中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)提要

1、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)提要一、課程的任務(wù)與要求1、本課程的任務(wù)，通過理論學(xué)習(xí)和設(shè)計計算訓(xùn)練，使學(xué)生熟悉鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類型、構(gòu)造，掌握各種基本構(gòu)件的設(shè)計原理和方法；具備一般工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本技能；為將來從事建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工打下堅實的基礎(chǔ)。2、課程教學(xué)的基本要求教學(xué)過程中要注意理論聯(lián)系實際，突出基本理論的應(yīng)用，重點使學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造的方法和規(guī)范的應(yīng)用。通過作業(yè)練習(xí)和課程設(shè)計，強(qiáng)化學(xué)生對規(guī)范條文的理解的設(shè)計技能，達(dá)到能熟練地運用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件和連接的設(shè)計。二、教學(xué)內(nèi)容及重點、難點如下：第一章 概述（一）教學(xué)內(nèi)容1鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用；2鋼結(jié)構(gòu)的計算原理和計算方法；3. 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理；

2、（二）要求掌握內(nèi)容：了解鋼結(jié)構(gòu)的特點及其在工程中的應(yīng)用；掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中采用的設(shè)計方法。1. 結(jié)構(gòu)的設(shè)計目的使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足各種預(yù)定的功能要求。安全性：結(jié)構(gòu)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用，在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，任能保持必需的整體穩(wěn)定性、不致倒塌。適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用時具有良好的工作性能，滿足預(yù)定的使用要求，如不發(fā)生影響正常使用的過大變形、振動等。耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，隨時間變化任能滿足預(yù)定的功能要求，如不發(fā)生嚴(yán)重銹蝕而影響壽命。2恒載（永久荷載）設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，不隨時間變化或其變化與平均值相比很小的荷載。3.活載（可變荷載）設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，隨時間變化或其變化與平均值相

3、比很小的荷載。4. 結(jié)構(gòu)所受作用：作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、應(yīng)力和應(yīng)變的所用原因。1） 直接作用：施加在結(jié)構(gòu)上的荷載（自重，風(fēng)荷載、雪荷載及活荷載）2） 間接作用：引起結(jié)構(gòu)變形和約束變形從而產(chǎn)生內(nèi)力和其它作用（地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）5. 作用效應(yīng)：結(jié)構(gòu)上作用引起的結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件內(nèi)力和變形（彎矩、軸力、剪力、扭矩、撓度、轉(zhuǎn)角等）。6. 承載力極限狀態(tài)極限準(zhǔn)則：1）最大承載力 2）不適于繼續(xù)承載變形7. 正常使用極限狀態(tài)對鋼結(jié)構(gòu)來說，控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度，避免出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或動力作用下的較大振動。8鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法1）概率極限狀態(tài)設(shè)計法（作用效應(yīng)和構(gòu)件抗力之間的關(guān)系設(shè)計法）2）

4、分項系數(shù)表達(dá)法第二章：鋼結(jié)構(gòu)的材料（一）教學(xué)內(nèi)容：1 建筑鋼材的兩種破壞形式；2 鋼材的主要性能；3 影響鋼材主要性能的因素：4 建筑鋼材的種類和規(guī)格，合理的選擇建筑鋼材。（二）重點掌握知識點：1 掌握鋼材的兩種破壞形式；塑性破壞和脆性破壞及各自破壞時的特點2 掌握鋼材力學(xué)性能及其技術(shù)指標(biāo)：力學(xué)性能有：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能、沖擊韌性及可焊性1） 掌握鋼材的主要性能（1）鋼材的靜力工作性能抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、冷彎180度（2）鋼材的動力工作性能沖擊韌性、允許應(yīng)力幅3 掌握影響鋼材力學(xué)性能的主要因素；化學(xué)成分、冶煉和軋制、鋼材的硬化、溫度、復(fù)雜應(yīng)力和應(yīng)力集中的影響、殘余應(yīng)力

5、、鋼材的疲勞4 應(yīng)力集中：應(yīng)力集中概念、應(yīng)力集中的原因、應(yīng)力集中的后果、改善和避免應(yīng)力集中的措施5 掌握我國鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材的種類、牌號，能正確選用鋼材1） 鋼材的品種和牌號碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼2） 鋼材的選擇6 什么是鋼材的時效硬化與冷作硬化？它們對鋼材性能有什么影響？7 掌握建筑鋼材的不同分類：按化學(xué)成分分；按用途分；按冶煉方法分及按澆鑄方法分。8 鋼材的疲勞破壞和脆性短裂1） 鋼材的疲勞破壞2） 鋼材疲勞破壞的特征3） 鋼材疲勞破壞的原因4） 鋼材疲勞破壞的影響因素第三章：鋼結(jié)構(gòu)的連接（一）教學(xué)內(nèi)容1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；2焊縫連接的特性；3對接焊縫的構(gòu)造和計算；4角焊縫的構(gòu)造和計算；5焊接

6、殘余應(yīng)力和焊接殘余變形；6普通螺栓連接的構(gòu)造和計算；7高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計算。（二）重點掌握知識點1.鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有：焊接連接，鉚釘連接，螺栓連接連接方法 優(yōu) 點 缺 點 焊接連接 對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，工效高 對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗工作量大 鉚接連接 傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好 費鋼、費工 普通螺栓連接 裝卸便利，設(shè)備簡單 螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大 高強(qiáng)螺栓連接 加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好 摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高 2. 對接焊縫的優(yōu)

7、缺點 優(yōu)點：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動力荷載。 缺點：需剖口，焊件長度要精確。 3. 對接焊縫的構(gòu)造處理 （1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去5mm。 （2）變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：4的斜面，避免應(yīng)力集中。 （3）變寬度板對接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1：4的斜邊，避免應(yīng)力集中。 4.對接焊縫的計算軸心受力的對接焊縫： 斜向受力的對接焊縫： 同時受彎、剪時，分別驗算最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力 5.角焊縫的計算角焊縫的計算包括如下幾個類型：（1）端縫 （正面角焊縫）

8、（2）側(cè)縫 （側(cè)面角焊縫） 6.角鋼與連接板之間的連接方式：可采用兩側(cè)焊、三面圍焊和L形圍焊三種方式7.普通螺栓連接的計算螺栓的承載力每個普通螺栓的抗剪承載力 ： 每個普通螺栓的承壓承載力： 式 中： nv受剪面數(shù) d 螺桿直徑 同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度 、 螺栓抗剪、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 8.根據(jù)受力性能不同，高強(qiáng)度螺栓可分為：摩擦型、承壓型和承拉型對接焊縫計算例1.某6m跨度簡支梁的截面和荷栽（含梁自重在內(nèi)的設(shè)計值）如圖3.14。在距支座2.4m處有翼緣和腹板的拼接連接，實驗算其拼接的對接焊縫。已知鋼材為Q235，采用E43型焊條，手工焊，三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，施焊時采用引弧板。解：計算焊縫截面處的內(nèi)

9、力 計算焊縫截面幾何特征值： 計算焊縫強(qiáng)度 查附表得 折算應(yīng)力：角焊縫計算：例2. 設(shè)計圖示雙蓋板對接連接。已知鋼板寬a=240mm，厚度t=10mm，鋼材為Q235鋼，焊條為E43，手工焊，軸力設(shè)計值N=550KN。解：（1）確定蓋板尺寸為了保證施焊，蓋板b取為b=240mm-40mm=200mm 按蓋板與構(gòu)件板等強(qiáng)度原則計算蓋板厚度取t1=6mm(2) 計算焊縫按構(gòu)造要求確定焊角高度hft1=6mm hfmaxt1=6mm 因此取hf=6mm若只設(shè)側(cè)面角焊縫，則每側(cè)共有四條焊縫，每條角焊縫長度為取 所需蓋板全長 若采用三面圍焊，則端縫承載力為每條焊縫的長度為：取 所需蓋板全長普通螺栓連接計

10、算：例3兩截面為-40012的鋼板，采用雙蓋板，C級普通螺栓拼接，螺栓采用M20，鋼板為Q235，承受軸心拉力設(shè)計值N=870KN，試設(shè)計此連接。（ ）解：（1）選定連接蓋板截面采用雙蓋板截面，強(qiáng)度不低于被連接構(gòu)件，故選截面為-4006，Q235鋼。（2）計算所需螺栓數(shù)目和排列布置 單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值： 單個螺栓抗壓承載力設(shè)計值為： 取n=12(3)驗算連接板件的凈截面強(qiáng)度連接鋼板與蓋板受最大內(nèi)力相同，均為N，且兩者在最大內(nèi)力處的材料、凈截面均相同。按螺栓孔徑d0=21.5mm計算（不滿足要求）第四章：軸心受力構(gòu)件（一）教學(xué)內(nèi)容1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式；2軸心受拉構(gòu)件的受力性能和計

11、算；3軸心受壓構(gòu)件的受力性能和整體穩(wěn)定計算；4軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定計算；5實腹式軸心壓桿的截面設(shè)計；6格構(gòu)式軸心壓桿設(shè)計；7柱頭的構(gòu)造設(shè)計；8柱腳設(shè)計。（二）重點掌握知識點1. 軸心受力構(gòu)件正常工作的基本要求：滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性條件2掌握軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度設(shè)計準(zhǔn)則和計算方法3了解軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲，扭轉(zhuǎn)屈曲，彎扭屈曲臨界力的確定方法4掌握軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定設(shè)計準(zhǔn)則，影響軸心受壓桿整體穩(wěn)定的因素及規(guī)范采用的設(shè)計方法5影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的因素有哪些？長細(xì)比是主要影響因素，除此之外還分別有：構(gòu)件初始缺陷、加工制作過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、桿件軸線的初始彎曲及軸向力的初始偏心等因素

12、。6建立薄板穩(wěn)定的基本概念；掌握由薄板臨界力導(dǎo)出的實腹式軸心受壓構(gòu)件腹板，翼緣保證局部穩(wěn)定的寬厚比限值7掌握實腹式軸心壓桿的截面設(shè)計方法和柱身構(gòu)造要求8掌握格構(gòu)式軸心壓桿對虛軸的換算長細(xì)比的概念；掌握格構(gòu)式軸心壓桿的截面設(shè)計、綴件設(shè)計及柱身構(gòu)造要求9掌握柱頭、柱腳的構(gòu)造，會分析柱頭、柱腳的傳力并正確計算例：某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖所示。柱的上、下端均為鉸接，柱高4.2m，承受的軸心壓力設(shè)計值為1000kN，鋼材為Q235，翼緣為火焰切割邊，焊條為E43系列，手工焊。試驗算該柱是否安全。 第五章 受彎構(gòu)件（一）教學(xué)內(nèi)容1梁的種類、截面型式和應(yīng)用；2梁的強(qiáng)度、剛度計算；3梁的整體穩(wěn)定的

13、概念和驗算；4梁的局部穩(wěn)定驗算、加勁肋的設(shè)置；5型鋼梁的設(shè)計；6焊接梁的設(shè)計；（二）重點掌握知識點 1梁的類型按彎曲變形狀況分： 單向彎曲構(gòu)件和雙向彎曲構(gòu)件按支承條件分： 簡支梁 連續(xù)梁 懸臂梁 按截面構(gòu)成方式分：實腹式截面梁，空腹式截面梁和組合梁 2梁的強(qiáng)度、剛度計算；3型鋼梁設(shè)計要求：滿足強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定要求例：圖示簡支梁，不計自重，Q235鋼，不考慮塑性發(fā)展，密鋪板牢固連接于上翼緣，均布荷載設(shè)計值為45kN/m，荷載分項系數(shù)為1.4，f=215N/mm2。問是否滿足正應(yīng)力強(qiáng)度及剛度要求，并判斷是否需要進(jìn)行梁的整體穩(wěn)定驗算。已知：解：（1）正應(yīng)力強(qiáng)度驗算 梁的跨中最大彎矩為： 所以，正

14、應(yīng)力強(qiáng)度滿足。（2） 剛度驗算所以，剛度滿足要求。（3） 整體穩(wěn)定性驗算由于密鋪板牢固連接于上翼緣，所以不必進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算。第六章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件（一）教學(xué)內(nèi)容：1.拉彎和壓彎構(gòu)件的應(yīng)用及其破壞形式2.拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計算3.壓彎構(gòu)件平面內(nèi)、外的穩(wěn)定計算平面內(nèi)的失穩(wěn)現(xiàn)象；平面內(nèi)的彈性性能；平面內(nèi)的承載能力；平面內(nèi)穩(wěn)定的實用計算公式；平面外的實用計算公式。（二）重點掌握知識點1壓彎構(gòu)件的破壞形式： （1）強(qiáng)度破壞； （2）在彎矩作用的平面內(nèi)發(fā)生彎曲失穩(wěn)破壞； （3）在彎矩作用的平面外發(fā)生彎曲失穩(wěn)破壞；（4）局部失穩(wěn)破壞2.拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計算；3.壓彎構(gòu)件平面內(nèi)的穩(wěn)定實用計算；4.

15、腹式壓彎構(gòu)件平面外的穩(wěn)定實用計算；例：某雙軸對稱焊接工字型截面壓彎構(gòu)件，其受力狀態(tài)、支撐布置和截面尺寸如圖所示。承受的荷載設(shè)計值為，跨中橫向集中力為。構(gòu)件長度，材料用Q235BF鋼。試校核截面的強(qiáng)度、剛度。解：跨中截面：（1）截面幾何特征：在彎矩作用平面內(nèi)：翼緣板為剪切的焊接工字型截面，對x軸屈曲時屬b類截面，對y軸屈曲時屬c內(nèi)截面。Q235鋼的強(qiáng)度設(shè)計值（2）強(qiáng)度驗算：，故滿足要求。（3）剛度驗算長細(xì)比： 構(gòu)件的最大長細(xì)比滿足要求。第七章 屋蓋結(jié)構(gòu)（一）教學(xué)內(nèi)容 1鋼屋蓋的組成； 2屋蓋支撐的種類、作用和布置原則； 3檁條的型式和設(shè)計； 4普通鋼屋架的設(shè)計，繪制施工圖。（二）重點掌握知識點1

16、鋼屋蓋的組成及分類；2常用屋架的形式；（1）無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系的特點：在屋架上直接放置鋼筋混凝土大型屋面板，其上鋪設(shè)保溫層和防水層，荷載通過大型屋面板直接傳給屋架。 （2）有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系的特點：在屋架上設(shè)置檁條，檁條上鋪設(shè)壓型鋼板、石棉瓦等輕型屋面材料，荷載通過檁條傳給屋架。3屋蓋支撐的種類與作用；屋蓋支撐：當(dāng)鋼屋蓋以平面桁架為主要承重構(gòu)件時，各平面桁架要用各種支撐及縱向桿件連成一個空間幾何不變的整體結(jié)構(gòu)，才能承受荷載，這些支撐和系桿統(tǒng)稱屋蓋支撐，由上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐及系桿組成。4鋼檁條設(shè)計檁條計算：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、剛度5 鋼屋架設(shè)計6 節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)

17、構(gòu)考試試題（一）班級： 姓名： 學(xué)號一、填空題1.建筑鋼材的破壞形式有 2.鋼材按化學(xué)成分可分為 3.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有 4.焊縫按連接構(gòu)件之間的相對位置分為 5.軸心受力構(gòu)件在荷載作用下能正常工作的基本要求分別是 6.鋼梁按制作方法可分為 和 7.常用屋架形式有： 8.目前鋼結(jié)構(gòu)的除銹方法有 9.結(jié)構(gòu)的可靠性是指 二、簡答題1.什么是鋼材的時效硬化，什么是冷作硬化？他們對鋼材性能有什么影響？2.鋼材有哪些主要的力學(xué)性能指標(biāo)？它們各用來衡量鋼材在哪方面的性能？3.鋼屋架有哪幾種支撐？分別說明各自的作用？三、焊縫連接計算焊接工字形梁（如圖所示）在板與翼緣處設(shè)置一條工廠拼接的對接焊縫，拼接處承

18、受的M=150kNm , V=350kN ,試驗算拼接的對接焊縫。已知鋼材為Q235，采用E43型焊條，手工焊，施焊時采用引弧板。（ ）四、螺栓連接計算（15分） 兩截面為-36012的鋼板，采用雙蓋板，C級普通螺栓拼接，螺栓采用M20，鋼板為Q235，承受軸心拉力設(shè)計值N=850KN，試設(shè)計此連接。（ ）鋼結(jié)構(gòu)考試試題一答案一、填空題：1. 塑性破壞和脆性破壞 2. 碳素鋼和低合金鋼3. 焊接連接，鉚釘連接，螺栓連接4. 平接，搭接，T型連接和角接5. 強(qiáng)度要求，剛度要求，穩(wěn)定性要求6. 型鋼梁和組合梁7. 平行弦屋架，三角形屋架和梯形屋架8. 水冷卻法，屏蔽法，水噴淋法（涂抹防火涂料）9.

19、 安全性，適用性，耐久性二、簡答題：1.時效硬化：是指軋制鋼材放置一段時間后，其力學(xué)性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。剛才經(jīng)過時效硬化，其強(qiáng)度提高，其塑性和韌性則降低。 冷作硬化：又稱鋼材的應(yīng)變硬化，是指根據(jù)鋼材在拉伸過程中表現(xiàn)得力學(xué)性能，將鋼材在使用前進(jìn)行加載超過屈服點后再卸載，使鋼材的彈性提高，塑性降低。因此鋼材的冷作硬化能提高鋼材的強(qiáng)度，但降低鋼材的塑性和韌性。2.性能指標(biāo)有：屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，伸長率，冷彎性能，沖擊韌性和可焊性（1）屈服強(qiáng)度作為衡量承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志，（2）抗拉強(qiáng)度是衡量鋼材強(qiáng)度的一項重要指標(biāo)（3）伸長率主要衡量鋼材塑性性質(zhì)（4）冷彎性能是衡量鋼材綜合性能的指標(biāo)（5）沖擊韌性使

20、衡量鋼材強(qiáng)度，塑性及材質(zhì)的一項綜合指標(biāo)3.鋼屋架的支撐分為：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐和系桿等五種（1）上弦橫向水平支撐的作用是減小屋架上弦出平面的計算長度，提高上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定性，并作為山墻抗風(fēng)柱的上部支撐點，保證山墻風(fēng)荷載的可靠傳遞。（2）下弦橫向水平支撐的作用是承受并傳遞風(fēng)荷載和地震引起的水平力減小下弦計算長度，提高承載力。（3）下弦縱向水平支撐的作用是與橫向支撐形成封閉的支撐系統(tǒng)，以提高房屋的整體空間剛度。（4）垂直支撐的作用是使相鄰兩屋架形成空間幾何不變體系，以保證屋架在使用和安裝時的整體穩(wěn)定。（5）系桿作用是保證無支撐處屋架的穩(wěn)定，傳遞水平荷載，

21、并減小屋架上下弦平面外的計算長度，在安裝過程中起架立屋架的作用。三、（1）計算焊縫截面幾何特征值 （2）計算焊縫強(qiáng)度： 則（10分） 折算應(yīng)力 ： 四、（1）計算所需螺栓數(shù)目和排列布置 單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值： 取n=12(2)驗算連接板件的凈截面強(qiáng)度（6分）（不滿足要求）鋼結(jié)構(gòu)考試試題（二）一、填空題1.建筑鋼材的破壞形式有 2.鋼材按用途可分為 3.鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有 4.角鋼與連接板的連接方式有 5.高強(qiáng)度螺栓根據(jù)受力性能不同，可分為 6.鋼屋架結(jié)構(gòu)由 等構(gòu)件組成7.檁條通常為雙向彎曲構(gòu)件，其形式主要有 8.目前提高鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的主要方法有 二、簡答題1.作為建筑鋼材應(yīng)滿足哪些性能要求？2.對接焊縫施焊時為什么要采用引弧板？3.簡述型鋼梁的設(shè)計步驟三、計算題1.設(shè)計圖示雙蓋板對接連接。已知鋼板寬a=240mm，厚度t=10mm，鋼材為Q235鋼，焊條為E43，手工焊，軸力設(shè)計值N=600KN。2. 兩截面為-40014的鋼板，采用雙蓋板，C級普通螺栓拼接，螺栓采用M20，鋼板為Q235，承受軸心拉力設(shè)計值N=920KN，試設(shè)計此連接。（ ）鋼結(jié)構(gòu)考試試題（二）答案一、填空題：1.彈性破壞，塑性破壞 2.