水工钢结构
主讲：朱召泉教授
一、课程概况
?钢结构是土木工程专业的主要专业课之一，也
是水工、港航、海工、农水等水利类专业的技
术基础课。钢结构是当前我国重点推广和发展
的结构形式。
?钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工
程的主要结构 形式之一。课程的主要内容包括
材料、连接、基本构件三大部分。不同结构形
式都是由基本构件联结而成,基本构件的核心
问题是稳定问题。
?本课程为 2学分,计划 授课 32学时。本课程课堂
授课结束后集中安排一周的课程设计。
课程概况及基本要求
二、基本要求
? 课程成绩由考试 + 平时成绩给出。平时成
绩包括作业、课堂提问等。抄作业者和被
抄作业者作业成绩为零分。
? 不得迟到、旷课。为了不影响他人，迟到
者须到课间休息时方可进入教室。旷课达
1/3，取消考试资格。缺课累计达 5节及以
上,成绩由口试 +笔试 + 平时成绩给出，
且口试及格后方可参加笔试。
三、学习建议与希望
?学习时应重点搞清基本概念与性能，掌
握设计原理，熟悉构造要求。
?讲课主要讲述重点和难点，为了便于大
家学习和复习，建议作好笔记。
?我们采用的是最新版本（以新规范标准
编写）的教材，该教材反映了目前钢结
构领域的最新成果和动向。欢迎同学们
对教材的不足之处提出宝贵意见，以便
进一步改进。
第一章 概 论
第一节 钢结构的特点和应用
一, 钢结构的特点,
钢结构是用钢材制造而成的工程结构。
通常它采用钢板、型钢（有些结构也可能
采用钢索）加工制造而成。钢结构与钢筋
混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划
分的工程结构的不同分支。钢结构与其它
结构相比，具有下列特点,
1.可靠性高
?钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控
制，质量比较稳定 ;
?钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体；
钢材的物理力学特性与工程力学对材料
性能所作的基本假定符合较好；
?钢结构的实际工作性能比较符合目前采
用的理论计算结果。所以说钢结构的可
靠性高。
2,材料的强度高，钢结构自重轻。
?钢材与其它材料相比，它的强度与重力密
度之比要高得多。在同样的受力条件下，
钢结构用材料少，自重轻。以 24m跨度厂房
屋架为例，当承受相同的荷载时，每榀钢
屋架的重量为 2.1～ 2.7吨，而预应力钢筋混
凝土屋架的重量为 6.4～ 11.3吨，后者为前者
的 3～ 4倍。若采用冷弯薄壁型钢屋架，其自
重接近钢筋混凝土屋架的 1/10 。
?钢结构自重轻，便于运输和安装，基础费
用低。
3,钢材的塑性和韧性好
?钢材的塑性好，钢结构破坏前一般都会产生显
著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，
避免重大事故发生。 钢材的韧性好，钢结构
对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，
抗震性能优越。
4,钢结构制造简便，施工工期短
钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是工程结
构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运
至施工现场拼装成结构。施工工期短，可尽快发挥投资
的经济效益。我国已建成的某 240m?315m全钢结构厂房，
建筑面积达 7.6万 m2，其结构安装仅用了 98天。钢结构由
于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。
5,钢结构密闭性好
钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密
性较好的常压和高压容器结构和管道。
6,钢材的耐锈蚀性差
在没有腐蚀性介质的一般环境中，钢结构
经除锈后再涂上合格的防锈涂料后，锈蚀问题
并不严重。但在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，
钢结构容易锈蚀，需定期维护，增加了维护费
用。我国已研究生产出抗锈蚀性能良好的耐大
气腐蚀钢，并用于工程结构。
7,钢结构耐热但不耐火
?当钢材受热温度在 200 oC以内时，钢材
的主要性能变化很小，具有较好的耐热
性能。当温度达 600 oC以上时，钢材的
承载力几乎完全丧失，所以说钢材不耐
火。当温度在 250o C左右时，钢材的塑
性和韧性降低，破坏时常呈脆性断裂。
?考虑一定的安全储备，当结构表面长期
受辐射热温度不小于 150 oC时，需加以
隔热防护。当有防火要求时，要采取防
火措施。
8,钢材在低温时脆性增大
?在负温度区（ 0 oC以下）,钢材的塑性和韧
性随着温度降低而变差。
二、钢结构的应用范围
应根据钢结构的特点，注意扬长避
短，合理使用钢结构。在建筑工程和水
利水电工程中，钢结构的主要应用范围
如下,
1.大跨度结构
随着结构跨度增大，结构自重在全部荷
载中所占比重也就越大，减轻自重可获得
明显的经济效益。对于大跨度结构，钢结
构重量轻的优点显得特别突出。
上海 8万人体育馆, 径向悬挑桁架和环向桁架组成的空
间钢屋盖结构。长轴为 288.4m,短轴为 274.4m，最大悬挑
跨度达 73.5m。
上海浦东机场
英国伦敦的, 世纪展览馆,, 直径
365m钢骨架膜结构圆形建筑。
2,高层建筑
高层建筑已成为现代化城市的一个标志。
钢材强度高和钢结构重量轻的特点对高层
建筑具有重要意义。强度高则构件截面尺
寸小，可提高有效使用面积。重量轻可大
大减轻构件、基础和地基所承受的荷载，
降低基础工程等的造价。当今世界上最高
的 50幢建筑中，钢结构和钢 — 砼混合结构占
80%以上。 1996年建成的吉隆坡佩重纳斯大
厦（双塔）,95层，高 452米，是世界上目
前最高的建筑。
马
来
西
亚
佩
重
纳
斯
大
厦
台北金融中心大楼（ TAIBPEI101）
101层,508m高,2.3万平米,2004年 9月营
运。
?上海金茂大厦,
88+3层,88层为观
光厅,高度为
340.1m，总高
420.5m。
用钢 14000t，
28.7万 m2。
大厦桩深 83.5m，
总投资＄ 5.4亿。
美国纽约的世界贸易中心大楼
? 110层，高 417m,100万平米，两楼共有 239部电梯。办
公人员 5万，每日来访和观光 8万。施工期间无工人死亡。
用钢 20多万 t。
? 93 年恐怖组织车载炸药爆炸（地下可停车 2000多辆）,
三层楼板被炸穿，无大影响。 75年 2月 11层失火，三小
时控制火势，直接损失 100万美元。
? 01年 9月 11日，北京时间 20:45一 757飞机（起飞重量达
104t，可载油 35t）撞击北塔楼,94～ 99层直接受损，
22:28倒塌； 21:03一 767飞机（起飞重量达 156t，载油 51t)
撞击南大楼,78～ 84层直接受损,22:05倒塌。客机的
起飞重量加上约 1000公里的飞行速度，撞击力总共相当
于 2万多公斤的黄色炸药。撞击使世贸中心产生巨大晃
动，但内部和外部并没有严重塌落，从撞到塌时间较长，
楼内人员可以逃生，世贸中心死亡人数 2797人 (其中失
踪 59人，机组 156人）。
3,工业建筑
?当工业建筑的跨度和柱距较大，或者
设有大吨位吊车，结构需承受大的动
力荷载时，往往部分或全部采用钢结
构。
?西安变压器电炉厂的总装车间,L =
36m，高 30余米,Q=(400+50+1)t。
?为了尽快发挥投资效益，近年来我国
的普通工业建筑大量采用了钢结构。
马钢平（炉）改转（炉）工程,
占地面积 1.98万平米，钢结构总重量 1.79万吨。
4,轻型结构
?称使用荷载较小或跨度不大的结构为
轻型结构。自重是这类结构的主要荷
载，常采用冷弯薄壁型钢或小型钢制
成的轻型钢结构。
?国内跨度最大的轻钢结构是大连某粮
食仓库,l =72m，建筑面积 8000m2,
结构用钢量 49.7kg/m2 。近年来金属拱
型波纹屋盖已用于建筑工程。
绍兴邮电培训中心大堂
青岛海尔 鲁能集团
东方航空公司 华北制药集团
5,高耸结构
? 如塔架和桅杆等，它们的高度大，横截面
尺寸较小，风荷载和地震作用常常起主要
作用，自重对结构的影响较大，常采用钢
结构。加拿大多伦多电视塔高 553.34米，
目前世界第一。
上
海
东
方
明
珠
电
视
塔
6,活动式结构
? 如水工钢闸门、升船机等，可充分发挥钢结构
重量轻的特点，降低启闭设备的造价和运转所
耗费的动力。
? 我国三峡工程的永久船闸采用双线五级连续梯
级船闸，总水级差 113m，闸门孔口净宽 34m，
每级均采用人字钢闸门，共有 12道 24扇闸门，
每扇闸门高 38.5m，宽 20m，重 864t。船过船闸
一般需 2小时 35分钟。
? 三峡升船机承船箱长 120m，总宽 23m，总高 10m,
水深 3.5m，提升重量可达 1.18万吨，提升高度
113m。 30分钟过坝，计划 2009年建成。
7,可拆卸或移动的结构
如施工用建筑和钢栈桥、流动式展览馆、移
动式平台等，可发挥钢结构重量轻，便于运
输和安装方便的优点。加拿大已建成 120多万
吨重，可容 5000多人工作的海上采油平台。
海上采油平台
9,抗震要求高的结构
可发挥钢结构动力性能好的优点。
10.急需早日交付使用的工程或运输
条件差的工程
可发挥钢结构施工工期短和重量轻便于运
输的特点。
8,容器和大直径管道
如贮液（气）罐、输油（气、原料）管道、
水工压力管道等。三峡水利枢纽工程中的发电
机组采用的压力钢管内径达 12.4m，板厚达
60mm。
11,特种结构
钢烟囱（上海宝钢烧结厂钢烟囱高达 200多
米）、钢水塔等。
北京“中华世纪坛” 该钢结构圆坛直径
47m，重达 1400t，倾斜 19.4度，转一周时间
为 4～ 24小时。
重建的, 雷峰塔,
2002年 10月 25
日在杭州落成。
塔总高 71.679米，
塔身高 45.809米，
地上六层地下二
层总共八层。采
用钢结构框架，
用钢 1400t。总
建筑面积 6089平
方米。造价 1.5亿
元。
12,钢桥
国内最大钢桁架桥为九江长江大桥，
l=216m(南京一桥为 160m)。江阴长江大桥
为悬索桥,l=1385m，主揽直径 866mm，由
20320根直径 5.35mm的钢丝组成，两根主揽
总重 16800t，钢丝总长 10万 km。世界第一
为日本明石海峡大桥,l=1991m(1990+1m)。
南京二桥南汊主桥为钢箱梁斜拉桥，主跨
628m，中国第一，世界第三。桥全长
21.197km。
?
江阴长江大桥,主跨 1385米，主塔高 193米，
主缆直径 86.6厘米、长 2200米，居悬索桥世
界第四，国内第一。
上海卢浦大桥 目前世界上最大的中承式钢
结构拱桥，总投资约 24亿元。该桥主跨 550米，
2002年 10月 12日合龙,03年 8月完工。
伦敦的塔桥,1894年建成，此桥的边跨为罕见
的三铰悬挂。悬挂单元于桥面之间是加劲桁架，
一方面加强悬挂单元的刚度，另一方面抵抗桥面
的弯矩和剪力。
加劲桁架近景
中间铰近景
13,住宅
马钢光明新村住宅
18层，钢框架 -剪力墙 -支撑结构体系。
上海中福城
1+17层，钢框架 -剪力墙结构体系。柱距 7.8米。地下为车库和设
备用房,1～４为商场，５ ～ 17为住宅。采用马钢耐火 H型钢。
综上所述可见，钢结构是在各种工程
中广泛应用的一种重要的结构形式。
随着我国经济建设的发展和钢产量的
提高，钢结构将会发挥日益重要的作
用。
第二节 钢结构的设计方法
一．结构设计的目的：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，以及在偶然事件发生
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。
结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠
性 。结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的
前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质
量。要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法。
二．设计方法
1．影响结构可靠性的因素
对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素
可以归并为荷载效应 S（荷载作用引起的结构或构
件的内力、变形等）和结构抗力 R （结构或构件
承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个
基本变量。
Z = R- S （ 1- 1）
Z—— 结构完成预定功能状态的函数。
Z>0结构处于可靠状态；
Z<0 结构处于失效状态；
Z＝ 0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，
结构将不再能满足设计要求。因此它也称为极限
状态。
2．概率极限状态设计法
1)结构设计应考虑下列两种极限状态,
（ 1） 承载能力极限状态, 结构或构件达到
最大承载能力，或达到不适于继续承载的
变形的极限状态。
（ 2） 正常使用极限状态, 结构或构件达到
使用功能上允许的某一限值的极限状态。
2)结构可靠度 结构在规定的时间内，在规定
的条件下，完成预定功能的概率 (Pr ) 。
Pf =P (z<0)
Pr = P (z≥0) =1 - Pf
设计使用年限分类
类别 设计使用年限 示例
1 5 临时性结构
2 25 易于替换的结构构件
3 50 普通房屋和构筑物
4 100 纪念性建筑和特别重要
的结构
3）, 钢结构设计规范 (GB50017),设计方法
? 对于承载能力极限状态采用应力表达式
? 正常使用极限状态
4）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法 — 容许
应力法（如水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95）
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第三节 钢结构的发展
? 我国的钢产量从 1996年起年产已突破 1亿吨,2001年 1.57
亿吨,2002年预计可达 1.8 亿吨。高的钢产量为发展钢
结构提供了主要的物质基础。
? 一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应用，使我
国的钢结构发展具备了必要的技术基础。
?, 中国建筑技术政策, （ 1996年 ?2010年）中具体地提
出了发展钢结构的要求，这是几十年来第一次国家明确
提出的政策支持。这些将会促进钢结构应用的进一步发
展，必将对钢结构提出更多更高的要求。
? 钢结构是环保型的、易于产业化和可再次利用或者说可
持续发展的结构，应积极合理地扩大在工程中的应用。
一,钢结构快速发展的条件
二,钢结构发展的几个方面
1.设计方法和计算理论的改进
1）水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限状态设
计法。
2） (GB50017) 向采用更为先进合理的全概率极限
状态设计法的方向努力。
3）设计由构件或某一截面的可靠度，向以整个结
构体系可靠度分析为目标的结构设计发展。
4) 钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设计、
优化设计以及在动力荷载作用下的性能等，都
需要进一步深入研究。
2,优质钢材的应用
? 采用高强度钢材,可以用较少的材料做成功效较高的结
构，对于跨度大、荷载大的结构和移动式结构极为有
利。国外已把屈服强度为 700～ 800N/mm2或更高强度
的低合金结构钢列入设计规范。研究强度更高的钢材
及其合理使用将是重要的课题。
? 生产和推广应用经济断面钢材,如轧制 H型钢,T型钢、
冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型钢板等。
? 研制和应用高功能结构钢,（ 1） 耐火钢：我国已生产
出了耐火耐候钢，并用于工程建设。（ 2）耐大气腐蚀
钢（耐候钢）：研究生产新的高性能耐候钢和耐火耐
候钢及涂料仍然是今后研究的重点。（ 3）低屈强比耐
震结构钢：钢材的屈强比越低，材料破断前产生稳定
塑性变形的能力越高，吸震性能越好。
3,结构形式的革新
新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型
钢结构、预应力结构、悬挂结构、钢 — 混
凝土组合结构、钢 — 混凝土混合结构索膜
结构、索网结构和其它杂交结构。
4,制造工业水平的提高
改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，
提高机械化和自动化水平。应促进一些结构形
成系列化、标准化、产品化，实现工厂化批量
生产，作为产品投放市场，降低造价。
主讲：朱召泉教授
一、课程概况
?钢结构是土木工程专业的主要专业课之一，也
是水工、港航、海工、农水等水利类专业的技
术基础课。钢结构是当前我国重点推广和发展
的结构形式。
?钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工
程的主要结构 形式之一。课程的主要内容包括
材料、连接、基本构件三大部分。不同结构形
式都是由基本构件联结而成,基本构件的核心
问题是稳定问题。
?本课程为 2学分,计划 授课 32学时。本课程课堂
授课结束后集中安排一周的课程设计。
课程概况及基本要求
二、基本要求
? 课程成绩由考试 + 平时成绩给出。平时成
绩包括作业、课堂提问等。抄作业者和被
抄作业者作业成绩为零分。
? 不得迟到、旷课。为了不影响他人，迟到
者须到课间休息时方可进入教室。旷课达
1/3，取消考试资格。缺课累计达 5节及以
上,成绩由口试 +笔试 + 平时成绩给出，
且口试及格后方可参加笔试。
三、学习建议与希望
?学习时应重点搞清基本概念与性能，掌
握设计原理，熟悉构造要求。
?讲课主要讲述重点和难点，为了便于大
家学习和复习，建议作好笔记。
?我们采用的是最新版本（以新规范标准
编写）的教材，该教材反映了目前钢结
构领域的最新成果和动向。欢迎同学们
对教材的不足之处提出宝贵意见，以便
进一步改进。
第一章 概 论
第一节 钢结构的特点和应用
一, 钢结构的特点,
钢结构是用钢材制造而成的工程结构。
通常它采用钢板、型钢（有些结构也可能
采用钢索）加工制造而成。钢结构与钢筋
混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划
分的工程结构的不同分支。钢结构与其它
结构相比，具有下列特点,
1.可靠性高
?钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控
制，质量比较稳定 ;
?钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体；
钢材的物理力学特性与工程力学对材料
性能所作的基本假定符合较好；
?钢结构的实际工作性能比较符合目前采
用的理论计算结果。所以说钢结构的可
靠性高。
2,材料的强度高，钢结构自重轻。
?钢材与其它材料相比，它的强度与重力密
度之比要高得多。在同样的受力条件下，
钢结构用材料少，自重轻。以 24m跨度厂房
屋架为例，当承受相同的荷载时，每榀钢
屋架的重量为 2.1～ 2.7吨，而预应力钢筋混
凝土屋架的重量为 6.4～ 11.3吨，后者为前者
的 3～ 4倍。若采用冷弯薄壁型钢屋架，其自
重接近钢筋混凝土屋架的 1/10 。
?钢结构自重轻，便于运输和安装，基础费
用低。
3,钢材的塑性和韧性好
?钢材的塑性好，钢结构破坏前一般都会产生显
著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，
避免重大事故发生。 钢材的韧性好，钢结构
对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，
抗震性能优越。
4,钢结构制造简便，施工工期短
钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，是工程结
构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运
至施工现场拼装成结构。施工工期短，可尽快发挥投资
的经济效益。我国已建成的某 240m?315m全钢结构厂房，
建筑面积达 7.6万 m2，其结构安装仅用了 98天。钢结构由
于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。
5,钢结构密闭性好
钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密
性较好的常压和高压容器结构和管道。
6,钢材的耐锈蚀性差
在没有腐蚀性介质的一般环境中，钢结构
经除锈后再涂上合格的防锈涂料后，锈蚀问题
并不严重。但在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，
钢结构容易锈蚀，需定期维护，增加了维护费
用。我国已研究生产出抗锈蚀性能良好的耐大
气腐蚀钢，并用于工程结构。
7,钢结构耐热但不耐火
?当钢材受热温度在 200 oC以内时，钢材
的主要性能变化很小，具有较好的耐热
性能。当温度达 600 oC以上时，钢材的
承载力几乎完全丧失，所以说钢材不耐
火。当温度在 250o C左右时，钢材的塑
性和韧性降低，破坏时常呈脆性断裂。
?考虑一定的安全储备，当结构表面长期
受辐射热温度不小于 150 oC时，需加以
隔热防护。当有防火要求时，要采取防
火措施。
8,钢材在低温时脆性增大
?在负温度区（ 0 oC以下）,钢材的塑性和韧
性随着温度降低而变差。
二、钢结构的应用范围
应根据钢结构的特点，注意扬长避
短，合理使用钢结构。在建筑工程和水
利水电工程中，钢结构的主要应用范围
如下,
1.大跨度结构
随着结构跨度增大，结构自重在全部荷
载中所占比重也就越大，减轻自重可获得
明显的经济效益。对于大跨度结构，钢结
构重量轻的优点显得特别突出。
上海 8万人体育馆, 径向悬挑桁架和环向桁架组成的空
间钢屋盖结构。长轴为 288.4m,短轴为 274.4m，最大悬挑
跨度达 73.5m。
上海浦东机场
英国伦敦的, 世纪展览馆,, 直径
365m钢骨架膜结构圆形建筑。
2,高层建筑
高层建筑已成为现代化城市的一个标志。
钢材强度高和钢结构重量轻的特点对高层
建筑具有重要意义。强度高则构件截面尺
寸小，可提高有效使用面积。重量轻可大
大减轻构件、基础和地基所承受的荷载，
降低基础工程等的造价。当今世界上最高
的 50幢建筑中，钢结构和钢 — 砼混合结构占
80%以上。 1996年建成的吉隆坡佩重纳斯大
厦（双塔）,95层，高 452米，是世界上目
前最高的建筑。
马
来
西
亚
佩
重
纳
斯
大
厦
台北金融中心大楼（ TAIBPEI101）
101层,508m高,2.3万平米,2004年 9月营
运。
?上海金茂大厦,
88+3层,88层为观
光厅,高度为
340.1m，总高
420.5m。
用钢 14000t，
28.7万 m2。
大厦桩深 83.5m，
总投资＄ 5.4亿。
美国纽约的世界贸易中心大楼
? 110层，高 417m,100万平米，两楼共有 239部电梯。办
公人员 5万，每日来访和观光 8万。施工期间无工人死亡。
用钢 20多万 t。
? 93 年恐怖组织车载炸药爆炸（地下可停车 2000多辆）,
三层楼板被炸穿，无大影响。 75年 2月 11层失火，三小
时控制火势，直接损失 100万美元。
? 01年 9月 11日，北京时间 20:45一 757飞机（起飞重量达
104t，可载油 35t）撞击北塔楼,94～ 99层直接受损，
22:28倒塌； 21:03一 767飞机（起飞重量达 156t，载油 51t)
撞击南大楼,78～ 84层直接受损,22:05倒塌。客机的
起飞重量加上约 1000公里的飞行速度，撞击力总共相当
于 2万多公斤的黄色炸药。撞击使世贸中心产生巨大晃
动，但内部和外部并没有严重塌落，从撞到塌时间较长，
楼内人员可以逃生，世贸中心死亡人数 2797人 (其中失
踪 59人，机组 156人）。
3,工业建筑
?当工业建筑的跨度和柱距较大，或者
设有大吨位吊车，结构需承受大的动
力荷载时，往往部分或全部采用钢结
构。
?西安变压器电炉厂的总装车间,L =
36m，高 30余米,Q=(400+50+1)t。
?为了尽快发挥投资效益，近年来我国
的普通工业建筑大量采用了钢结构。
马钢平（炉）改转（炉）工程,
占地面积 1.98万平米，钢结构总重量 1.79万吨。
4,轻型结构
?称使用荷载较小或跨度不大的结构为
轻型结构。自重是这类结构的主要荷
载，常采用冷弯薄壁型钢或小型钢制
成的轻型钢结构。
?国内跨度最大的轻钢结构是大连某粮
食仓库,l =72m，建筑面积 8000m2,
结构用钢量 49.7kg/m2 。近年来金属拱
型波纹屋盖已用于建筑工程。
绍兴邮电培训中心大堂
青岛海尔 鲁能集团
东方航空公司 华北制药集团
5,高耸结构
? 如塔架和桅杆等，它们的高度大，横截面
尺寸较小，风荷载和地震作用常常起主要
作用，自重对结构的影响较大，常采用钢
结构。加拿大多伦多电视塔高 553.34米，
目前世界第一。
上
海
东
方
明
珠
电
视
塔
6,活动式结构
? 如水工钢闸门、升船机等，可充分发挥钢结构
重量轻的特点，降低启闭设备的造价和运转所
耗费的动力。
? 我国三峡工程的永久船闸采用双线五级连续梯
级船闸，总水级差 113m，闸门孔口净宽 34m，
每级均采用人字钢闸门，共有 12道 24扇闸门，
每扇闸门高 38.5m，宽 20m，重 864t。船过船闸
一般需 2小时 35分钟。
? 三峡升船机承船箱长 120m，总宽 23m，总高 10m,
水深 3.5m，提升重量可达 1.18万吨，提升高度
113m。 30分钟过坝，计划 2009年建成。
7,可拆卸或移动的结构
如施工用建筑和钢栈桥、流动式展览馆、移
动式平台等，可发挥钢结构重量轻，便于运
输和安装方便的优点。加拿大已建成 120多万
吨重，可容 5000多人工作的海上采油平台。
海上采油平台
9,抗震要求高的结构
可发挥钢结构动力性能好的优点。
10.急需早日交付使用的工程或运输
条件差的工程
可发挥钢结构施工工期短和重量轻便于运
输的特点。
8,容器和大直径管道
如贮液（气）罐、输油（气、原料）管道、
水工压力管道等。三峡水利枢纽工程中的发电
机组采用的压力钢管内径达 12.4m，板厚达
60mm。
11,特种结构
钢烟囱（上海宝钢烧结厂钢烟囱高达 200多
米）、钢水塔等。
北京“中华世纪坛” 该钢结构圆坛直径
47m，重达 1400t，倾斜 19.4度，转一周时间
为 4～ 24小时。
重建的, 雷峰塔,
2002年 10月 25
日在杭州落成。
塔总高 71.679米，
塔身高 45.809米，
地上六层地下二
层总共八层。采
用钢结构框架，
用钢 1400t。总
建筑面积 6089平
方米。造价 1.5亿
元。
12,钢桥
国内最大钢桁架桥为九江长江大桥，
l=216m(南京一桥为 160m)。江阴长江大桥
为悬索桥,l=1385m，主揽直径 866mm，由
20320根直径 5.35mm的钢丝组成，两根主揽
总重 16800t，钢丝总长 10万 km。世界第一
为日本明石海峡大桥,l=1991m(1990+1m)。
南京二桥南汊主桥为钢箱梁斜拉桥，主跨
628m，中国第一，世界第三。桥全长
21.197km。
?
江阴长江大桥,主跨 1385米，主塔高 193米，
主缆直径 86.6厘米、长 2200米，居悬索桥世
界第四，国内第一。
上海卢浦大桥 目前世界上最大的中承式钢
结构拱桥，总投资约 24亿元。该桥主跨 550米，
2002年 10月 12日合龙,03年 8月完工。
伦敦的塔桥,1894年建成，此桥的边跨为罕见
的三铰悬挂。悬挂单元于桥面之间是加劲桁架，
一方面加强悬挂单元的刚度，另一方面抵抗桥面
的弯矩和剪力。
加劲桁架近景
中间铰近景
13,住宅
马钢光明新村住宅
18层，钢框架 -剪力墙 -支撑结构体系。
上海中福城
1+17层，钢框架 -剪力墙结构体系。柱距 7.8米。地下为车库和设
备用房,1～４为商场，５ ～ 17为住宅。采用马钢耐火 H型钢。
综上所述可见，钢结构是在各种工程
中广泛应用的一种重要的结构形式。
随着我国经济建设的发展和钢产量的
提高，钢结构将会发挥日益重要的作
用。
第二节 钢结构的设计方法
一．结构设计的目的：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，以及在偶然事件发生
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。
结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠
性 。结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的
前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质
量。要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法。
二．设计方法
1．影响结构可靠性的因素
对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素
可以归并为荷载效应 S（荷载作用引起的结构或构
件的内力、变形等）和结构抗力 R （结构或构件
承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个
基本变量。
Z = R- S （ 1- 1）
Z—— 结构完成预定功能状态的函数。
Z>0结构处于可靠状态；
Z<0 结构处于失效状态；
Z＝ 0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，
结构将不再能满足设计要求。因此它也称为极限
状态。
2．概率极限状态设计法
1)结构设计应考虑下列两种极限状态,
（ 1） 承载能力极限状态, 结构或构件达到
最大承载能力，或达到不适于继续承载的
变形的极限状态。
（ 2） 正常使用极限状态, 结构或构件达到
使用功能上允许的某一限值的极限状态。
2)结构可靠度 结构在规定的时间内，在规定
的条件下，完成预定功能的概率 (Pr ) 。
Pf =P (z<0)
Pr = P (z≥0) =1 - Pf
设计使用年限分类
类别 设计使用年限 示例
1 5 临时性结构
2 25 易于替换的结构构件
3 50 普通房屋和构筑物
4 100 纪念性建筑和特别重要
的结构
3）, 钢结构设计规范 (GB50017),设计方法
? 对于承载能力极限状态采用应力表达式
? 正常使用极限状态
4）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法 — 容许
应力法（如水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95）
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第三节 钢结构的发展
? 我国的钢产量从 1996年起年产已突破 1亿吨,2001年 1.57
亿吨,2002年预计可达 1.8 亿吨。高的钢产量为发展钢
结构提供了主要的物质基础。
? 一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应用，使我
国的钢结构发展具备了必要的技术基础。
?, 中国建筑技术政策, （ 1996年 ?2010年）中具体地提
出了发展钢结构的要求，这是几十年来第一次国家明确
提出的政策支持。这些将会促进钢结构应用的进一步发
展，必将对钢结构提出更多更高的要求。
? 钢结构是环保型的、易于产业化和可再次利用或者说可
持续发展的结构，应积极合理地扩大在工程中的应用。
一,钢结构快速发展的条件
二,钢结构发展的几个方面
1.设计方法和计算理论的改进
1）水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限状态设
计法。
2） (GB50017) 向采用更为先进合理的全概率极限
状态设计法的方向努力。
3）设计由构件或某一截面的可靠度，向以整个结
构体系可靠度分析为目标的结构设计发展。
4) 钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设计、
优化设计以及在动力荷载作用下的性能等，都
需要进一步深入研究。
2,优质钢材的应用
? 采用高强度钢材,可以用较少的材料做成功效较高的结
构，对于跨度大、荷载大的结构和移动式结构极为有
利。国外已把屈服强度为 700～ 800N/mm2或更高强度
的低合金结构钢列入设计规范。研究强度更高的钢材
及其合理使用将是重要的课题。
? 生产和推广应用经济断面钢材,如轧制 H型钢,T型钢、
冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型钢板等。
? 研制和应用高功能结构钢,（ 1） 耐火钢：我国已生产
出了耐火耐候钢，并用于工程建设。（ 2）耐大气腐蚀
钢（耐候钢）：研究生产新的高性能耐候钢和耐火耐
候钢及涂料仍然是今后研究的重点。（ 3）低屈强比耐
震结构钢：钢材的屈强比越低，材料破断前产生稳定
塑性变形的能力越高，吸震性能越好。
3,结构形式的革新
新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型
钢结构、预应力结构、悬挂结构、钢 — 混
凝土组合结构、钢 — 混凝土混合结构索膜
结构、索网结构和其它杂交结构。
4,制造工业水平的提高
改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，
提高机械化和自动化水平。应促进一些结构形
成系列化、标准化、产品化，实现工厂化批量
生产，作为产品投放市场，降低造价。
