钢结构课程总结

在大三的第一学期我们在老师的带领下学习了钢结构这门课，虽然只有短短的的六周时间，但我们也掌握了许多重要知识，对钢结构的特点，强度、稳定等验算、连接方式等都有了进一步的了解与掌握。学习的过程中不仅学习了新的知识概念，更多的还是掌握的新的解题方法，形成了新的解题思想。了解了钢结构的一些基本知识，这对我们今后的专业入门有极大的帮助。

一、钢结构的概述

由型钢和钢板连接成基本构件，然后运至现场组装成整体结构形式，称为钢结构。

1 钢结构特点

材料的强度高，塑性和韧性好；钢结构构件断面小、自重轻；钢结构制作简便，加工周期短；钢结构材质性能均匀，易于检测和控制，可靠性高；钢结构建筑易于改造，原料可重复使用，节省资源，环保资源；钢结构建筑可以实现大跨度、大空间结构；耐腐蚀性能差，涂料维护费用高；钢材耐热但不耐火。

2钢结构的合理应用范围

①大跨度结构；②重型厂房结构；③受动力荷载影响的结构；④可拆卸的结构；⑤高耸结构和高层建筑；⑥容器和其他构筑物；⑦轻型钢结构。

3建筑钢结构的结构形式

单层钢结构（重型钢结构）工业厂房；大型空间（大跨度）钢结构；高层钢结构；高耸结构；桥梁钢结构；轻钢结构；住宅钢结构；容器和其它构筑物。 4钢结构的极限状态

《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。

（1）承载能力极限状态：包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。（2）正常使用极限状态：包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。

二、钢结构的材料

1 对钢结构用钢的基本要求：

（1）较高的抗拉强度，和屈服点；

（2）较高的塑性和韧性；

（3）良好的工艺性能；

（4）根据具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境

的能力。

2 钢材的主要性能：

（1）强度性能

比例极限；屈服点；抗拉强度或极限强度。

（2）塑性性能

伸长率：试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率。

（3）冷弯性能

冷弯性能由冷弯试验确定。试验时使试件弯成l80°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。

（4）冲击韧性

韧性是钢材强度和塑性的综合指标。由于低温对钢材的脆性破坏有显著影响，在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温（20℃）冲击韧性指标，还要求具有负温（0℃、-20℃或-40℃）冲击韧性指标，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。

3 钢材的选择

选择钢材时考虑的因素有：

（1）结构的重要性：重要结构应考虑选用质量好的钢材；一般工业与民用建筑结构，可选用普通质量的钢材。

（2）荷载情况：直接承受动力荷载的结构和强烈地震区的结构，应选用综合性能好的钢材；一般承受静力荷载的结构则可选用价格较低的Q235钢。

（3）连接方法：焊接结构对材质的要求应严格一些。

（4）结构所处的温度和环境：在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。

(5）钢材厚度：厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。

三、构件的截面承载力—强度

1 轴心受力构件的强度计算

（1） 轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态。

f A

N ≤=σ 构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。设计时应满足

f A N n

≤=

σ （2）轴心受力构件的刚度计算 轴心受力构件的刚度是以限制其长细比保证

][λλ≤

2 受弯构件的强度和刚度

（1）梁的抗弯强度应满足：

单向弯曲：f f W M R

y x x x ≤==γγσ 双向弯曲：f W M W M ny y y nx x x ≤+=

γγσ Mx 、My ——梁截面内绕x 、y 轴的最大弯矩设计值

Wnx 、Wny ——截面对x 、y 轴的净截面模量；

x 、y ——截面对x 、y 轴的有限塑性发展系数；

f ——钢材抗弯设计强度 ；

（2）梁的抗剪强度：v x x

y f t I S V ≤=τ

Vy ——计算截面沿腹板平面作用的剪力；

Sx ——计算剪应力处以上或以下毛截面对中和轴的面积矩；

Ix ——毛截面惯性矩；

fv ——钢材抗剪设计强度；

t ——计算点处板件的厚度。

3 轴心受压构件的整体稳定

（1）理想轴心受压构件的屈曲形式

理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：

①弯曲屈曲 双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。

②扭转屈曲 长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。

③弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时发生弯扭屈曲。

（2）理想轴心受压构件的弯曲屈曲临界力

若只考虑弯曲变形，临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为

2222λ

EA l EI N E ππ== （3）轴心受压构件的局部稳定

一般组成轴心受力构件的板件的厚度与板的宽度相比都较小，如果这些板件过薄，则在压力作用下，板件将离开平面位置而发生凸曲现象，这种现象称为板件丧失局部稳定。

四、钢结构的连接

1 螺栓连接

（1）普通螺栓连接

普通螺栓分为A、B、C三级。A级与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。A、B 级精制螺栓表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高，制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用。A、B级精制螺栓的区别仅是螺栓杆长度不同。C 级螺栓一般可用于沿螺栓轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定杆。

（2）高强度螺栓连接

高强度螺栓连接有摩擦型连接和承压型连接两种类型

①摩擦型连接：只依靠被连接板件间强大的摩擦力传力，以摩擦力被克服作为连接承载力的极限状态。为了提高摩擦力，对被连接件的接触面应进行处理。②承压型连接：允许接触面发生相对滑移，以栓杆被剪坏或被承压破坏作为连接承载力的极限状态。

高强度螺栓性能等级包括8.8级和10.9两种。摩擦型连接的螺栓孔径比螺栓公称直径d大 1.5-2.0mm，承压型连接的螺栓孔径比螺栓公称直径d大1.0-1.5mm；承压型连接的承载力比摩擦型连接高，可节约螺栓。但剪切变形大，故不得用于承受动力荷载的结构中。

2 焊接

钢结构中一般采用的焊接方法有：电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。（1）焊缝连接的优缺点

①优点：焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。

②缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。（2）焊缝的形式

①角焊缝

角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝，直角边边长hf称为角焊缝的焊脚尺寸，he＝0.7hf 为直角角焊缝的计算厚度。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。

②对接焊缝