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(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50017-2003)3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 （GB50205-2001 緒 論鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(diǎn)1 1、強(qiáng)度高、強(qiáng)重比大；塑性、韌性好；、強(qiáng)度高、強(qiáng)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(diǎn)及應(yīng)用1.1.輕質(zhì)高強(qiáng)輕質(zhì)高強(qiáng); ; 由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截由于鋼材強(qiáng)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(qiáng)

3、度強(qiáng)度, a越小，結(jié)構(gòu)相對(duì)越輕。越小，結(jié)構(gòu)相對(duì)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(guó) 家 大國(guó) 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(jì)原理與方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首層規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首層規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)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(jì)方法分析確定。基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限以概率論為基礎(chǔ)，用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)狀態(tài)設(shè)j計(jì)方法計(jì)方法。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，在前序課程（如鋼混結(jié)構(gòu)、地基極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，在前序課程（如鋼混結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)等），對(duì)此以作詳細(xì)介紹，此課就不再講述，與基礎(chǔ)等），對(duì)此以作詳細(xì)介紹，此課就不再講述，認(rèn)真進(jìn)行復(fù)習(xí)。認(rèn)真進(jìn)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(qiáng)基本功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠度；失效概率；荷載及強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值。度的標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展我國(guó)是最

5、早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的國(guó)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(dá)國(guó)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(guó)建筑技術(shù)政策中強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)，國(guó)家相關(guān)部門也多次發(fā)布文件，要求擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場(chǎng)占有率。96年我國(guó)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(duì)鋼材的使用已由“節(jié)約使用”變?yōu)椤昂侠碛娩摗?、“加大建筑用鋼”。?dāng)今我國(guó)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(dòng)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(diǎn)是：大家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)少，本課程的特點(diǎn)是：大家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)（特別是穩(wěn)定理論）；結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)（特別是穩(wěn)定理論）；受課時(shí)限制，不能過多的詳解例題，一定要記受課時(shí)限制，不能過多的詳解例題，一定要記好筆記，從機(jī)理理解一些理論問題，加強(qiáng)課前好筆記，從機(jī)理理解一些理論問題，加強(qiáng)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(jī)械性能鋼材的主要機(jī)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(duì)建筑鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對(duì)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(qiáng)度：結(jié)構(gòu)的承載力大，所需的截面小，、較高的強(qiáng)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(dòng)力荷載；壞；韌性好，利于承受動(dòng)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(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼中的鋼及低合金高強(qiáng)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(jī)械性能一、單向拉伸試驗(yàn)曲線一、單向拉伸試驗(yàn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。定為鋼材拉、壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。二、鋼材的主要機(jī)械性能1.

9、強(qiáng)度：fy 強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)依據(jù)；fu鋼材的最大承載強(qiáng)度，安全儲(chǔ)備。2.塑性5（10），鋼材產(chǎn)生塑變時(shí)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(shí)，對(duì)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(dòng)力荷載的能力（動(dòng)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(shí)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(qiáng)度使強(qiáng)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(qiáng)度適量使強(qiáng)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(qiáng)度適量使強(qiáng)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(duì)其它性能影響不大，對(duì)其它性能影響不大，有益有益。S：含量：含量使強(qiáng)度使強(qiáng)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(shí)使鋼材變脆高溫時(shí)使鋼材變脆熱脆現(xiàn)象熱脆現(xiàn)象。P：低溫時(shí)使鋼材變脆：低溫時(shí)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(shí)間快，價(jià)格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用時(shí)間快，價(jià)格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用Si為脫氧劑，時(shí)為脫氧劑，時(shí)間慢，價(jià)格高，質(zhì)量好。間慢，價(jià)格高，質(zhì)量好。 反復(fù)的軋制可以改善鋼材

12、的塑性，同時(shí)可以使鋼材中反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時(shí)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(shí)，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性實(shí)，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(shí)效硬化冷作硬化與時(shí)效硬化 由于某種因素的影響而使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性由于某種因素的影響而使鋼材強(qiáng)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(shí)（常溫進(jìn)行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生冷加工時(shí)（常溫進(jìn)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(shí)間的增長(zhǎng)和溫度的變化，而形，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)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(shí)效硬化時(shí)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(hào)應(yīng)力場(chǎng)作用下，一向的變形受到另一向鋼材在多向同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)作用下，一向的變形受到另一向的限制，而使鋼材強(qiáng)度增加，塑性、韌性下降，異號(hào)應(yīng)的限制，而使鋼材強(qiáng)度增加，塑性、韌性下降，異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)時(shí)則相反。力場(chǎng)時(shí)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(shí)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(shí)際為：局部應(yīng)力增大并多為同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)。大并多為同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)。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(huì)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(huì)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(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度無影響，但對(duì)殘余應(yīng)力雖對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度無影響，但對(duì)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(qiáng)度降低，塑性、韌總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強(qiáng)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(dá)，溫度達(dá)600o左右時(shí)，左右時(shí)，鋼材的強(qiáng)度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進(jìn)鋼材的強(qiáng)度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進(jìn)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(shí)，強(qiáng)度提高，塑性、韌性左右時(shí)，強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍(lán)色，這一反覆現(xiàn)象稱之為下降，鋼材表面呈藍(lán)色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材

16、在鋼材在300o以上時(shí)應(yīng)采取以上時(shí)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(qiáng)度提高，塑性、韌性降低，脆隨著溫度的降低鋼材的強(qiáng)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(shí)，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時(shí)鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點(diǎn)為鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點(diǎn)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(hào)表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類鋼材牌號(hào)由：鋼材牌號(hào)由：“Q、屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級(jí)、脫氧方法、屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級(jí)、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(qiáng)度屈服強(qiáng)度”；l質(zhì)量等級(jí)：分質(zhì)量等級(jí)：分AE五級(jí)（字序越高質(zhì)量越好）；五級(jí)（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(jí)，含所有脫氧方法；四級(jí)，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(jí)，只有鎮(zhèn)靜鋼五級(jí)，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(qiáng)鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強(qiáng)度度fu、屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度fy、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)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(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的以及冶煉脫氧方法來衡量。