钢 结 构 Steel Structures,第一章 绪 论,本章的主要内容: 钢结构的特点 钢结构的主要应用范围 本课程的学习方法,第一节 钢结构的特点 The characteristic of Steel Structure,工程结构按材料可分为: 木结构 钢结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 砖石结构,钢结构是钢材制成的工程结构，通常由型钢和钢板等制成的梁、桁架、柱、板等构件组成，各部分之间用焊缝、螺栓或铆钉连接有些钢结构还部分采用钢丝绳或钢丝束。,钢结构的特点,1、 钢结构自重较轻 2、 钢结构工作的可靠性较高 3、 钢材的抗震性、抗冲击性好 4、 钢结构制造的工业化程度较高 5、 钢结构可以准确快速的装配 6、 容易做成密封结构 7、 钢结构易腐蚀 、耐火性差,第二节 钢结构的主要应用范围 The Main Applied Area of Steel Structure,大跨径结构 工业厂房 高耸结构 高层建筑 板壳结构 可拆卸结构,第三节 本课程的学习方法 Study Method Of The Course,课程的性质及主要内容 钢结构课程的学习方法,1. 课程的性质及主要内容,钢结构课程是全国高等教育土木工程专业的核心课程之一，从此课程中我们可获得很多有关建筑结构的概念、计算方法和设计技能. 通过本课程的学习,我们可深刻理解钢材的基本性能，梁、柱等基本构件及其连接的工作性能，掌握这些方面的基本知识、基本理论和构造原则；能正确使用钢结构设计规范，进行基本构件的设计.,课程主要内容,钢结构课程的主要内容包括:材料、连接(构件之间的连接)、基本构件设计(受弯构件、轴心受力构件)等部分。,2. 钢结构课程的学习方法,对钢结构课程的学习首先应将基本理论和基本概念放在重要位置，并要对材料合理选用、连接计算、基本构件计算和结构设计等内容认真学习，善于归纳、分析和比较，并不断加深理解。 同时，还需联系工程实践，吸取感性知识。 另外，在设计和做习题时，应条理清晰、步骤分明、计量单位采用得当，以避免计算中的遗漏和失误。,第二章 钢结构的材料,第一节 钢结构的材料,本节主要内容: 对钢结构用材的基本要求 钢材的破坏形式 钢材的主要机械性能,1.1 对钢结构用材的基本要求,较高的强度 足够的变形能力 良好的工艺性能,1.2 钢材的破坏形式,塑性破坏: 变形大，时间较长，构件的应力达到了钢材的抗拉强度，断口呈纤维状，色泽发暗，不致引起严重后果。 脆性破坏: 变形很小，计算应力常小于钢材的屈服点，破坏前没有任何预兆，破坏突然发生，断口平直并呈有光泽的晶粒状，后果严重. 应特别注意防止钢结构的脆性破坏。,1.3 钢材的主要机械性能,单向均匀拉伸时钢材的性能 强度性能 塑性性能 冷弯性能 冲击韧性,钢材的主要机械性能指标,1、 比例极限 2、 屈服点 3、 抗拉强度 4、 伸长率 5、 冷弯试验 6、 冲击韧性,1.4 钢材的可焊性,可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹的）焊缝的性能。,第二节 影响钢材力学性能的主要因素,一、 四,一、,1. 化学成分对钢材主要性能的影响,化学成分含量 碳素钢 低合金钢 铁 99% 大于 95% 其他元素 1% 小于 5% 其他元素：碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧、铜、钒、钛、铌等,各成分对钢材性能的影响,碳 含量高时，钢材强度增加，而塑性、韧性、疲劳强度下降。因此含碳量要加以限制，一般不超过 0.22% 。 硫和磷 有害元素， 它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性、疲劳强度。 硫使钢材高温时热脆，磷使钢材低温时冷脆。因此硫和磷的含量要加以限制，一般硫的含量不超过0.05%，磷的含量不超过0.045% 。,2.冶金缺陷对钢材性能的影响,冶金缺陷有：偏析、非金属杂质、气孔、裂纹及分层等。 偏析 恶化钢材的性能； 非金属杂质使钢材起层，降低钢材的冷弯性能。,3. 复杂应力和应力集中的影响,第三节 钢材的疲劳,疲劳的概念 钢结构的疲劳断裂是裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展以至断裂的脆性破坏，塑性变形极小，破坏前没有明显破坏预兆，危险性较大。出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。 疲劳应力 引起疲劳破坏的应力为疲劳应力。,第四节 钢材的选择,钢材的选择要考虑如下因素: 结构的类型及重要性 结构所受荷载特性 动载、静载 连接的方法 焊接、螺栓连接 结构的工作温度和所处的环境 钢材的厚度,第五节 钢结构的计算方法,本节主要内容: 极限状态的概念 现行规范的极限状态设计公式,第三章 钢结构的连接,第一节 连接的类型和特点,(a)焊接连接 (b)螺栓连接 (c)铆接连接,1. 连接的类型,2.连接的特点,焊接的特点 构造简单 节省钢材 密闭性好 有焊接应力和焊接变形,螺栓连接的特点 操作简单 便于拆卸 耐疲劳、承受动载可靠 构造麻烦,第二节 焊接连接,焊缝连接方法,目前主要的焊缝连接方法有: 1. 电弧焊 手工焊 焊剂层下自动焊和半自动焊 2. 电阻焊 3. 电渣焊 4.二氧化碳气体保护焊,焊接连接的型式及焊缝类型,焊接连接的型式 (a)对接 (b)塔接 (c)顶接 (d)L型连接,第三节 对接焊缝连接的构造和计算,对接焊缝连接的构造要求 1、开剖口要求 2、不等宽、不等厚构件连接要求 3、引弧板要求,对接焊缝承受弯矩、剪力计算,第四节 角焊缝的构造与计算,角焊缝的构造要求,计算厚度 侧焊缝主要承受纵向剪应力，剪切破坏通常发生在焊缝截面三角形的最小厚度的平面上和两焊脚边成角。故直角角焊缝计算的有效厚度.,角焊缝计算的基本公式,端焊缝受力计算公式,侧面焊缝受力计算公式,弯矩作用下角焊缝计算,第六节 螺栓连接的性能和计算,抗剪连接螺栓的破坏形式 (a) 拴杆剪断 (b ）孔壁挤压坏 (c) 钢板拉断 (d) 端部钢板剪断 (e) 栓杆受弯破坏,