钢结构设计原理全解
钢结构设计原理
第一章——绪论1、钢材优点：质量轻强度高；塑性韧性好；材质均匀；工业化程度高工期短；抗震性能好；密闭性好；绿色环保。
缺点：防火性耐腐蚀性差；稳定问题突出；造价高2、钢结构的工程应用：大跨度结构；高层建筑钢结构；工业厂房钢结构；高耸钢结构；桥梁钢结构；板壳钢结构；索膜结构；移动钢结构；钢砼组合结构第二章——钢结构材料1、力学性能：强度、塑性（破坏前产生塑性变形，伸长率和截面收缩率）冷弯性能（塑性变形时抵抗产生裂纹。
是判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标）抗冲击韧性（冲击荷载下抵抗脆性断裂）2、钢材强度：弹性阶段；屈服阶段；强化阶段；颈缩阶段。
屈服阶段波动曲线的下限为屈服荷载相应的应力为屈服点或流限，反映强度；应变幅度为流幅，越大塑性越好。
3、破坏状态：塑性破坏（构件应力超过屈服点并达到抗拉极限强度产生明显塑性变形断裂）；脆性破坏（破坏前无明显变形，平均应力低于抗拉极限强度甚至低于屈服点。
产生原因：裂纹材料韧性钢材化学成分冶金缺陷钢板厚度加载速度应力性质大小最低使用温度连接方法应力集中等。
）疲劳破坏（连续反复荷载作用下，应力远低于极限强度甚至低于屈服强度）4、影响钢材性能因素：化学成分（C主要来源，随其含量增加强度增加塑性可焊性抗腐蚀性降低S O有害热脆性P N有害元素杂质冷脆性，抗腐蚀能力提高可焊性降低Mn合金元素弱脱氧剂Si合金元素强脱氧剂）生产工艺（因脱氧程度不同分为沸腾、镇静、半镇静和特殊镇静钢）；钢材硬化（时效、应变和应变时效硬化）温度影响（温度不超过200℃性能变化不大；达250℃抗拉强度提高塑性韧性下降产生裂缝，蓝脆现象；超300℃屈服点极限强度明显下降；达600℃强度几乎为零，冷脆现象）应力集中5、钢材分类：碳素结构钢、低合金钢、优质碳素结构钢、优质钢丝绳和建筑结构用钢板6、Q235AF：屈服强度为235N|mm2 A级沸腾钢（AB级为F或Z，C级只为Z，D级只为TZ，E级为TZ）7、热轧钢板：宽*厚*长；等肢角钢L肢宽度*肢厚度；不等肢角钢L长肢宽度*短肢宽度*肢厚度；热轧H 型钢（宽翼缘H型钢HW、中翼缘H型钢HM、窄翼缘H型钢HN）高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度。
钢结构的设计原理和常见错误做法
钢结构的设计原理和常见错误做法钢结构的设计原理和常见错误做法钢结构是主要由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。
结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。
因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。
钢结构设计原理(1) 将预埋的插筋清理干净，按1：6调整其保护层厚度符合规范要求。
先绑2～4根竖筋，并画好横筋分挡标志，然后在下部及齐胸处绑两根横筋定位，并画好竖筋分档标志。
一般情况横筋在外，竖筋在里，所以先绑竖筋后绑横筋，横竖筋的间距及位置应符合设计要求。
(2) 墙筋为双向受力钢筋，所有钢筋交叉点应逐点绑扎，竖筋搭接范围内，水平筋不少于三道。
横竖筋搭接长度和搭接位置，符合设计图纸和施工规范要求。
(3) 双排钢筋之间应绑间距支撑和拉筋，以固定钢筋间距和保护层厚度。
支撑或拉筋可用φ6和φ8钢筋制作，间距600mm左右，用以保证双排钢筋之间的距离。
(4) 在墙筋的外侧应绑扎或安装垫块，以保证钢筋保护层厚度。
(5) 为保证门窗洞口标高位置正确，在洞口竖筋上画出标高线。
门窗洞口要按设计要求绑扎过梁钢筋，锚入墙内长度要符合设计及规范要求。
(6) 各连接点的抗震构造钢筋及锚固长度，均应按设计要求进行绑扎。
(7) 配合其他工程安装预埋管件、预留洞口等，其位置、标高均应符合设计要求。
2、顶板钢筋绑扎(1) 清理模板上的杂物，用墨斗弹出主筋，分布筋间距。
(2) 按设计要求，先摆放受力主筋，后放分布筋。
绑扎板底钢筋一般用顺扣或八字扣，除外围两根筋的相交点全部绑扎外，其余各点可交错绑扎(双向板相交点须全部绑扎)。
如板为双层钢筋，两层筋之间须加钢筋马凳，以确保上部钢筋的位置。
(3) 板底钢筋绑扎完毕后，及时进行水电管路的敷设和各种埋件的预埋工作。
(4) 水电预埋工作完成后，及时进行钢筋盖铁的绑扎工作。
绑扎时要挂线绑扎，保证盖铁两端成行成线。
钢结构设计基本原理
钢结构设计基本原理
1.强度原理
钢结构设计的首要原则是满足结构的强度要求。
强度主要包括抗弯强度、抗剪强度和抗轴向力强度等。
在设计过程中，需要根据结构受力状态
和受力形式，合理确定截面尺寸和钢材的强度指标。
同时，在力学上还需
要考虑局部变形和整体稳定性。
2.刚度原理
钢结构设计的第二个基本原理是满足结构的刚度要求。
刚度主要包括
抗水平位移和垂直位移的刚度。
钢结构一般采用刚性框架结构，通过合理
的柱、梁和节点布置，以及适当的截面形状和弹性模量，增加结构的刚度，提高结构的整体稳定性和工作性能。
3.抗震原理
钢结构设计的第三个基本原理是考虑结构的抗震要求。
钢结构的抗震
性能直接影响到结构的安全性和使用寿命。
在设计过程中，需要根据结构
的抗震等级、地震区位和设计地表加速度等参数，采用合适的抗震设计方
法和加固措施，以确保结构在地震作用下具有足够的抗震能力。
4.材料选择原理
钢结构设计的第四个基本原理是合理选择材料。
钢结构主要采用高强
度钢材，如Q235、Q345等，通过热轧、冷轧、焊接等工艺加工成型。
在
选择材料时，需要考虑到材料的强度、韧性、延展性和焊接性等性能，同
时还需要根据使用环境、抗腐蚀和阻燃要求等因素进行综合考虑。
5.工程经济原理
综上所述，钢结构设计的基本原理包括强度原理、刚度原理、抗震原理、材料选择原理和工程经济原理。
这些原理在钢结构设计中相互关联，需要综合考虑，以确保结构的安全性、稳定性和经济性。
钢结构设计原理——第一章
1.2 钢结构的特点及应用
钢结构的特点：
强度高，结构重量轻 材质均匀，且塑性和韧性好（最符合一般工程力学假定） 良好的加工性能和焊接性能 密封性好 钢材的可重复使用性 耐热不耐火 >200℃兰脆，500～600 ℃强度几乎为零，防 火处理：防火涂料、蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 耐腐蚀性差 低温冷脆 钢结构制造简便，施工周期短
产生的变形值（该值使计算结果为最大）；
1.4 钢结构的新发展
1.4.1 结构用钢的新发展
（1）高性能钢材（高强度、塑性和韧性），低屈服点钢，耐 火和耐候等） （2）更合理的型钢截面有H型钢和T型钢，可直接用作梁、柱 或屋架杆件，使制造简便，工期缩短，已列入我国钢结构 构件设计规范。 压型钢板也是一种新材料，在组合楼板中可兼作施工模板 使用，大大缩短施工周期。
Z
Pf
μz
Z=R-S
Z 的概率密度曲线
1.3 钢结构的设计方法 因为R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布，由 概率论原理知功能函数 Z=R-S 也服从正态分布,则:
Pf P ( Z 0)
0
f ( Z ) dZ
f(z)
Z
令：Z、R、S的平均值分别为
μz、μR、μs，标准差分
n
S
G
S
Gk
Q1
S
Q 1k
i2
S
Qi ci
Qik
2.由永久荷载效应控制的组合：
S
G
S
Gk
i 1
n
S
Qi ci
Qik
1.3 钢结构的设计方法 3.荷载分项系数取值如下： （1）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --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 --一般情况下应取1.4； --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。
钢结构设计的基本原理
钢结构设计的基本原理钢结构广泛应用于建筑、桥梁等工程领域，其设计的基本原理如下：1. 结构力学原理钢结构设计的基本原理之一是结构力学原理。
根据牛顿力学定律，结构中的力和力的分布决定着结构的响应和稳定性。
结构力学原理包括平衡条件、受力分析和内力计算等。
设计师需要合理使用力学理论，确定结构中的内力分布，从而满足结构的强度和稳定性要求。
2. 材料力学原理钢结构设计的基本原理之二是材料力学原理。
钢材具有高强度和良好的可塑性，其力学性能直接影响着结构的承载能力和安全性。
设计师需要了解钢材的强度、模量、屈服点等力学特性，并根据这些特性进行力学计算，以确定结构的材料使用要求。
3. 组件设计原理钢结构设计的基本原理之三是组件设计原理。
钢结构由多个组件组成，如梁、柱、横梁等。
设计师需要根据结构的荷载条件和要求，确定各个组件的尺寸、形状和连接方式。
组件设计原理包括强度校核、刚度控制和稳定性分析等方面，以确保结构的安全性和稳定性。
4. 构造系统原理钢结构设计的基本原理之四是构造系统原理。
不同的工程项目对钢结构的要求不同，因此设计师需要设计适应不同项目的构造系统。
构造系统原理包括选择合适的结构形式、优化结构构件的布置和设计适应性强的连接方式等。
通过合理选择构造系统，可以提高结构的承载能力和经济性。
5. 安全性原理钢结构设计的基本原理之五是安全性原理。
在设计过程中，设计师需要考虑结构的安全性，确保结构在正常使用和极限荷载条件下不发生失效。
安全性原理包括荷载分析、极限状态设计和疲劳分析等方面。
设计师需要根据不同的荷载情况和结构要求，进行合理的安全性计算和强度校核。
6. 规范和标准原则钢结构设计的基本原理之六是遵循规范和标准原则。
设计师在设计过程中应当遵守国家和行业规范，根据规范的要求进行设计计算和验算，以确保结构的合规性和安全性。
合理应用规范和标准可以提高设计效率和质量，减少结构失效的风险。
总结起来，钢结构设计的基本原理包括结构力学原理、材料力学原理、组件设计原理、构造系统原理、安全性原理以及规范和标准原则。
《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义详解
钢结构设计原理第一章钢结构的基本性能建筑工程中，钢结构所用的钢材都是塑性比较好的材料，在拉力作用下，应力-应变曲线在超过弹性后有明显的屈服点和一段屈服平台，然后进入强化阶段。
传统的钢结构设计，以屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则。
目前利用塑性的设计方法已经提上了日程。
钢材和其他建筑结构材料相比，强度要高得多。
在同样的荷载条件下，钢结构构件截面小，截面组成部分的厚度也小。
因此，稳定问题在钢结构设计中是一个突出的问题。
建筑结构钢材有较好的韧性。
因此，钢结构是承受动荷载的重要结构。
钢材的韧性也不是一成不变的。
材质、板厚、受力状态、温度等都会对它产生影响。
【钢材的生产及其对材性的影响】建筑结构所用的钢材包括两大类：一类是热轧型钢和钢板；另一类是冷成型（冷弯、冷冲、冷轧）的薄壁型钢和压型钢板。
一、钢的熔炼冶炼按需要生产的钢号进行，它决定钢材的主要化学成分。
炼钢的原料为99%钢水+废钢+合金元素。
平炉炼钢的质量优于转炉炼钢的质量。
目前，我国采用转炉炼钢，转炉钢具有投资少、建厂快、生产效率高、原料适应性强等优点。
二、钢的脱氧脱氧的手段是在钢液中加入和氧的亲和力比铁高的锰、硅和铝。
脱氧的程度对钢材的质量颇有影响。
锰是弱脱氧剂。
硅是较强的脱氧剂。
铝是强脱氧剂。
钢液中含有较多的FeO，浇注时FeO和碳相互作用，形成CO气体逸出，引起钢液的剧烈沸腾，这种钢称之为沸腾钢。
它夹杂较多FeO，冷却后有许多气泡。
硅在还原氧化铁的过程中放出热量，使钢液冷却缓慢，气体大多可以逸出，所得钢锭称之为镇静钢。
冷却后因体积收缩而在上部形成较大缩孔，缩孔的孔壁有些氧化，在辊轧时不能焊合，必须先把钢锭头部切去。
切头后实得钢材仅为钢锭的80%~85%。
对冲击韧性（尤其是低温冲击韧性）要求高的重要结构，如寒冷地区的露天结构，钢材宜用硅脱氧后再用铝补充脱氧的特殊镇静钢。
这种钢比一般镇静钢具有更高的室温冲击韧性和更低的冷脆倾向性和时效倾向性。
钢结构设计原理
钢结构设计原理
钢结构设计原理是指在钢材的力学性能和结构功能的基础上，根据力学原理和设计规范，合理选择构造方案、计算力学效应和确定材料的使用方式，从而实现结构稳定和安全的设计方法和原则。
钢结构设计的原理主要包括以下几个方面：
1. 强度原理：根据材料的受力性能和结构的要求，在计算和设计中保证结构的强度。
例如，通过计算结构的受力状态和受力部位，确定钢材的使用方式、截面尺寸和连接方式等。
2. 刚度原理：钢结构的刚度是指结构在受力作用下抵抗形变和位移的能力。
钢结构设计中应根据结构的使用要求和力学效应，合理确定构件的几何尺寸和材料的使用方式，以保证结构的刚度。
3. 稳定原理：钢结构在受力作用下必须保持稳定，不会出现整体失稳或局部失稳现象。
稳定原理包括稳定长度比、屈曲强度和支承条件等方面的分析和计算。
4. 可靠性原理：钢结构设计应具备安全性和可靠性，即在设计和施工中要保证结构在使用寿命内满足强度、刚度、稳定等要求。
设计中需要考虑荷载的不确定性、材料的不均匀性和施工质量等因素，确保结构的可靠性。
5. 简化原理：钢结构设计应尽量简化结构形式和构造方式，减
少不必要的材料和工艺，降低施工难度和成本。
通过结构的合理布置和尺寸优化，实现结构的简化设计。
总之，钢结构设计原理是根据力学原理和设计规范，保证结构的强度、刚度、稳定性和可靠性的设计方法和原则。
在设计中，需要综合考虑材料的力学性能、结构的使用要求和施工条件等因素，通过合理的计算和选择方案，实现结构的稳定和安全。
钢结构设计原理
钢结构设计原理钢结构设计原理一、引言钢结构是一种广泛应用于建造和桥梁等工程领域的结构形式。
它具有分量轻、强度高、刚度大等优点，被广泛认可为一种安全可靠的结构形式。
本文将详细介绍钢结构设计的原理，包括材料力学、结构分析等内容。
二、材料力学1. 钢材的性质和分类：钢材的力学性能包括强度、刚度和塑性等指标，而钢材的分类主要根据化学成份和力学性能进行区分。
a. 化学成份：低碳钢、中碳钢、高碳钢等；b. 力学性能：低合金钢、高强度钢、耐候钢等。
2. 钢材的力学性能：钢材在承受力学载荷时的性能可通过拉伸试验、冲击试验、硬度试验等进行评估。
三、结构分析1. 钢结构的受力原理：钢结构在受到外部载荷作用时，通过内力的传递和平衡来实现结构的稳定。
2. 钢结构的形式：钢结构的形式包括框架结构、悬挑结构、悬索结构等，每种形式都有其特点和合用范围。
3. 结构构件的计算：钢结构的计算主要涉及结构构件的强度、刚度和稳定性等方面。
常用的计算方法有弹性计算、极限状态设计等。
4. 钢结构的稳定性：钢结构在使用中要保证其稳定性，避免产生屈曲、侧扭等失稳形态。
四、设计流程1. 钢结构的设计步骤：钢结构的设计流程包括结构布置、荷载计算、构件设计、连接设计等多个阶段。
2. 结构施工和验收：钢结构的施工过程中需要注意连接的可靠性、焊接质量等细节问题。
验收时要检查构件的准确性和连接的坚固性。
五、附件本文档所涉及附件如下：1. 钢结构设计图纸；2. 结构计算报告；3. 相关标准规范。
六、法律名词及注释本文档所涉及的法律名词及注释如下：1. 建造法：是指国家针对建造活动制定的法律法规，用于规范建造行业的发展和管理。
2. 结构设计规范：是指国家制定的建造结构设计的相关标准，用于指导和规范结构设计工作。
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硫S：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在高温时，使钢材变脆，称之为热脆。含量
应不超过0.045%。 (有害成分)
磷P：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在低温时，使钢材变脆，称之为冷脆。含量
应不超过0.045%。可以提高强度和抗锈蚀
性。
(有害成分)
氧O：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸 长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结 构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷 载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有 常温或负温冲击性的合格保证.据上要求,《钢结构设 计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：碳 素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、 Q390和Q420钢四种钢材。
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
1.偏析：钢中化学成分分布不均匀，主要
的偏析
0.035~0.040 0.030~0.035
0.025~0.030
0.09~0.10 0.08~0.09 0.07~0.08 0.06~0.07 0.055~0.06 0.05~0.055 0.045~0. 05
普通碳素钢中， Fe占99%，其余元素占1%。在 低合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素 （镍、钒、钛等）（含量低于5%）
各种元素对钢材机械性能的影响如下。
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
碳C ：含量增加，钢材强度提高，而塑性、韧性和 疲劳强度低。同时焊接性能和抗腐蚀性恶 化。一般在碳素结构钢中不应超过0.22 % ； 在焊接结构中还应低于0.2 %。
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2.1 钢结构对材料的要求
对钢材的基本要求：
1、具有较高的抗拉强度 fu和屈服点 fy (结构的承载 力大，所需的截面小，结构的自重轻).
2、具有较好的塑性、韧性(塑性好，不易发生脆性破 坏；韧性好，利于承受动力荷载).
3、良好的工艺性能(包括冷加工、热加工以及焊接性 能)
LOGO
2.1 钢结构对材料的要求
钢结构基本原理
土木工程学院 主讲：匡小平
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2 钢 结 构 的 材 料 LOGO
本章内容: （1） 钢结构对材料的基本要求 （2） 钢材的破坏形式 （3） 钢材的主要机械性 （4） 影响钢材性能的主要因素 （5） 钢的种类和钢材规格
本章重点: 钢材的主要机械性能、各种因素对 钢材性能的影响
本章难点: 影响钢材性能的主要因素
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中 析出，使材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易 析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬 化，因此也称“人工时效”。
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
2、非金属夹杂：钢材中存在非金属 化合物（硫化物、氧化物），使钢材性 能变脆。
3、裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂 物在轧制中可能造成钢材的分层，影响钢 材的冷弯性能。
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
钢材硬化
冷作硬化——当加载超过材料比例极限卸载后，出现残 余变形，再次加载则屈服点提高，塑性和 韧性降低的现象，也称“应变硬化”。
是硫、磷，将使偏 析区钢材的塑性、 韧性及可焊性变坏。
0.025
0.04~0.045 0.035~0.04 0.03~0. 035
0.025~0.030
0.025~0.03 0.025
(a)镇静钢锭
(b)沸腾钢锭
钢液含硫0.032%
钢液含硫 0.04%
图2.7 钢锭中硫的偏析
图2.8 型钢硫的偏析
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
LOGO
2.2 钢材的主要性能
受拉、受压及受剪时的性能
钢材的主要性能是机械性能，可通过某些试验（拉 伸、冷弯、冲击）确定。
图2.1 碳素结构钢的应力-应变关系
fp—比例极限 fy—屈服强度
(强度标准、设计依据)
fu—极限强度
(最大承载强度、强度储备 )
LOGO
2.2 钢材的主要性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力。
δ—延伸率（塑性性能）
L1 L0 100%
L0
图2.2 高强度钢的应力-应变曲线
条件屈服点：以卸荷后 试件中残余应变为0.2 % 所对应的应力（f0.2)
LOGO
2.2 钢材的主要性能
2.3.2 冷弯性能
图2.3 钢材冷弯试验示意图
冷弯性能是检验钢材弯 曲变形能力或塑性性能，还 是显示钢材内部缺陷状况的 一项指标；是鉴定钢材在弯 曲状态下塑性应变能力和钢 材质量的综合指标。
在高温时，发生热脆。 (有害成分)
氮N：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在低温时，发生冷脆。 (有害成分)
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
钒和钛：是钢中的合金元素，能提高钢的强度和 抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。
铜 ：可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提 高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。
硅Si：碳素结构钢中应控制≤0.3 %, 在低合金高强 度钢中硅的含量可达0.55 %。
锰Mn：含Mn适量使强度↑，降低S、O的热脆影响， 改善热加工性能，对其它性能影响不大,有益. 在碳素结构钢中锰的含量为0.3 %～0.8 % ， 在低合金高强度钢中锰的含量可达 1.0 % ～1.6%。
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
LOGO 2.3 各种因素对钢材性现的缺陷有偏析、 非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。
缩孔
保温帽
冶炼（脱氧）
(a)沸腾钢
(b)镇静钢
图2.5 钢锭剖面
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
轧制
轧棍
注意：薄钢板的 强度比厚钢板的 强度高。
图2.6 钢的轧制使晶粒细化
LOGO
2.3.3 冲击韧性
冲击韧性：在动力荷 载作用下，材料吸收能量 的能力。
韧性是钢材抵抗冲 击荷载的能力，它用材 料在断裂时所吸收的总 能量来量度 （Cv ）。韧 性是钢材强度和塑性的 综合指标。
图2.4 冲击韧性试验
LOGO 2.3 各种因素对钢材性能的影响
2.3.1 化学成分
钢是含碳量小于2%的铁碳合金。钢中基本元素： Fe、C、Si、Mn、S、P、N、O。