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基金项目：中山大学第六届化学院创新化学研究基金，基金编号：200601
作者简介：覃连敬，中山大学化学与化学工程学院02级化学专业 两个四核过渡金属簇合物的合成、结构
与性质研究
覃连敬 周爱菊 童明良*
（中山大学化学与化学工程学院 广州 510275）
摘要 功能多核簇合物是近年来金属配合物研究的热点。在本研究中，合成和表征了两个四核过渡金属簇合物。其组成分别为：[Fe 4(edto)2(N 3)4(CH 3CN)2]·(CH 3CN) (1)和[Ni 4(H 4edto)3(oda)(H 2oda)](OH)2·4.5(H 2O) (2)。单晶X －射线结构分析表明配合物 1 和 2 分别为含缺陷双立方烷 (defect dicubane) 核或含有Y 型排列的四核过渡金属簇合物。另外我们还测定了配合物 2 的磁性，磁性数据表明它是一个核间具有弱反铁磁耦合作用的簇合物。
关键词 纳米簇合物，铁，镍，单分子磁体，磁性
1 前言
设计和合成具有特定结构和物理功能的分子材料是近年来化学研究的一个重要方向。这类材料在高新技术中有着广泛的应用前景[1]。分子磁体的研究受到人们广泛的重视，例如高温有序磁体[2-5]和自旋交叉配合物[6-9]的研究。从材料科学观点来看，当其研究对象是由化学键结合在一起的原子集合体所形成的单一分子时，例如纳米大小的簇合物 [Mn 12O 12(O 2CMe)16(H 2O)4] (简记为Mn 12Ac) [10-12]。我们称它为纳米簇合物材料 (nanocluster materials)。
在纳米簇合物材料中，单分子磁体扮演着重要的角色。目前单分子磁体簇合物合成中关键是选择端基使氧化物粒子周边不至于无限生长，或者使聚氧金属盐含非活性的 M=O 的基团。单分子磁体大多为 Mn ，Fe ，Cr ，V, Ni 等金属的氧化物或氰化物的簇合物。已经合成了一系列高核金属簇合物[13]。
H 4edto
O
O
N N O
O
H
H
H
H
H 4oda
(a) (b)
Scheme I 配体H 4edto (a)和H 4oda (b)的结构示意图
本论文选择了含有多个配位点的配体 H 4edto （N, N, N’, N’-四羟乙基乙二胺）及两种辅助配体叠氮钠和乙二酰二异羟肟酸(H 4oda)，与可溶性Fe 盐和Ni 盐在有机溶剂中反应，期待得到
具有高核结构的Fe 簇合物与Ni 簇合物，从而具有更大的基态自旋S，研究其特定的磁学性质。本论文合成并表征了一个四核铁(III)配合物和一个四核镍(II)配合物。
2 实验部分
2.1 实验试剂和仪器
六水合三氯化铁，六水合硝酸镍，叠氮化纳，氢氧化钠，四甲基氢氧化铵(TMHA)，N,N,N’,N’-四羟乙基乙二胺（以下简称H4edto），乙二酰二异羟肟酸(H4oda)，甲醇和乙腈均为分析纯试剂，通过商业途径购得后直接使用。结构表征用Bruker Smart Apex CCD 衍射仪进行单晶结构分析。磁性用美国QUANTUM DESIGN 干涉仪(SQUID) 进行测量。
2.2 配合物的合成
2.2.1 配合物[Fe4(edto2)(N3)4(CH3CN)2]·(CH3CN) (1)
水合Fe(ClO4)3 (1.053g, 3 mmol) 在搅拌下加入H4edto (0.236 g, 1 mmol) 的30 mL MeCN 溶液，随后加入乙醇胺4 mmol, 搅拌一段时间后加入NaN3 (0.26 g, 4 mmol)，再继续搅拌2 h后过滤，静置滤液。一周后可供X射线衍射的深红色块状晶体析出。产率：51％（根据edto 的用量来计算）。
2.2.2 配合物[Ni4(H4edto)3(oda)(H2oda)](OH)2·4.5H2O (2)
将H4edto (0.134 g, 1.0 mmol) CH3OH 溶液缓慢滴加到Ni(NO3)2·6H2O (0.297 g, 1 mmol) 与H4oda (0.060 g, 0.5 mmol) 的CH3OH 溶液中，用氨水调节溶液pH = 8, 搅拌4小时后过滤，将滤液静置，2 个月后得到亮黄色针块晶体。产率：40.2%（根据edto 的用量来计算）。
2.2.3 配合物的晶体结构分析
配合物1和2的X-射线衍射数据采用Bruker 公司的SMART APEX 衍射仪收集。123 K 下利用MoKα辐射（λ = 0.71073 ?）以ω扫描方用SADABS 程序进行吸收校正。先用直接法确定金属原子位置，然后用求出全部非氢原子坐标，并用理论加氢得到氢原子位置，用最小二乘法对正。计算工作在PC 机上用SHELXS-97 和SHLEXL-97 程序完成。
3 配合物的结构表征与描述
表I 配合物1 和2的晶体学参数表
Identification code Complex 1Comeplex 2
Empirical formula C23H49Fe4N23O8C40H34N16Ni4O16
Formula weight 999.2 1298.56
Temperature 293(2) 293(2)
Crystal system Triclinic Triclinic
Space group P-1 P-1
a/? 10.1541(10) 9.8456(10)
b/? 10.5976(10) 17.1364(17)
c/? 11.1148(10) 18.3244(19)
α/o72.778(2) 113.991(2)
β/o65.002(2) 93.983(2)
γ/o70.456(2) 97.662(2)
V olume/?31004.66(16) 2773.1(5)
Z 2 2
ρcalc cm3/g 1.528mg/mm3 1.555mg/mm3
/mm-1 1.481 1.511
F(000) 480 1316
Crystal size 0.26×0.18×0.21 0.16×0.11×0.07
Reflections collected 5840 20803
Independent reflections 3824[R int = 0.0169] 10341[R int = 0.0400]
Data/restrains/parameters 3824/0/271 10341/57/739
Final R indexes [I>2σ (I)] R1 = 0.0424, wR2 = 0.1036 R1 = 0.0832, wR2 = 0.2142 Final R indexes [all data] R1 = 0.0512, wR2 = 0.1094 R1 = 0.1147, wR2 = 0.2383 Largest diff. peak/hole 0.507/-0.634 1.096/-0.896
配合物1和2的晶体学数据表列在表I。配合物1的结构是由[Fe4edto2(N3)4(CH3CN)2] 单元和一个溶剂分子CH3CN 组成（见图I(a)），[Fe4edto2(N3)4(CH3CN)2] 单元中含有一个[FeIII4(O)6] 格子或者叫赝双立方烷（见图I(b)），四个FeIII 离子组成平行四边形且出于同一平面（见图II(a)）。在配合物1的晶体结构中，也存在着分子间的相互作用，来自端基配位N3-的端基上的N 和相邻的溶剂分子CH3CN 上的C-H 形成N···H-C 类型的氢键（见图II(b)）。
(b)
图Ⅰ(a) 配合物I
（a）
图II (a) 从侧面看配合物1中四个Fe 处于同一平面
(b) 配合物1中存在N···H-C 类型的氢键
配合物 2 由四个Ni(II) 原子, 三个没有脱质子的 H 4edto, H 2oda 2-, oda 4- 以及OH - 离子和晶格水分子组成（见图Ⅱ(b)）。
图Ⅲ 配合物 2 中金属原子和配体的配位环境
N
N
O
O
O O
Fe
Fe
Fe
Fe
H
Scheme II 配合物 1 和 2 中 H 4edto 的配位方式
在这个配合物中，四个Ni 原子在同一平面呈Y 型排列，H 4edto 采用 μ2-η1,η1 型桥连方式，与配合物1 中的配位方式不同（见scheme II ）。辅助配体H 4oda 则有两种配位方式，即采用μ2-η1:η1:η1:η1 模式与μ4-η1:η1:η1:η1:η1:η1 模式（见scheme III ）。
N
O O N
Ni
Ni HO
OH
N
O
O
N
Ni
O
Ni Ni
Scheme III H 4oda 在配合物2中的两种配位方式
4 配合物2的磁性表征
从χM ～T 图得知，在外场为1000 Oe 时，配合物2的 χM 随着温度的降低从320 K 时的0.01 emu·K·mol -1 缓慢地增大，到50 K 时χM 值突然增大到2 K 时的0.56 emu·K·mol -1。相反，从χM T ～T 图可看出，随着温度的降低，χM T
缓慢降低，从 50 K 开始突然迅速减小到1.13 emu·mol -1，表明该四核镍簇合物内四个价铁间存在弱的反铁磁交换作用。图VI 进一步表明，配合物2磁性变化符合Curie-Weiss 定律：χ = C/(T -θ)。其中 C = 3.4 cm 3 K mol -1, θ = -3.479 K ，θ < 0，表明
配合物2的分子内Ni(II)之间存在弱的反铁磁相互作用。
T (K)
χM T (e m u K /m o l )
χM (e m u /m o l )
M / N β
H / Oe
图IV 配合物2 的χ~T 与χT ~T 曲线 图V 配合物2 的M ~H 曲线
χ-1
(e m u -1
m o l )
T / K
图VI 配合物2 的χ-1~T 曲线
5 结果与讨论
合成：选择具有多配位点的配体H 4edto 及辅助配体NaN 3 和H 4oda ，以及适当的合成方法，我们得到了2 个新颖的四核Fe 和Ni 配合物，其中1 是含有缺陷双立方烷型 [Fe 4O 6] 核以及端基叠氮及乙腈配位的四核 Fe(III) 簇合物；而2 是含有Y 型排列的四核Ni(II) 簇，配体H 4oda 以两种螯合方式配位。在这两个配合物中，H 4edto 的配位方式截然不同，在1 中它全脱质子的 μ4 桥连方式配位，而在2 中它以未脱质子的四齿配体形式配位。
磁性：我们测定了配合物2 的磁学性质，χ随着温度的降低在大约 50 K 时突然增大。另外，0.1 T 时，随着温度的降低，χT 从室温极为缓慢地降低，从 50 K 开始突然迅速减小至近似 0。磁性数据表明配合物2 中金属原子之间存在弱反铁磁耦合相互作用。
参 考 文 献
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致谢
本工作得到中山大学化学与化学工程学院综合实验室创新研究基金的支持，特此致谢！
Synthesis, structure and property of two tetranuclear transition metal
cluster compounds
Qin Lian-jing Zhou Ai-ju Tong Ming-liang*
(The School of Chemistry and Chemical Engineering of Sun Yat-sen University Guangzhou 510275)
Abstract The studies on single-molecular magnets (SMMs) are in the interface between molecule-based magnets and nanoscale magnetic materials. Investigation on their unusual magnetic behavior will be not only beneficial for both physics and chemistry, but also potentially used in high-density information storage devices for quantum computing. In this work, two tetranuclear compounds formulated as [Fe4(edto)2(N3)4(CH3CN)2]·(CH3CN) (1) [H4edto = N,N,N’,N’-Tetra(2-hydroxyethyl)-ethylenediamine] and [Ni4(H4edto)3(oda)(H2oda)](OH)2·4.5H2O (2) [H4oda = 1,2-bis(hydroxyamino)ethane-1,2-diketone], were synthesized and characterized.. The magnetic properties of complex 2 are also investigated.
Keywords metal cluster, iron(III), nickel(II), single molecular magnets, magnetism
钢结构技术 一、什么是钢结构 钢结构工程是以钢材制作为主的结构，主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接，是主要的建筑结构类型之一。 钢结构因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、桥梁、场馆、超高层等领域。 二、钢结构的应用及其前景 钢结构建筑是一种新型的建筑产业体系,其融合了建筑、钢铁冶金业以及目前炙手可热的房地产业。钢结构建筑不仅解决了钢铁业的产品渠道问题,也提升了建筑业的科技含量,在一定程度上解决了建筑业的能耗和污染难题,此外,钢结构建筑为房地产业注入了新的血液。在2l世纪,钢结构建筑作为绿色建筑、低碳建筑成为建筑业关注的焦点 从短期来看,钢结构建筑的行业需求主要为新建厂房、体育场馆、歌剧院等公共建筑。这些公共建筑不受地产调控影响,且地产调控使钢价稳中有降。这就使得钢结构公司可能在成本端受益,更促进了钢结构建筑的发展。2010上海世博会吸引了国内外人士的眼球,在这个占地5.28平方公里的园区内场馆使用钢结构的建筑比例高达80%,无疑是钢结构建筑发展的锦上添花之作,也印证了钢结构的历史舞台已经铺开。 钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车 材料的强度高，塑性和韧性好。刚才和其他建筑材料诸如混凝土，砖石和木材相比，强度要高的多。因此，特别适用于跨度大或者何在很大的结构和构件。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因为超载而突然锻炼；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能性和延展性还使钢结构具有优越的抗震性能。 钢结构的质量较轻。钢材的密度虽比混凝土等建筑材料的密度大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的质量最多不过钢筋混凝土屋架的1/4~1/3,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，质量轻也是一个重要的有利条件。屋盖结构的质量轻，对抵抗地震作用有利。 钢材耐腐蚀性差。钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。尤其是暴露在大气中的结构如桥梁，更应该特别注意。钢结构的这种性能使结构的维护费用比钢筋混凝土结构的高。但近几年出现的耐候钢具有较好的抗锈蚀性能，已经逐步推广应用。 随着“低碳”理念的日益深入人心,建筑行业也刮起了节能减排的低碳旋风。从材料上来说。越来越提倡绿色节能环保的装修材料;从房屋结构上来说,大家越来越青睐轻钢结构和木结构;而从节能减排的角度说,越来越多的人把节能和环保放在首位。 钢结构与其他结构在建筑流程上有着很大的区别。后者的整个建筑过程都集中于工地,更多是室外操作,其噪音较大,粉尘也较多,对于周围环境的污染指数较高。我们常会受到如
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
钢结构的八大基础知识 钢结构的八大基础知识 一、钢结构的特点 1钢结构自重较轻 2钢结构工作的可靠性较高 3钢材的抗振（震）性、抗冲击性好 4钢结构制造的工业化程度较高 5钢结构可以准确快速地装配 6容易做成密封结构 7钢结构易腐蚀 8钢结构耐火性差 二、常用钢结构用钢的牌号及性能 1炭素结构钢：Q195、Q215、Q235等 2低合金高强度结构钢 3优质碳素结构钢及合金结构钢 4专门用途钢 三、钢结构的材料选用原则 钢结构的材料选用原则是保证承重结构的承载能力和防止在一 定条件下出现脆性破坏，根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑的。
《钢结构设计规范》GB50017-2003提出的四种钢材型号是“宜”使用的型号，是在条件许可时的首先选择，并不禁止其它型号的使用，只要使用的钢材满足规范的要求即可。 四、主要钢结构技术内容 高层钢结构技术 根据建筑高度和设计要求分别采用框架、框架支撑、筒体和巨型框架结构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻延性好，可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高建层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚度大，防火性能好，适用于中高层建筑或底部结构；钢管混凝土施工简便，仅用于柱结构。 空间钢结构技术 空间钢结构自重轻、刚度大、造型美观，施工速度快。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构型式。具有空间刚度大，用钢量低的优点，在设计、施工和检验规程，并可提供完备的CAD。除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索膜结构等。 轻钢结构技术 伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构形式。由5mm以上钢板焊接或轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，圆钢制成柔性支持系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距可从6m到9m，跨度可达30m或更大，高度可达十几米，并可设轻型吊四。用钢量20～30kg/m2。现已有标准化的设计程序和专业化生产企
第八章金属的结构和性质习题 一、填空题 1．在A1型堆积中，球数：正四面体空隙数：正八面体空隙数=________。 2．原子按六方最密堆积排列，原子在六方晶胞中的坐标为_______。 3．等径圆球六方最密堆积，中最近两个相邻八面体空隙公用的几何元素为_____；最近两个相邻四面体空隙公用的几何元素为____________。 4．等径圆球的六方最密堆积可划分出六方晶胞，晶胞中两个原子的分数坐标分别为(0,0,0)和(1/3,2/3,1/2)。 (1)八面体空隙中心的分数坐标为____________，_____________。 (2)四面体空隙中心的分数坐标为____________，____________，___________ ____________。 5．由直圆柱形分子堆积，最高的空间利用率为____________。 6．等径圆球的立方最密堆积中，球数：八面体空隙数：四面体空隙数=________：________：___________。 7．等径圆球的六方最密堆积中，球数：八面体空隙数：四面体空隙数=________：________：__________。 8．等径圆球的简单立方密堆积中，球数：立方空隙数=_______：________。 9．等径圆球立方最密堆积中密置层的堆积次序可表示为_______________。 10．等径圆球六方最密堆积中密置层的堆积次序可表示为_______________。 11．等径圆球六方最密堆积结构划分出来的六方晶胞的原子分数坐标为_____。 12．从能带分布看，半导体和绝缘体的差别在于_______________。 13．已知半径为r1和r2的两种圆球(r1≠r2)，其最大堆积密度均为74.05%，所以这两种球混合堆积时最大堆积密度为_____________。 14．在等径圆球的密置层中，每个球周围有______________空隙，每个空隙由____________个球围成，在由N个球堆成的密置层中，有____________个空隙，平均每个球摊到___________个空隙。 15．在等径圆球的最密堆积中，一个四面体空隙由________个圆球围成，因此一个球占有_______个空隙，而一个球参与______个四面体空隙的形成，所以平均一个球占有______个四面体空隙。 16．在等径圆球的最密堆积中，一个八面体空隙由________个圆球围成，因此一个球占有_______个空隙，而一个球参与______个八面体空隙的形成，所以平均一个球占有______个八面体空隙。 17．金属Ca为A1型结构，每个Ca原子的配位数为_________，晶胞中有_______个四面体空隙和_______个八面体空隙，密置层方向为______________。 二、计算题 1．已知Mg的原子半径为160pm，属hcp(六方最密堆积)结构。 (1)晶体有什么微观特征对称元素？属什么空间点阵型式？ (2)原子分数坐标； (3)若原子符合硬球堆积规律，求金属镁的摩尔体积； (4)求d002值。 2．已知金属Ni为A1型结构，原子间最近接触距离为249.2pm，试计算： (1)Ni立方晶胞参数； (2)金属Ni的密度(以g·cm-3表示)；
高性能结构材料发展趋势 技术预测与国家关键技术选择》研究组 新材料领域组 金属、陶瓷和高分子材料长期以来是三大工程材料。高性能结构材料是一类具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料，是在高新技术推动下发展起来的一类新材料，是国民经济现代化的物质基础之一。例如：发展现代航空航天技术，对动力机械而言，工作温度愈高、比强度和比刚度愈高，效率亦愈高，先进军用发动机的发展趋势要求涡轮前温度和推重比不断提高，正在向推重比15～20发展，高温结构材料技术是关键。有资料指出，飞机及发动机性能的改进分别有2/3和1/2靠材料性能提高。对卫星和飞船，减重1公斤能带来极高的效益；汽车节油有37%靠材料轻量化，40%靠发动机改进。绝热发动机（不冷却）主要靠材料性能提高。航空方面的先进复合材料、单晶合金、涡轮盘合金，航天方面的含能材料、热防护材料、弹头材料等不仅要先行，而且还要起到先导的作用。如果没有优质的单晶合金、涡轮前温度无法提高，高推比航空发动机就难以实现。由此可见高性能结构材料在航空航天技术中的基础性和先导性。因此，世界各先进国家在制定国家关键技术发展计划时，高温结构材料与技术被列为高性能结构材料领域的重点发展项目之一。发展新型高性能结构材料将支撑交通运输、能源动力、资源环境、电子信息、农业和建筑、航天航空、国防军工以及国家重大工程等领域可持续发展，对国家支柱产业的发展和国家安全的保障起着关键性的作用，同时还将促进包括新材料产业在内的我国高新技术产业的形成与发展，带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代，提高国际竞争力，形成新的产业和新的经济增长点。 1、国外高性能结构材料的发展现状 钢铁，20世纪下半叶以来，世界钢铁工业发生了巨大变化，先进的产钢国家利用科技进步完成了从吨位扩张到结构优化的战略转移。据统计从20世纪50年代到90年代，国际上钢铁工业的重大革新技术共约50多项，其中氧气转炉、连续铸造和薄板坯连铸连轧是20世纪钢铁工业发展历程中最重大的技术变革，极大地推动了钢铁工业的发展。2000年钢产量接近8亿t，预计2010年达8.5～9亿t。发达国家对钢的需求仍有增长，但能力基本饱和。高性钢铁材料是重点的发展方向，为使钢铁材料达到高性能和长寿命的要求，在质量上已向组织细化和精确控制、提高钢材洁净度和高均匀度方面发展。熔融还原和直接还原是炼铁的新工艺，美、日、德等国已建成新的短流程炼铁生产线。
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
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（20 5℃）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 （20 5℃）；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。
《钢结构基本原理》作业 判断题 2、钢结构在扎制时使金属晶粒变细，也能使气泡、裂纹压合。薄板辊扎次数多，其 性能优于厚板。 正确错误 答案：正确 、目前钢结构设计所采用的设计方法，只考虑结构的一个部件，一个截面或者一个1 .局部区域的可靠度，还没有考虑整个结构体系的可靠度 正确答案： 、柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与砼基础间的20 摩擦力或设置抗剪键承受。 答案：正确 计算的剪力两者中的较、计算格构式压弯构件的缀件时，应取构件的剪力和按式19 大值进行计算。 答案：正确 、加大梁受压翼缘宽度，且减少侧向计算长度，不能有效的增加梁的整体稳定性。18 答案：错误 、当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该处又未设置支承加劲肋时，则17 应验算腹板计算高度上边缘的局部承压强度。 答案：正确 、在格构式柱中，缀条可能受拉，也可能受压，所以缀条应按拉杆来进行设计。16 答案：错误 .愈大，连接的承载力就愈高15、在焊接连接中，角焊缝的焊脚尺寸 答案：错误 、具有中等和较大侧向无支承长度的钢结构组合梁，截面选用是由抗弯强度控制设14 计，而不是整体稳定控制设计。 答案：错误 、在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度计算是以截面弹性核心几乎完全消失，13 出现塑性铰时来建立的计算公式。
答案：错误 1． 12、格构式轴心受压构件绕虚轴稳定临界力比长细比相同的实腹式轴心受压构件低。 原因是剪切变形大，剪力造成的附加绕曲影响不能忽略。 答案：正确 11、轴心受力构件的柱子曲线是指轴心受压杆失稳时的临界应力与压杆长细比之间 的关系曲线。 答案：正确 10、由于稳定问题是构件整体的问题，截面局部削弱对它的影响较小，所以稳定计算 中均采用净截面几何特征。 答案：错误 9、无对称轴截面的轴心受压构件，失稳形式是弯扭失稳。 答案：正确 8、高强度螺栓在潮湿或淋雨状态下进行拼装，不会影响连接的承载力，故不必采取 防潮和避雨措施。 答案：错误 7、在焊接结构中，对焊缝质量等级为3级、2级焊缝必须在结构设计图纸上注明，1 级可以不在结构设计图纸中注明。 答案：错误 6、冷加工硬化，使钢材强度提高，塑性和韧性下降，所以普通钢结构中常用冷加工 硬化来提高钢材强度。（） 答案：错误 5、合理的结构设计应使可靠和经济获得最优平衡，使失效概率小到人们可以接受程 度。（） 答案：正确 4、钢结构设计除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项 系数设计表达式进行计算。（） 答案：正确 3、钢材缺口韧性值受温度影响，当温度低于某值时缺口韧性值将急剧升高。（）答案：错误 一、名词解释
钢结构用材料及选用一、钢材的标准、牌号和质量等级 二、高强度螺栓
注：规格中带括号的螺栓属非标准型，尽量不用。 三、普通螺栓 注： 各类螺栓的材料、化学成分、机械和物理性能、质量标准等均应符合《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1的规定。 四、圆柱头焊钉（栓钉）
（1）穿透平焊的钢板厚度应≤1.6mm。 （2）D13、D16也可采用B1磁环进行穿透平焊。 五、钢结构焊接材料 注：焊条电弧焊采用标准GB/T5117、GB/T5118；实心焊丝气体保护焊采用标准GB/T 8110；药芯焊丝气体保护焊采用标准GB/T10045、GB/T17493；埋弧焊采用标准GB/T5293、 GB/T12470。 六、不同使用条件下钢材选用
注： （1）选用Q420钢时，其质量等级可参照Q390钢选用。 （2）除表中保证项目外，所有钢材的屈服强度上下限（R eH )、抗拉强度（R w )、断后伸长率（A ） 三项力学性能和磷（P ）、硫（S ）二项化学成分也属于保证项目；对焊接结构尚应将碳（C ）作为保证项目。 （3）工作环境温度：对露天和非采暖房屋，采用国家标准《采暖通风和空气调节设计规范》 GB 50019中所列的最低日平均温度；对采暖房屋内的结构可提高10℃ 后采用。 （4）凡由变形、疲劳和稳定性控制的结构宜优先采用Q235钢。 （ 5）同一种牌号的不同质量等级之间单价相差较大，且质量等级越高产量越少，供货越难， 故不要随意提高质量等级。 （6）GB/T 19879-2005标准的GJ 型钢板属于高性能钢板，具有较好延性、塑性和焊接性能外， 还具有厚度效应小（防层状撕裂能力强）的特点，故应在重要工程中优先采用。 （7）焊接连接部位的钢板或沿板厚承受拉力的钢板，当板厚不小于40mm 时应采用 GB/T19879-2005标准的防层状撕裂的GJ 型钢板。 七、焊缝质量等级选用
金属原子簇化学 金属原子簇（MetalClustersCompounds）指的是金属原子之间相互成键形成的多核化合物，这个定义比较老旧，不过也接近现在的定义（对于Clusters的定义，Cotton指出：“A group of the same or similar elements gathered oroccurringclosely together）。有据可查的最早的金属原子簇合物的合成是1858年的 Roussin`ssalt，即K[Fe4S3(NO)7]和K[Fe2S2(NO)4]，这一全新的化合物被以其合成者的名字命名，为陆森黑盐和陆森红盐。这种盐是通过一锅法合成的。不过当时的研究尚不充分，也比较冷门，长久以来都未能搞清楚其结构。后来，卢嘉锡和林慰桢指出，黑盐阴离子是由红盐阴离子作为一个蔟单元的生成后二倍缩聚形成的。转入1935年，Brosset报道了一种钨簇合物，其阴离子为W2Cl9(3-)，阳离子为K+，W—W 键长为240pm，略小于W的金属原子半径之和（W单质中W—W键为275pm）。1938年，合成了Fe2(CO)9，经测定其结构来说铁原子间距小于铁原子半径之和。后来进入二十世纪六十年代，F·A·Cotton和T·E·Haos 对金属原子簇合物的定义是：“含有直接而明显键合的两个或以上的金属原子的化合物”。美国化学文摘CA 的索引中提出，原子簇化合物是含有三个或三个以上互相键合或极大部分互相键合的金属原子的配位化合物。这个阶段，原子簇合物终于开始了重视性的研究。 如图是三种四核过渡金属簇合物的键价和结构
对金属原子簇合物的合成，在这个阶段也取得了较大的进步。如以很一般的底料，通入常见的保护气如氮气、氢气等，就可以达到一个魔幻化的合成效果。这个合成馆长也说过。以Rh4(CO)12为底物在异丙醇中转化为了两种不同保护气氛下的产物。两个产物的产率都在50％左右。 还有诸如一些含羰基的多核化合物的合成，这些化合物往往是随着核数增加相应增加电子的不定域性，呈现出各种色彩。羰基簇中的羰基一般来说可以有两种不同的方式与金属相结合：其一是CO分子以碳原子端基方式，其二是CO分子以桥基方式、面桥基方式与两个或更多个金属相联。奇异的是，在很多金属羰基簇中，羰基的位置和配位形态可以交换转化，不得不说是科学的奇妙。如下图。 如图，是五核心的金属羰基簇。（a）的金属核是Ni，（b）的金属核是Fe。黑色小球代表金属原子，白色代表羰基。灰色带线条小球代表碳原子。（a）向大家展示了一种多核镍羰基簇合物阴离子的结构。（b）则是一种铁羰基簇合物Fe5(CO)15C。 羰基簇的金属核数目不断被后人所累加上去，这种庞大的团簇分子展示出一种磅礴的美感，其结构上的完美协调和对价键轨道的巧妙运用让人无不叹为观止。下图就是七核心和八核心的羰基簇合物。
钢结构复习 1、钢结构的主要优缺点 答：优点：（1）结构轻、强度高（2）可靠性好（3）工业化生产，机械化安装，施工周期短（4）密封性能好（5）塑性、韧性好（6）耐热好（7）高空间、大跨度 缺点：（1）容易锈蚀，耐腐蚀性差（2）钢材价格高，且油漆维修费用高（3）耐火性差（4）在低温和其它条件下易发生脆裂 2、钢结构塑性、韧性好的具体含义是什么 答：韧性好：指对动载的适应性较强，说明材料具有良好的动力工作性能塑性好：指一般情况下不会因偶然超载而突然断裂，给人以安全保证 3、大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因由于钢材的比重与强度之比小于混凝土等其它材料。（对） 4、影响钢材性能的主要因素有哪些 答：（1）化学成分（2）冶炼和轧制过程的影响（3）钢材的硬化（4）缺陷（5）温度影响（6）应力集中（7）反复荷载作用（疲劳问题） （8）焊接残余应力（9）板厚、直径的影响 5、当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性将如何 答：当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性会降低而变脆。 6、（1）钢材中何种元素的的含量过高，将导致其冷脆现象发生 （2）钢材中何种元素的的含量过高，将导致其热脆现象发生 答：（1）磷（2）硫 7、钢材强度越高，其含碳量和塑性如何、 答：钢材强度越高，其含碳量增加塑性降低。 8、同类钢种的钢板，厚度与强度、塑性、韧性间的关系。
答：厚度增加，强度，塑性，韧性均降低；厚度减小，强度，塑性，韧性均提高 9、规范对钢材的分组是根据什么以下哪一条：( B ) A 、钢材的钢种 ； B 、钢材的钢号； C 、钢材的厚度和直径 ； D 、钢材的横截面面积的大小 10、现行钢结构设计规范（GB50017）采用的方法是极限状态设计法还是容许应力法 答：采用极限状态设计法 11、钢材的应力－应变曲线图的四个阶段分界点是什么 答：（1）弹性工作阶段 （2）屈服阶段 （3）强化阶段 （4）颈缩阶段 12.普通碳素钢强化阶段的变形是塑性成分为主的弹塑性变形（X ）完全塑性变形 13、复杂应力状态下的屈服条件； 根据复杂应力状态下的屈服条件判断最易产生脆性破坏的应力状态是（ D ）。 A 、单向压应力状态 B 、三向拉应力状态 C 、二向拉一向压的应力状态 D 、单向拉应力状态 14、同号和异号应力状态对钢材性能的影响 答：（1）同号：塑性变形不能充分发挥，强度提高，塑性降低，性能变脆 （2）异号：强度降低，塑性提高。 15、钢结构对材料性能有哪几方面要求。 答：（1）强度 （2）塑性 （3）韧性 （4）可焊性 （5）冷弯性 （6）耐久性 （7）Z 向伸缩性 16、冷弯性能、冲击韧性、伸长率的含义 答：冷弯性能：钢材在冷加工产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗性能，试件弯成180度时， 若内外表面均无裂缝和分层，则说明它满足要求。 伸长率：%100/)(001?-=L L L δ即变形能力，也反映出化学成份。 冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载和振动荷载的能力，用材料在断裂时所吸收的总能量来
钢结构基本原理复习总结 一．填空题 1、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、循环荷载和循环次数。 2、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、 Z向收缩率和冲击韧性。 3、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低。 4、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置横向加劲肋，若腹板高厚比为210，应设置纵向加劲肋。 的杂质元素。 6、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于屈服应力，或不先于屈服），确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限 值的原则是构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳）。 7．衡量钢材塑性性能的主要指标是伸长率。 9.钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯性能、冲击韧性。
12．对于缀条式格构柱，单肢不失稳的条件是单肢稳定承载力不小于整体稳定承载力。 13.薄板的强度比厚板略高。 14．角焊缝的最小计算长度不得小于和焊件厚度。 15．承受静力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是。 。 16．在螺栓连接中，最小端距是 2d 17．在螺栓连接中，最小栓距是 3d 。 18．普通螺栓连接,当板叠厚度∑t〉5d时 (d－螺栓直径),连接可能产 生栓杆受弯破坏。 19．单个普通螺栓承压承载力设计值，式中表示受力方向承压构件总厚度的较小值。 20．普通螺栓连接靠螺栓杆传递剪力；摩擦型高强度螺栓连接靠摩擦 力传递剪力。 21.手工焊焊接Q235钢，一般采用 E43 型焊条。 22.焊接结构在焊缝附近形成热影响区,该区材质存在缺陷。 23.侧面角焊缝连接或正面角焊缝的计算长度不宜。 24.承压型高强度螺栓仅用于承受非动力荷载结构的连接中。 25.采用手工电弧焊焊接Q345钢材时应采用 E50 焊条。 26．格构式轴心受压构件的等稳定性的条件绕虚轴与绕实轴的长细比相同。 27．双轴对称的工字型截面轴压构件失稳时的屈曲形式是弯曲屈曲。
第八章金属的结构和性质 §8.1.金属键和金属的一般性质 8.1.1.自由电子模型 简单金属的自由电子模型很简单，价电子完全公有，构成金属中导电的自由电子，原子实与价电子间的相互作用完全忽略，自由电子之间也是毫无相互作用的理想气体。为了保持金属电中性，可设想原子实带正电分布于整个体积中，和自由电子的负电荷正好中和。 自由电子波函数可用一平面波表示 其中为波矢量，V为金属体积，与边长L关系 这样自由电子类似势箱中和自由粒子，自由电子在金属中的零势场中运动 相应能量可表示为 在绝对零度时，自由电子体系处于基态，N个电子占据个最低能级，最 高占据能为费米能级 自由电子气模型完全忽略电子间的相互作用，也忽略了原子实形成的周期势场对自由电子的作用，处理结果当然与真实金属有差距，后来发展了“近自由电子模型”（即在自由电子气中引入周期势场微扰），在一定程度上反映了简单金属的实际情况，可作为金属电子结构的一级近似。近年，有人提出用赝势理论处理简单金属，即采用微弱的赝势代替电子与正离子间的相互作用势，使问题得到简化。赝势可用正交平面波法解析导出，也可用参数直接构筑模型势。例如一模型赝势为 即原子实半径R 以外和真实库仑势相同，在原子实范围内用一个恒值势来代替
在近自由电子模型中的电子真实波函数（实线） 和赝势波函数（虚线） R为原子实半径。 8.1.2.能带理论 金属晶体中的电子处在带正电的原子实组成的周期性势场中运动， Schr?dinger方程为 用微扰法等近似方法可解得能带模型。它将整块金属当作一个巨大的超分子体系，晶体中N个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过线性组合，得到N 个分子轨道。它是扩展到整块金属的离域轨道，由于N的数值很大（～数量级），得到分子轨道各能级间隔极小，形成一个能带。每个能带在固定的能量范围，内层原子轨道形成的能带较窄，外层原子轨道形成的能带较宽，各个能带按能级高低排列起来，成为能带结构，图8—4是导体与绝缘体的能带示意图。 图中红色的格于表示能带已填满电子，叫满带；空白的格子表示该带中无电子，叫空带。有电子但未填满的能带（橙色）叫导带。Na原子的电子组态为 电子正好填满，形成满带，3s轨道形成的能带只填子一半，形成导带。Mg原子的3s 轨道虽已填满，但它与3p轨道的能带重叠。从3s3p 总体来看，也是导带。能带的范围是允许电子存在的区域，而能带间的间隔，是电子不能存在的区域，叫禁带。 金属在外电场作用下能导电。导带中的电子，受外电场作用，能量分布和运动状态发生变化，因而导电。满带中电子已填满，能量分布固定，没有改变的可能，不能导电，空带中没有电子，也不能导电。若空带与满带重叠，也可形成导带。
高强钢和高性能钢的应用 何卫 （1北京交通大学土建学院北京 100044）摘要：高性能钢在强度、韧性、可焊性和抗腐蚀性等方面优于传统钢材。如果将材料优势、设计与施工最优化结合起来，就可以显著降低成本，使结构更加合理耐久，降低对不可再生资源的消耗等。这些优势使高性能钢成为结构工程的理想材料，可见，高强钢和高性能钢的研究应用推动了可持续工程的发展，具有很大的潜力。 关键词：高强钢；高性能钢；高性能钢桥；韧性；耐候钢 1、概述 材料性能的改善不仅可以提高桥梁的结构性能。而且可以降低施工成本。高强钢和高性能钢桥充分发挥了材料的优越性，给社会带来了显著的效益。经过多年的共同努力，美国研发了系列高性能钢，如HPS50W、HPS70W和HPS100W，同时H P S在桥梁工程中的应用越来越广。在欧洲，HP S 在结构中的应用不限于桥梁，还用于建筑结构中。在国外，H P S 在一定程度上代表了钢桥所用材料的发展方向。 2 高性能钢 2．1 概述 结构钢的特性包括机械性能和化学性能、冶金结构和可焊性。建筑工程专家原先的注意力偏重于抗拉性(纵向屈服应力和最终抗拉强度)，也注意到拉伸试样断裂时所测得的变形能力。弹性系数E在各钢种的实际应用中均为常数，因而，除了适用性外，通常很少考虑。对于结构钢来说，这些钢种的可焊性足以满足要求，变形能力和韧性也令人满意，其部分原因是设计规格仅提出非常有限的特定要求。 近年来，针对地震中显示出来的材料性能，提出了大量与钢结构设计和制造有关的问题。那些历来被接受的标准受到质疑。人们开始质疑用普通单轴拉伸试样确定材料性能的适用性，若干失败的模型都要求更高、更好地定义垂直强度。
钢结构理论与设计随堂练习题汇总 一、绪论 1.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B ） A．密闭性好B．自重轻 C．制造工厂化D．便于拆装 2.钢结构的抗震及抗动力荷载性能好是因为（C ） A．制造工厂化B．密闭性好 C．自重轻、质地均匀，具有较好的延性D．具有一定的耐热性 3.多层住宅、办公楼主要应用了（ C ） A．厂房钢结构B．高耸度钢结构 C．轻型钢结构D．高层钢结构 4.钢结构的主要结构形式有（ABCDE） A．框架B．桁架 C．拱架D．索 E．壳体F．管状 5.高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，一垂直荷载作用为主。（）答题： . 错. 6.钢结构的各种形式只能单独应用，不能进行综合。（） 答题： . 错. 二、钢结构的材料·钢材单向均匀受拉时的力学性能 1.钢材的标准应力-应变曲线是通过下列哪项试验得到的？（B ） A．冷弯试验B．单向拉伸试验 C．冲击韧性试验D．疲劳试验 2.钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是（B ）时的力学性能指标 A．承受剪切B．单向拉伸 C．承受弯曲D．两向和三向受力 3.钢材的抗剪强度设计值与钢材抗拉强度设计值f的关系为（C ） A．B． C．D． 4.钢材的设计强度是根据什么确定的？（ C ） A．比例极限B．弹性极限 C．屈服点D．极限强度 5.在钢结构构件设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到（ A ） A．最大应力B．设计应力 C．疲劳应力D．稳定临界应力 6.钢材的伸长率δ用来反应材料的（ C ） A．承载能力B．弹性变形能力 C．塑性变形能力D．抗冲击荷载能力 7.结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用什么表示？（ D ）
钢结构的八大基础知识！ 一、钢结构的特点 1 钢结构自重较轻 2 钢结构工作的可靠性较高 3 钢材的抗振（震）性、抗冲击性好 4 钢结构制造的工业化程度较高 5 钢结构可以准确快速地装配 6 容易做成密封结构 7 钢结构易腐蚀 8 钢结构耐火性差 二、常用钢结构用钢的牌号与性能
1 炭素结构钢：Q195、Q215、Q235等 2 低合金高强度结构钢 3 优质碳素结构钢与合金结构钢 4 专门用途钢 三、钢结构的材料选用原则 钢结构的材料选用原则是保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑的。
《钢结构设计规范》GB50017-2003提出的四种钢材型号是“宜”使用的型号，是在条件许可时的首先选择，并不禁止其它型号的使用，只要使用的钢材满足规范的要求即可。 四、主要钢结构技术内容 高层钢结构技术 根据建筑高度和设计要求分别采用框架、框架支撑、筒体和巨型框架结构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻延性好，可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高建层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚
度大，防火性能好，适用于中高层建筑或底部结构；钢管混凝土施工简便，仅用于柱结构。 空间钢结构技术 空间钢结构自重轻、刚度大、造型美观，施工速度快。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架与网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构型式。具有空间刚度大，用钢量低的优点，在设计、施工和检验规程，并可提供完备的CAD。除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索膜结构等。 轻钢结构技术 伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构形式。由5mm 以上钢板焊接或轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，圆钢制成柔性支持系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距可从6m到9m，跨度可达30m或更大，高度可达十几米，并可设轻型吊四。用钢量20～30kg/ m2。现已有标准化的设计程序和专业化生产企业，产品质量好，安装速度快，重量轻，投资少，施工不受季节限制，适用于各种轻型工业厂房。 钢混凝土组合结构技术 以型钢或钢管理与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢混组合结构，近年来应用范围日益扩大。组合结构兼有钢与混凝土两者的优点，整体强度大、刚性好、抗震性能良好，当采用外包混凝土构造时，更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。组合结构构件一般可降低用钢量15～20％。组合楼盖与
高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料） 一、金属类新材料 金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。 与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。 钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。 ①、钢铁材料和稀有金属新材料 钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。 稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。 ②、高温合金和高性能合金 高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。 二、高性能结构材料 从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。 结构材料的主体有： （1）钢铁 钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。 （2）Al合金 Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为“沉淀科学”，它涉及“相”间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。 （3）Mg合金 镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其优良的导热性、减振性、可回收性、抗电磁干扰及优良的屏蔽性能等特点，被誉为新型“绿
1. 钢结构计算的两种极限状态是承载能力极限状态和正常使用极限状态。 2. 钢结构具有轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。等特点。 3. 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。 4. 影响钢材性能的主要因素有化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用 5. 影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数 6. 建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷 弯性能。 7. 钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接、螺栓连接。 8. 角焊缝的计算长度不得小于8h f，也不得小于40mm 。 侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于60 h f。 9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏。 10. 高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质和螺栓有效面积有关。 11. 轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲 12. 轴心受压构件的稳定系数 与残余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关。 13. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘、和增加侧向支承点。 14. 影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、 侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。 15.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比、的方法来保
证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。一、问答题 1钢结构具有哪些特点？1．钢结构具有的特点：○1钢材强度高，结构重量轻○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高，施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热，但不耐火○6钢结构易锈蚀，维护费用大。 2钢结构的合理应用范围是什么？○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构 3钢结构对材料性能有哪些要求？钢结构对材料性能的要求：○1较高的抗拉强度f u 和屈服点f y○2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能○3良好的加工性能 4钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？是屈服点、抗拉强 度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。 5影响钢材性能的主要因素是什么？影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用6什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？钢材在连续反复荷 载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。 7选用钢材通常应考虑哪些因素？选用钢材通常考虑的因素有：○1结构的重要性○2荷载特征○3连接方法○4结构的工作环境温度○5结构的受力性质 8钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。 焊接的优点：○1不需打孔，省工省时；○2任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；○3 气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好。 焊接的缺点:○1焊缝附近有热影响区，材质变脆；○2焊接的残余应力使结构易发生脆性破