钢 结 构n第一章 概述n第二章 建筑钢材n第三章 钢结构的连接n第四章 轴心受力构件n第五章 梁（受弯构件）n第六章 拉弯与压弯构件第一章 绪 论n第一节 钢结构的特点与应用n第二节 钢结构的设计原理与方法n第三节 钢结构的发展n第四节 钢结构课程的学习方法第一节 钢结构的特点及应用一、钢结构的特点 1、强度高、强重比大；塑性、韧性好； 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高； 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快； 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。 二、钢结构的应用 1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢混凝土组合结构。第二节 钢结构的设计原理与方法n结构设计首层规范建筑结构可靠度设计统一标准 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论 为基础的极限状态设计方法分析确定。n钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求 ，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表达的 极限状态设j计方法。n极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地 基与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲 述，认真进行复习。n通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构 的基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载 及强度的标准值与设计值。第三节 钢结构的发展n我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致 使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比， 已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。n97年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点 发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件， 要求扩大钢结构住宅的市场占有率。n96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢 结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约 使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。n当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的 人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关 产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。第四节 钢结构课程的学习方法n根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本 构件部分；n本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识 少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定 理论）；n受课时限制，不能过多的详解例题，一定要 记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强 课前预习与课后复习；n多作习题与思考题，避免眼高手低。第二章 建筑钢材n第一节 建筑结构用钢的基本要求n第二节 钢材的主要机械性能n第三节 影响钢材性能的主要因素n第四节 建筑结构用钢的种类及选择第一节 建筑结构用钢的基本要求 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建 筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。 1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面 小，结构的自重轻； 2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性 破坏；韧性好，利于承受动力荷载； 3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷 弯性能以及耐腐性能； 据上要求,钢结构设计规范GB50017-2003 推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的 Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390和 Q420钢四种钢材。第二节 钢材的主要机械性能一、单向拉伸试验曲线根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能 按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。二、钢材的主要机械性能1. 强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最 大承载强度，安全储备。 2. 塑性5（10），钢材产生塑变时而不发生脆性断 裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。 3. 冷弯性能90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变 形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金 质量的综合指标。 4. 韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂 过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载 的能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、 负温（-20o、-40o）区分 。 5. 可焊性表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的 能力不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。第三节 影响钢材性能的主要因素1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度1、化学成份的影响基本成份为Fe，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。 C：含C使强度塑性、韧性、可焊性，应控制在0.22%，焊 接结构应控制在0.20%。 Si：含Si适量使强度 其它影响不大，有益，应控制0.10.3% Mn：含Si适量使强度 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能， 对其它性能影响不大，有益。 S：含量使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆热脆现象。 P：低温时使钢材变脆冷脆现象；其它同S O、N：O同S；N同P，控制含量0.008%2、冶金与轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂， 时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时 间慢，价格高，质量好。 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中 的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。3、冷作硬化与时效硬化 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为 时效硬化。4、复杂应力与应力集中的影响 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向 的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应 力场时则相反。 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而 使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增 大并多为同号应力场。5、残余应力的影响 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强 度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承 载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。6、温度的影响温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n 正温影响（P27，图2.11） 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧 性提高，这一现象称之为热塑现象，温度达600o左右时 ，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于 进行热加工，此温度称之为热煅温度。 需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性 下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象 。钢材在300o以上时应采取隔热措施。n 负温影响（P27，图2.12） 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。第四节 建筑结构用钢的种类与选择一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类n 钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四 部分组成。lQ：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；l质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）；l脱氧方法：F沸腾钢；Z镇静钢（一般省略）；b半镇静钢；TZ特殊镇静钢。 注：炭素结构钢分：A、B、C、D 四级，含所有脱氧方法 ；低合金结构钢分：A、B、C、D、E五级，只有镇静钢 和特殊镇静钢。如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的Q235及 低合金钢中的Q345、Q390、Q420四种钢材。二、建筑结构用钢的选择n 钢材的质量和性能，由钢材力学性能中的抗拉强 度fu、屈服强度fy、伸长率5（10）、冷弯180o 及冲击韧性k，化学成分C、S、P等的极限含量， 以及冶炼脱氧方法来衡量。选材时应根据结构的 重要性、荷载性质（静、动）、连接方法、工作 温度等因素来综合考虑以选择适宜钢材。 n 一般承重结构应有fu、fy、5以及C（ 0.22%）、 S、P的极限含量合格保证；焊接及重要的非焊接 承重结构还应具备冷弯180o合格保证（C0.2%） ；承受动力荷载需要验算结构疲劳强度时,还应根 据具体情况增加对k的不同要求。