鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革研討論文

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革研討論文第一篇：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革研討論文摘要：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程是高等學(xué)校土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本文通過一系列的教學(xué)改革，讓學(xué)生在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論，同時(shí)有效地提高學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用的能力，為培養(yǎng)專業(yè)的土木工程人才做準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理；教學(xué)改革；學(xué)生一、課程目前教學(xué)現(xiàn)狀鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程是高等學(xué)校土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，該課程是在已有結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論的理解和掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用的能力，是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的應(yīng)用性學(xué)科。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程具有內(nèi)容豐富、構(gòu)造形式復(fù)雜、與工程實(shí)際聯(lián)系密切、工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。按照現(xiàn)行本科教學(xué)大綱的要求，鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的學(xué)時(shí)較少，教師課堂教學(xué)的時(shí)間主要用于對鋼結(jié)構(gòu)基本理論知識的講解，沒有足夠的時(shí)間加強(qiáng)學(xué)生的力學(xué)知識，并把理論知識應(yīng)用于實(shí)踐。筆者在多年的教該門課程的公式、圖表、規(guī)范條文較多，具有很強(qiáng)的綜合性、技術(shù)性目前學(xué)生接觸的大多數(shù)建筑物都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)建筑比較陌生，雖然在結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中安排有參觀實(shí)習(xí)，但一般參觀實(shí)習(xí)的課時(shí)非常有限，這就使學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)識較少，造成學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中沒有直觀印象，學(xué)習(xí)困難。如何盡可能在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，幫助學(xué)生牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本理論，同時(shí)有效地提高學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用的能力，是鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)研究的重要課題。這對學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)社會對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的健康發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。二、課程改革理念及思路鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的改革，將通過合理安排學(xué)時(shí)，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)并重，培養(yǎng)學(xué)生在牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)基本理論的同時(shí)，具備將理論知識運(yùn)用于工程實(shí)踐的能力。改革將從以下幾個(gè)方面著手。（一）教學(xué)內(nèi)容改革由于鋼結(jié)構(gòu)課程課時(shí)較少，教學(xué)內(nèi)容多，涉及面廣，因此，教學(xué)中要精簡內(nèi)容，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)知識，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行講解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。同時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)充教材中沒有的新知識和學(xué)科前沿動態(tài)信息，拓寬學(xué)生視野。精簡、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)知識，講透難點(diǎn)知識，避免教學(xué)資源的浪費(fèi)。而精簡鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，并不是一味地減少教學(xué)內(nèi)容，有些內(nèi)容要減，有比如鋼與混凝土組成的組合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容教材涉及較少，而其工程實(shí)用性又較強(qiáng)，所以應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充這方面工程結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容。另外，教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)本學(xué)科科學(xué)研究的新信息和最新成果，充分反映學(xué)科前沿的動態(tài)，注重對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如在鋼結(jié)構(gòu)課程講授過程中，可簡單介紹一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)新方法和新技術(shù)，例如門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法等。（二）教學(xué)方法改革提高課程教學(xué)效率，組織好課堂理論教學(xué)。（1）把握教材，提煉知識點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與先修課程如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程有一定聯(lián)系。為了在有限的時(shí)間內(nèi)，完成既定的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)二者并重的目標(biāo)，教師必須強(qiáng)調(diào)教學(xué)重點(diǎn)，提煉知識點(diǎn)。例如鋼材力學(xué)性能及指標(biāo)，建筑材料和材料力學(xué)課程中都有講授，教師可以將這一節(jié)的課程重點(diǎn)放在引起鋼材脆性破壞的因素、鋼材的疲勞破壞及如何選用鋼結(jié)構(gòu)材料上，這對學(xué)生日后實(shí)踐應(yīng)用有很大幫助。又如，鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方教師只需要強(qiáng)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)表達(dá)式與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)表達(dá)式的異同，既幫助學(xué)生復(fù)習(xí)了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公式，又加強(qiáng)了學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公式的理解。（2）準(zhǔn)備工程案例。同理論內(nèi)容配套的工程案例是課程講解的重要組成部分。恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐梢詷O大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識的興趣，對學(xué)生增強(qiáng)理論理解，提高解決工程實(shí)際問題的能力至關(guān)重要。例如在鋼結(jié)構(gòu)材料一章，教師可遵循概念講解—工程事故案例分析—工程注意事項(xiàng)的講解步驟。例如可以引用某鋼廠冶煉車間橋式吊車梁疲勞破壞事故，教師可先講解疲勞破壞的特征，然后再講解疲勞破壞工程事故的調(diào)查檢測、事故原因分析和總結(jié)。此案例中涉及吊車梁的選材、鋼材的材料缺陷、鋼材的材料校核及鋼材的疲勞等內(nèi)容。通過這個(gè)案例，學(xué)生不僅加強(qiáng)了對鋼材這種與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工程案例可以貫穿理論教學(xué)的整個(gè)過程，深入淺出的講解能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐能力的提高。（3）課件編寫。課件的編寫應(yīng)文字簡練，條理清楚。教師可將重點(diǎn)放在圖表、規(guī)范條文和工程實(shí)例圖片上，同時(shí)應(yīng)減少繁冗的文字描述，以提高教學(xué)效率。學(xué)生普遍感覺鋼結(jié)構(gòu)難學(xué)之處是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接的構(gòu)造抽象難懂。教師可以利用多媒體軟件模擬焊接的連接、梁柱構(gòu)增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。（4）課堂例題和課后習(xí)題。例題和習(xí)題可采用兩類，一類是結(jié)合材料力學(xué)和規(guī)范公式的機(jī)械套用題目，另一類是與工程實(shí)際結(jié)合的綜合應(yīng)用習(xí)題。機(jī)械套用公式的例題著重講解原理，可加強(qiáng)學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)基本理論知識的理解。而涉及綜合應(yīng)用的習(xí)題，則緊密結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范重點(diǎn)講解設(shè)計(jì)過程，提高學(xué)生處理工程實(shí)際問題的能力。組織實(shí)踐教學(xué)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括鋼結(jié)構(gòu)認(rèn)識（生產(chǎn)）實(shí)習(xí)、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)方面。以加深對鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識。土木工程專業(yè)實(shí)習(xí)的內(nèi)容涉及鋼結(jié)構(gòu)制作及鋼結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)識，教師可現(xiàn)場講解鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、制作過程。在現(xiàn)場認(rèn)識鋼結(jié)構(gòu)體系的前提下，教師可進(jìn)一步作輕鋼結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系的講解。課程設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)安排在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程結(jié)束之后一周進(jìn)行，是鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的主要實(shí)踐性環(huán)節(jié)之一。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的題目可采用平臺鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。教師在教學(xué)方式上，可將一周的集中課程設(shè)計(jì)分散到相應(yīng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中去。如在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中，講到“梁的設(shè)計(jì)”一章，教師可以提前講授平臺鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)板、柱及支撐的結(jié)構(gòu)布置，并完成平臺梁的荷載計(jì)算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算及平臺梁的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。在課程進(jìn)行到軸壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)的章節(jié)時(shí)，教師可指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)完成平臺柱的設(shè)計(jì)。之后根據(jù)理論教學(xué)進(jìn)程，學(xué)生可依次完成梁柱節(jié)點(diǎn)、柱腳及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生在逐步完成作業(yè)的同時(shí)，建立了牢固的工程整體概念，提高了將理論知識運(yùn)用于工程實(shí)際的能力，可取得良好的教學(xué)效果。學(xué)生的計(jì)算和應(yīng)用能力得到了很好的培養(yǎng)和鍛煉。畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練可進(jìn)一步提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，為走向工作崗位做好準(zhǔn)備。（三）課堂教學(xué)方式改革鋼結(jié)構(gòu)課程之前的課堂教學(xué)模式以PPT教學(xué)為主，學(xué)生注意力不容易集中。在改革后的課堂教學(xué)模式中，將以教師講課為主，以板書模型等，可通過PPTPPT的直觀認(rèn)識相結(jié)合，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握。另外，課堂練習(xí)是鋼結(jié)構(gòu)課程必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂練習(xí)將以工程實(shí)例為原型，向?qū)W生講解工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論知識。（四）建立成績評定系統(tǒng)改變以往傳統(tǒng)的期末考試成績評定方式。采用過程考核和期末考試的形式，最終的成績由該兩部分組成：第一部分采用閉卷考試的形式，主要考查學(xué)生對基本理論知識的掌握情況，占總成績的70二部分考核主要為平時(shí)表現(xiàn)，主要考核學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用和應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決具體問題的能力。通過詳細(xì)記錄學(xué)生平時(shí)的出勤，對學(xué)生作業(yè)完成情況及課堂回答問題的情況進(jìn)行考核。三、結(jié)語鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程改革，通過以上結(jié)合工程實(shí)踐的教學(xué)方法，教師可以在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，致力于培養(yǎng)“基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐能力強(qiáng)”的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工專業(yè)人才。同時(shí)，學(xué)生基本理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐學(xué)習(xí)并進(jìn)，在牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)基本理論的同時(shí)，學(xué)習(xí)將理論知識運(yùn)用于工程實(shí)踐，為成為適應(yīng)當(dāng)代社會發(fā)展需求的專業(yè)人才而努力。第二篇：《鋼結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究《鋼結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究摘要：先對當(dāng)前《鋼結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)前社會需要及企業(yè)對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的要求，遵循學(xué)生職業(yè)發(fā)展規(guī)律，對鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方法進(jìn)行初步探索。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)現(xiàn)狀；改革措施Abstract：Thefirstofthe“SteelStructure”Courseofthecurrentstatusoftheanalysis，combinedwiththecurrentneedsofthecommunityandthebusinessrequirementsofsteelprofessionals，studentsfollowthedevelopmentofthelawofoccupation，ofsteelstructureteachingmethodpreliminaryexploration.Keywords：Steel；teachingstatusquo；reformmeasures當(dāng)前，我國隨著鋼產(chǎn)量的逐年增長，鋼結(jié)構(gòu)使用范圍和發(fā)展趨勢也將更加寬廣?！朵摻Y(jié)構(gòu)》課程是土木工程專業(yè)的專業(yè)必修課之一，是一門理論和實(shí)踐性較強(qiáng)的應(yīng)用課程。本課程主要知識包括材料、連接、節(jié)點(diǎn)性能、軸壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件的承載能力計(jì)算方法和原理。由于課程知識內(nèi)容多，涉及的相關(guān)規(guī)范條文多，理論應(yīng)用性強(qiáng)，而學(xué)生平時(shí)生活、學(xué)習(xí)中接觸的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體又有限，缺乏一定的認(rèn)識感，學(xué)好鋼結(jié)構(gòu)比較困難。下面先對鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行小結(jié)，然后針對現(xiàn)狀提出幾點(diǎn)改進(jìn)措施。鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀培養(yǎng)目標(biāo)不明確當(dāng)前，很多高校的人才培養(yǎng)方案雖然有所不同，但《鋼結(jié)構(gòu)》實(shí)際教學(xué)過程中差別不大，甚至直接采用211、985院校的教材教學(xué)，沒有一本適合自己學(xué)校校情的鋼結(jié)構(gòu)教材，最終的區(qū)別只是課時(shí)的比例和內(nèi)容有所刪減。教學(xué)目標(biāo)很不明確，教學(xué)設(shè)計(jì)適應(yīng)性不強(qiáng)，影響教學(xué)質(zhì)量。課程體系建設(shè)重視度不夠在土木工程專業(yè)中，“大土木”的核心課程體系主要是鋼筋混凝土和土木工程施工，而鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中一直作為一門輔助課來學(xué)習(xí)。加之學(xué)生學(xué)習(xí)過程中鋼結(jié)構(gòu)課程課時(shí)比較少，最多不過80學(xué)時(shí)，而鋼結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)踐性都較強(qiáng)，沒有充足的課時(shí)保證，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐中任何一個(gè)都會導(dǎo)致學(xué)生知識體系不達(dá)標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)沒有吸引力《鋼結(jié)構(gòu)》教學(xué)中，由于知識面廣，格式復(fù)雜，講解內(nèi)容抽象，甚至有些難以用語言描述，以及鋼結(jié)構(gòu)施工圖和節(jié)點(diǎn)多，看圖識圖需要一定的空間想象，導(dǎo)致教師必須借助現(xiàn)代教學(xué)手段，例如用 PPT慕課、微視頻教學(xué)來幫助同學(xué)理解抽象知識。而傳統(tǒng)的板書和作業(yè)的教學(xué)方法很難適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)模式。鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革措施理論課教學(xué)改革首先，增加理論課的學(xué)時(shí)，課時(shí)是保證，想要在有限的課時(shí)達(dá)到教學(xué)效果，必然和培養(yǎng)合格鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才相悖。其次，鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中強(qiáng)調(diào)一下方面的能力培養(yǎng)：1）應(yīng)力集中、疲勞破壞、剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等。2）計(jì)算焊縫的焊腳尺寸，螺栓連接的計(jì)算方法。3）作為基本理論知識學(xué)習(xí)。4）門式剛架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念講給學(xué)生，確保理論設(shè)計(jì)和施工。5）培養(yǎng)施工和管理素質(zhì)。講解現(xiàn)場施工技術(shù)，識讀施工圖紙和節(jié)點(diǎn)詳圖，和培養(yǎng)學(xué)生的管理溝通能力等。實(shí)踐教學(xué)改革很多高校對鋼結(jié)構(gòu)課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)不是很重視，僅停留在表面階段，沒有達(dá)到對《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程的重視地位。而當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展突飛猛進(jìn)，體系復(fù)雜多變，例如北京鳥巢，所以學(xué)生只對簡單的型鋼構(gòu)件、排架鋼結(jié)構(gòu)、剛架鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)只是一帶而過，學(xué)生基本不有看到問題的精髓處，所以實(shí)踐的教學(xué)也需要課時(shí)作為保障。讓學(xué)生深入鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)一線，這樣通過實(shí)踐環(huán)節(jié)也加強(qiáng)理論的學(xué)習(xí)，從而達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的改革使學(xué)生能對專業(yè)知識更進(jìn)一步的認(rèn)識和理解，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識的水平。而畢業(yè)設(shè)計(jì)則是對大學(xué)所有專業(yè)課的一次大考驗(yàn)，也是加強(qiáng)實(shí)踐性的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)對培養(yǎng)實(shí)用型人才尤為重要。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)一般是屋架設(shè)計(jì)，這與現(xiàn)實(shí)情況脫節(jié)，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)題目類型和形式亟需革新。好多高校畢業(yè)設(shè)計(jì)題目竟然是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本沒有，使得學(xué)生就業(yè)失去了一些不錯(cuò)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院或施工企業(yè)，因此，有畢業(yè)將鋼結(jié)構(gòu)的題目作為備選之一，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的理論和構(gòu)造的應(yīng)用水平。結(jié)束語高校中的課程設(shè)置需要與時(shí)代接軌，適應(yīng)社會發(fā)展需要，創(chuàng)新思路，以企業(yè)為導(dǎo)向。學(xué)校的人才培養(yǎng)方案應(yīng)該接地氣，注重理論與實(shí)際操作并軌，培養(yǎng)能解決當(dāng)前實(shí)際問題的卓越工程師。從當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)的市場地位看，土木工程專業(yè)應(yīng)該加大鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)地位，不斷進(jìn)行教學(xué)革新和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能更好為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]宋高麗.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的鋼結(jié)構(gòu)課程初探[J].高等建筑教育，2010，（3）.[2]趙培蘭.鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2012，（2）.[3]胡曉玄，楊海林.高職院?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工》課程教學(xué)初探[J].價(jià)值工程，2011，（15）.[4]張晨，徐勛倩.“一人一題”教學(xué)法在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)習(xí)題課中的應(yīng)用[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版）.2010（01）2015年鋼[J].2016，（02）瑜躍.鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)開展施工總承包試點(diǎn)總結(jié)會在京召開[J].2015，（04）[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版踐[J]..2012，（01）作者簡介：胡長威，（1985.4）研究方向：組合結(jié)構(gòu)，施工管理。第三篇：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)大綱《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)大綱DesignPhilosophyofSteelStructures課程編號：421002適用專業(yè)：土木工程專業(yè) 學(xué)時(shí)數(shù)：36執(zhí)筆者：梁靖波學(xué)分?jǐn)?shù)：2編寫日期：2005年6月一、課程的性質(zhì)和目的本課程是土木工程專業(yè)的必修課，其性質(zhì)屬于專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程是一門理論性與應(yīng)用性并重的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，著重講授鋼結(jié)構(gòu)的基本理論與基本知識，使學(xué)生了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展前景；掌握鋼結(jié)構(gòu)材料的工作性能及影響鋼材性能的主要因素，能正確選用結(jié)構(gòu)鋼材；掌握鋼結(jié)構(gòu)連接的性能、受力分析與設(shè)計(jì)計(jì)算；掌握各種鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算等，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)打下必要的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)內(nèi)容第1章概述（2學(xué)時(shí)）掌握鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。了解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和方法及可靠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的含義。了解有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范。一般了解鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展概況及發(fā)展方向。重點(diǎn)：掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，理解鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。難點(diǎn)：理解鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料（4學(xué)時(shí)）了解鋼結(jié)構(gòu)對鋼材的基本要求；了解鋼材的生產(chǎn)過程；掌握鋼材的主要性能指標(biāo)及影響鋼材性能的主要因素；了解鋼結(jié)構(gòu)疲勞及影響鋼材疲勞的主要因素、疲勞計(jì)算的方法；了解鋼材的兩種破壞形式；能夠正確選用鋼材。重點(diǎn)：掌握對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求，掌握建筑鋼材的可能破壞形式及各主要因素對其影響。難點(diǎn)：各種因素對鋼材性能及鋼結(jié)構(gòu)破壞形式的影響。第3章連接（10學(xué)時(shí)）了解鋼結(jié)構(gòu)連接種類和各種連接的優(yōu)缺點(diǎn)；了解常用的焊條及焊條的選用；了解焊接連接的形式；掌握對接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算；掌握角焊縫連接的形式、構(gòu)造要求和計(jì)算；了解焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的產(chǎn)生原因及對構(gòu)件工作性能的影響；了解普通螺栓的規(guī)格、受力性能及破壞形式，掌握普通螺栓的計(jì)算；掌握高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算。重點(diǎn)：掌握焊接連接的構(gòu)造和計(jì)算，掌握普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算。難點(diǎn)：偏心力作用下連接的受力分析和計(jì)算。第4章受彎構(gòu)件的計(jì)算原理（4學(xué)時(shí)）局部承壓強(qiáng)度、折算應(yīng)力和剛度的計(jì)算方法；掌握梁整體穩(wěn)定的基本概念、簡支梁整體穩(wěn)定的計(jì)算方法及增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施；了解梁板件局部穩(wěn)定的概念、板件失穩(wěn)形式和臨界應(yīng)力；掌握加勁肋的設(shè)置原則；理解梁腹板的屈曲后強(qiáng)度的利用。重點(diǎn)：掌握梁的強(qiáng)度計(jì)算，掌握梁整體穩(wěn)定的基本概念，掌握加第5章梁的設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)）了解梁的類型及常見的截面形式，了解梁格布置和主次梁連接；掌握型鋼梁的截面選擇；了解鋼板組合梁的設(shè)計(jì)方法及計(jì)算；了解腹板加勁肋的布置和設(shè)計(jì)；掌握梁翼緣與腹板連接焊縫的設(shè)計(jì)；了解梁的拼接、變截面設(shè)計(jì)和吊車梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。重點(diǎn)：掌握型鋼梁的截面選擇，了解鋼板組合梁的設(shè)計(jì)方法及計(jì)算。難點(diǎn)：組合梁的截面選擇及計(jì)算。第6章軸心受力構(gòu)件（6學(xué)時(shí)）了解軸心受力構(gòu)件截面形式和受力性能；掌握軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度計(jì)算；掌握軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的概念；了解軸心受壓構(gòu)件的截面分類依據(jù)及影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的因素；掌握實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計(jì)算，了解格構(gòu)式軸心受了解腹板有效截面的概念。重點(diǎn)：掌握實(shí)腹式軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性計(jì)算。難點(diǎn)：軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性計(jì)算。第7章拉彎、壓彎構(gòu)件（6學(xué)時(shí)）點(diǎn)。算。三、課程教學(xué)的基本要求本課程是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性與應(yīng)用性并重的課程。在教學(xué)方法上，采用課堂講授為主，課后自學(xué)，課堂練習(xí)等教學(xué)形式。(一)課堂講授本課程在講述的過程中，教師應(yīng)盡量聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，注重物理意義，不要陷入到繁復(fù)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中。在教學(xué)中要求同學(xué)重點(diǎn)掌握基本概念、基本方法和基本規(guī)律，并詳細(xì)講授每章的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。講授中應(yīng)注意理論聯(lián)系實(shí)際，啟迪學(xué)生的思維。為便于學(xué)生對構(gòu)造的理解，可組織教學(xué)參觀、觀摩教學(xué)模型或采用多媒體輔助教學(xué)。（二）課后自學(xué)為了培養(yǎng)學(xué)生整理歸納，綜合分析和處理問題的能力，每章都安排一部分內(nèi)容，課上教師只給出自學(xué)提綱，不作詳細(xì)講解，課后學(xué)生自學(xué)。（三）習(xí)題課習(xí)題課以典型例題分析為主，并適當(dāng)安排開闊思路及綜合性的練習(xí)。（四）課外作業(yè)平時(shí)布置典型習(xí)題，以加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識的深入理解。（五）考試考試主要采用閉卷方式，考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學(xué)的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學(xué)生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運(yùn)用能力?？荚囶}型應(yīng)盡量多樣化?？傇u成績：平時(shí)作業(yè)占20%，閉卷考試占80%。四、本課程與其它課程的聯(lián)系與分工先修課程：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)。后續(xù)課程：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)五、建議教材與教學(xué)參考書［1］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》張耀春主編周緒紅副主編高等教育出版社［2］陳紹蕃主編中國建筑工業(yè)出版社［3］陳紹蕃主編中國建筑工業(yè)出版社 ［4］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ 2003）中國計(jì)劃出版社［5］中國建筑工業(yè)出版社第四篇：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)主要是指由鋼板、熱軋型鋼、薄壁型鋼或焊接型材等構(gòu)件目前，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、大跨結(jié)構(gòu)、房屋建筑、橋梁、塔桅和特種結(jié)構(gòu)中都得到廣泛采用，這是由于鋼結(jié)構(gòu)與其他材料的結(jié)構(gòu)相比有如下特點(diǎn)：建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性和韌性好強(qiáng)度高，鋼與混凝土、木材相比，雖密度較大，但其強(qiáng)度較混凝土和木材要高得多，其密度與強(qiáng)度的比值一般比混凝土和木材小，因此在同樣受力的情況下，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)件較小，質(zhì)量較輕。適用于建造跨度大、高度高和承載重的結(jié)構(gòu)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會因超載而突然斷裂，只會增大變形，因此容易被發(fā)現(xiàn)。此外，還能將局部高峰應(yīng)力重分配，使應(yīng)力變化趨于平緩。韌性好，適宜在動力荷載下工作，因此在地震區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)較為有利。鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材容重大，強(qiáng)度高，但做成的結(jié)構(gòu)卻比較輕。結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)性可用材料的質(zhì)量密度和強(qiáng)度的比值來衡量，值越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。建筑鋼材的值在之間；木材的值為；鋼筋混凝土的值約為。以同樣的跨度承受同樣的荷載，鋼屋架的質(zhì)量最多不過為鋼筋混凝土屋架的1/4～1/3，冷彎薄壁型鋼鋼屋架甚至接近1/10。重量輕，可減小基礎(chǔ)的負(fù)荷，降低地基、基礎(chǔ)部分的造價(jià)，同時(shí)還方便運(yùn)輸和安裝。材質(zhì)均勻，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材由于冶煉和軋制過程的嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動范圍小，其內(nèi)部組織比較均勻，接近各向同性，可視為理想的彈—塑性體，因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)的計(jì)算結(jié)果比較符合，在計(jì)算中采用的經(jīng)驗(yàn)公式不多，從而，計(jì)算的不確定性較小，計(jì)算結(jié)果比較可靠。鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工工期短采用焊接或螺栓連接。鋼構(gòu)件重量較輕、連接簡單、安裝方便、施工機(jī)械化程度高、施工工期短、降低造價(jià)，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。鋼結(jié)構(gòu)密封性較好鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接后，水密性和氣密性較好，適用于做要求密閉的板殼結(jié)構(gòu)，如高壓容器、大型油庫、油罐、氣柜和管道等。鋼材耐熱但不耐火鋼材受熱溫度在200℃以內(nèi)，鋼材主要性能（屈服強(qiáng)度和彈性模量）變化很小，當(dāng)溫度達(dá)到200℃以上時(shí)，強(qiáng)度逐漸下降，因此，規(guī)范規(guī)定鋼材表面溫度超過150℃時(shí)需用隔熱層加以保護(hù)。鋼材耐火性較差，在需要防火時(shí)，應(yīng)采取防火措施，如在構(gòu)件表面噴涂防火涂料等。鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差鋼材在潮濕環(huán)境中，特別是在處于有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕，耐腐蝕性能較差，因此，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)定期刷涂料加以保護(hù)。(8構(gòu)在低溫和其他條件下可能發(fā)生脆性斷裂鋼結(jié)構(gòu)在低溫和某些條件下，可能發(fā)生脆性斷裂，應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的特別注意。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍不僅取決于鋼結(jié)構(gòu)本身的特性，還取決于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況。過去由于我國鋼產(chǎn)量較低，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到了一定的限制。近年來，我國鋼產(chǎn)量有了很大的提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年鋼產(chǎn)量達(dá)到2.7億噸，2006年億噸，2008年5.02008％，是排名第2位到第4位的日本億噸）、美國億噸）俄羅斯（0.7億噸國鋼產(chǎn)量總和的1.8倍。隨著我國鋼產(chǎn)量的不斷提高，建設(shè)部在1997年頒布的《中國建筑技術(shù)政策》中提出了合理發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)政策，加以鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)手段不斷推陳出新，使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。根據(jù)我國的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍大致如下（圖1-1～1-20）：工業(yè)廠房重型車間的承重骨架，例如冶金工廠的平爐車間、初軋車間、混鐵爐車間，重機(jī)廠的鑄鋼車間、鍛壓車間，造船廠的船臺車間，飛機(jī)我國幾個(gè)著名的鋼都——首鋼、鞍鋼、包鋼、武鋼以及上海的寶鋼都有各種規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)廠房。圖1-1重型工業(yè)廠房(2)大跨結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)度高、自重輕的優(yōu)點(diǎn)，最適用于建造大跨度結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)庫、體育館、火車站、展覽廳、影劇院、會展中心等。圖1-2國家游泳中心“水立方”圖1-3國家體育場“鳥巢”圖1-4網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)圖1-5平板網(wǎng)架(3)多層和高層建筑多層和高層建筑的骨架可采用鋼結(jié)構(gòu)。近年來，鋼結(jié)構(gòu)在此領(lǐng)域已逐步得到較多應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式主要有框架、框架－支撐結(jié)構(gòu)、框筒、懸掛、巨型框架等。圖1-6金茂大廈圖圖1-7上海環(huán)球金融中心(4)輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)主要包括輕型門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)和鋼管結(jié)構(gòu)。其中門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)由于具有建造快、用鋼量省、綜合經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。目前主要用于建造工業(yè)廠房、倉庫和辦公樓等，并向住宅和別墅發(fā)展。圖1-9使用中的輕鋼廠房圖1-10興建中的輕鋼別墅圖1-11使用中的輕鋼別墅(5)高聳結(jié)構(gòu)高聳結(jié)構(gòu)包括桅桿和塔架結(jié)構(gòu)，例如輸電線路塔架、無線電廣播發(fā)射桅桿、電視播映發(fā)射塔.環(huán)境氣象塔、衛(wèi)星或火箭發(fā)射塔等。圖1-12法國埃菲爾鐵塔圖1-13多功能電視發(fā)射塔(6)板殼結(jié)構(gòu)一般對氣密性和液密性要求較高，如油庫、油罐、水塔、輸油管、輸氣管等。圖1-14興建中的油罐圖1-15使用中的油罐(7)可拆卸和移動式結(jié)構(gòu)建筑工地的生活、生產(chǎn)等臨時(shí)房屋.流動式展覽館等，這些結(jié)構(gòu)往往做成可拆卸的。移動式結(jié)構(gòu)如塔式起重機(jī)和龍門式起重機(jī)等。圖1-16鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)用房圖1-17龍門式起重機(jī)承受振動荷載影響和地震作用的結(jié)構(gòu)設(shè)有較大鍛錘的車間，其骨架直接承受的動力盡管不大，但間接的振動卻較為強(qiáng)烈，盡量采用鋼結(jié)構(gòu)。對于抗震要求較高的結(jié)構(gòu)宜采用鋼結(jié)構(gòu)。其他特種結(jié)構(gòu)如管道支架、井架和海上采油平臺等。圖1-18輸油管道支架圖1-19海上采油平臺(10)鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件和板件受壓時(shí)必須滿足穩(wěn)定性要求，往往不能充分發(fā)揮它的強(qiáng)度高的作用，而混凝土則最宜于受壓不適于受拉，將鋼材和混凝土并用，使兩種材料都充分發(fā)揮它的長處，是一種很合理的結(jié)構(gòu)。近的賽格廣場)、大跨橋梁、工業(yè)廠房和地鐵站臺柱等。主要構(gòu)件形式有鋼與混凝土組合梁、鋼骨混凝土柱和鋼管混凝土柱等。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)是由生鐵結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展起來的，中國是最早用鐵制造承重結(jié)構(gòu)的國家。遠(yuǎn)在秦始皇時(shí)代（公元前二百多年），就有了用鐵建造的橋墩，漢朝時(shí)期建造了鐵鏈懸橋；公元 58~75年建造了藍(lán)津橋；1061年（宋代）建造了湖北荊州玉泉寺鐵塔（13層），這些都表我國古代在冶金技術(shù)方面具有較高的水平。歐美等國家中最早將鐵作為建筑材料的當(dāng)屬英國，但直到1840年以前，還只是采用鑄鐵來建造拱橋。1840年以后，隨著鉚釘連接和鍛鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄鐵結(jié)構(gòu)逐漸被鍛鐵結(jié)構(gòu)取代，1846-1850年間在英國威爾士修建的布里塔尼亞橋是這方面的典型代表。隨著1855年英國人發(fā)明貝氏轉(zhuǎn)爐煉鋼法和1865年法國人發(fā)明平爐煉鋼法，以及1870年成功軋制出工字鋼之后，在工業(yè)上逐步形成了大批量生產(chǎn)鋼材的能力，強(qiáng)度高且韌性好的鋼材開始在建筑領(lǐng)域逐漸取代鍛鐵材料，在1890年以后成為金屬結(jié)構(gòu)的主要材料。20世紀(jì)初焊接技術(shù)的出現(xiàn)，以及1934年高強(qiáng)度螺栓連接的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。除逐漸發(fā)展成為全世界所接受的重要結(jié)構(gòu)體系。中國古代在金屬結(jié)構(gòu)方面雖有卓越的成就，但由于受到內(nèi)部的束縛和外部的侵略，相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展較為緩慢。即使這樣，我國工程師和工人仍有不少優(yōu)秀設(shè)計(jì)和創(chuàng)造，如1927年建成的沈陽黃姑屯車廠鋼結(jié)構(gòu)廠房， 1928～1931年建成的廣州中心紀(jì)念堂圓屋，1934～1937年建成的杭州錢塘江大橋等。新中國成立以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在重型工業(yè)廠房大跨度公共建筑、橋梁以及桅桿結(jié)構(gòu)中得到一定程度的發(fā)展。例如我國幾個(gè)大型的鋼鐵企業(yè)如鞍山和武漢等鋼廠的煉鋼、軋鋼和連鑄車間等都采用鋼結(jié)構(gòu)；在公共建筑方面年建成跨度達(dá)110m的三向網(wǎng)架上海體育館1962年建成直徑為94m的圓形雙層輻射式懸索結(jié)構(gòu)北京工人體育館館；橋梁方面， 1957年建成的武漢長江大橋和1968年建成的南京長江大橋都采用了鐵路公路兩用雙層鋼桁架橋；在塔桅結(jié)構(gòu)方面，廣州、上海等地都建造了高度超過200m的多邊形空間桁架鋼電視塔1977年北京建成的環(huán)境氣象塔是一個(gè)高達(dá)325m的5層纖繩三角形桿身的鋼桅桿結(jié)構(gòu)。改革開放以后，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)也有單層輕型廠房、體育場館、大跨度會展中心、大型客機(jī)檢修庫、大跨度公路橋梁以及海上采油平臺等都已采用鋼結(jié)構(gòu)。目前已建和在建的高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)已有30余幢，其中地上88層、地下3層、高421m的上海金茂大廈和地上10134922008年我國鋼產(chǎn)量達(dá)到5.0億噸，已連續(xù)多年高居世界各國鋼鐵年產(chǎn)量榜首。鋼材質(zhì)量及鋼材規(guī)格也已能滿足建筑鋼結(jié)構(gòu)的要求。市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與不斷成熟更為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。因此，我國鋼結(jié)構(gòu)正處于迅速發(fā)展的前期。可以預(yù)期，今后我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向主要在以下幾個(gè)方面：發(fā)展高強(qiáng)度低合金鋼材。逐步發(fā)展高強(qiáng)度低合金鋼材，除Q235鋼、Q345鋼外，Q390鋼和Q420鋼在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用尚有待進(jìn)一步研究。因?yàn)樗?jì)算的可靠度還只是構(gòu)件或某一截面的可靠度，而不是結(jié)構(gòu)體系的可靠度，同時(shí)也不適用于疲勞計(jì)算的反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮優(yōu)化理論的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及繪圖都得到很大的發(fā)展，今后還應(yīng)繼續(xù)研究和改進(jìn)。造型等方面發(fā)展。特殊造型以廣州電視塔、“央視”和“鳥巢”為代表，同時(shí)首都、武漢、白云機(jī)場以及一些現(xiàn)代化的火車站等建筑形式也開始向空間曲線、大跨度方向發(fā)展，這些都開始對鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此結(jié)構(gòu)形式的革新也是今后值得研究的課題，如索膜結(jié)構(gòu)、張弦桁架、懸掛結(jié)構(gòu)、超高層鋼結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法概述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的在于確保所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在施工和使用過程結(jié)構(gòu)不可能百分百的可靠，而只能對其作出一定的概率保證，在設(shè)計(jì)中如何對待上述問題就出現(xiàn)了不同的設(shè)計(jì)方法。早期的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，即把鋼材可以使用的最大強(qiáng)度，除以一個(gè)安全系數(shù)，作為結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)所容許達(dá)到的最大應(yīng)力——容許應(yīng)力，設(shè)計(jì)應(yīng)力必須小于或等于容許應(yīng)力，表達(dá)式為式中：——構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)力?！摬牡娜菰S應(yīng)力?！摬牡那c(diǎn)?！踩禂?shù)。容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法采用一個(gè)固定值的安全系數(shù)來衡量結(jié)構(gòu)的安全性，計(jì)算簡單但不能從定量上衡量結(jié)構(gòu)的可靠度，更不能使各類結(jié)構(gòu)的安全度達(dá)到同一水平，所以該方法對結(jié)構(gòu)可靠度的研究是處于以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析階段。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，概率論在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛和深入，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也開始由長期的定值法轉(zhuǎn)向概率設(shè)計(jì)法。在概率設(shè)計(jì)法的研究過程中，首先考慮荷載和材料強(qiáng)度的不定性，用概率的方法確定它們的取值，以經(jīng)驗(yàn)確定分項(xiàng)系數(shù)，但仍沒有將結(jié)構(gòu)的可靠度與概率聯(lián)系起來，故稱為半概率法。我國 1974年修訂的(TJ17—1974)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》就是這樣決定的。與前面容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法別在于它對影響結(jié)構(gòu)可靠度的各種因素，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，并結(jié)合我國幾十年來積累的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和各種資料，進(jìn)行多系數(shù)分析，求出單一的安全系數(shù)．其表達(dá)式為：式中：——鋼材的屈服點(diǎn)?！奢d系數(shù)?！牧舷禂?shù)。——調(diào)整系數(shù)?！踩禂?shù)。概率設(shè)計(jì)法的研究，在20世紀(jì)60年代末期有了重大突破，提出了以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，該方法簡化了基本變量隨時(shí)間變化極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。完全的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，即全概率設(shè)計(jì)法，目前尚不具備條件。隨著分析理論的發(fā)展和各種技術(shù)資料的豐富與積累，我國還將不斷地完善鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法結(jié)構(gòu)的功能要求規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：(1)在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如地震、火災(zāi)、爆炸、撞擊等）時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性。上述“各種作用”是指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的各種原因，如施加在結(jié)構(gòu)上的集中荷載或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，例如地震、地基沉降、溫度變化等。結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力，稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠度是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。對結(jié)構(gòu)可靠度的要求與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長短有關(guān)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長，可靠度要求就高，反之則低。一般建筑物的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與不可靠的界限，故也可稱為“界限狀態(tài)”。我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱GB50017規(guī)范或規(guī)范）按下列二類極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系和結(jié)構(gòu)傾覆。使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫）。承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)相比較，前者可能導(dǎo)致人身傷亡和大量財(cái)產(chǎn)損失，故其出現(xiàn)的概率應(yīng)當(dāng)很低，而后者對生命的危害較小，允許出現(xiàn)的概率相對承載能力極限狀態(tài)高一些，但仍應(yīng)給予足夠的重視。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理設(shè)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)采用下列極限狀態(tài)方程描述：式中：——結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；當(dāng)僅有作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本變量時(shí)，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表為：由于R和S都是隨機(jī)變量，其函數(shù)Z數(shù)Z定值設(shè)計(jì)法認(rèn)為R和S都是確定性的變量，結(jié)構(gòu)只要按0設(shè)計(jì)，并賦予一定的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)就是絕對安全的。事實(shí)并非如此，由于的隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)失效事故仍時(shí)有發(fā)生。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的失效概率可表示為：設(shè)R和S的概率統(tǒng)計(jì)值均服從正態(tài)分布，可分別算出它們的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，則功能函數(shù)也服從正態(tài)分布，它的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為:圖1-21示功能函數(shù)為正態(tài)分布的概率密度曲線。圖中由-∞到0的陰影面積表示Z<0的概率，即失效概率，需采用積分法求得。由圖1-21中可見，在正態(tài)分布的概率密度曲線中存在著Z的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的下述關(guān)系：令由圖中可以看出兩個(gè)具有相同平均值，不同標(biāo)準(zhǔn)差的功能函數(shù)z1和z2的β間有如下關(guān)系，或，而，說明β值與失效概率存在著對應(yīng)關(guān)系：式中——標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。式(1-10)說明，只要求出β就可獲得對應(yīng)的失效概率(而可靠度)，故稱β為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度指標(biāo)。與可靠度指標(biāo)β的對應(yīng)關(guān)系見表1-1。表1-1失效概率與可靠指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系將式(1-6)和(1-7)代入式(1-9)有：當(dāng)R和S們的當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差代入公式(1-11)來計(jì)算。當(dāng)功能函數(shù)Z為非線性函數(shù)時(shí)，可將此函數(shù)展為泰勒級數(shù)而取其線性項(xiàng)計(jì)算β。由于β慮Z結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)采用的可靠指標(biāo)，可根據(jù)對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度分析(所謂校準(zhǔn)法)，并考慮使用經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)因素等確定。我國《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068)規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，不應(yīng)小于表1-2的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)各種構(gòu)件，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，經(jīng)校準(zhǔn)分析，其β值在3.2屬延性破壞，故總體安全等級為二級。表1-2結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)表達(dá)式現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范除疲勞計(jì)算外，均采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，這里的分項(xiàng)系數(shù)不是憑經(jīng)驗(yàn)確定，而是以可靠度指標(biāo)β為基礎(chǔ)用概率設(shè)計(jì)法求出。1、承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式為了應(yīng)用簡便并符合人們長期已熟悉的形式，可將公式(1-11)做如下變換：《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值以及各種分項(xiàng)系數(shù)等表達(dá)。作用分項(xiàng)系數(shù)（包括荷載分項(xiàng)系數(shù)）和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中基本變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布類型，以及表1-2規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)，通過計(jì)算分析，并考慮工程經(jīng)驗(yàn)確定?？紤]到施加在結(jié)構(gòu)上的可變荷載往往不止一種，這些荷載不可能同時(shí)達(dá)到各自的最大值，因此，還要根據(jù)組合荷載效應(yīng)分布來確定荷年限并考慮工程經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合（考慮如火災(zāi)、爆炸、撞擊、地震等偶然事件的組合）。基本組合在荷載（作用）效應(yīng)的基本組合條件下，式(1-13的以基本變量標(biāo)準(zhǔn)值、分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù)，并以應(yīng)力形式表達(dá)的極限狀態(tài)公式。其荷載效應(yīng)的基本組合按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中的最不利值確定：由永久荷載效應(yīng)控制的組合，仍按式(1-15)進(jìn)行計(jì)算。式中：——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對安全等級為一級或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)。構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對安全等級為二級或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對安全等級為三級或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；對使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.95；——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；——起控制作用第一個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；——其他第i力；——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí)取1.2(1-15)則取。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承1.00.9；——第一個(gè)和其他第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)1.4（當(dāng)樓面活荷載大于4.0KN/m21.3）；0；——第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)，可按荷載規(guī)范的規(guī)定采用；——簡化式中采用的荷載組合值系數(shù)，一般情況下可采用0.9；當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)，取為1.0；——鋼材或連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，各種鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值見附錄1。偶然組合對于偶然組合，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇?，具體的設(shè)計(jì)表達(dá)式及各種系數(shù)，應(yīng)符合專門規(guī)范的規(guī)定。2、正常使用極限狀態(tài)表達(dá)式對于正常使用極限狀態(tài)，按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等設(shè)計(jì)不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，其設(shè)計(jì)式為：式中——永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；——起控制作用的第一個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；的變形值；——其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值，第五篇：面向建筑工程專業(yè)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革探討面向建筑工程專業(yè)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革探討【摘要】《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》是《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》的后續(xù)課程，是聯(lián)系理論與實(shí)踐的紐帶。本文通過教師備課、教學(xué)方法以及考核方式等方面進(jìn)行提高《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)質(zhì)量的探討，為培養(yǎng)高素質(zhì)的綜合應(yīng)用型專業(yè)人才提供參考?！娟P(guān)鍵詞】高等學(xué)校；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革0引言我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)起步較晚，但經(jīng)過20年的迅速發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)已在大型公共建筑、民用建筑、工業(yè)建筑以及大跨橋梁結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如大型體育場館、機(jī)場航站樓、火車站、工業(yè)廠房、輕鋼建筑等。伴隨著建筑節(jié)能和建設(shè)節(jié)約型社會的需要，鋼結(jié)構(gòu)作為綠色建筑的新興行業(yè)，其發(fā)展的步伐更是突飛猛進(jìn)。目前，鋼結(jié)構(gòu)人才加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的培養(yǎng)成為高等院校培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)人才的一個(gè)重要方向。《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》[1