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Ⅰ 课程性质与设置目的要求

钢结构课程是全国高等教育自学考试土木建筑类建筑工程专业的专业课，是为培养和检测应考者在建筑钢结构方面的基本理论知识和应用设计能力而设置的一门课程。

钢结构是在工程力学和建筑材料等课程的基础上，进行学习和掌握应用的专业课，因而在本课程前，应学好工程力学(主要是其中的材料力学部分第二篇)以及建筑材料(主要是其7材部分)。由于这种结构具有轻质高强以及塑性和韧性好等突出的优点，除应用于高层、大跨度建筑和重型工程结构外，近年来，随着我国钢产量的迅速增长，改革开放后建设事业的发展需求，钢结构还在各种工业与民用建筑中得到广泛的发展和应用，更显出学习本课程要性，因而是从事土木建筑的工程技术人员应很好学习和掌握应用的专业课程。

通过对本课程的学习，可获得很多有关建筑结构的概念、计算方法和设计技能，这些知识技能具有普遍意义，有助于培养分析问题和解决问题的能力，以及处理技术问题的能力和素质，也为自学应考者很好地完成毕业设计或毕业论文奠定基础。

自学本课程后，自学应考者应了解钢结构的特点及其在我国的合理应用范围和发展。深刻理解钢材的基本性能，梁、柱和屋架等基本构件及其连接的工作性能，掌握这些方面的基本理论、设计方法和构造原则。能根据钢结构的整体布置，正确使用钢结构设计规范，进行基本构件的设计。

在工程实践中，经常遇到的主要问题是:钢材材质的合理选用，构件的稳定问题以及节点的合理构造。自学应考者在学习过程中，对上述三方面的内容应给予重视。

Ⅱ 课程内容与考核目标

1. 概  述

ー、学习目的和要求

通过本章的学习，要求了解钢结构在我国的发展概况及其在建筑工程中的地位。了解钢结构的特点，理解由其特点决定的合理应用范围。深刻理解钢结构采用的极限状态设计方法了解钢结构的发展方向。钢结构发展方向应在全部课程学完后，再进行学习。

二、课程内容

第一节  钢结构在我国的发展概况

(一)钢结构的发展和应用简史以及当前发展概况

(二)钢结构的发展与社会生产发展的关系

第二节  钢结构的特点和合理应用范围

(一)轻质高强材料的概念

钢材是容重最大的建筑材料，但强度比其他材料高得多，因而钢结构的自重小，属轻质高强。(二)匀质等向体的概念

工程力学研究的对象是匀质等向体，钢材的组织构造最为接近，因而表现出塑性和初性好的特点。在外力的作用下，钢结构的实际内力和计算结果符合得最好。

(三)焊接性能的概念

钢材具有良好的焊接性能，适用于多种焊接连接形式。

(四)工厂化的概念

钢结构制造的工厂化，既保证了制造和安装质量，又加快了施工速度。

(五)钢材抗腐蚀和抗火性能差

这是钢结构的不足之处，増加了工程造价和维修费用，近年来有很大改进，并在不断研究解决之中。

(六)钢结构的合理应用范围

钢结构的合理应用范围是根据钢结构本身的特点确定的应用范围。总的来说，钢结构适用于高、大、重型及轻型结构。

第三节  钢结构的设计方法

(一)结构可靠度设计的概念态

结构可靠性包括安全性、适用性和耐久性。用概率论的方法来分析和确定各种变量，以与失效概率相对应的可靠指标来衡量结构的可靠性。

 (二)近似概率极限状态设计法

根据结构或构件能否满足预定功能的要求来确定它们的极限状态。

钢结构采用的是近似概率极限状态设计法。为了适应工程设计者的习惯，转化为分项系数设计法。

两种极限状态:承载能力极限状态和正常使用极限状态。前者包括强度设计(含疲劳强度)和稳定设计，后者包括变形计算和长细比限制。

第四节  钢结构的发展(建议本课程学完后，再进行学习)

(一)高效能钢材的概念

高效能钢材的主要内容是:采用各种措施，提高钢材的有效承载力，从而达到节约钢材的目的。

(二)近似概率极限状态设计法的进一步完善，以及各类稳定问题的深入研究

(三)当前国内钢结构的发展

主要发展的领域是:高层钢结构，大跨空间钢结构，轻型钢结构，预应力钢结构和钢混凝土组合结构。

三、考核知识点

(一)钢结构在我国的发展

(二)钢结构的特点和合理应用范围

(三)近似概率极限状态设计法

四、考核要求

(一)钢结构在我国的发展

1.识记钢结构在我国发展的几个阶段及其与社会生产发展的关系。

2.识记当前钢结构在我国发展的态势

(二)钢结构的特点和合理应用范围

1.领会匀质等向体的重要意义。

2.领会轻质高强的含义

3.领会钢结构的特点，及根据充分发挥其特点的原则确定它的合理应用范围。

(三)近似概率极限状态设计法

1.领会结构可靠性的内容，用可靠指标来衡量结构可靠性的方法。

2.领会钢结构采用的以概率理论为基础、用应力计算公式表达的近似概率极限状态设计方法和设计表达式。

3.领会结构和构件的两种极限状态。承载能力极限状态和正常使用极限状态。

4.领会极限状态设计法中几个系数的意义:材料抗力分项系数，荷载效应分项系数，荷载组合系数和结构重要性系数。

5.领会钢结构设计中承载能力极限状态包括的强度(包含疲劳强度)和稳定极限，正常使用极限状态包括的变形和长细比限制的意义。领会两种极限状态中荷载组合的计算。

6:领会承载能力极限状态中，结构、构件和连接的抗力及各种作用荷载产生的荷载效应之间的关系。

7.领会标准值和设计值的区别及其应用。

第二章   结构钢材及其性能

ー、学习目的和要求

钢材性能是钢结构课程的基本知识部分。通过本章学习，要求深刻理解结构钢材一次拉伸时的力学性能，各种力学指标的意义和用途，复杂应力状态下的屈服条件，以及冲击韧性指标的意义。理解反复循环荷载作用下钢材的疲劳强度，掌握设计规范中的疲劳强度的计算方法。

深刻理解钢材脆性破坏的原因和危险后果，以及设计中采用合理构造、减少应力集中防止脆性破坏的措施。

了解钢材种类和规格，理解如何正确选用钢材。

二、课程内容

第一节  结构钢材一次拉伸时的力学性能体

1. 结构钢材一次拉伸的应力应变全过程。

钢材一次拉伸直至破坏属于静力荷载作用。历经弹性、弹塑性、塑性(屈服)和强化等四个阶段。

2. 塑性破坏的概念，

结构钢材的塑性阶段(屈服)终了时的应变为2％～3％，达到抗拉强度而拉断时的最大应变可达20％～30％。破坏时变形很大，且十分明显，称为塑性破坏。

3. 理想弹性塑性体的概念

弹性阶段钢材的应力和应变成正比，呈完全弹性工作。弹塑性阶段钢材的应力和应变为非线性关系，但此阶段范围不大。钢材进入塑性阶段屈服后，应力保持不变而应变可自由发展到2％～3％。

工程设计中，为了避免产生过大的变形，取钢材的屈服强度作为钢材强度的标准值。

为了力学计算方便，假设钢材应力应变关系为理想弹性塑性体，而忽略弹塑性阶段和强化阶段。

第二节  结构钢材的力学性能指标

(一)静力荷载作用下的力学性能指标

 1.由关系曲线，可得弹性模量E、屈服应力(屈服强度)抗拉强度和伸长率

 2.强度设计以为极限状态的钢材强度标准值。

 3.冷弯性能是考察钢材是否具有良好塑性变形能力和冶金质量的综合指标。

 4．Z向收缩率是考察厚钢板用于受垂直于厚度方向拉力作用时，是否具有良好的抗分层撕裂的能力。

 5.钢材双向或三向同时受外力作用时，应按能量强度理论来确定其折算应力，作为进入塑性工作状态的屈服极限。

 (二)钢材的韧性指标

钢材的冲击韧性表示钢材抵抗冲击荷载的能力，也是衡量受动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的能力。是用于直接受动力荷载作用的构件选用钢材的主要指标。我国规定以V形缺口试件破坏时所消耗的功作为冲击韧性指标。

(三)钢材的疲劳强度

构件和连接中，钢材在连续反复循环荷载作用下，在受拉区可能发生疲劳破坏。应力集中越严重，疲劳强度就越低。疲劳强度是按容许应力幅方法计算的，计算应力幅值应不超过容许应力幅。

(四)钢材的化学成分(特别是碳、硫、磷)和轧制工艺对钢材的工作性能有很大影响，影响了应力应变关系，也影响钢材的力学性能指标和钢材的焊接性能。

第三节  结构钢材的脆性破坏

(一)钢材脆性破坏的概念

脆性破坏的特征是:破坏是突发性的，应变极小，大多情况下局部应力很高，危险性很大应予以重视，尽可能使之不发生脆性破坏。

(二)冶金缺陷的影响

钢材的冶金缺陷主要包括某些化学元素的偏析，或具有非金属杂质，以及轧制后产生裂纹和分层等，这些缺陷都会使钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能、抗层间撕裂以及焊接性能等性能变坏。沸腾钢的冶金缺陷常大于镇静钢。

(三)构造不恰当的影响--应力集中

结构和构件及其连接和节点，当构造设计不恰当时，将在局部位置产生应力集中。应力集中引起同号应力场，导致钢材脆性破坏

(四)温度影响变

当温度由常温降到零下温度时，钢材的脆性增大，可能引起脆性断裂，发生低温冷脆。升温时，钢材的屈服点下降，发生高温软化，达到600°C时，屈服点趋于零。

(五)钢材的硬化

有时效硬化和冷作硬化两种。前者是由钢材内部组织变化引起的，后者是由应力超过弹性极限后卸载再受载引起的，虽然屈服点提高了，但损失了钢材的塑性变形能力，增加了钢材的脆性。

第四节 钢材种类和规格

 (一)结构用碳素结构钢和低合金高强度结构钢阻

我国目前推荐采用的碳素结构钢有Q235，低合金高强度结构钢有Q345、Q390和Q420共四种钢材。Q235钢又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢每种牌号钢按质量分为四种或五种等级，根据使用要求选用。

此外，还有耐火耐候建筑用钢以及预应力结构应用的高强度钢丝等。

(二)钢材的选用和规格

钢材的正确选用和合理使用，关系到结构的安全、使用寿命和经济。应根据使用要求、工作质和使用条件等，全面考虑，合理选择钢种、牌号、质量等级、性能保证项目和规格。

三、考核知识点

(一)结构钢材一次拉伸时的力学性能

(二)钢材的静力力学性能指标

(三)钢材的韧性指标

(四)钢材的疲劳强度

(五)结构钢材的塑性破坏和脆性破坏

(六)钢材的牌号、规格和合理选用

四、考核要求

(一)结构钢材一次拉伸时的力学性能

要求领会下列内容

 1.全过程曲线的四个阶段一一弹性、弹塑性、塑性和强化阶段。

 2.应力达到屈服应力时，进入塑性阶段，应力保持不变，应变可自由增加，达到2％～3％

钢材暂时失去承载力，但并未破坏。

 3.塑性阶段结束后，钢材恢复承载力，直至应力达到抗拉强度时，钢材断裂破坏，最大应变为20％-30％。

 4.钢材一次拉伸的全过程产生很大变形直至破坏称为塑性破坏。

(二)钢材的静力力学性能指标

 1.识记化学成分和钢材轧制工艺对工作性能及力学指标的影响。

 2.领会钢材以屈服点为强度设计指标的根据。

 3.领会钢材的弹性模量达E＝2.06×105N/m2，因此弹性工作时变形很小。

 4.领会弹塑性阶段的范围不大，塑性阶段变形又很大，因而结构钢材很接近于理想弹性型性体。为了简化力学分析和计算，可假设钢材为理想弹性-塑性体，以屈服点为强度设计指标。

 5.领会抗层状撕裂指标用于厚钢材，又在垂直于厚度方向受拉的情况。

 6.领会采用能量强度理论确定三向应力状态下的屈服条件及简单应用计算公式。

(三)钢材的初性指标类。

 1.识记冲击韧性试验方法

 2.领会冲击韧性的意义，能在选用钢材时正确地提出冲击韧性指标的要求。

 3.领会钢材高温软化和低温脆性的概念。

(四)钢材的疲劳强度带来，

 1.识记循环荷载的种类。

 2.领会在反复荷载作用下构件和连接中受拉区钢材的疲劳破坏。

 3.能简单应用常幅疲劳和变幅疲劳(吊车梁)的计算方法。

(五)结构钢材的塑性破坏和脆性破坏

 1.领会钢材的两种可能破坏形式，两者的区别和后果。

 2.领会应力集中现象，产生的原因和后果，以及设计中应采取的合理构造措施。

 3.领会冶金缺陷和温度变化可能引起钢材脆性破坏的现象。

 4.领会时效硬化和冷作硬化的现象和原因。

(六)钢材的牌号、规格和合理选用

 1.识记建筑结构中采用的钢材牌号和用途。

 2.识记各种钢材的规格和特性。

 3.领会如何根据使用要求、使用条件、受力状况等合理地选用钢材。

第三章  钢结构的连接

一、学习目的和要求

连接是组合钢构件和组成钢结构的重要环节，是本课程的基本知识和基本技能。

通过本章学习、要求了解钢结构采用的焊接连接和螺栓(钉)连接两种常用的连接方法其特点。深刻理解对接焊缝及角焊维的工作性能。熟练掌各种内力作用下，连接的构造、力过程和计算方法。理解管连度的计算。了解烟缺陷对其承力的影及量等和质量检验等级。理解焊接应力和焊接变形的种类、产生原因及其影响，以及减小和清的方法。深刻理解普通螺栓的工作性能和破坏形式，熟练掌握螺栓连接在传各种内力时主的构造、传力过程和计算方法、理解螺栓排列方式和构造要求。深刻理解高强度螺栓的工作性能，熟练掌握高强度螺栓连接传递内力时，连接的构造、传力过程和计算方法。理解焊连接和螺栓连接的疲劳强度，提高疲劳强度的措施，掌握疲劳验算方法。

二、课程内容

第一节  钢结构连接的种类和特点

(一)钢结构的连接方法

钢结构采用的连接方法目前有焊接和螺栓连接(铆钉)两种，后者包括普通螺栓和高强度螺栓。

(二)焊接连接的特点

 1.构造简单，对构件无截面削弱，可焊接成任何形状，节约钢材。

 2.常用的电弧焊的基本原理和设备因的主气，英呼的于变导は实

 3.焊条的种类和用途。

 4.焊缝的方位和要求。

 5.焊缝符号和标注方法。

 6.焊缝的缺陷。

 7.焊缝质量等级和焊缝质量检验等级。

(三)螺栓连接的特点

 1.普通螺检连接工简便，常用做安装固定件，也可用于传递拉力。

 2.高强度螺栓分承压型和摩擦型连接两种，前者和普通螺栓连接的工作类似，可用来传剪力。高强度螺摩擦型接依靠连接件间的高摩擦力传力、具有连接紧密、节点整体好度旁，施工简便及可拆等优点。

第二节 对接焊缝及其连接

(一)对接焊鏠的形式和构造要求

(二)采用对接焊缝的连接

 1.采用对接焊缝的连接有对接连接和丁字连接两种。

 2.对接连接传递轴心力或弯矩，及同时传递轴心力、弯矩和剪力时的传力过程分析和计算。

 3.丁字连接传递轴心力和弯矩，及同时传递几种内力时的传力过程分析和计算。

第三节  角焊缝及其连接部

 (一)角焊缝的形式和构造要求

 1.角焊缝分直角角焊缝和斜角角焊缝，还有部分熔透的坡回焊缝也相当于角焊缝的工作。

 2.角焊缝的构造要求。的材号用定

(二)采用角焊缝的连接性

 1.采用角焊缝的连接有对接连接搭接连接和丁字连接。

 2.角焊缝连接的基本计算公式。

 3.对接连接的工作和计算。

 4.搭接连接的工作和计算。

 5.丁字连接的角焊缝在轴心力、弯矩和剪力共同作用下的计算的时机

(三)部分熔透的对接和角接组合焊缝的构造要求和计算

第四节  焊接应力和焊接变形

(一)焊接应力和焊接变形的种类、产生的原因和特点

(二)焊接应力和焊接变形对结构构件工作的影响，减小和消除焊接应力和焊接变形的措施。

第五节  普通螺栓连接

(一)普通螺栓

 1.普通螺栓的等级(4.6级、4.8级、5.6级和8.8级以及C级和A级、B级)排列和构造。

 2.普通螺栓传递剪力时的工作性能、破坏形式和承载力计算。

 3.普通螺栓传递拉力时的工作性能和承载力计算。

(二)普通螺栓连接

 1.螺栓受剪传递轴心力、扭矩，或同时传递剪力、扭矩和轴心力的连接的构造、内力分析和计算。

 2.螺栓受拉传递弯矩，或同时传递弯矩和剪力的连接的构造、内力分析和计算。

第六节  高强度螺栓连接

(一)高强度螺栓连接的工作性能和特点

高强度螺栓预拉力和抗滑移系数。

 (二)高强度螺栓连接的计算

 1.高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接。

 2.受剪连接中，传递轴力和扭矩时的计算。

 3.受拉连接中，传速轴力和弯矩时的计算。

第七节  连接的疲劳计算

(一)连接在循环荷载作用下发生疲劳破坏的原因

(二)连接疲劳强度的验算

三、考核知识点

(一)钢结构连接的种类和特点

(二)对接焊缝及其连接状

(三)角焊缝及其连接度

(四)组合焊缝及其连接

(五)焊接应力和焊接变形

(六)普通螺栓连接和高强度螺栓连接

(七)连接的疲劳验算

四、考核要求

(一)钢结构连接的种类和特点

 1.识记钢结构常采用的两种连接方法--焊接和螺栓连接，它们的优缺点和用途。

 2.识记电弧焊的基本原理和设备，焊条种类和选用焊缝的方位和要求，焊缝符号和标注方法，以及焊缝缺陷和国家规定的质量检验标准。

 3.领会焊缝质量等级和质量检验等级的要求。

 4.识记普通螺栓和高强度螺栓的优缺点和用途。

(二)对接焊缝及其连接

 1.领会对接焊缝的构造和工作性能。

 2.领会对接连接和丁字连接的构造，能综合应用传递各种内力时的传力过程分析和焊缝

的计算公式。

(三)角焊缝及其连接

 1.领会角焊缝的形式、工作性能和构造要求，包括直角角焊缝、斜角角焊缝和部分熔透的。

 2.领会采用角焊缝的对接连接搭接连接和丁字连接的工作性能和构造要求。

 3.能综合应用上述各种连接在各种内力作用下的内力传递过程分析，以及连接的计算。

 4.简单应用部分熔透的对接与角接组合焊缝连接和钢管连接的构造和计算。

 5.领会焊鏠质量等级和焊鏠质量检验等级的要求。

(四)焊接应力和焊接变形

领会焊接应力和焊接变形的种类、产生原因及影响，以及减小和消除的措施。

(五)普通螺栓连接和高强度螺栓连接

 1.领会螺栓的排列和构造要求。

 2.领会普通螺栓连接传递剪力和拉力时的工作性能和破坏形式。

 3.综合应用普通螺栓连接在传递各种内力时，传力过程的分析和计算方法。

 4.领会高强度螺栓连接的工作性能，能综合应用高强度螺栓连接在受剪、受拉以及同时受剪和受拉的连接中，力的传递过程和内力分析以及计算。

(六)连接的疲劳验算

 1.领会各种连接在循环荷载作用下疲劳破坏的原因，提高连接疲劳强度的措施。

 2.能简单应用容许应力幅对连接进行疲劳验算的方法。

第四章  轴心受力构件

ー、学习目的和要求

轴心受力构件包括轴心受拉和轴心受压，是钢结构的基本构件之一，广泛用于工作平台、支撑柱子和各种桁架及网架结构中。

通过本章学习，要求理解轴心受力构件的特点、截面形式和应用范围。深刻理解轴心受拉的件的强度承载力极限和容许长细比的规定。深刻理解轴心受压构件的稳定承载力极限和容许长细比的规定。深刻理解等稳定的概念。熟练掌握轴心受压构件(包括实腹式和格构式构件)的设计方法和规范的有关规定。理解实腹式轴心受压构件局部稳定的概念，掌握规范中关于局部稳定的规定。掌握柱头和柱脚的构造和设计。

二、课程内容

第一节  轴心受力构件的特点和截面形式

(一)轴心受力构件的用途和截面形式

(二)轴心受力构件的极限状态

 1.承载能力极限状态包括强度(含疲劳强度)和稳定承载力。

 2.正常使用极限状态，用容许长细比控制。

第二节  轴心受拉构件

(一)轴心受拉构件的强度计算

(二)轴心受拉构件的容许长细比

第三节  实腹式轴心受压构件受心法

(一)轴心受压构件的强度承载力和容许长细比

(二)实腹式轴心受压构件的整体稳定

 1.轴心受压构件的弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲状态，产生屈曲的原因。

 2.轴心受压构件弯曲屈曲临界应力的确定和采用的基本假定。

 3.初始几何缺陷和残余应力对临界应力的影响。

 4.设计规范规定的轴心受压构件弯曲屈曲和弯扭屈曲临界应力的确定、稳定系数及其应用。

 5.轴心受压构件的截面选择。

(三)实腹式轴心受压构件的局部稳定

 1.薄板稳定的基本概念。

 2.腹板和翼缘板临界应力的确定。

 3.局部稳定与构件整体稳定等稳定的概念。

 4.设计规范对组成轴心受压构件的板件宽厚比的规定。

第四节  格构式轴心受压构件

(一)格构式轴心受压构件的整体稳定

 1.格构式轴心受压构件的截面形式。

 2.缀条式轴心受压构件对虚轴的换算长细比。

 3.缀板式轴心受压构件对虚轴的换算长细比。

(二)格构式轴心受压柱的截面选择

 1.格构式轴心受压柱设计中的等稳定原则。

 2.缀材设计和横膈板的设置。

第五节  柱头和柱脚

(一)柱头设计

 1.常用的柱头形式和构造。

 2.传力过程分析和组成部件的计算。

 (二)柱脚设计

 1.常用的柱脚形式和构造。

 2.传力过程分析和组成部件的计算。

三、考核知识点

(一)轴心受力构件的极限状态

 1.领会轴心受力构件的特点、截面形式和用途，以及计算长度的计算。

 2.领会轴心受力构件极限状态设计的内容，承载能力极限状态包括强度(含疲劳强度)和意定，正常使用极限状态用容许长细比来控制。

(二)轴心受拉构件设计

 1.能简单应用轴心受拉构件强度承载力的计算方法。

 2.领会容许长细比限制的意义。

(三)实腹式轴心受压构件的整体稳定

 1.领会轴心受压构件失稳形态、临界应力的确定和采用的基本假定。

 2.领会初始几何缺陷和残余应力对构件稳定承载力的影响。

 3.领会设计规范对轴压构件稳定系数的规定。

 4.综合应用实腹式轴心受压构件的截面选择步骤和方法。

(四)实腹式轴心受压构件的局部稳定。

 1.领会四边支承板在正应力作用下屈曲的概念，临界应力公式的意义及其简单应用。

 2.领会实腹式轴心受压构件的腹板和翼缘板屈曲的概念，临界应力公式的意义及其简单应用。

领会设计规范对轴心受压构件的腹板和翼缘板宽厚比的规定。

(五)格构式轴心受压构件的整体稳定

 1.领会格构式轴心受压柱的截面形式和缀材体系。

 2.领会格构式柱对虚轴的换算长细比。

 3.综合应用换算长细比的计算公式。

(六)等稳定设计概念

 1.领会轴心受压柱两个主轴方向临界应力相等的等稳定设计。

 2.领会轴心受压构件组成板件局部稳定临界应力和构件整体稳定临界应力相等的等稳定概念。

(七)格构式轴心受压构件设计

 1.简单应用截面的选择方法。

 2.简单应用缀条和缀板的设计。

(八)柱头和柱脚

 1.领会柱头和柱脚常用的构造形式。

 2.领会柱头和柱脚传力过程的分析。

 3.简单应用柱头和柱脚设计的计算方法和过程。