钢结构基础知识
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钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求， 采用的也是以概率论为基础，用分项系数表达的极限 状态设j计方法。
极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基 与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述， 认真进行复习。
通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的 基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强 度的标准值与设计值。
6、温度的影响
温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响（P27，图2.11）
• 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧 性提高，这一现象称之为热塑现象，温度达600o左右时， 钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进 行热加工，此温度称之为热煅温度。
4、复杂应力与应力集中的影响
• 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向 的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应 力场时则相反。
• 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而 使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增 大并多为同号应力场。
5、残余应力的影响
• 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强 度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承 载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。
的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。 3. 冷弯性能－90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形
时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标。
4. 韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过
程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的 能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、负 温（-20o、-40o）区分 。 5. 可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能 力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
钢 结构
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用 第二节 钢结构的设计原理与方法 第三节 钢结构的发展
第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
1、强度高、强重比大；塑性、韧性好； 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高； 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快； 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
第二节 钢材的主要机械性能
一、wk.baidu.com向拉伸试验曲线
根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能
按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。
二、钢材的主要机械性能
1. 强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大
承载强度，安全储备。 2. 塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂
2、冶金与轧制的影响
• 冶时间金间慢的快，影，价响价格主格高要 低 ，为，质脱质量氧量好方差。法；：镇沸静腾钢钢用用Si为M脱n为氧脱剂氧，剂时， • 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑 结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小， 结构的自重轻；
2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破 坏；韧性好，利于承受动力荷载；
3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯 性能以及耐腐性能；
● 据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003 推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的 Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390 和Q420钢四种钢材。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si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。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊 接结构应控制在≤0.20%。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基 与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述， 认真进行复习。
通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的 基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强 度的标准值与设计值。
6、温度的影响
温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响（P27，图2.11）
• 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧 性提高，这一现象称之为热塑现象，温度达600o左右时， 钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进 行热加工，此温度称之为热煅温度。
4、复杂应力与应力集中的影响
• 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向 的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应 力场时则相反。
• 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而 使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增 大并多为同号应力场。
5、残余应力的影响
• 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强 度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承 载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。
的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。 3. 冷弯性能－90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形
时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标。
4. 韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过
程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的 能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、负 温（-20o、-40o）区分 。 5. 可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能 力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
钢 结构
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用 第二节 钢结构的设计原理与方法 第三节 钢结构的发展
第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
1、强度高、强重比大；塑性、韧性好； 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高； 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快； 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
第二节 钢材的主要机械性能
一、wk.baidu.com向拉伸试验曲线
根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能
按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。
二、钢材的主要机械性能
1. 强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大
承载强度，安全储备。 2. 塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂
2、冶金与轧制的影响
• 冶时间金间慢的快，影，价响价格主格高要 低 ，为，质脱质量氧量好方差。法；：镇沸静腾钢钢用用Si为M脱n为氧脱剂氧，剂时， • 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑 结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小， 结构的自重轻；
2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破 坏；韧性好，利于承受动力荷载；
3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯 性能以及耐腐性能；
● 据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003 推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的 Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390 和Q420钢四种钢材。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si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。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊 接结构应控制在≤0.20%。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。