钢结构设计原理 复习1

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1、钢结构设计原理钢结构设计原理 复习复习 1 1本文由保招贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第一章基本要求 掌握钢结构的特点， 正确理解钢结构的合理应用范围， 了解近似概率汲限状态设计方法的概念， 理解规范采用的基本设计表达式， 了解各分项系数取值的依据和含义。重点、难点分析 重点、 1.钢结构的特点和合理应用范围 钢结构的特点和合理应用范围 本门课是学习如何用钢材来设计结构，因此学习时 应注意： （1）应结合钢材的特点来掌握钢结构的特点 ） 钢材强度高， 因此， 在承载力相同的条件下， 钢材强度高 ， 因此 ， 在承载力相同的条件下

2、 ， 钢结 构自重轻； 钢材材质均匀， 为理想的弹塑性体， 构自重轻 ； 钢材材质均匀 ， 为理想的弹塑性体 ， 符 合工程力学所采用的基本假定， 因此， 合工程力学所采用的基本假定 ， 因此 ， 钢结构计算 结果准确可靠； 钢材的塑性好， 因此， 结果准确可靠 ； 钢材的塑性好 ， 因此 ， 钢结构在一 般情况下， 不会发生突然断裂破坏； 钢材韧性好，般情况下 ， 不会发生突然断裂破坏 ； 钢材韧性好 ， 因此， 能很好地承受动力荷载； 因此 ， 能很好地承受动力荷载 ； 钢材具有不渗漏的 特点， 因此， 钢结构可以做密闭容器； 特点 ， 因此 ， 钢结构可以做密闭容器 ； 而钢材易腐 不耐

3、高温， 因此，钢结构防火性能差， 蚀 ， 不耐高温 ， 因此 ， 钢结构防火性能差 ， 为防腐 需定期维护。 蚀，需定期维护。（2）应结合钢结构的特点掌握其合理应用范围 ） 钢结构的承载力大， 因此， 钢结构的承载力大 ， 因此 ， 适用于荷载大的重型厂 房及高层建筑； 钢结构自重轻，因此， 房及高层建筑 ； 钢结构自重轻 ， 因此 ， 适用于大跨 度结构， 可拆卸和移动式结构；钢结构对动力荷载 度结构 ， 可拆卸和移动式结构 ； 的适用性强，因此， 的适用性强 ， 因此 ， 适用于直接承受动载的结构或 对抗震性能要求高的结构； 钢结构的密闭性好， 对抗震性能要求高的结构 ； 钢结构的密闭性好

4、 ， 因 适用于制造容器和管道。此，适用于制造容器和管道。2. 结构的两种极限状态 承载能力极限状态 这种极限状对应于结构或构件达到最大承载能力 或不适于继续承载的变形。这里有两个极限准则： 或不适于继续承载的变形。这里有两个极限准则： 一个是最大承载力，一个是不适于继续承载的变形。 一个是最大承载力，一个是不适于继续承载的变形。 包括以下几个方面： 包括以下几个方面： 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（ 覆等） ； 覆等） ； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏； 结构构件或连接在循环荷载作用下发生的疲

5、劳破坏； 结构构件或连接在循环荷载作用下发生的疲劳破坏； 结构构件或结构转变为机动体系； 结构构件或结构转变为机动体系； 结构或构件丧失稳定（如压屈等） 。 结构或构件丧失稳定（如压屈等） 。正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。 久性能的某项规定限值。 包括以下几个方面： 包括以下几个方面： 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝） ； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝） ；影响正常使用的振动； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其它特定状态。 影响正常使用的其它特定状态。

6、对钢结构来说，主要是控制构件的刚度， 对钢结构来说 ， 主要是控制构件的刚度， 避免出 现影响正常使用的过大变形或在动力作用 下的较大振动。 下的较大振动。3.概率极限状态设计原理 3.概率极限状态设计原理0，结构处于可靠状态 ， =0，结构处于极限状态 ， 0，结构处于可靠状态 ， =0，结构处于极限状态 ， 0，结构处于失效状态 ，功能函数 Z=R-S4.设计表达式 4.设计表达式（1）永久荷载分项系数 （G）当其效应对结构不利时 -对可变荷载效应起控制作用的组合 应取 1.2; 对可变荷载效应起控制作用的组合， -对可变荷载效应起控制作用的组合，应取 1.2; -对永久荷载效应起控制作用

7、的组合 应取 1.35; 对永久荷载效应起控制作用的组合， -对永久荷载效应起控制作用的组合，应取 1.35; 当其效应对结构有利时 -一般情况下应取 1.0； 一般情况下应取 1.0 -一般情况下应取 1.0； -对结构的倾覆 滑移或漂浮验算，应取 0.9 对结构的倾覆、 0.9。 -对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取 0.9。（2）可变荷载的分项系数 （Q）-一般情况下应取 1 -一般情况下应取 1.4； 一般情况下应取 -对标准值大于 对标准值大于 4kN/m -对标准值大于 4kN/m2 的工业房屋楼面结构的 活荷载标准值应取 1.3 1.3。 活荷载标准值应取 1.3。 当永久荷载效

8、应与可变荷载效应反号时， 当永久荷载效应与可变荷载效应反号时，永久荷载对设计是有利的第二章 钢结构的材料基本要求 （1）掌握钢材在不同条件下可能产生的两种破 坏形式，理解两种破坏形式对钢材正确使用和设计 的意义。 （2）通过钢材的一次单向拉伸试验、冷弯试验， 掌握钢材在正常情况下的静力工作性能，了解规范 对钢材机械性能指标规定的依据和意义。 （3）通过钢材的冲击韧性试验、疲劳试验了解 钢材的动力工作性能，并验算疲劳。 （4）了解各种因素（化学成分、冶金缺陷、应 力集中、加荷速度、硬化、温度等）对钢材性能的 影响，特别要注意分析影响钢材脆性破坏的因素。 （5）应根据具体条件和要求,正确选用钢材。

9、重点、 重点、难点分析 1.掌握钢材的主要性能 掌握钢材的主要性能（1）钢材的静力工作性能（单项拉伸工作曲线） （ 抗拉强度是钢材破坏前能够承受的最大应力，反映了与钢材 内部组织有关的极限抗拉能力，大可增加结构的安全储备。 屈服强度(屈服点）作为钢材强度的标准值，是钢结构设计 中钢材可以达到的最大应力。引入抗力分项系数后，即得到钢 材抗拉、抗压和抗弯的强度设计值。 伸长率反映钢材承受静力荷载时产生塑性变形而不立即断裂 的能力。 冷弯 1800 衡量钢材塑性变形能力的综合指标。一方面可以检 验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程，另一万面可以 检验钢材的内部缺陷如颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂

10、物分 布等缺陷。（2）钢材的动力工作性能 冲击韧性 衡量钢材承受冲击荷载作用时抵抗 脆性破坏能力的指标。 允许应力幅 取决于构件或连接的细部构造， 用以衡量钢材在连续反复荷裁作用下的抗疲劳的性 能指标。（3）钢材在复杂应力作用下的工作性能 钢材在复杂应力作用下的工作性能可用折算应力 zs 衡量。 zs 以主应力表示时，为：1 zs = ( 1 ? 2 ) 2 + ( 2 ? 3 ) 2 + ( 3 ? 1 ) 2 2当 zs f y 时钢材处于弹性阶段， 时钢材处于弹性阶段，时钢材处于塑性阶段。 zs f y 时钢材处于塑性阶段。如果三个主应力同号，绝对值接近或差值不大时，即使主应 力数值很大

11、，甚至超过时，折算应力仍然很小，钢材不易进 入塑性状态，即钢材处于同号应力场时，直到破坏也不会有 明显的塑性变形发生，此时的破坏形式为脆性破坏，因此， 同号应力场是脆性破坏的力学原因；相反，钢材处于异号应 力场，或同号但应力差较大时，钢材就容易进入塑性状态， 最后破坏为塑性破坏。2.掌握形成和影响钢材性能的因素 2.掌握形成和影响钢材性能的因素 （1）化学成分 钢材的主要元素是铁（Fe）,如普通碳素钢中铁元素 占 99%，其他元素如碳（C） 、硅（Si） 、锰（Mn） 、 硫（S） 、磷（P） 、氧（O） 、氮（N）等仅占 1%，但 这些少量元素对钢材的性能确有决定性的影响，它们 的含量都应保

12、证在规定的限量之内，如这些元素的含 量超过规定的限量时，将使钢材变脆，并降低钢材的 可焊性及加工工艺性能。化学成份的影响钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。 钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。纯铁 Fe（ 99） 纯铁 Fe（占 99） Fe钢碳 C变脆（强度，塑性、韧性、可焊性，抗腐蚀性） 变脆（强度 塑性、韧性、可焊性，抗腐蚀性 变脆 其它主要元素 硅 Si 适量强度，塑性、韧性、冷弯性能、可焊性变化不大 Si 适量强度 塑性、韧性、冷弯性能、 锰 Mn强度消除热脆，改善冷脆，塑性韧性降低不显著 Mn强度消除热脆，改善冷脆， 强度 适量强度

13、、韧性 钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb) 等适量强度、韧性、塑性良好 (V)、 (Ti)、 硫 S热脆、韧性、疲劳强度、抗锈蚀性、可焊性 热脆、韧性、疲劳强度、抗锈蚀性、可焊性 氧 O 影响同硫 有 益 元 素有 强度、抗锈蚀能力塑性、韧性、冷弯性能、可焊性 ， 磷（P）强度、抗锈蚀能力塑性、韧性、冷弯性能、可焊性， 害 元 冷脆，低温工作性能差。 冷脆，低温工作性能差。 素 氮（N）影响同磷（2）冶炼和轧制 冶炼过程中产生的偏析、非金属夹杂、裂纹、分 层等缺陷将严重降低钢材的冷弯、冲击韧性、疲劳强 度等力学性能，使得钢材抗脆性断裂的能力降低。因 此，镇静钢的性能优于沸腾钢。 钢材热轧可消除冶

14、炼过程中的部分缺陷，提高钢 材的力学性能。 （3）钢材的硬化 钢材的硬化有冷作硬化（应变硬化）和时效硬化两种。 钢材的硬化使钢材塑性减小，脆性增加。（4）温度 温度变化对钢材性能的影响很大。 温度在 150以下时，钢材的强度、弹性模量 变化不大，随着温度升高，钢材的屈服强度降低， 塑性增大，达 600时，屈服强度接近为零。因此， 对钢结构应注意做防火隔热保护。 当温度下降到负温某一区域时，其冲击韧性急 剧下降，出现低温脆断。因此，在负温工作的结构， 钢材还应具有负温（-20或-40）冲击韧性的合 格保证，以提高抗低温脆断的能力。3.掌握我国钢结构常用钢材的种类、牌号， 3.掌握我国钢结构常用钢

15、材的种类、牌号，能正确 掌握我国钢结构常用钢材的种类 选用钢材 （1）钢材的品种和牌号 适用与钢结构的钢材分为碳素结构钢和低合金高强 度结构钢两种。碳素结构钢可 省 略低合金高强度结构钢390 420(2) 钢材的规格热轧钢板、 热轧钢板、钢带 热轧型钢（焊接） 热轧型钢（焊接） 冷轧钢板、 冷轧钢板、钢带 冷弯薄壁型钢热轧钢板 表示方法：在符号“ 后加 宽度厚度长度” 后加“ 表示方法：在符号“-”后加“宽度厚度长度” 热轧型钢 角钢规格角钢分类 等边角钢 不等边角钢(单位 mm) 单位 mm)最小规格 L203 L25163 最大规格 L20024 L20012518 长度 4000 19

16、000型号或表示方法 L 边长厚度 边长 边长 L 长边短边厚度 长边短边 长边工字钢规格工字钢分类 普通工字钢 轻型工字钢其它几何参数查 P428 附表 、8.6 附表 8.5、 其它几何参数查 附表 型号或表示方法 单位 cm 单位 I 高度 高度 QI 高度 高度 最小规格 I10 QI10 最大规格 I63 QI70 长度(m) 长度 519 槽钢规格工字钢分类 普通槽钢 轻型槽钢其它几何参数查 P429 附表 、8.8 附表 8.7、 其它几何参数查 附表 型号或表示方法 单位 cm 单位 高度 高度 Q高度 高度 最小规格 5 Q5 最大规格 40 Q40 长度(m) 长度 519 H 型钢规格H 型钢分类 型钢分类 宽翼缘 H 型钢 宽翼缘 型钢 中翼缘 H 型钢 中翼缘 型钢 窄翼