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1、 钢结构设计原理课程教学大纲课程编号: 课程名称：钢结构设计原理 英文名称：Design Philosophy of Steel Structure 课程类型: 专业核心课总 学 时： 讲课学时：48 实验学时：0学分：3适用对象: 土木工程、工程管理等专业先修课程：理论力学、材料力学、结构力学 一、 课程性质、目的和任务本课程为土木工程、工程管理等专业学生的必修课，属于专业核心课，是一门实践性很强，与现行的规范、规程等密切相关的专业课程。通过本课程的学习，应使学生较全面地了解钢结构的特点、应用范围及其组成原理，掌握钢结构材料的基本性能，掌握钢结构基本构件及其连接的基础知识和设计方法，熟悉一些
2、常用钢结构基本构件的计算原理和构造设计。在学生掌握钢结构基本理论的前提下，还应该拓展其知识面，使学生能够解决钢结构设计、施工中的一些技术问题，为毕业设计以及毕业后在钢结构学科领域继续深造或从事施工管理、设计等工作打下坚实的基础。本课程的主要任务是：通过本课程的学习，使学生了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景；全面地掌握钢结构材料的工作性能；掌握钢结构基本构件及连接的性能、特点、受力分析与设计计算等基本内容；了解钢结构体系的组成原理，熟悉一些常用钢结构体系的分析原理和典型结构形式的设计要点。二、课程教学和教改基本要求通过钢结构基本原理及设计方法的学习，使学生掌握工业和民用建筑中常用钢结构房屋的
3、特点、基本设计方法、计算简图与内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。通过课堂教学，使学生掌握钢结构构件的基本原理和计算方法，熟悉各种基本构件的受力特征，对本学科在基本理论方面及工程实践方面的现状和发展有初步的了解，为下一步学习结构设计和将来从事基本理论的研究打下基础。三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容本课程的基本课程教学内容含概论、钢结构的材料、构件的截面承载能力-强度、单个构件的承载能力-稳定性、整体结构中的压杆和压弯构件、钢结构的正常使用极限状态、钢结构的连接和节点构造等七部分。第1章 概论教学要求：1、 掌握钢结构的特点、应用范围及结构形式；
4、2、 了解钢结构的组成原理和钢结构的发展方向；3、 知道钢结构的建造过程和内在缺陷及钢结构的极限状态和概率极限状态法。教学重点与难点：重点：掌握钢结构的特点、应用范围及结构形式，理解钢结构的计算方法。难点：理解钢结构的计算方法。教学时数：理论教学2学时。教学内容：1、 钢结构的特点及应用范围；2、 钢结构的建造过程和内在缺陷；3、钢结构的组成原理；4、钢结构的极限状态和概率极限状态法；5、钢结构的发展。本章内容分为如下几个小节分别进行介绍：1.1 钢结构的特点和应用钢结构的特点：材料的强度高，塑性和韧性好材质均匀，和力学计算的假定比较符合钢结构制造简便，施工周期短钢结构的质量轻钢材耐腐蚀性差钢
5、材耐热但不耐火钢结构的应用范围：大跨度钢结构重型厂房钢结构受动力荷载影响的结构可拆卸的结构高耸结构和高层建筑容器和其他构筑物轻型钢结构1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷钢结构的建造过程：工厂制造：验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆工地安装：扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定钢结构的初始缺陷：几何缺陷：初弯曲 初倾斜 杆件长度误差材料缺陷：钢材并非理想的匀质体和各向同性体1.3 钢结构的组成原理跨越结构高耸结构1.4 钢结构的极限状态和概率极限状态法1.5 钢结构的发展发展低合金高强度钢材和型钢品种结构和构件设计计算方法的深入研究结构形式的革新结构优化设计第2章 钢结构的材料教学要求：
6、1、 掌握钢结构用材的要求及影响因素；2、 掌握钢结构的破坏形式；3、 掌握钢材的主要性能及其鉴定； 4、 了解不同情况下的荷载效应；5、 了解建筑钢材的类别及其表达方式；6、 了解钢材选用的原则，能够正确选用钢材。教学重点与难点：重点：掌握对钢结构用材的要求，建筑钢材的主要性能和影响钢材性能的因素，掌握建筑钢材的可能破坏形式及其对钢结构的重要意义，钢材类别和钢材选用的原则。难点：钢材的循环加载和快速加载的效应。教学时数：理论教学4学时。教学内容：1、对钢结构用材的要求2、钢材的主要性能及其鉴定钢材的破坏形式，单向受拉时的性能，冷弯性能，冲击韧性3、 影响钢材性能的因素化学成分的影响，成材过程
7、的影响，影响钢材性能的其他因素4、钢材的延性破坏和非延性破坏5、循环加载和快速加载的效应6、钢材的疲劳常幅疲劳，变幅疲劳7、建筑钢材的类别及钢材的选用钢结构对材料的要求，钢的种类，钢材的选择，钢材的规格本章内容分为如下几个小节分别进行介绍：2.1 对钢结构用材的要求较高的强度。足够的变形能力。良好的加工性能。适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载作用等的性能。容易生产，价格便宜。2.2 钢材的主要性能及其鉴定单向拉伸时的工作性能冷弯性能 冲击韧性 可焊性 钢材性能的鉴定 2.3 影响钢材性能的因素化学成分的影响成材过程的影响 影响钢材性能的其它因素：冷加工硬化(应变硬化)，温度的影
8、响，应力集中2.4 钢材的延性破坏和非延性破坏、循环加载和快速加载的效应延性破坏和非延性破坏循环荷载的效应快速加荷效应2.5建筑钢材的类别及钢材的选用建筑钢材的类别钢材的选择型钢的规格第3章 构件的截面承载能力 - 强度教学要求：1、 了解轴心受力构件的应用和截面形式；2、 掌握钢结构构件截面设计基本要求及方法；3、 掌握轴心受力构件的截面设计方法；4、 了解受弯构件的种类及其应用；5、 掌握梁的类型和强度、梁的局部压应力和组合应力计算；6、 掌握受弯构件截面设计方法；7、 掌握拉弯、压弯构件的应用和强度计算；8、 掌握拉弯及压弯构件截面设计方法；9、 知道梁的内力重分布和塑性设计。教学重点与
9、难点：重点：掌握轴心受力构件强度计算，梁的类型和强度、梁的局部压应力和组合应力计算，拉弯、压弯构件的应用和强度计算。难点：梁的局部压应力和组合应力的计算。教学时数：理论教学6学时。教学内容：1、轴心受力构件的强度及截面选择；2、梁的类型和强度；3、梁的局部压应力和组合应力；4、按强度条件选择梁截面；5、梁的内力重分布和塑性设计；6、拉弯、压弯构件的应用和强度计算。本章内容分为如下几个小节分别进行介绍：3.1 轴心受力构件的强度及截面选择轴心受力构件的应用和截面选择：对截面形式的要求：能提供强度所需要的截面积，制作比较简便，便于和相邻的构件连接，截面开展而壁厚较薄轴心受拉构件的强度轴心受压构件的
10、强度3.2 梁的类型和强度梁的类型梁的弯曲、剪切强度梁的扭转3.3 梁的局部压应力和组合应力局部压应力多种应力的组合效应3.4 按强度条件选择梁截面初选截面截面验算梁截面沿长度的变化3.5 梁的内力重分布和塑性设计3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算拉弯、压弯构件的应用拉弯、压弯构件的强度计算拉弯、压弯构件的截面设计第4章 单个构件的承载能力 - 稳定性教学要求：1、 熟悉钢结构稳定问题的特点与分析方法；2、 了解轴心受压构件稳定理论的基本概念和分析方法；3、 掌握轴心受压构件的整体稳定分析与局部稳定分析；4、 掌握轴心受压构件的截面设计方法；5、 了解受弯构件整体稳定和局部稳定的计算原理；
11、6、 掌握受弯构件的整体稳定分析与局部稳定分析；7、 掌握受弯构件截面设计方法；8、 掌握压弯构件的面内和面外整体稳定分析与局部稳定分析；9、 掌握拉弯、压弯构件的刚度计算；10、 掌握拉弯及压弯构件截面设计方法；11、 熟悉压弯构件的主要构造要求；12、 掌握板件的稳定计算；13、 了解构件失稳形式；14、 理解板件的屈曲后强度的利用。教学重点与难点：重点：掌握轴心受力构件、受弯构件的整体稳定分析与局部稳定分析，掌握压弯构件的面内和面外整体稳定分析与局部稳定分析，掌握轴心受力构件的截面设计方法，掌握受弯构件截面设计方法，掌握拉弯及压弯构件截面设计方法。难点：板件的稳定计算及其屈曲后强度的利用
12、。教学时数：理论教学10学时。教学内容：1、稳定问题的一般特点；2、轴心受压构件的整体稳定理想轴心压杆的失稳形式，理想轴心压杆的弯曲屈曲，轴心压杆的扭转屈曲和弯扭屈曲3、 实腹式轴心受压柱的截面选择计算实腹式轴心压杆截面形式的选择，截面设计，构造要求4、 格构式轴心受压构件的截面选择计算格构式轴心压杆的组成，剪切变形对虚轴稳定性的影响，杆件的截面选择，格构式压杆的剪力，缀材设计5、梁的整体稳定钢梁整体稳定的概念，受弯构件的弯扭失稳，梁整体稳定的计算原理，梁的刚度计算，梁的整体稳定系数，梁的整体稳定计算方法6、压弯构件的面内和面外稳定性及截面选择计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算，压弯构件在
13、弯矩作用平面内的失稳现象，实腹式压弯构件在弯矩作用平面内稳定计算的实用计算公式，压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算，双轴对称工字形截面压弯构件的弹性弯扭屈曲临界力，实腹式压弯构件在弯矩作用平面外稳定计算的实用计算公式7、实腹式压弯构件的设计截面形式，截面选择及验算，构造要求8、格构式压弯构件的设计弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件，弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件，格构式柱的横隔及分肢的局部稳定9、板件的稳定和屈曲后强度的利用梁的局部稳定和腹板加劲肋，梁受压翼缘的局部稳定，梁腹板的局部稳定，梁腹板加劲肋的设计，压弯构件腹板的稳定，压弯构件翼缘的稳定本章内容分为如下几个小节分别进行介绍：4.1 稳定问
14、题的一般特点失稳的类别：传统的分类： 分枝点（分岔）失稳：特点是在临界状态时，结构（构件）从初始的平衡位形突变到与其临近的另一个平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。 极值点失稳：特点是没有平衡位形的分岔，临界状态表现为结构（构件）不能继续承受荷载增量。按屈曲后性能分类：稳定分岔屈曲不稳定分岔屈曲跃越屈曲一阶和二阶分析： 一阶分析：认为结构（构件）的变形比起其几何尺寸来说很小，在分析结构（构件）内力时，忽略变形的影响。 二阶分析：考虑结构（构件）变形对内力分析的影响。有两种方法可以用来确定构件的稳定极限承载能力：简化方法：切线模量理论，折算模量理论数值方法：数值积分法，有限单元法稳定问题的多样性，稳定问题的整体性，稳定问题的相关性4.2 轴心受压构件的整体稳定性残余应力产生的原因：焊接时的不均匀加热和冷却型钢热扎后的不均匀冷却板边缘经火焰切割后的热塑性收缩构件冷校正后产生的塑性变形残余应力的测量方法：锯割法轴心受压构件的整体稳定计算（弯曲屈曲）：轴心受压柱的实际承载力列入规范的轴心受压构件稳定系数轴心受压构件稳定系数的表达式 轴心受压构件的扭转屈曲和弯扭屈曲4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算实腹式柱的截面选择计算：实腹式轴心压杆的截面形式实腹式轴心压杆的计算步骤：假定杆的长细比；确定截面各部分
