钢结构

现代远程教育《钢结构》课程学习指导书作者：李天课程内容与基本要求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。［1］《钢结构设计原理》赵顺波主编郑州大学出版社［2］《钢结构设计原理》丁阳主编天津大学出版社［3］《钢结构基本原理》沈祖炎主编中国建筑工业出版社［4］《钢结构-原理与设计》夏志斌姚谏编著中国建筑工业出版社［5］《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中国计划出版社课程学习进度与指导章节课程内容学时分配学习指导第一章绪论3学时以课件学习为主重点理解钢结构学习要求，钢结构的特点及应用*第二章钢结构材料4学时以课件学习为主重点理解钢结构对于材料的要求，钢结构材料的性能、及影响钢结构性能的主要影响因素，以及钢材的选用。*第三章钢结构的连接11学时以课件学习为主重点理解钢结构的连接方式，对于钢结构性能的影响；重点要掌握钢结构的焊接连接和螺栓连接的计算方法。*第四章轴心受力构件9学时以课件学习为主重点理解钢结构在理想轴压假定下的钢构件的性能；重要掌握钢结构整体稳定和局部稳定的计算方法。*第五章受弯构件6学时以课件学习为主重点掌握钢构件静力强度的计算方案，掌握钢构件的整体稳定计算方法，理解钢梁局部稳定的控制原则和计算方案。第六章压弯构件7学时以课件学习为主重点掌握钢构件的强度计算，掌握压弯构件的平面外和平面内的整体稳定计算方法，掌握压弯构件局部稳定的控制计算方法。第一章绪论一、章节学习目标与要求1、熟练掌握钢结构的特点和应用范围；2、了解钢结构的应用与发展；3、了解有关钢结构的规范。4、理解学习钢结构课程的主要特点。二、本章重点、难点重点：掌握钢结构的特点及应用范围，理解钢结构的计算方法。难点：理解钢结构的计算方法。三、章节练习（可参见教材课后练习）1、简答题（1）钢结构的特点有哪些？（2）钢结构的主要应用范围是什么？（3）高层建筑结构适宜采用钢结构是利用了钢结构的那些特性？第二章钢结构的材料一、章节学习目标1、理解钢结构对材料的要求，钢材的疲劳。2、熟练掌握钢材的主要性能及其性能指标，掌握钢结构的种类。3、能根据工程环境的特点选择钢材。二、章节重点、要点了解钢结构对钢材的基本要求；了解钢材的生产过程；掌握钢材的主要性能指标及影响钢材性能的主要因素；了解钢结构疲劳及影响钢材疲劳的主要因素；了解钢材的两种破坏形式；了解建筑用钢的种类、规格和表示方法；掌握钢结构钢材的选用原则，能够正确选用钢材。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。三、章节练习（可参见教材课后练习）1、简答题（1）什么是钢材的塑性破坏和脆性破坏？它们对钢结构设计有何影响？（2）碳素结构钢在标准拉伸试验下，应力应变的变化过程有哪些？（3）什么是钢材的疲劳破坏？（4）钢材的破坏形式有那些？（5）钢材的有哪些主要力学性能？各项指标可衡量钢材的哪些性能？如何确定？（6）什么是钢材的韧性？（7）钢材中的主要有害元素有哪些？（8）钢材中常见的冶金缺陷有哪些？（9）随温度变化，钢材的力学性能又和变化？（10）选择钢材应考虑哪些因素？第三章钢结构的连接一、章节学习目标1、理解钢结构的连接方法及特点，理解钢结构焊接连接和螺栓联接的构造要求。2、熟练掌握钢结构焊缝连接、普通螺栓连接以及高强度螺栓连接的计算。3、能运用连接计算公式进行节点的分析计算。二、章节重点、要点了解钢结构连接种类和各种连接的优缺点；了解常用的焊条及焊条的选用；了解焊接连接的形式；掌握对接焊缝连接的构造和计算；掌握角焊缝连接的形式、构造要求和计算；了解焊接残余应力和焊接变形的产生原因及对构件工作性能的影响；了解普通螺栓的规格、受力性能及破坏形式，掌握普通螺栓的计算；掌握高强度螺栓连接的性能和计算。重点：掌握焊接连接的构造和计算，掌握普通螺栓连接及高强度螺栓连接的性能和计算。难点：偏心力作用下连接的受力分析和计算。三、章节练习（可参见教材课后练习）1.简答题（1）焊接连接的优点是什么？（2）焊接结构的缺点有哪些？（3）螺栓连接中有那几种类型？（4）螺栓的性能等级中10.9级表示的是什么意思？（5）高强度螺栓连接有那两种类型？各有什么特点？（6）焊接残余应力对结构性能的影响有哪些？（7）普通螺栓连接抗剪破坏可能有那几种形式？（8）高强度螺栓的预拉力控制方法有那些？（9）高强度螺栓的预拉力是如何确定的？2.计算题（1）图3-4中，2Ll00x80x10通过14mm厚的连接板和20mm厚的翼缘板连接于柱的翼缘，钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，承受静力荷载设计值N=540kN，要求确定角钢和连接板间的焊缝尺寸。①采用侧面角焊缝;②采用三面围焊缝，取hf=6mm。（2）在上题中的连接板和翼缘板采用角焊缝:图3-4习题（1）图①取d1=d2=170mm，确定角焊缝的焊脚尺寸hf;②改取d1=150mm,d2=190mm，验算上面确定的hf。（3）在图3-5中，牛腿与钢柱采用对接焊缝，焊缝按三级质量标准检验，钢材Q235B，焊条E43型，为手工焊。焊接时设置引弧板，试求该连接所能承受的最大荷载F。15020012120F图3-5习题（3）图（4）单槽钢牛腿与柱的连接如图3-6所示，三面围焊角焊缝采用hf=8mm，（水平焊缝）hf=6mm（竖焊缝）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。试根据焊缝强度确定该牛腿所能承受的最大静力荷载设计值F。（5）焊接工字形截面梁，在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3-7），拼接处作用荷载设计值:弯矩M=900kNmm，剪力V=800kN，钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。（6）试验算如图3-8所示梁与柱间的对接连接。荷载设计值V=1000kN，M=1500kNm，钢材为Q235B，焊条为E43型，焊缝质量为三级检验标准。（7）设计两块钢板用普通螺栓连接的盖板拼接，构件受轴拉力设计值为N=325kN，钢材Q235A，粗制螺栓直径d=20mm。已知条件为：N=325kN，材料即：fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2，d=20mm，t1=8，t2=6。395305400图3-6习题（4）图图3-7习题（5）图图3-8习题（6）图图3-9习题（8）图（8）图3-9所示牛腿用普通螺栓连接，柱翼缘厚度为10mm，连接板厚度为8mm，材料Q235B，F=150kN，e=250mm，粗制螺栓为M22。验算该螺栓群。第四章轴心受力构件一、章节学习目标1、理解稳定的概念，理想轴压杆件的失稳，实际轴压杆件的承载能力，板件的稳定以及轴压杆防止局部失稳的方法。2、熟练掌握轴压杆件强度、刚度的计算，轴压杆件的整体稳定和局部稳定验算。3、能运用轴压杆承载能力计算公式和局部稳定的计算公式对轴压杆进行验算。二、章节重点、要点了解轴心受力构件截面形式和受力性能；掌握轴心受力构件的强度及刚度计算；掌握轴心受压构件的整体稳定和局部稳定的概念；了解轴心受压构件的截面分类依据及影响轴心受压构件整体稳定系数的因素；掌握实腹式轴心受压构件整体稳定的计算，了解格构式轴心受压构件整体稳定计算的特点。掌握轴心受压构件局部稳定的计算方法，了解腹板有效截面的概念。重点：掌握实腹式轴心受力构件的强度、刚度和整体稳定性计算。难点：轴心受压构件的整体稳定性计算。三、章节练习（可参见教材课后练习）1.简答题（1）哪类截面的轴心压杆稳定系数值最高，为什么？（2）等稳条件的含义是什么？（3）单面连接角钢按轴心受压计算其承载能力时，需要考虑什么？为何？（4）控制轴心受拉杆件长细比的意义。（5）理想轴压杆有哪几种失稳形式？（6）如何计算单轴对撑截面的整体稳定？（7）局部稳定是按什么条件控制的？3.计算题（1）竖向支撑桁架如图4-2所示。两斜腹杆均采用双角钢截面，节点板厚8mm，钢材为Q235B。承受荷载标准值Pk=12.5kN（γQ=1.4)，全部由活荷载所引起。取拉杆和压杆的容许长细比分别为400和200。假设斜腹杆的计算长度l0x=l0y=l(l为节点间杆件的几何长度)，支座处两水平反力相等。试确定此两斜腹杆的截面。（2）一车间工作平台柱高2.6m，按两端铰接的轴心受压柱考虑。如果柱采用I16，试计算:1)钢材采用Q235时，设计承载力为多少?2)改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高?第五章受弯构件一、章节学习目标1、理解梁的整体稳定及影响梁整体稳定的主要因素，理解梁的局部稳定以及梁腹板加劲肋的设置原则。2、熟练掌握梁的强度验算方法，掌握梁的整体稳定验算方法。3、能运用梁强度计算公式进行梁的强度验算，能运用两整体稳定的计算公式进行梁的整体稳定验算。二、章节重点、要点了解梁的类型及常见的截面形式，了解梁格布置和主次梁连接；掌握受弯构件的强度（包括：弯曲强度、抗剪强度、局部承压强度、折算应力）和刚度计算方法；掌握梁整体稳定的基本概念、简支梁整体稳定的计算方法及增强梁整体稳定的措施；了解梁板件局部稳定的概念、板件失稳形式和临界应力；理解腹板加劲肋的设置原则；了解梁翼缘与腹板连接焊缝的设计；了解梁腹板的屈曲后强度图4-2计算题（1）图的利用。了解梁的拼接、变截面设计和吊车梁的设计特点。重点：掌握梁的强度计算，掌握梁整体稳定的基本概念及其影响因素，掌握加劲肋的设置原则。难点：梁的局部压应力的计算，梁板件的稳定计算，组合梁的截面选择及计算。三、章节练习（可参见教材课后练习）1.简答题（1）槽钢作为梁受弯有什么特点？（2）钢梁的承载能力极限状态有哪些？（3）钢梁的强度要求包括哪些？（4）什么是梁的整体失稳？临界弯矩？（5）影响梁整体稳定的主要因素有哪些？2、计算题（1）图示H形截面简支梁，跨度6m，梁高520mm，腹板厚8mm，翼缘厚10mm，宽150mm，不计自重，材料Q235钢。计算不考虑塑性发展，密铺板牢固连接于上翼缘，均布荷载设计值为45kN/m，荷载分项系数1.4，f=215kN/mm2。问是否满足正应力强度及刚度要求，并判断是否需要进行梁的整体稳定验算。已知：250lw，xEIqlw38454，251006.2mmNE（2）如图所示焊接工字型截面简支梁，跨中作用一个集中荷载，Q345B，当稳定和折算应力均满足要求时，试求出该梁所能承受的最大集中荷载设计值P。已知荷载分项系数取1.3，截面塑性发展系数1.05x，不计自重，350l，348kxPlEI。（3）焊接工字型梁如图5-4,跨度为12m，跨中6m处梁上翼缘有简支侧向支撑，材料为Q235钢.集中荷载设计值P=300kN，间接动力荷载，验算该梁的整体稳定是否满足要求。（4）等截面简支梁跨度为6米，跨中无侧向支承点，截面如图所示，上翼缘均布荷载设计值mKNq320，Q345钢。已知：A=17200mm2，y1=410mm，y2=620mm，Ix=2.843×109mm4，Iy=9.467×107mm4，h=1030mm。试验算该梁的整体稳定性。-14×280-14×280-700×8-300×12xxyyP4000（5）截面焊接工字形截面简支梁，已知钢材用Q345B，梁三分点处上翼缘各有一个集中荷载P作用，如图所示。已经查出βb=0.713，ηb=0.546。按抗弯强度和整体稳定计算该梁最大能够承受的荷载P的设计值（不计梁自重）。已知：y1=429mm，y2=601mm，Ix=3.04709×109mm4，Iy=1.014613×108mm4。第六章拉弯和压弯构件一、章节学习目标1、理解拉弯和压弯杆件强度的确定方法，压弯构件在弯矩平面内整体稳定和弯矩平面外整体稳定的概念，压