超 过钢材强度设计值。
❖ 2、 受剪计算
❖ 按材料力学公式计算截面最大剪应力，此应力不超过钢材抗 剪强度设计值。
❖ 3、局部受压验算
❖ 受集中荷载作用时需要。
7.3 轴心受力构件计算
第七章 钢结构的强度和稳定性
7.1、钢结构概述 7.2、受弯构件计算 7.3、轴心受力构件计算 7.4、拉弯和压弯构件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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，目前已进行过网壳部 分设计与施工验收审查会议。
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。
B. 抗剪强度
VS ItW
fV
F
max
max
C. 刚度 v v
ll
D. 整体稳定性
Mx f
Wx
E. 局部稳定性：用高厚比限定
➢ 为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵
向加劲肋。
三、拉弯、压弯构件
➢ 包括强度、刚度、稳定性验算
（一）截面形式：见下图。
（二）钢梁的受弯、受剪和局部受压计算
一、轴心受力构件
➢ 包括轴心受拉构件和轴心受压构件。
A. 强度
N f
An
An 净截面尺寸 f 钢材抗拉抗压强度设计值。对单角钢构件，折减15%
B. 刚度（长细比）
x
l0 x ix
, y
l0 y iy
,
ix
Ix A
,iy
Iy A
C. 整体稳定性
lox , loy 构件x和y方向计算长度