1第一章绪论1.

钢结构原理与设计—第1章绪论第一章绪论学习要点1.掌握钢结构的特点和应用范围。2.了解钢结构的设计和设计规范。3.熟悉掌握钢结构的极限状态设计方法。4.了解钢结构的新发展。钢结构原理与设计—第1章绪论一、钢结构的定义用钢板或型钢作为基本构件，根据使用要求，通过焊接、铆接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载结构。1.1钢结构的特点和应用等等塔架钢桥钢厂房钢楼房网架桁架柱梁板构件型钢钢板连接连接钢结构原理与设计—第1章绪论二、钢结构的特点(1)轻质高强；(2)材质均匀，塑性和韧性好，符合力学计算的假定；(3)可加工性和可焊性能好；(4)密封性好；(5)可重复使用；(6)钢结构耐腐蚀性差；(7)钢材耐热但不耐火;(8)肢宽壁薄，易失稳；(9)低温冷脆。钢结构原理与设计—第1章绪论三、钢结构的应用1、厂房结构：轻钢厂房、重钢厂房2、多层和高层建筑：旅馆、公寓、办公楼、摩天大楼3、大跨结构：体育场、会展中心、机场航站楼4、塔、桅杆高耸结构：电视塔、微波塔、输电塔5、受动力荷载影响的结构：厂房、抗震结构6、可拆卸结构：工地临时用房、脚手架7、板壳结构：容器、油库、高炉、管道等。8、轻型结构：用于中小型房屋9、钢混组合结构：高层建筑、桥梁10、新型结构：索膜结构、玻璃结构、张拉结构钢结构原理与设计—第1章绪论1.2钢结构设计和设计规范一、钢结构设计技术先进，经济合理，安全适用，确保质量1、结构方案：结构体系，材料，构件布置；2、荷载计算：恒、活、风、雪、吊车、地震等；3、荷载组合：恒+活、恒+活+风、恒+活+地震等，地震和风作用的方向，吊车不同的位置；4、内力分析：截面估算，结构力学，弹性分析，变形计算；5、构件设计：验算两种极限状态，优化设计；6、构造要求：考虑制作和安装问题，考虑不可计算因素；7、施工详图：保证制作和安装需求。钢结构原理与设计—第1章绪论二、钢结构设计规范1、钢结构设计规范(GB50017-2003)：热轧和焊接结构，材料强度、构件设计、连接设计、构造要求；2、冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)：冷弯薄壁结构，材料强度、构件设计、连接设计、构造要求；3、钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)：制作、安装工艺和质量控制要求；4、钢结构工程质量检验评定标准(GB50221-95)：制作和安装质量、精度指标；钢结构原理与设计—第1章绪论5、碳素结构钢(GB700-88),低合金高强度结构钢(GB/T1591-94)：材料性能指标；6、建筑结构荷载规范(GB50009-2001)：活载、风载、雪载标准值、材料自重(实测统计值)；7、建筑抗震设计规范(GB50011-2001)：地震烈度、地震作用标准值计算、抗震设计；8、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102)：门式刚架;9、高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98)：高层10、网架结构设计与施工规程(JGJ7-99)：网架钢结构原理与设计—第1章绪论1.3钢结构的设计方法满足结构的功能要求（1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；（2）在正常使用时具有良好的工作性能；（3）在正常维护下具有足够的耐久性能；（4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。1.3.1结构设计的目的安全、适用、耐久-可靠性经济合理钢结构原理与设计—第1章绪论1.3.2容许应力设计法作用S：荷载等抗力R：材料力学性能、几何参数、计算模式钢结构原理与设计—第1章绪论2）荷载恒载(G)，活载(Q)，风载(W)静载，动载，温度,沉降，地震，可变作用，永久作用。1）使结构产生内力和变形,作用效应，外部因素；(1)作用（S）钢结构原理与设计—第1章绪论(2)抗力（R）1）结构承受作用的能力，结构特性；2）与结构形式、尺寸、材料性能有关。钢结构原理与设计—第1章绪论结构设计应满足：1.3.2容许应力设计法ddSRS和R随机变量，dSkSSdkRR/RSkkRS/RS荷载效应分项系数；R抗力效应分项系数；（3.1）（3.2）钢结构原理与设计—第1章绪论《建筑结构可靠度设计统一标准》（CB50068—2001）为准则，钢结构设计规范（GB5007-2003）中除疲劳计算外，均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数表达式进行计算。1.3.4我国钢结构设计规范采用的设计方法钢结构原理与设计—第1章绪论1、设计使用年限定义：结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的设计规定时期；《建筑结构可靠度设计统一标准》（CB50068—2001）规定4种期限：(1)临时性结构：5年；(2)易于替换的结构：25年；(3)普通房屋或构筑物：50年；(4)纪念性建筑或特别主要的建筑结构：100年；钢结构原理与设计—第1章绪论2、可靠度定义：结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。（1）设计基准期内（一般50年），（2）安全性(SR)，适用性，耐久性。钢结构原理与设计—第1章绪论（1）承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态；1）失去平衡，如倾覆；2）构件或连接的强度破坏；3）疲劳破坏；4）因过度变形而不适于继续承载；5）机动体系；6）结构或构件丧失稳定（如压屈等）；7）地基丧失承载能力而破坏，如失稳。3、结构极限状态钢结构原理与设计—第1章绪论（2）正常使用极限状态结构或构件达到正常使用的某项规定限值时的极限状态；1）变形；2）局部损坏；3）振动；4）其他特定状态：裂缝。钢结构原理与设计—第1章绪论5、设计表达式标准值，设计值，分项系数；恒载SG=GSGk；活载SQ=QSQk；抗力R=Rk/R荷载组合：承载能力极限状态正常使用极限状态设计基准期内最不利组合钢结构原理与设计—第1章绪论（1）承载能力极限状态表达式：1）基本组合由可变荷载效应控制的组合：(3.17)由永久荷载效应控制的组合：(3.18)k0R1/kiiiknGGQcQiSSRki11kikoGckQQQQR2(SSS)/inGiR钢结构原理与设计—第1章绪论对于一般排架、框架结构，采用简化设计表达式：由可变荷载效应控制的组合(3.19)由永久荷载效应控制的组合仍按式(3.18)采用。11kR0/kkGGQQSSRci为荷载组合系数；ak为结构几何特性；f为材料强度设计值。o为结构重要性系数，o=1.1(一级)；o=1.0(二级)；o=0.9(三级)；kR010.9/kiiknGGQQiSSR钢结构原理与设计—第1章绪论基本组合的分项系数：（1）永久荷载的分项系数：1）效应对结构不利时：可变荷载控制：1.2；永久荷载控制：1.352）效应对结构有利时：一般情况：1.0；倾覆、滑移验算：0.9（2）可变荷载的分项系数：1）一般情况：1.4；2）标准值大于4的工业厂房楼面活荷载：1.3钢材的抗力分项系数：Q235：1.087Q345、Q390、Q420：1.111钢结构原理与设计—第1章绪论2）偶然组合对于偶然组合，极限状态表达式宜按下列原则确定：偶然作用的代表值不乘分项系数；与偶然作用同时出现的可变荷载，应根据观测资料和工程经验采用适当的代表值，具体的设计表达式及各种系数应符合专门规范的规定。（2）正常使用极限状态使变形、裂缝等荷载效应的设计值符合下式的要求：nci1i=2+[]kikkGQQvvvv钢结构原理与设计—第1章绪论1.4钢结构的新发展一、钢结构用钢新发展高强度高性能钢、低屈服点钢、耐火钢高强度高性能钢：Q420，厚钢板Z向性能，4类截面低屈服点钢：抗震结构的耗能构件，LY100耐火钢：600度保持常温2/3以上的强度二、新型结构体系的应用和发展张弦结构、悬挂结构、相贯管结构、变截面门式刚架、金属拱形波纹屋面、钢混组合结构、索膜结构、玻璃结构三、设计方法的新发展钢结构原理与设计—第1章绪论理论基础+工程经验复杂结构分解成单个构件，构件间连接整体结构分析—结构力学为基础单个构件分析—材料力学为基础连接分析—结合工程实际1.5钢结构的内容和要求钢结构原理与设计—第1章绪论钢结构(I)—钢结构的基本构件钢结构的材料钢结构的连接轴心受力构件（杆）受弯构件（梁）拉弯和压弯构件（柱）节点构造钢结构原理与设计—第1章绪论钢结构(II)—钢结构工程单层厂房钢结构（轻钢）大跨房屋钢结构多高层房屋钢结构钢结构制作和安装钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能第二章钢结构的材料学习要点1.掌握钢材的力学性能2.了解结构钢材的破坏形式及其特征，熟悉钢材脆性破坏发生的原因及其防止措施。2.掌握钢结构对钢材性能的要求，熟悉影响钢材性能的各种因素。3.熟悉结构钢材种类，能正确合理地选择钢材。4.熟悉结构钢材的规格，掌握其表示方法。钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能2.1概述钢材—铁(Fe)、碳(C)及其它元素的合金。铸铁(C2%)，钢(2%C0.05%)，熟铁(C0.05%)。化学成分—碳素钢，低合金钢，不锈钢，耐候钢。结构钢材(structuralsteel)——板，型钢。碳素钢：Q235；低合金钢：Q345、Q390、Q420钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能一、钢材的冶炼(steelmaking)生产过程：炼铁、炼钢、轧制1、炼铁：矿石2、炼钢：生铁(1)电炉(electricarcfurnace):钢材质量好，耗电大，成本高；(2)转炉(oxygenfurnace):有害元素和杂质少，性能优良，周期短，效率高，质量好，成本低；(3)平炉(openhearth)：产量高，工艺简单，周期长，效率低，成本高；2.2钢材的生产3、钢材的浇注和脱氧(deoxidation)沸腾钢(rimming)，半镇静钢(semi-killed)，镇静钢(killed)；钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能二、钢材的组织构造和缺陷缺陷：偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。偏析是指钢中化学成分分布不均匀，特别是硫、磷偏析严重恶化钢材的性能；非金属夹杂是指钢中含有硫化物、氧化物等杂质；气孔是由于氧化铁与碳作用生成的一氧化碳不能充分逸出而形成的。这些缺陷都将降低钢材的性能。钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能三、钢材的加工1、热加工——轧制、焊接、切割，局部升温，热影响区；不均匀冷却，焊接残余应力；钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能2、冷加工——冲(punching)、钻(drilling)、剪(shearing)、轧(rolling)、弯(bending)、割(cutting)、锯(sawing)，局部产生塑性变形和应变硬化；时效硬化钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能3、热处理(heattreatment)——控制降温速度或重新加热，改变晶体结构和材性。淬火(quench)，快速降温，提高强度、降低韧性；退火(anneal)，炉中控制，缓慢降温；回火(temper)，自然降温和控制降温相结合；正火(normalize)，空气中自然降温；钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能一、钢材的破坏形式钢材在各种作用下会发生两种破坏形式：1、塑性破坏：破坏断口呈纤维状，色泽发暗，持续时间长，后果不严重。2、脆性破坏：破坏的断口平齐并呈有光泽的晶粒状，破坏突然无预兆，后果严重。2.3钢结构所用钢材的力学性能钢结构原理与设计—第2章钢结构的材料及其性能二、单向拉伸试验——标准材性试验应力s—应变e曲线1、弹性模量E(elasticmodulus)2、屈服强度(yieldstrength)fy3、抗拉强度(tensilestrength)fu4、伸长率(elongation)d5、断面收缩率ψE为常量，低碳钢