教學(xué)參考書及規(guī)范

1、教學(xué)參考書及規(guī)范教學(xué)參考書及規(guī)范: 1.鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 魏明鐘魏明鐘 主編主編 武漢工業(yè)大學(xué)武漢工業(yè)大學(xué)出版社出版社 2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （GB50017-2003)3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 （GB50205-2001 緒 論鋼結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法一、鋼結(jié)構(gòu)的特點1 1、強度高、強重比大；塑性、韌性好；、強度高、強重比大；塑性、韌性好；2 2、材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，安全可靠度高；、材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，安全可靠度高；3 3、工

2、廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快；、工廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快；4 4、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火；易銹蝕，耐腐性差。、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火；易銹蝕，耐腐性差。二、二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1 1、重型結(jié)構(gòu)及大跨度建筑結(jié)構(gòu)；、重型結(jié)構(gòu)及大跨度建筑結(jié)構(gòu)；2 2、多層、高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)；、多層、高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)；3 3、輕鋼結(jié)構(gòu)；、輕鋼結(jié)構(gòu)；4 4、塔桅等高聳結(jié)構(gòu)；、塔桅等高聳結(jié)構(gòu)；5 5、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用1.1.輕質(zhì)高強輕質(zhì)高強; ; 由于鋼材強度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截由于鋼材強度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小面小,結(jié)構(gòu)自重輕。結(jié)構(gòu)自重輕。 a=容重容重/強

3、度強度, a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。 鋼材：鋼材：a=1.73.710-4/m； 木材：木材：a=5.410-4/m； 鋼砼：鋼砼：a= 1810-4/m；澳大利亞啤酒中心澳大利亞啤酒中心國 家 大國 家 大劇 院 屋劇 院 屋架安裝架安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅鋼結(jié)構(gòu)住宅鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法結(jié)構(gòu)設(shè)計首層規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計首層規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068）規(guī)定：結(jié)構(gòu)的可靠度應(yīng)采用以概率論為規(guī)定：結(jié)構(gòu)的可靠度應(yīng)采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定?；A(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定。鋼結(jié)構(gòu)和其他建筑結(jié)構(gòu)一樣，遵循鋼結(jié)構(gòu)和其他建筑結(jié)構(gòu)一樣，遵循“統(tǒng)一標(biāo)

4、準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”要求，要求，采用的也是采用的也是以概率論為基礎(chǔ)，用分項系數(shù)表達的極限以概率論為基礎(chǔ)，用分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)狀態(tài)設(shè)j計方法計方法。極限狀態(tài)設(shè)計方法，在前序課程（如鋼混結(jié)構(gòu)、地基極限狀態(tài)設(shè)計方法，在前序課程（如鋼混結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)等），對此以作詳細(xì)介紹，此課就不再講述，與基礎(chǔ)等），對此以作詳細(xì)介紹，此課就不再講述，認(rèn)真進行復(fù)習(xí)。認(rèn)真進行復(fù)習(xí)。通過復(fù)習(xí)應(yīng)掌握以下概念：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)的通過復(fù)習(xí)應(yīng)掌握以下概念：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)的基本功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠度；失效概率；荷載及強基本功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠度；失效概率；荷載及強度的標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值。度的標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展我國是最

5、早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的國家，但是歷史的原因致使現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展與發(fā)達國家相比，已有相當(dāng)大的差距，最大的差距在于建筑鋼結(jié)構(gòu)。97年新發(fā)布的中國建筑技術(shù)政策中強調(diào)要重點發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)，國家相關(guān)部門也多次發(fā)布文件，要求擴大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率。96年我國鋼產(chǎn)量已開始超億噸，居世界首位，為鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，對鋼材的使用已由“節(jié)約使用”變?yōu)椤昂侠碛娩摗薄ⅰ凹哟蠼ㄖ娩摗?。?dāng)今我國建筑業(yè)中發(fā)展最快的就是鋼結(jié)構(gòu)，最缺的人才也是鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)以帶動其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法根據(jù)教學(xué)大綱要求，課程只講鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)根據(jù)教學(xué)大綱要求，課程只講鋼結(jié)構(gòu)的基本

6、構(gòu)件部分；件部分；本課程的特點是：大家對鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識少，本課程的特點是：大家對鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強（特別是穩(wěn)定理論）；結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強（特別是穩(wěn)定理論）；受課時限制，不能過多的詳解例題，一定要記受課時限制，不能過多的詳解例題，一定要記好筆記，從機理理解一些理論問題，加強課前好筆記，從機理理解一些理論問題，加強課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)；預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)；多作習(xí)題與思考題，避免眼高手低。多作習(xí)題與思考題，避免眼高手低。建筑鋼材建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求鋼材的主要機械性能鋼材的主要機械性能影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的主要因素建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選擇建

7、筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選擇v 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求 鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對建筑鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對建筑結(jié)構(gòu)用鋼來說，主要有三方面的要求。結(jié)構(gòu)用鋼來說，主要有三方面的要求。1 1、較高的強度：結(jié)構(gòu)的承載力大，所需的截面小，、較高的強度：結(jié)構(gòu)的承載力大，所需的截面小，結(jié)構(gòu)的自重輕；結(jié)構(gòu)的自重輕；2 2、較好的塑性及韌性：塑性好，不易發(fā)生脆性破、較好的塑性及韌性：塑性好，不易發(fā)生脆性破壞；韌性好，利于承受動力荷載；壞；韌性好，利于承受動力荷載；3 3、良好的加工性能與耐久性：包括可焊性、冷彎、良好的加工性能與耐久性：包括可焊性、冷彎性能以及耐腐性能；性能以及耐腐性能； 據(jù)

8、上要求據(jù)上要求, ,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003GB50017-2003推薦承重結(jié)構(gòu)用鋼宜采用：炭素結(jié)構(gòu)鋼中的推薦承重結(jié)構(gòu)用鋼宜采用：炭素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235Q235鋼及低合金高強結(jié)構(gòu)鋼中的鋼及低合金高強結(jié)構(gòu)鋼中的Q345Q345、Q390Q390和和Q420Q420鋼四種鋼材。鋼四種鋼材。v 鋼材的主要機械性能一、單向拉伸試驗曲線一、單向拉伸試驗曲線 根據(jù)鋼材單向拉伸性能曲線，工程應(yīng)用中，鋼材的性能根據(jù)鋼材單向拉伸性能曲線，工程應(yīng)用中，鋼材的性能按理想彈塑性體考慮，按理想彈塑性體考慮，fy y定為鋼材拉、壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。定為鋼材拉、壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。二、鋼材的主要機械性能1.

9、強度：fy 強度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計依據(jù)；fu鋼材的最大承載強度，安全儲備。2.塑性5（10），鋼材產(chǎn)生塑變時而不發(fā)生脆性斷裂的能力，便于內(nèi)力重分布，吸收能量，重要指標(biāo)。3.冷彎性能90o、180o，在冷加工過程中產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂紋的敏感性，是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。4.韌性沖擊韌性k，鋼材在一定溫度下塑變及斷裂過程中吸收能量的能力，用于表征鋼材承受動力荷載的能力（動力指標(biāo)），按常溫（20o）、零溫（0o） 、負(fù)溫（-20o、-40o）區(qū)分 。5.可焊性表征鋼材焊接后具備良好焊接接頭性能的能力不產(chǎn)生裂紋，焊縫影響區(qū)材性滿足有關(guān)要求。v影響鋼材性能的主要因素1、化學(xué)成份2、冶金及軋

10、制3、冷作硬化與時效硬化4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中5、殘余應(yīng)力6、溫度1、化學(xué)成份的影響 基本成份為基本成份為Fe，炭鋼中含量占，炭鋼中含量占99，C、Si、Mn為雜質(zhì)元為雜質(zhì)元素，素，S、P、N、O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。為冶煉過程中不易除盡的有害元素。C：含：含C使強度使強度塑性、韌性、可焊性塑性、韌性、可焊性，應(yīng)控制在，應(yīng)控制在0.22%，焊，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.20%。Si：含：含Si適量使強度適量使強度 其它影響不大，有益，應(yīng)控制其它影響不大，有益，應(yīng)控制0.10.3%Mn：含：含Si適量使強度適量使強度 降低降低S、O的熱脆影響，改善熱加工性能，的熱脆影響，改善熱

11、加工性能，對其它性能影響不大，對其它性能影響不大，有益有益。S：含量：含量使強度使強度塑性、韌性、性能冷彎、可焊性塑性、韌性、性能冷彎、可焊性； 高溫時使鋼材變脆高溫時使鋼材變脆熱脆現(xiàn)象熱脆現(xiàn)象。P：低溫時使鋼材變脆：低溫時使鋼材變脆冷脆現(xiàn)象冷脆現(xiàn)象；其它同；其它同SO、N：O同同S；N同同P，控制含量，控制含量0.008%2、冶金與軋制的影響 冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用Mn為脫氧劑，為脫氧劑，時間快，價格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用時間快，價格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用Si為脫氧劑，時為脫氧劑，時間慢，價格高，質(zhì)量好。間慢，價格高，質(zhì)量好。 反復(fù)的軋制可以改善鋼材

12、的塑性，同時可以使鋼材中反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時可以使鋼材中的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密實，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性實，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性能提高。能提高。3、冷作硬化與時效硬化冷作硬化與時效硬化 由于某種因素的影響而使鋼材強度提高，塑性、韌性由于某種因素的影響而使鋼材強度提高，塑性、韌性下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為硬化現(xiàn)象硬化現(xiàn)象。 冷加工時（常溫進行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生冷加工時（常溫進行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱之

13、為塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱之為冷作硬化冷作硬化。 鋼材中的鋼材中的C、N，隨著時間的增長和溫度的變化，而形，隨著時間的增長和溫度的變化，而形成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的“老化老化”現(xiàn)象稱之現(xiàn)象稱之為為時效硬化時效硬化。4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中的影響 鋼材在多向同號應(yīng)力場作用下，一向的變形受到另一向鋼材在多向同號應(yīng)力場作用下，一向的變形受到另一向的限制，而使鋼材強度增加，塑性、韌性下降，異號應(yīng)的限制，而使鋼材強度增加，塑性、韌性下降，異號應(yīng)力場時則相反。力場時則相反。 鋼構(gòu)件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原因而鋼構(gòu)件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原

14、因而使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中實際為：局部應(yīng)力增使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中實際為：局部應(yīng)力增大并多為同號應(yīng)力場。大并多為同號應(yīng)力場。5 5、殘余應(yīng)力的影響、殘余應(yīng)力的影響 鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)部自鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)力相平衡的內(nèi)力, ,殘余應(yīng)力雖對構(gòu)件的強度無影響，但對殘余應(yīng)力雖對構(gòu)件的強度無影響，但對構(gòu)件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影構(gòu)件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影響（后續(xù)章節(jié)中將詳細(xì)介紹）響（后續(xù)章節(jié)中將詳細(xì)介紹）。6、溫度的影響 溫度的影響，一般可分正溫與負(fù)溫影響兩部分。溫度的影響，一般可

15、分正溫與負(fù)溫影響兩部分。n 正溫影響正溫影響 總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強度降低，塑性、韌總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強度降低，塑性、韌性提高，這一現(xiàn)象稱之為性提高，這一現(xiàn)象稱之為熱塑現(xiàn)象熱塑現(xiàn)象，溫度達，溫度達600o左右時，左右時，鋼材的強度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進鋼材的強度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進行熱加工，此溫度稱之為行熱加工，此溫度稱之為熱煅溫度熱煅溫度。 需要說明：鋼材在需要說明：鋼材在300o左右時，強度提高，塑性、韌性左右時，強度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍色，這一反覆現(xiàn)象稱之為下降，鋼材表面呈藍色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍脆現(xiàn)象藍脆現(xiàn)象。鋼材

16、在鋼材在300o以上時應(yīng)采取以上時應(yīng)采取隔熱措施隔熱措施。n 負(fù)溫影響負(fù)溫影響 隨著溫度的降低鋼材的強度提高，塑性、韌性降低，脆隨著溫度的降低鋼材的強度提高，塑性、韌性降低，脆性增大，稱之為性增大，稱之為低溫冷脆低溫冷脆，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為轉(zhuǎn)脆溫度轉(zhuǎn)脆溫度。v建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類與選擇 一、鋼材的牌號表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類鋼材牌號由：鋼材牌號由：“Q、屈服點值、質(zhì)量等級、脫氧方法、屈服點值、質(zhì)量等級、脫氧方法”四部分組成。四部分組成。lQ：表示：表示“屈屈”字拼音首位字母，意為字拼音首位字母，意為“

17、屈服強度屈服強度”；l質(zhì)量等級：分質(zhì)量等級：分AE五級（字序越高質(zhì)量越好）；五級（字序越高質(zhì)量越好）；l脫氧方法：脫氧方法：F沸騰鋼；沸騰鋼；Z鎮(zhèn)靜鋼（一般省略）；鎮(zhèn)靜鋼（一般省略）； b半鎮(zhèn)靜鋼；半鎮(zhèn)靜鋼；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼。特殊鎮(zhèn)靜鋼。注：炭素結(jié)構(gòu)鋼分：注：炭素結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D 四級，含所有脫氧方法；四級，含所有脫氧方法；低合金結(jié)構(gòu)鋼分：低合金結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D、E五級，只有鎮(zhèn)靜鋼五級，只有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。和特殊鎮(zhèn)靜鋼。 如前所述建筑結(jié)構(gòu)用鋼，宜選炭素結(jié)構(gòu)鋼中的如前所述建筑結(jié)構(gòu)用鋼，宜選炭素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235及及低合金鋼中的低合金鋼中的Q345、Q390、Q420四種鋼材。四種鋼材。二、建筑結(jié)構(gòu)用鋼的選擇1.鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強度度fu、屈服強度、屈服強度fy、伸長率、伸長率5（10）、冷彎）、冷彎180o及沖擊韌性及沖擊韌性k，化學(xué)成分，化學(xué)成分C、S、P等等的極限含量，的極限含量，以及冶煉脫氧方法來衡量。選材時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的以及冶煉脫氧方法來衡量。