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1、钢结构设计原理 教 师 学 期 教 案 课程名称： 钢结构设计原理 课程编号： 任课教师： 任课班级： 土木工程 01 级 制定日期： 2004 年 2 月 22 日 课程的性质、任务 钢结构设计原理是高等工科院校 土木工程专业的一门重要专业基础课，主要研究土木建筑钢结构材料和结构构件工作性能及其设计计算原理和方法。 通过本课程的学习学生应系统地学习掌握钢结构的基本理论、基本知识，钢结构构件和连接设计的基本方法，为后续课程的学习和今后从事较复杂的钢结构设计、施工和钢结构的研究奠定必要的基础。 课程的基本要求 1、了解“钢结构”的应用和发展概况以及今后的研究方向；掌握钢结构的特点和合理的应用范围
2、； 2、理解“钢结构”的设计方法； 3、掌握建筑钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，能正确地选择钢材； 4、了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施； 5、掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件（梁、柱和屋架）的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法； 6、掌握构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则； 7、理解钢结构设计规范条文规定，并能够正确应用。 主要参考书： 1、 钢结构 魏明钟主编 武汉理工大学出版社 2、 钢结构基本原理 沈祖炎 陈扬骥 陈以一 编著 中国建筑工业出版社 3、 钢结构 上册 钢结构基础 陈绍蕃 顾强 主编 中国建筑工业出版社
3、 4、 钢结构设计规范 （BG500172003） 课程名称：钢结构设计原理 适用专业：土木工程（本科） 日期： 星期： 节： 周 次 课次 教学内容摘要 教学重点、难点 授课方式 （讲授、自学） 教学手段 学时 作业及测验 备注 绪论 学习要点 1掌握钢结构的特点和钢结构的应用；2理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其设计表达式的应用；3了解钢结构的现状和发展趋势。 1.1 钢结构的特点 强度高、结构重量轻；塑性韧性好；材质均匀；制作简便施工周期短；密闭性好；具有可焊性；耐热，不耐火；易腐蚀。 1.2 钢结构的应用和发展 一、钢结构的应用 大跨度结构；重型厂房；承受动力荷载的结构；高层及高耸
4、结构；可移动结构；轻型结构；构筑物。 二、钢结构的发展 钢结构用材料；钢结构的设计方法；钢结构的结构形式；钢结构设计优化；钢结构的防火。 1.3 钢结构的设计方法 一、钢结构设计方法的演变 二、概率极限状态设计方法 三、钢结构设计的表达式及其应用 1 掌握钢结构的特点并根据钢结构的特点阐述其合理应用范围。 2 钢材的性能指标中的韧性指标在第二章“材料性能”中详细讲解。 3. 轻型钢结构在住宅建筑中应用是今后时期发展方向。 4 结构的功能、极限状态、结构可靠度。 难点 是概率极限状态设计方法。 重点 是钢结构设计实用设计表达式及应用。 自学与讲授相结合。 重点讲授钢结构的特点，在此基础上简单讲述
5、钢结构的应用，学生课下自学。关于钢结构的发展方向指明需要研究的几个主要问题，向学生介绍有关期刊杂志综述文章。 简单介绍设计方法的演变；由于在“荷载与设计方法”课程中已学过概率极限状态设计方法，这里重点讲解钢结构的设计如何应用极限状态设计表达式。 采用多媒体课件展示图片。 板书：钢结构设计表达式 本章 2学时 1 1 1. 钢材比混凝土容重大，但为什么说钢结构比混凝土结构自重轻？结构自重轻会带来哪些好处？ 2 . 钢材的塑性和韧性好，对结构的工作性能有何影响？（可结合第二章的学习来思考） 3. 现行钢结构设计规范采用何种设计方法？包含那些计算内容？各自的分项系数设计表达式如何？ 4 . 设结构或
6、构件的抗力为 R ，作用效应为 S，则 ：当 Z=R-S0时，表示（ ）；当Z=R-S=0时，表示（ ）；当Z=R-S0时，表示 ( ) 。 5 . 可靠指标与可靠度 , 失效概率的关系如何？ 6. 为什么钢材的强度设计值与其按厚度或直径的分组度有关？ 7 . 名词解释 作用 作用效应 可靠性 可靠度 极限状态 失效概率 强度设计值 荷载标准值 荷载设计值 周 次 课次 教学内容摘要 教学重点、难点 授课方式 （讲授、自学） 教学 手段 学时 作业及测验 备注 第二章 钢结构的材料 学习要点 1. 了解钢结构的两种破坏形式； 2. 掌握土木工程结构用钢材的主要性能及其 力学（机械） 性能指标；
7、 3. 掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素； 4. 了解土木工程结构用钢材的种类、牌号、规格； 5. 了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材； 6. 掌握钢材疲劳的概念影响疲劳强度的主要因素和疲劳计算方法。 2 1 钢结构对材料性能的要求 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 2 2 钢材的主要性能 一钢材的破坏形式 （一）塑性破坏及其特点 （二）脆性破坏及其特点 二、 单向受拉时的工作性能 1 、低碳钢在标准条件下单向拉伸的应力应变曲线： 低碳钢在单向受拉时的工作可分为： 弹性工作阶段 弹塑性工作阶段 塑性工作阶段 强化阶段 2 、低合
8、金结构钢在单向受拉时的工作性能 （二）钢材力学（机械）性能指标 屈服强度 伸长率（介绍断面收缩率） 抗拉强度 冷弯性能（冷弯试验） 冲击韧性 2 4 各种因素对钢材性能的影响 一、化学成分 二、冶金缺陷 三、钢材硬化 四、温度 五、应力集中 六、反复荷载 七、残余应力 5 复杂应力状态下的工作性能 在复杂应力状态下，材料由弹性转入塑性的条件： 采用能量强度理论以折算应力 来判别： 当 时 处于弹性状态； 当 时 处于塑性状态。 折算应力 的公式。 讨论钢材在复杂应力作用下的工作性能。 2 6 钢材的疲劳 钢材疲劳破坏的特征 疲劳破坏的 概念、产生原因及破坏特征 2 、常幅疲劳计算 变幅疲劳计算
9、 26钢材的种类和 钢材 规格 钢材的种类 低碳钢 低合金钢 热处低合金钢 钢材的选用 选择钢材的原则 选择钢材保证的项目 钢材的规格 热轧钢 薄壁型钢 本节重点： 1 ）低碳钢单向受拉的工作性能； 2 ）力学（机械）性能指标。 重点： 化学成分 C 、 P 、 S 的影响；温度、应力集中、动力荷载的影响。 难点 ：冲击韧性与温度的关系；残余应力的影响（此内容尚须在第三章中“焊接应力与焊接变形”一节中讲授）。 重点 ： 折算应力 的几个常用公式； 钢材在复杂应力作用下的工作性能。 重点 ： 劳破坏的基本 概念 2 ）常幅疲劳计算； 难点 ： 变幅疲劳计算。 重点：钢材选择应保证的项目 因土木工
10、程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。 复习、自学与讲授相结合。 。 详细介绍曲线 的发展过程及其特点，屈服强度、极限强度，伸长率的概念 ， 结合动画描述试验的过程， 自学与讲授相结合。 自学与讲授相结合。 自学与讲授相结合。 自学与讲授相结合。 自学与讲授相结合。 板书与多媒体课件结合讲授 采用多媒体课件展示图片。 采用多媒体课件展示图片。 采用多媒体课件展示图片。 采用多媒体课件展示图片。 采用多媒体课件展示图片。 采用多媒体课件展示图片。 本章计 7学时 2 1 1 1 1 1 思考题主要为学生复习之用，目的是加强理解和记忆。 1 、钢材有哪些破坏形式？各种破坏形
11、式的特点是什么？ 2 、分析低碳钢的应力与应变曲线，从中可以得到哪些钢材的性能指标？ 、将钢材简化为理想的弹塑性体的依据是什么？ 、钢结构的静力强度计算为什么以屈服点为依据？ 、导致钢材变脆的主要因素有哪些？为了防止发生脆性破坏，一般在设计、制造、使用中应注意那些问题？ 、钢材在何种复杂应力作用容易进入屈服？ 、抗剪设计强度为抗拉设计强度的 0.58 倍的依据？ 、简述钢材疲劳破坏的机理及其主要影响因素。 9.计算题 图示焊接工字形截面简支粱，承受一移动的集中荷载 F=460 kN （标准值）作用，循环次数 n= 10 6 次，钢材 Q235 ，腹板与翼缘采用角焊缝连接，手工焊，三级焊缝，外观缺陷验符合二级。试验算腹板高度边缘主体金属的疲劳强度。 10.解释名词 屈服点（屈服强度）、抗拉强度、塑性、伸长率、冷弯性能、冲击韧性、循环荷载、应力幅、疲劳、热脆、冷脆 应力集中、冷作硬化（应变硬化）