钢结构基本原理课程教案
课程编号：07100210
使用专业：土木工程（本科）
学时： 56学时
课程的性质、任务：
钢结构基本原理是高等工科院校土木工程专业的一门主要专业基础课，通过本课程的教学，使学生掌握钢结构的基本知识、基本理论和基本方法，具有进行一般工业与民用建筑钢结构设计的能力，同时也为学生从事钢结构科研或钢结构制造、安装工作打下必要的基础。
课程的基本要求
1、了解“钢结构”的应用和发展概况以及今后的研究方向；掌握钢结构的特点和合理的应用范围；
2、掌握建筑钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，能正确地选择钢材；
3、了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；
4、掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件（梁、柱和屋架）的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法；
5、掌握构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；
6、理解《钢结构设计规范》条文规定，并能够正确应用。
主要参考书：
1、《钢结构》魏明钟主编武汉理工大学出版社
2、《钢结构基本原理》沈祖炎陈扬骥陈以一编著中国建筑工业出版社
3、《钢结构设计规范》（BG50017－2003）
第一章概述（1学时）
学习要点：
1．掌握钢结构的特点和钢结构的应用；
2．了解钢结构的现状和发展趋势。
§ 1.1 钢结构的特点
1．讲授内容
强度高、结构重量轻；塑性韧性好；材质均匀；制作简便施工周期短；密闭性好；具有可焊性；耐热，不耐火；易腐蚀。
2．教学重点、难点：
①掌握钢结构的特点；②钢材的性能指标中的韧性指标在第二章“材料性能”中详细讲解。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。
§1.2 钢结构的应用和发展
1．教授内容：①钢结构的应用：大跨度结构；重型厂房；承受动力荷载的结构；高层及高耸结构；可移动结构；轻型结构；构筑物。②钢结构的发展：钢结构用材料；钢结构的设计方法；钢结构的结构形式；钢结构设计优化；钢结构的防火。
2．教学重点、难点：轻型钢结构在住宅建筑中应用是今后时期发展方向。
3．授课方式：自学与讲授相结合。简单讲述钢结构的应用，学生课下自学。关于钢结构的发展方向指明需要研究的几个主要问题，向学生介绍有关期刊杂志综述文章。
4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。
本章作业及测验：
1. 钢材比混凝土容重大，但为什么说钢结构比混凝土结构自重轻？结构自重轻会带来哪些好处？
2 . 钢材的塑性和韧性好，对结构的工作性能有何影响？
第二章钢结构的材料（6学时）
注：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。复习、自学与讲授相结合。
学习要点：
1.了解钢结构的两种破坏形式；
2.掌握土木工程结构用钢材的主要性能及其力学（机械）性能指标；
3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；
4.了解土木工程结构用钢材的种类、牌号、规格；
5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；
6.掌握钢材疲劳的概念影响疲劳强度的主要因素和疲劳计算方法。
§ 2.1 钢结构对材料性能的要求
1．教授内容：①较高的抗拉强度和屈服点；②较高的塑性和韧性；③良好的工艺性能。
2．授课方式：自学与讲授相结合。
3. 教学手段：采用多媒体课件。
§ 2.2 钢材的主要性能
1．教授内容：
⑴钢材的破坏形式：塑性破坏及其特点；脆性破坏及其特点；
⑵单向受拉时的工作性能：a：低碳钢在标准条件下单向拉伸的应力应变—曲线：低碳钢在单向受拉时的工作可分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段、塑性工作阶段、强化阶段。b：低合金结构钢在单向受拉时的工作性能。
⑶钢材力学（机械）性能指标：屈服强度、伸长率（介绍断面收缩率）、抗拉强度、冷弯性能（冷弯试验）、冲击韧性。
2．教学重点：⑴低碳钢单向受拉的工作性能；⑵力学（机械）性能指标。
3．授课方式：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。复习、自学与讲授相结合。详细介绍曲线的发展过程及其特点，屈服强度、极限强度，伸长率的概念，结合动画描述试验的过程。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。
§ 2.3 各种因素对钢材性能的影响
1．教授内容：①化学成分；②冶金缺陷；③钢材硬化；④温度；⑤应力集中；⑥反复荷载；⑦残余应力。
2．教学重点、难点：
重点：化学成分 C 、 P 、 S 的影响；温度、应力集中、动力荷载的影响。
难点：冲击韧性与温度的关系；残余应力的影响（此内容尚须在第三章中“焊接应力与焊接变形”一节中讲授）。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。
§2.4 复杂应力状态下的工作性能
1．教授内容：①在复杂应力状态下，材料由弹性转入塑性的条件：采用能量强度理论以折算应力来判别：当时，处于弹性状态；当时，处于塑性状态。②折算应力的公式。③讨论钢材在复杂应力作用下的工作性能。
2．教学重点：①折算应力的几个常用公式；②钢材在复杂应力作用下的工作性能。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。
§ 2.5 钢材的疲劳
1．教授内容：①钢材疲劳破坏的特征；②疲劳破坏的概念、产生原因及破坏特征；③常幅疲劳计算。
2．教学重点、难点：①劳破坏的基本概念；②常幅疲劳计算；
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。
§ 2.6钢材的种类和钢材规格
1．教授内容：钢材的种类：①低碳钢、低合金钢、热处低合金钢。②钢材的选用⑩选择钢材的原则、选择钢材保证的项目。③钢材的规格：热轧钢、薄壁型钢。
2．教学重点：钢材选择应保证的项目。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。
本章作业测验：
1.钢材有哪些破坏形式？各种破坏形式的特点是什么？
2.分析低碳钢的应力与应变曲线，从中可以得到哪些钢材的性能指标？
3.将钢材简化为理想的弹塑性体的依据是什么？
4.钢结构的静力强度计算为什么以屈服点为依据？
5.导致钢材变脆的主要因素有哪些？为了防止发生脆性破坏，一般在设计、制造、使用中应注意那些问题？
6.钢材在何种复杂应力作用容易进入屈服？
7.抗剪设计强度为抗拉设计强度的 0.58 倍的依据？
8.简述钢材疲劳破坏的机理及其主要影响因素。
9.名词解释
屈服点（屈服强度）、抗拉强度、塑性、伸长率、冷弯性能、冲击韧性、循环荷载、应力幅、疲劳、热脆、冷脆应力集中、冷作硬化（应变硬化，时效硬化）
第三章钢结构的连接（14学时）
注：本章以讲授为主，所用多媒体课件主要为学生更形象直观的理解连接方法、构造形式、和连接破坏的特点。
学习要点：
1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；
2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法和构造要求；
3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；
4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。
§ 3.1钢结构的连接方法
1．教授内容：①焊缝连接；②铆钉连接；③螺栓连接。
2．授课方式：自学与讲授相结合。
3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。
§ 3.2 焊接方法和焊缝连接形式
1．教授内容：①钢结构常用焊接方法；②焊缝连接形式及焊缝形式；③焊缝缺陷及焊缝质量检验；④焊缝代号；⑤螺栓及其孔眼图例。
2．授课方式：自学与讲授相结合。
3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。
§ 3.3角焊缝的构造和计算
1．教授内容：角焊缝的形式和强度；角焊缝的构造要求；直角角焊缝强度计算的基本公式；各种力作用下直角角焊缝连接的计算：①承受轴心力作用时角焊缝连接的计算——例题 3.1；②受弯矩、轴心力或剪力作用时角焊缝连接的计算——例题 3.2 ③承受扭矩、或扭矩与剪力联合作用时角焊缝连接的计算——例题 3.3。
2．教学重点、难点：
重点：①角焊缝的构造要求；②直角角焊缝连接在各种力作用下的计算；
难点：直角角焊缝的受力性能和构造要求。
3．授课方式：讲授。
4．教学手段：板书讲授。
§ 3.4对接焊缝的构造与计算
1．教授内容：对接焊缝的构造；焊透的对接焊缝的计算：①轴心受力的对接焊缝的计算——例题 3.4；②承受弯矩与剪力联合作用时对接焊缝的计算——例题 3.5。
2．教学重点、难点：重点：焊透的对接焊缝的计算。难点：折算应力的计算。
3．授课方式：讲授。
4．教学手段：板书讲授。
§ 3. 5 焊接应力和焊接变形
1．教授内容：①焊接应力；②焊接应力对结构工作影响；③焊接变形。
2．教学重点、难点：重点：焊接应力对结构工作影响。难点：焊接应力及其产生的原因。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。
§ 3. 6 普通螺栓连接的构造和计算
1．教授内容：①螺栓的排列；②螺栓连接的构造要求；③普通螺栓的抗剪连接：工作性能、在各种外力作用下的计算、在轴心力作用下——例题 3.6；在轴心力、剪力和扭矩作用下——例题 3.7；④普通螺栓的抗拉连接：工作性能、受拉计算。普通螺栓受剪力和拉力的联合作用——例题 3.8 （自学）。
2．教学重点：①对螺栓的排列要求；②普通螺栓连接在各种力作用下的计算。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书讲授。
§ 3.7 高强度螺栓连接的计算
1．教授内容：⑴高强度螺栓抗剪连接：工作性能、高强度螺栓群的抗剪计算；⑵高强度螺栓抗拉连接：工作性能、高强度螺栓群的抗拉计算；⑶高强度螺栓受剪力和拉力的联合作用——例题 3.9。
2．教学重点：高强度螺栓摩擦型连接在各种力作用下的计算。
3．授课方式：讲授为主，高强度螺栓承压型连接要求学生自学。
4．教学手段：板书讲授。
本章作业及测验：
思考题
1.在我国钢结构连接有哪几种形式？各自的特点如何？
2.焊接连接的焊缝形式和连接形式有哪几种？各自的优缺点是什么？
3.焊缝缺陷有哪些？焊缝质量检查有哪几种方法？
4.为什么要限制角焊缝的尺寸？分别为多少？
5.图示说明纵向焊接应力产生的原因是什么？
6.焊接应力对结构的强度、刚度、疲劳强度有什么影响？
7.排列螺栓为什么要规定其间距要求？
8.普通螺栓抗剪连接和抗拉连接各自的工作性能如何？
9.高强度螺栓摩擦型抗剪连接和承压型抗剪连接的工作性能有什么不同？
计算题
教材 P78 ： 3—1；3.—2；3—3；3—4；3—5；3—8
第四章轴心受力构件（14学时）
注：本章以讲授为主，所用多媒体课件主要为学生更形象直观的理解构件组成的构造形式、破坏特点。此章将涉及构件稳定基本理论的公式推导留给学有余力的学生自学，并为学生指明参考书，并在辅导答疑时间为学生解答问题，课堂中只讲解弯曲屈曲。
学习要点：
1．了解轴心受力构件的应用和截面形式；
2．掌握轴心受拉构件的设计计算；
3．了解轴心受压构件整体稳定和板件（局部）稳定基本理论和稳定分析方法；
4．掌握实腹式轴心受压构件的整体稳定和局部稳定的设计方法以及提高稳定性的具体措施；
5．掌握格构式轴心受压构件的计算特点；
6．掌握柱头柱脚的设计方法。
§ 4.1 概述
1．教授内容：①轴心受力构件的应用；②轴心受力构件的截面形式。
2．授课方式：自学与讲授相结合。
3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。
§ 4.2轴心受力构件的强度和刚度
1．①强度；②刚度。
2．教学重点、难点：
重点：轴心受力构件的强度和刚度计算；难点：考虑构件孔洞对强度问题影响的概念。
3．授课方式：讲授
4．教学手段：板书。
§ 4.3实腹式轴心受压构件的整体稳定
1．教授内容：①整体稳定的概念；②整体稳定性；③失稳形式；④整体稳定的基本理论；⑤理想的轴心受压构件；⑥初始缺陷对压杆稳定的影响；⑦实际轴心受压构件整体稳定临界应力的确定；⑧规范关于轴心受压构件稳定计算——例题 4.1；⑨提高轴心受压构件稳定性的具体措施。
2．教学重点、难点：
重点：轴心受压构件整体稳定计算及其提高稳定性的措施；难点：实际轴压构件整体稳定临界力的确立。
3．授课方式：讲授。
4．教学手段：板书。
§ 4.4 板件局部稳定
1．教授内容：①薄板的屈曲：基本概念、薄板屈曲的临界应力；②规范关于板局部稳定的计算方法。
2．教学重点、难点：
重点：板局部性的计算方法和提高板局部稳定的措施。难点：板局部稳定临界应力公式的建立及其影响因素。
3．授课方式：讲授。
4．教学手段：板书。
§ 4.5实腹式轴心受压构件的截面设计
1．教授内容：①截面设计原则；②设计步骤——例题： 4.2。
2．授课方式：讲授。
3．教学手段：板书。
§ 4.6 格构式轴心受压构件的计算特点
1．教授内容点：①格构式轴心受压构件；②双肢格柱的换算长细比；③缀材设计；④截面设计——例题：4.3。
2．教学重点、难点：
重点：换算长细比的概念。难点：换算长细比的建立。
3．授课方式：讲授。
4．教学手段：板书。
§ 4.7 柱头和柱脚
1．教授内容：①梁与柱的连接（柱头）；②构造形式及其传力途径；③设计计算方法；
④柱脚；⑤构造形式及其传力途径；⑥柱脚的设计计算——例题： 4.4。
2．教学重点、难点：
重点：柱头和柱脚的构造及其传力途径。难点：柱头柱脚的构造。
3．授课方式：讲授与自学。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合。
作业及测验
思考题
1.相同的轴心受拉构件和轴心受压构件的截面形式不同时对构件的工作有什么影响？
2.为什么要限制构件的最大长细比？受压构件的长细比为什么比受拉构件的限制严格？
3.轴心受压构件为什么要考虑整体稳定？影响整体稳定的不利因素有哪些？
4.如何提高轴心受压构件的整体稳定性？
5.板边缘约束对板的临界应力有什么影响？
6.为什么要限制受压构件板件的宽厚比？
7.格构式轴心受压构件对虚轴的稳定计算为什么要用换算长细比？
8.用适当比例绘出柱头和柱脚的构造简图并指出传力途径。
计算题
教材P140:4—1； 4—2；P141: 4—4；4—5；4—6。
第五章受弯构件（13学时）
学习要点：
1.了解梁的应用和类型；
2.掌握梁的强度和刚度计算；
3.了解梁整体稳定和局部稳定理论影响因素；
4.掌握梁整体稳定和局部稳定的计算方法及其提高稳定性的措施；
5.掌握梁的截面设计；
6.掌握梁的拼接、连接和支座的构造及其设计方法。
§ 5.1 受弯构件种类和应用
1．教授内容：①实腹式受弯构件——梁；②格构式受弯构件——桁架；③梁的计算内容。
2．授课方式：讲授与自学。
3．教学手段：采用多媒体课件教学。
§ 5.2 梁的强度和刚度
1．教授内容：
⑴梁的强度
抗弯强度：①弯矩作用下截面应力发展弹性阶段；弹塑性阶段；塑性阶段。
②抗弯强度计算公式。
剪切强度：采用力学公式计算
局部压应力：固定集中荷载处无支承加劲肋或有移动集中荷载，应验算局部压应力；计算公式参数的取值。
折算应力的计算：①计算部位；②计算公式。
⑵梁的刚度
梁的容许挠度；
挠度计算：①等截面梁；②变截面梁
2．教学重点、难点：
重点：梁的强度和刚度计算；难点：抗弯强度有限地利用截面塑性发展深度。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 5.3 梁的整体稳定
1．教授内容：⑴梁的整体失稳现象——弯扭屈曲；⑵临界弯矩——公式的推导；⑶影响梁整体稳定的因素；荷载种类、荷载作用位置、侧向抗弯刚度、
抗扭刚度、侧向支承点间距、梁的支承情况。⑷提高梁整体稳定性的措施：提高侧向抗弯刚度（增大b）；提高抗扭刚度（增大b同样可以）；最有效的办法——加侧向支承，减小侧向支承点间距。
⑸设计与计算：规范的计算公式的来源；稳定系数的计算和取值；非弹性阶段的整体稳定计算——例题： 5.1
2．教学重点、难点：
重点：稳定基本原理；梁的整体稳定计算；提高梁整体稳定的有效措施。
难点：梁整体稳定计算原理。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 5.4梁的局部稳定
1．教授内容：⑴受压翼缘局部稳定计算。⑵腹板的局部稳定计算：纯弯屈曲；纯剪屈曲；局压屈曲。⑶板件高宽厚比限制：由等稳定条件建立的板件宽（高）厚比限制；加劲肋的设置及其要求。⑷支承加劲肋的设计。
2．教学重点、难点：
重点：梁局部稳定计算及其保证局部稳定的措施。
难点：薄板屈曲的计算理论和屈曲后强度理论及利用薄板屈曲后强度的计算方法。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 5.5型钢梁的设计
1．教授内容：①型钢梁截面选择；②截面验算：强度、刚度、整体稳定。
2．教学重点、：型钢梁的截面验算。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 5.6组合梁的设计
1．教授内容：
⑴组合梁截面选择：①梁的高度；最大高度：建筑要求，最小高度：刚度要求，经济高度：经济要求，②腹板高度确定，③翼缘截面确定
⑵截面验算：强度、整体稳定、局部稳定、刚度——例题 5.2；
⑶组合梁截面的改变：改变翼缘、改变梁高；
⑷翼缘焊缝计算；
⑸构造要求。
2．教学重点、难点：
重点：焊接组合梁的设计。难点：经济高度建立方法。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 5.7梁的拼接、连接和支座
1．教授内容：①梁的拼接：焊接、栓接；②主次梁连接：平接、叠接；③梁的支座形式、设计要点——例题 5.3
2．教学重点、难点：
重点：梁的拼接；主次梁连接；平板支座和突缘支座。难点：构造。
2．授课方式：讲授与自学。
3．教学手段：板书与多媒体课件相结合。
作业及测验
1.实腹式受弯构件和格构式受弯构件各自的特型点是什么？
2 .常用梁的类型、桁架的结构类型有那些？如何选用？
3 .抗弯强度在什么条件下可以考虑截面的塑性发展？
4.什么情况下需要计算局部压应力？
5.折算应力计算为什么要考虑设计强度增大系数？
6.规范规定的挠度计算中，为什么还要考虑可变荷载单独作用？
7.什么叫做梁丧失整体稳定？其本质是什么？
8.影响梁整体稳定承载力的主要因素有哪些？影响的结果及原因是什么？
9.薄板在剪应力、弯曲应力和局部压应力屈曲临界应力公式的物理意义是什么？如何其临界应力？
10.试推导组合梁截面经济高度计算公式。
11.什么叫做工厂拼接和工地拼接？有那些要求？
12.平板式支座和突缘式支座设计。
计算题
P237: 5—1；
第六章拉弯和压弯构件（8学时）
学习要点：
1.了解拉弯和压弯构件的截面形式和应用；
2.掌握拉压弯构件的强度和刚度计算；
3.了解压弯弯曲失稳和弯扭失稳的稳定计算原理，掌握压弯构件弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定承载力设计计算方法；
4.了解薄板在压力和剪力作用下稳定计算理论，掌握实腹式压弯构件的局部稳定性的设计方法；
5.掌握格构式压弯构件计算特点；
6.掌握偏心受压柱脚的构造及计算。
§ 6.1概述
1．教授内容：①拉弯和压弯构件的应用和截面形式；②拉弯和压弯构件的破坏形式。
2．授课方式（讲授、自学）：讲授与自学。
3．教学手段：采用多媒体课件教学。
§ 6.2 拉弯和压弯构件的强度和刚度
1．教授内容：①强度计算；②刚度计算。
2．教学重点：拉弯和压弯构件的强度计算。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 6.3 实腹式压弯构件的整体稳定
1．教授内容点：⑴弯矩作用平面内稳定：边缘屈服准则、规范规定的实腹式压弯构件整体稳定计算公式。⑵弯矩作用平面外的稳定计算：受压构件弯扭屈曲、规范规定的实腹式压弯构件弯矩作用平面外稳定整体稳定计算——例题：6.1。
2．教学重点、难点：
重点：稳定基本原理；弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定计算。
难点：整体稳定计算原理。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 6.4 实腹式压弯构件的局部稳定
1．教授内容：⑴压翼缘的局部稳定；⑵板的局部稳定：平均剪应力和不均匀压应力作用下的稳定、规范的计算方法及保证腹板局部稳定的措施。
2．教学重点、难点：
重点：压弯构件局部稳定计算及其保证局部稳定的措施。
难点：薄板屈曲的计算理论和计算方法。
3．授课方式：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§ 6.5 格构式压弯构件的计算特点
1．教授内容：①构式压弯构件的截面形式；②构式压弯构件的整体稳定；
③单肢稳定计算——例题： 6.2
2．教学重点：构式压弯构件的整体稳定和单肢稳定计算
3．授课方式（讲授、自学）：讲授为主。
4．教学手段：板书。
§6.6实腹式压弯构件的柱脚
1．教授内容：①构造形式；②整体式刚接柱脚；③分离式柱脚；④插入式柱脚
2．教学重点、难点：
重点：柱脚的构造及其传力途径。
难点：柱脚的构造。
3．授课方式：讲授与自学。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合。
绪论 教学目的 了解钢结构的发展，掌握钢结构的特点及设计方法 重点 设计方法 难点设计方法 参考书目《钢结构原理与设计》王国固——清华 《钢结构基本原理》王肇尼——同济 《钢结构》张耀春——哈工大 ㈠纪律要求 ㈡考核方法 1．作业要求 2．出勤要求 ㈢学习方法介绍 第一章概述 一节钢结构的特点和应用 ㈠．特点 ㈡．应用范围 二节钢结构的建造过程和内在缺陷→ ㈠建造过程：钢才验收→放样（划线，下料）→加工→ 装配→除锈，涂漆工地安装：现场拼装→吊装就位→相互连接临时固定→调整精度最后固定㈡初始缺陷 1．尺寸偏差 2．初弯曲→拉杆压杆 三节钢结构设计方法
㈠ 极限状态 1 ．承载能力极限 ⑴强度破坏 ⑵过大变形不是于继续承载 ⑶形成塑性铰 ⑷失稳 ⑸疲劳 2 ． 正常使用极限状态 ⑴变形 ⑵振动 0 s R ㈡设计表达式 （按荷载规范采用）设计表达式 1 s R RE ㈢荷载组合 1． 承载力极限可变荷载控制 n S G S GK Q1 S Q1K Qi ci S QiK i 2 2． 永久荷载控制 S G S GK Qi ci S QiK 3． 简化组合 可变 S G S GK Q1 S QiK S G S GK 0.9 * Qi S QiK 注意： 分项系数的取值 ㈣ 正常使用极限 一般只用标准组合 S S GK S Q1 K ci S Qik ㈤ 结构的荷载效应分析 1 ．一阶分析：变形与构件尺寸相比微不足道，忽略变形影响。 2 ．二阶分析：考虑变形影响，非线性分析。
四节钢结构的发展 ㈠采用高性能钢材 ㈡开发新的结构形式 ㈢提高制造工业技术水平 第一章钢结构的材料 教学目的掌握钢材性能及其影响因素，掌握建筑用钢要求 重点钢材的性能及其影响因素 难点塑性韧性性能 教学后记由于学生无弹性力学，塑性力学基础，应先使学生产生感性认识，逐渐接受其塑性性能 教学过程 ㈠强调建筑结构对钢材性能的要求，再后面内容中关注以上要求的变化 ㈡重点讲述疲劳性能，强调桥梁钢结构特点 第二章钢结构的材料 一节．对钢结构用材的要求 ㈠较高的强度 ㈡足够的变形能力 ㈢良好的加工性能 二节钢才的主要性能及其鉴定 ㈠单向拉伸时的工作性能 1．比例极限p -----视为弹性极限，弹性阶段OA 2．屈服点y⑴作为结构计算中材料强度标准 ⑵形成理想弹塑性体模型，为计算理论提供基础
《钢结构设计原理》课程教学大纲 课程名称：钢结构设计原理 课程编码： 学分：3.0 总学时：48 适用专业：土木工程 先修课程：理论力学、材料力学、结构力学 一、课程性质与目的 本课程是土木工程专业的必修课，其性质属于专业基础课。本课程是一门理论性与应用性并重的课程。通过本课程的学习，着重讲授钢结构的基本理论与基本知识，使学生了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景；掌握钢结构材料的工作性能及影响钢材性能的主要因素，能正确选用结构钢材；掌握钢结构连接的性能、受力分析与设计计算；掌握各种钢结构基本构件的设计计算等，并为学习后续课程和钢结构课程设计打下必要的基础。 二、课程基本要求 1．了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景； 2．掌握钢结构材料的力学性能与选用； 3．了解钢结构的典型破坏模式、产生原因和力学分析的基本方法； 4．掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力分析与设计计算； 5．了解钢结构体系的组成原理和典型结构形式的设计要点 三、课程教学基本内容 第一章绪论 1. 钢结构的特点和目前钢结构的应用领域。 2. 钢结构的设计方法。 3. 钢结构发展过程中存在的问题和最新发展动态。 重点：掌握钢结构的特点及应用范围，理解钢结构的设计方法。 难点：理解钢结构的设计方法。 第二章钢结构的材料 1. 钢结构所用钢材的要求。 2. 钢材的塑性破坏和脆性破坏两种破坏形式。 3. 钢材的主要性能、影响钢材性能的主要因素。 4. 复杂应力状态下钢材的屈服条件。 5. 钢材的种类和钢材的规格。 重点：掌握对钢结构用材的要求，掌握建筑钢材的可能破坏形式及各主要因素对其影响。 难点：各种因素对钢材性能及钢结构破坏形式的影响。
1、下图所示某钢板的搭接连接，采用c 级普通螺栓M22，孔径0d ＝23.5mm ，承受轴心拉力400N kN =，钢材Q235，试验算此连接是否可靠。2140/b v f N mm =，2305/b c f N mm = （12分） 1、解：（1）螺栓连接计算 单个螺栓抗剪设计承载力 2 2 3.142211405319244 b b v v d N nv f N π?=?=??= 单个螺栓的承压设计承载力 221430593940b b c c N d tnvf N ==??=∑ 所需螺栓个数：min 380000 7.1453192 b N n N ≥ == 单面搭接，螺栓实际用量应为： 1.17.147.9n =?=个 该连接采用了8个螺栓，符合要求 （2）构件净截面验算 因为师错排布置，可能沿1-2-3-4直线破坏，也可能沿1-2-5-3-4折线破坏 1-2-3-4截面的净截面面积为：
()()202240223.5142702n A b d t mm =-=-??= 1-2-5-3-4截面的净截面面积为： () `2 240323.5142578n A mm =?+??= 22 `380000147.4/215/2578n N N mm f N mm A σ= ==<= 故：该连接是可靠的。
2、下图所示角焊缝连接能承受的静力设计荷戴P=160KN 。已知：钢 材为Q235BF ，焊条为E43型，2f mm /N 160f =''，是判断该连接是否可靠。（12分） 2、解：120P 5 3M ,P 5 3V ,P 5 4 N ?=== p 33.0290 67.0210p 54 A N 3 e N =????==σ p 25.0290 67.0210p 53 A N 3 e N =????==τ p 61.029067.06 1210120p 53 W M 23 f M =??????==σ 222 22 2 0.330.61( )()( )(0.25)0.81160129.6/1.22 1.22 160/N M V w f P P P N mm f N mm σστ+++=+=?=≤= 故该连接可靠。
6.4压弯构件的局部稳定 1、压弯构件板件的局部屈曲临界应力 除了圆管截面以外，实腹式构件板件局部稳定都表现为受压翼缘和受有压应力作用的腹板的稳定。如同第六章说明的那样，即使是以剪应力为主的板件，由于主应力中有压应力，其局部失稳也是在压应力作用下产生的。受压翼缘的屈曲应力可按两对边均匀受压的板件考虑，腹板的屈曲应力按两对边不均匀受压与剪力共同作用的板件考虑。有关临界应力的表达式已分别在第五章、第六章给出。 2、压弯构件板件的局部稳定设计准则 不允许板件发生局部失稳的准则 不允许板件发生局部失稳的准则是令局部屈曲临界应力大于钢材屈服强度或大于构件的整体稳定临界应力。在实用上则将保证局部稳定的要求转化为对板件宽厚比的限制。 我国钢结构设计规范按此准则，得到压弯构件翼缘宽厚比的限制如下： 对外伸翼缘板： y 235 15f t b ≤ 两边支承翼缘板： y 0235 40f t b ≤ 腹板的宽厚比限值： 1）工字形截面 工字型截面腹板的局部失稳，是在不均匀压力和剪力的共同作用下发生的，可以 引入两个系数来表述两者的影响，即 m a x m i n m a x 0σσσα-= 式中 m a x σ——腹板计算高度边缘的最大应力 m i n σ——腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力为正，拉应力为负。 当6.100≤≤α时， y 0w w 235]255.016[f t h ++≤λα 当26.10≤<α时， y 0w w 235]2.265.048[f t h -+≤λα 式中 λ——构件在弯矩作用平面内的长细比，当λ<30时，取λ＝30； 当λ>100时，取λ＝100。 2）箱形截面 箱形截面腹板的h w /t w 不应大于由上述公式(7-31a )和式(7-31b )右边算得的值的0.8
一、 填空题（每空1分，共10分） 1、钢材的两种破坏形式分别为脆性破坏和 。 2、焊接的连接形式按构件的相对位置分为 、搭接、角接和T 形连 接。 3、钢结构中轴心受力构件的应用十分广泛，其中轴心受拉构件需进行钢结构强度和 的验算。 4、轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有 、和 。 5、梁整体稳定判别式11l b 中，1l 是 1b 。 6、静力荷载作用下，若内力沿侧面角焊缝没有均匀分布，那么侧面角焊缝的计算长度不宜大于 。 7、当组合梁腹板高厚比0w h t ≤ 时，对一般梁可不配置加劲肋。 二、 单项选择题（每题2分，共40分） 1、有两个材料分别为Q235和Q345钢的构件需焊接，采用手工电弧焊， 采用E43焊条。 (A)不得 (B)可以 (C)不宜 (D)必须 2、工字形轴心受压构件，翼缘的局部稳定条件为y f t b 235) 1.010(1λ+≤，其中λ的含义为 。 (A)构件最大长细比，且不小于30、不大于100 (B)构件最小长细比 (C)最大长细比与最小长细比的平均值 (D)30或100 3、偏心压杆在弯矩作用平面内的整体稳定计算公式
x 1(10.8') mx x x x Ex M f A W N N βN ?γ+≤-中，其中，1x W 代表 。 (A)受压较大纤维的净截面抵抗矩 (B)受压较小纤维的净截面抵抗矩 (C)受压较大纤维的毛截面抵抗矩 (D)受压较小纤维的毛截面抵抗矩 4、承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是 。 (A)抗拉强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 (C)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (D)屈服强度、伸长率、冷弯性能 5、随着钢材厚度的增加，下列说法正确的是 。 (A)钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降 (B)钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均有所提高 (C)钢材的抗拉、抗压、抗弯强度提高，而抗剪强度下降 (D)视钢号而定 6、在低温工作(-20oC)的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需要 的指标是 。 (A)低温屈服强度 (B)低温抗拉强度 (C)低温冲击韧性 (D)疲劳强度 7、直角角焊缝的有效厚度e h 的取值为 。 (A)0.7f h (B)4mm (C)1.2f h (D) 1.5f h 8、对于直接承受动力荷载的结构，计算正面直角焊缝时 。 (A)要考虑正面角焊缝强度的提高 (B)要考虑焊缝刚度影响 (C)与侧面角焊缝的计算式相同 (D)取f β＝1．22 9、单个螺栓的承压承载力中,[b b c c N d t f =?∑]，其中∑t 为 。 (A)a+c+e (B)b+d (C)max{a+c+e ，b+d} (D)min{ a+c+e ， b+d} 10、承压型高强度螺栓可用于 。
第二章 2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。 图2-34 σε-图 （a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化 解： （1）弹性阶段：tan E σεαε==? 非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεα ε==? 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f E σεαεα =+- =+- 2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =?2'1000/E N mm = 图2-35 理想化的σε-图 解： （1）A 点： 卸载前应变：5 2350.001142.0610 y f E ε= = =? 卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= tgα'=E' f y 0f y 0 tgα=E σf y C σF
卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=- = 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= （3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06' c y F f E σεε-=- =+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=- = 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-= 2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。 答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。钢材σε-曲线会相对更高而更短。另外，载一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材σε-曲线也会更高而更短。 钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅（焊接结构）来量度。一般来说，应力比或应力幅越大，疲劳强度越低；而作用时间越长（指次数多），疲劳强度也越低。 2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。 答：（1）钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多；（2）钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等；（3）钢材在加工、使用过程中的各种影响，如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响；（4）钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆；（5）不合理的结构细部设计影响，如应力集中等；（6）结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场；（7）结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。 2.5 解释下列名词： （1）延性破坏 延性破坏，也叫塑性破坏，破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏。 （2）损伤累积破坏 指随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。
钢结构基本原理简答题思考题答案 2、钢结构的特点是什么？ ①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高；③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、 施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。 第二章钢结构的材料 6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？ 钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（205℃）下均匀拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。 7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？ 钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的性能也具有代表性。因此，它是钢材机械性能的常用试验方法。 8、净力拉伸试验的条件有哪些？ ①规定形状和尺寸的标准试件；②常温（205℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应变速 度逐渐施加荷载）。 9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力-应变曲线来表示。其中纵坐标为名义应力，试解 释何谓名义应力？ 所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力=F/A0（F、A0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。 10、钢材的弹性？ 对钢材进行拉伸试验，当应力不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减； 卸除荷载后（=0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。 11、解释名词：比例极限。 比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。 12、解释名词：屈服点 屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。 13、解释名词：弹性变形 弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。 14、解释名词：塑性变形 塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。 15、解释名词：抗拉强度 抗拉强度：钢构件受拉断裂时所对应的强度值。 16、解释名词：伸长率 伸长率是钢结构试件断裂时相对原试件标定长度的伸长量与原试件标定长度的比值，用δ5；或δ10表示。δ5 表示试件标距l0与横截面直径d0之比为5；δ10表示试件标距l0与横截面直径d0之比 为10。对于板状试件取等效直径d0=2π0A A0为板件的横截面面积。 17、钢材承载力极限状态的标志是什么、并做必要的解释。 钢材在弹性阶段工作即σ﹤f y时，应力与应变间大体呈线性正比关系，其应变或变形值很小，钢材具有持续承受荷载的能力；但当在非弹性阶段工作即σ﹥f y时，钢材屈服并暂时失去了继续承受荷载的能力，伴随产生很大的不适于继续受力或使用的变形。因此钢结构设计中常把屈服强度f y定为构件应力可以达到的限值，亦即把钢材应力达到屈服强度f y作为强度承载力极限状态的标志。 18、解释屈强比的概念及意义。 钢材屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比。屈强比表明设计强度的一种储备，屈强比愈大，强度储备愈小，不够安全；屈强比愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但当钢材屈强比过小时，其强
《钢结构设计原理》讲义教案 钢结构的特点、设计方法和材料 一、钢结构的特点 （1）强度高，塑性和韧性好 强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。 塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。 韧性好，适宜在动力荷载下工作。 （2）重量轻 （3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。 （4）钢结构制作简便，施工工期短 钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。 （5）钢结构密闭性较好 水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。 （6）钢结构耐腐蚀性差 容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。 （7）钢材耐热但不耐火 温度在200℃以内时，钢材主要力学性能降低不多。温度超过200℃后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。 （8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 二、钢结构的设计方法和设计表达式 《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。 1．极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。 （1)承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于
继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。 （2)正常使用极限状态 包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。 以结构构件的荷载效应S 和抗力R 这两个随机变量来表达结构的功能函数，则 Z ＝g (R ，S )＝R -S (1) 在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z ＞0 结构处于可靠状态； Z ＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z ＜0 结构处于失效状态。 按照概率极限状态设计方法，结构的可靠度定义为：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。这里所说“完成预定功能”就是对于规定的某种功能来说结构不失效(Z ≥0)。这样结构的失效概率f p 表示为 )0(<=Z P p f (2) 可靠指标β与f p 存在对应的关系，β增大，f p 减小；β减小，f p 增大。 2．分项系数的设计表达式 对于承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表达式中最不利值确定 可变荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi K Q Q GK G ≤?? ? ??++∑=2110σ?γσγσγγ （3） 永久荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi GK G ≤?? ? ??+∑=10σ?γσγγ （4） 式中 0γ— 结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构 件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年及结构构件，不 应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年结构构件，不应小于0.9； GK σ——永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力； K Q 1σ——起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力 （该值使计算结果为最大）； Q i K σ——其他第i 个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力；
合肥工业大学出版社出版 （肖亚明主编） 第三章 1. 解：Q235钢、2/160mm N f w f =、kN N 600= （1）采用侧面角焊缝 最小焊脚尺寸：mm t h f 6.5145.15.1max =?=≥ 角钢肢背处最大焊脚尺寸：mm t h f 12102.12.1min =?=≤ 角钢肢尖处最大焊脚尺寸：mm t h f 8~9)2~1(10)2~1(=-=-≤ 角钢肢尖和肢背都取 mm h f 8= 查表3-2得：65.01=K 、35.02=K kN N K N 39060065.011=?==，kN N K N 21060035.022=?== 所需焊缝计算长度： mm f h N l w f f w 63.217160 87.02103907.023 11 =????=?= mm f h N l w f f w 19.11716087.02102107.023 22 =????=?= 焊缝的实际长度为： mm h l l f w 63.2338263.217211=?+=+=，取240mm 。 mm h l l f w 19.1338219.117222=?+=+=，取140mm 。 （2）采用三面围焊缝，取mm h f 6= 正面角焊缝承担的内力为： kN f l h N w f f w f 97.16316022.1100267.07.033=?????==∑β 侧面角焊缝承担的内力为： kN N N K N 01.3082/97.16360065.02/311=-?=-= kN N N K N 02.1282/97.16360035.02/322=-?=-= 所需焊缝计算长度：
2013级土木工程专业 《钢结构》课程设计任务书 钢结构课程是土木工程专业重要的实践性教学环节，是对学生知识和能力的总结。通过钢结构课程设计，使学生进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行基本的钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 设计题目： 钢结构平台梁板柱的设计 设计资料： (a) (b) (a) 梁格布置(b) 次梁布置简图 钢结构平台的梁格布置如如上图所示。铺板为预制钢筋混凝土板。平台永久荷载（包括铺板重力）为5kN/m2，荷载分项系数为，可变荷载分项系数为m2，荷载分项系数为；活荷载F=,钢材采用Q235，E43型焊条，焊条电弧焊。试对此钢结构平台的次梁、主梁和柱子（包括柱脚）进行设计。 要求： 1.每位同学自己独立完成，不能有任何雷同的课程设计计算书，否则都记为不及格； 2.课程设计计算书可以手写也可以打印，打印使用A4纸张； 3.完成并提交期限时间为第15周周五（12月9日）。 提示：可以参考教材P131例题4-2，P135例题4-4，P149习题4-10，P186习题5-2。
《课程设计说明书》格式规范 一、封面要求 学生提交的正稿封面样式附后。评定成绩必须有教师签名并写出评语。 二、正文规范 1、字体字号要求 ①设计标题用小三号黑体、居中，英文标题对应用小三号Times New Roman、居中，“摘要”用5号黑体，中文摘要内容用5号宋体，“Abstract”用5号黑体，英文摘要内容用5号Times New Roman。 ②课程设计正文内容 第一级标题用四号黑体、靠左；第二级标题用小四号黑体、靠左；正文全文用小四号宋体、英文用Times New Roman 12。 ③页码用小五号居中，页码两边不加修饰符，页码编号从正文开始。 ④图表标题用小五号黑体，居图表幅宽中间位置。 2、内容要求 ①正文必须按照《湖南农业大学学报（自然科学版）》要求，即包括完整的标题、作者、指导教师、中英文摘要、前言、方案比较分析、设计计算、讨论、小结、参考文献、致谢、附录含计算数据、参考手册相关计算表格等。 ②文理通顺、说理有据。 ③图表中文标题下必须有英文对照。
2011年课程考试复习题及参考答案 钢结构设计原理 一、填空题： 1.钢结构计算的两种极限状态是和。 2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。 3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 4.钢材的破坏形式有和。 5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则 常采用的方法来解决。 6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 7.角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长 度不宜大于。 8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。 9.钢结构的连接方法有、和。 10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。 11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中 央一个集中荷载的弯矩图为。 12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。 13.钢结构设计的基本原则是、、 和。 14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、 和等。 15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为 和。 16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、 和。 二、问答题： 1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 2.焊缝可能存在哪些缺陷？ 3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。 4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？
5.什么是钢材的疲劳？ 6.选用钢材通常应考虑哪些因素？ 7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？ 8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？ 9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？ 10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？ 11.轴心压杆有哪些屈曲形式？ 12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？ 14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 15.对接焊缝的构造有哪些要求？ 16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影 响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？ 17.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施 是什么？ 18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？ 19.螺栓的排列有哪些构造要求？ 20.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？ 三、计算题： 1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自 重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。梁的截面选用I36a轧制型钢，其几何性质为：W x=875cm3，t w=10mm，I / S=30.7cm，自重为59.9kg/m，截面塑性发展系数 x=1.05。 钢材为Q235，抗弯强度设计值为215N/mm2，抗剪强度设计值为125 N/mm2。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。（恒载分项系数γG=1.2，活载分项系数γQ=1.4）
《钢结构设计原理》课程教学大纲 Design Principles of Steel Structure 一、课程基本信息 1、课程类别：专业基础课 2、课程学时：总学时54 3、学分：2 4、适用专业：土木工程 5、考核方式：考试 6、大纲执笔：(土木工程教研室伍宜胜) 7、制定(修订)时间：2011年6月 二、课程教学目的 《钢结构基本原理》为土木工程专业本科学生的必修课，属于专业基础课。 钢结构是当代土木工程的基本结构形式之一。设置本课程的目的，是使学生全面掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，理解钢结构分析的基本原理，为进一步学习各类钢结构与金属结构的设计、制作和建造提供基础。 三、课程教学的基本要求 1．了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景。 2．掌握钢结构材料的力学性能与选用； 3．了解钢结构的典型破坏模式、产生原因和力学分析的基本方法； 4．掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力分析与设计计算； 5．了解钢结构体系的组成原理和典型结构形式的设计要点； 四、课程主要内容和学时分配 主要内容： 第一章绪论 1. 钢结构的特点和目前钢结构的应用领域。 2. 钢结构的设计方法。 3. 钢结构发展过程中存在的问题和最新发展动态。 第二章钢结构的材料 1. 钢结构所用钢材的要求。 2. 钢材的塑性破坏和脆性破坏两种破坏形式。
3. 钢材的主要性能、影响钢材性能的主要因素。 2 4. 复杂应力状态下钢材的屈服条件。 5. 钢材的种类和钢材的规格。 第三章钢结构的连接 1. 钢结构的连接方法以及各种连接方法的特点。 2. 焊缝的形式以及不同形式焊缝连接的构造要求和计算方法。 3. 焊接残余应力和残余变形产生的原因以及减少焊接残余应力和残 余变形的措施。 4. 螺栓连接的构造要求、工作性能和计算方法。 第四章轴心受力构件 1. 轴心受力构件的强度计算。 2. 轴心受压构件的屈曲形式、整体稳定的概念以及整体稳定的计算。 3. 轴心受压构件的局部稳定的概念以及局部稳定的计算。 4. 实腹式和格构式轴心受力构件的截面设计。 5. 轴心受力构件典型柱头和柱脚的设计。 第五章受弯构件 1. 受弯构件强度和刚度的计算。 2. 梁的整体稳定的概念、影响梁的整体稳定的因素以及整体稳定的计算。 3. 梁的局部稳定的概念、局部稳定的验算以及加劲肋的设计。 4. 腹板屈曲后强度的概念以及考虑屈曲后强度梁的承载力计算。 5. 型钢梁和组合梁的设计。 第六章拉弯和压弯构件 1. 拉弯和压弯构件的强度计算。 2. 压弯构件整体稳定、局部稳定的概念以及整体稳定、局部稳定的计算。 3. 实腹式、格构式压弯构件的设计。 4. 框架梁、柱的典型连接以及偏心受压柱典型柱脚的设计。
XX 工学院 课程实训 课程名称：钢结构设计原理专业层次：土木工程（卓越）
1、设计资料 1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。 考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2 ②二毡三油防水层400N/m2 ③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2 ④支撑重量70N/m2 考虑活载：活载700N/m2
6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。 2、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10； 屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ； 端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示： 1拱50 图1：24米跨屋架几何尺寸
三、支撑布置 由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。 上弦平面支撑布置
屋架和下弦平面支撑布置
垂直支撑布置 4、设计屋架荷载 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ P=0.12+0.011 跨度）计 w 算，跨度单位为m。 标准永久荷载： 二毡三油防水层
2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的-关系式。 tgα'=E' f 0f 0 tgα=E 图2-34 σε-图 （a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化 解： （1）弹性阶段：tan E σεαε==? 非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==? 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f E σεαεα =+-=+- 2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =?2'1000/E N mm = f 0 σF 图2-35 理想化的σε-图 解： （1）A 点： 卸载前应变：5 2350.001142.0610y f E ε= = =? 卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= （2）B 点： 卸载前应变：0.025F εε==
卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=- = 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= （3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06' c y F f E σεε-=- =+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=- = 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-= 2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。 答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。钢材σε-曲线会相对更高而更短。另外，载一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材σε-曲线也会更高而更短。 钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅（焊接结构）来量度。一般来说，应力比或应力幅越大，疲劳强度越低；而作用时间越长（指次数多），疲劳强度也越低。 2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。 答：（1）钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多；（2）钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等；（3）钢材在加工、使用过程中的各种影响，如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响；（4）钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆；（5）不合理的结构细部设计影响，如应力集中等；（6）结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场；（7）结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。 2.5 解释下列名词： （1）延性破坏 延性破坏，也叫塑性破坏，破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏。 （2）损伤累积破坏 指随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。 （3）脆性破坏 脆性破坏，也叫脆性断裂，指破坏前无明显变形、无预兆，而平均应力较小（一般小于屈服点fy ）的破坏。 （4）疲劳破坏 指钢材在连续反复荷载作用下，应力水平低于极限强度，甚至低于屈服点的突然破坏。 （5）应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏，也叫延迟断裂，在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。 （6）疲劳寿命 指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。 2.6 一两跨连续梁，在外荷载作用下，截面上A 点正应力为21120/N mm σ=，2280/N mm σ=-，B 点的正应力
钢结构基本原理课程教案 课程编号：07100210 使用专业：土木工程（本科） 学时： 56学时 课程的性质、任务： 钢结构基本原理是高等工科院校土木工程专业的一门主要专业基础课，通过本课程的教学，使学生掌握钢结构的基本知识、基本理论和基本方法，具有进行一般工业与民用建筑钢结构设计的能力，同时也为学生从事钢结构科研或钢结构制造、安装工作打下必要的基础。 课程的基本要求 1、了解“钢结构”的应用和发展概况以及今后的研究方向；掌握钢结构的特点和合理的应用范围； 2、掌握建筑钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，能正确地选择钢材； 3、了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施； 4、掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件（梁、柱和屋架）的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法； 5、掌握构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则； 6、理解《钢结构设计规范》条文规定，并能够正确应用。 主要参考书： 1、《钢结构》魏明钟主编武汉理工大学出版社 2、《钢结构基本原理》沈祖炎陈扬骥陈以一编著中国建筑工业出版社 3、《钢结构设计规范》（BG50017－2003）
第一章概述（1学时） 学习要点： 1．掌握钢结构的特点和钢结构的应用； 2．了解钢结构的现状和发展趋势。 § 1.1 钢结构的特点 1．讲授内容 强度高、结构重量轻；塑性韧性好；材质均匀；制作简便施工周期短；密闭性好；具有可焊性；耐热，不耐火；易腐蚀。 2．教学重点、难点： ①掌握钢结构的特点；②钢材的性能指标中的韧性指标在第二章“材料性能”中详细讲解。 3．授课方式：自学与讲授相结合。 4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。 §1.2 钢结构的应用和发展 1．教授内容：①钢结构的应用：大跨度结构；重型厂房；承受动力荷载的结构；高层及高耸结构；可移动结构；轻型结构；构筑物。②钢结构的发展：钢结构用材料；钢结构的设计方法；钢结构的结构形式；钢结构设计优化；钢结构的防火。 2．教学重点、难点：轻型钢结构在住宅建筑中应用是今后时期发展方向。 3．授课方式：自学与讲授相结合。简单讲述钢结构的应用，学生课下自学。关于钢结构的发展方向指明需要研究的几个主要问题，向学生介绍有关期刊杂志综述文章。 4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。 本章作业及测验：
㈠纪律要求 ㈡考核方法 1．作业要求 2．出勤要求 ㈢学习方法介绍 第一章概述 一节钢结构的特点和应用 ㈠．特点 ㈡．应用范围 二节钢结构的建造过程和内在缺陷→ ㈠建造过程：钢才验收→放样（划线，下料）→加工→装配→除锈，涂漆工地安装：现场拼装→吊装就位→相互连接临时固定→调整精度最后固定㈡初始缺陷 1．尺寸偏差 2．初弯曲→拉杆压杆 三节钢结构设计方法
㈠ 极限状态 1．承载能力极限 ⑴强度破坏 ⑵过大变形不是于继续承载 ⑶形成塑性铰 ⑷失稳 ⑸疲劳 2． 正常使用极限状态 ⑴变形 ⑵振动 ㈡设计表达式 （按荷载规范采用）设计表达式?? ???≤≤R s R s RE γγ10 ㈢荷载组合 1． 承载力极限可变荷载控制 ∑=++=n i QiK ci Qi K Q Q GK G S S S S 2 11ψγγγ 2． 永久荷载控制 ∑+=QiK ci Qi GK G S S S ψγγ 3． 简化组合 可变 QiK Q GK G S S S 1γγ+= QiK Qi GK G S S S ∑+=γγ*9.0 注意： 分项系数的取值 ㈣ 正常使用极限 一般只用标准组合 ∑++=Qik ci K Q GK S S S S ψ1 ㈤ 结构的荷载效应分析 1．一阶分析：变形与构件尺寸相比微不足道，忽略变形影响。 2．二阶分析：考虑变形影响，非线性分析。
四节钢结构的发展 ㈠采用高性能钢材 ㈡开发新的结构形式 ㈢提高制造工业技术水平 第一章钢结构的材料 教学目的掌握钢材性能及其影响因素，掌握建筑用钢要求 重点钢材的性能及其影响因素 难点塑性韧性性能 教学后记由于学生无弹性力学，塑性力学基础，应先使学生产生感性认识，逐渐接受其塑性性能 教学过程 ㈠强调建筑结构对钢材性能的要求，再后面内容中关注以上要求的变化 ㈡重点讲述疲劳性能，强调桥梁钢结构特点 第二章钢结构的材料 一节．对钢结构用材的要求 ㈠较高的强度 ㈡足够的变形能力 ㈢良好的加工性能 二节钢才的主要性能及其鉴定 ㈠单向拉伸时的工作性能 τ-----视为弹性极限，弹性阶段OA 1．比例极限 p τ⑴作为结构计算中材料强度标准 2．屈服点 y ⑵形成理想弹塑性体模型，为计算理论提供基础
一 填空题 1、 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载的 设计 值；计算疲劳时，应采用荷载的 标准 值。 2、 钢材Q235B 中，235代表 屈服值 ，按脱氧方法该钢材属于 镇静 钢。 3、 对于普通碳素钢，随含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度 升高 ，塑性和韧性 降低 ，焊接性能 降低 。 4、当采用三级质量受拉斜对接焊缝连接的板件，承受轴心力作用，当焊缝轴线与轴心力方向 ，焊缝强度可不计算 。 5 、 等因素综合考虑，选用合适的钢材。 6、钢材受三向同号拉应力作用，数值接近，即使单项应力值很大时，也不易进入 塑性 状态，发生的破坏为 脆性 破坏。 7、在普通碳素结构钢的化学成分中加入适量的硅、锰等合金元素，将会 提高 钢材的强度。 8、 轴心受压柱的柱脚底板厚度是按底板的 受弯 受力工作确定的。 9、如下图突缘式支座加劲肋，应按承受支座反力的轴心受压构件计算梁平面外（绕Z 轴）稳定，钢材Q235 ， 其长细比为 21.07 。 1 200 10
10 的影响。 11、按正常使用极限状态计算时,受弯构件要限制挠度，拉、压构件要限制 长细比。 12、钢材经过冷加工后，其强度和硬度会有所提高，却降低了塑性和韧性，这种现象称为钢 。 13 拉伸并卸载后，也称为名义屈服点。14 15和构件或连接的构造形式。 16 17构件的稳定承载力。18 承压型连接。 19、对于单轴对称的轴心受压构件，绕非对称主轴屈曲时，会发生弯曲屈曲；而绕对称主轴 20 高稳定承载力。 21、梁的整体稳定系数φb大于0.6时，需用φb′代替φb，它表明此时梁已经进入 _______ __阶段。 22、弯矩绕虚轴作用的双肢格构式压弯构件，采用缀条式格构柱，其分肢的稳定应按 构件进行验算。 23强度确定的。 24原则。 25、设杆件节点间的几何长度为l，则梯形钢屋架的支座斜杆在屋架平面内的计算长度为 杆件几何长度或l。 26、钢材的冲击韧性越小,。 27。