建筑结构教案

建筑结构教案内容摘要：

中中 发发 展展 最最 快快 的的 就就 是是 钢钢 结结 构构 ， 最最 缺缺 的的 人人 才才 也也 是是 钢钢 结结 构构 专专 业业 ，发发 展展 钢钢 结结 构构 以以 带带 动动 其其 它它 相相 关关 产产 业业 的的 发发 展展 ， 已已 成成 为为 建建 筑筑 业业 发发 展展 的的 重重 要要 任任 务务。 第第 四四 节节 钢钢 结结 构构 课课 程程 的的 学学 习习 方方 法法  根根 据据 教教 学学 大大 纲纲 要要 求求 ， 课课 程程 只只 讲讲 钢钢 结结 构构 的的 基基 本本 构构 件件 部部 分分 ；；  本本 课课 程程 的的 特特 点点 是是 ：： 大大 家家 对对 钢钢 结结 构构 的的 感感 性性 认认 识识 少少 ， 结结 构构 构构 造造 复复 杂杂 ， 理理 论论 性性 强强（（ 特特 别别 是是 稳稳 定定 理理 论论 ）） ；；  受受 课课 时时 限限 制制 ， 不不 能能 过过 多多 的的 详详 解解 例例 题题 ， 一一 定定 要要 记记 好好 笔笔 记记 ， 从从 机机 理理 理理 解解 一一 些些 理理论论 问问 题题 ， 加加 强强 课课 前前 预预 习习 与与 课课 后后 复复 习习 ；；  多多 作作 习习 题题 与与 思思 考考 题题 ， 避避 免免 眼眼 高高 手手 低低。 第第 二二 章章 建建 筑筑 钢钢 材材 第第 一一 节节 建建 筑筑 结结 构构 用用 钢钢 的的 基基 本本 要要 求求 钢钢 材材 种种 类类 繁繁 多多 ， 规规 格格 、 用用 途途 也也 不不 相相 同同 ， 对对 建建 筑筑 结结 构构 用用 钢钢 来来 说说 ， 主主 要要 有有 三三 方方 面面 的的 要要求求。 较较 高高 的的 强强 度度 ：： 结结 构构 的的 承承 载载 力力 大大 ， 所所 需需 的的 截截 面面 小小 ， 结结 构构 的的 自自 重重 轻轻 ；； 较较 好好 的的 塑塑 性性 及及 韧韧 性性 ：： 塑塑 性性 好好 ， 不不 易易 发发 生生 脆脆 性性 破破 坏坏 ；； 韧韧 性性 好好 ， 利利 于于 承承 受受 动动 力力 荷荷载载 ；； 良良 好好 的的 加加 工工 性性 能能 与与 耐耐 久久 性性 ：： 包包 括括 可可 焊焊 性性 、 冷冷 弯弯 性性 能能 以以 及及 耐耐 腐腐 性性 能能 ；； ●● 据据 上上 要要 求求 ,《《 钢钢 结结 构构 设设 计计 规规 范范 》》 GB500172020 推推 荐荐 承承 重重 结结 构构 用用 钢钢 宜宜 采采 用用 ：： 炭炭素素 结结 构构 钢钢 中中 的的 Q235 钢钢 及及 低低 合合 金金 高高 强强 结结 构构 钢钢 中中 的的 Q34 Q390 和和 Q420 钢钢 四四 种种 钢钢材材。 第第 二二 节节 钢钢 材材 的的 主主 要要 机机 械械 性性 能能  一一 、单向拉伸试验曲线 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－δ 5（δ 10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，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 αα k， 钢钢 材材 在在 一一 定定 温温 度度 下下 塑塑 变变 及及 断断 裂裂 过过 程程 中中 吸吸 收收 能能 量量 的的能能 力力 ， 用用 于于 表表 征征 钢钢 材材 承承 受受 动动 力力 荷荷 载载 的的 能能 力力 （（ 动动 力力 指指 标标 ）） ， 按按 常常 温温 （（ 20o）） 、零零 温温 （（ 0o）） 、 负负 温温 （（ 20o、 40o）） 区区 分分。 第第 三三 节节 影影 响响 钢钢 材材 性性 能能 的的 主主 要要 因因 素素 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≤ %，焊接结构应控制在≤ %。 • Si：含 Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤ ~% • 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。 制含量≤ % 冶金与轧制的影响 • 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用 Mn 为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用 Si为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。 • 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。 冷冷 作作 硬硬 化化 与与 时时 效效 硬硬 化化 • 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。 复复 杂杂 应应 力力 与与 应应 力力 集集 中中 • 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 残残 余余 应应 力力 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） ,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）。 温温 度度 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 ） • 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。 • 需要说明：钢材在 300o 左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为 蓝脆现象。 钢材在 300o 以上时应采取 隔热措施。  负温影响（ P27，图 ） • 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为 低温冷脆 ，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。  第第 四四 节节 建建 筑筑 结结 构构 用用 钢钢 的的 种种 类类 及及 选选 择择  钢钢 材材 牌牌 号号 由由 ：： “Q、 屈屈 服服 点点 值值 、 质质 量量 等等 级级 、 脱脱 氧氧 方方 法法 ”四四 部部 分分 组组 成成。  Q：： 表表 示示 “屈屈 ”字字 拼拼 音音 首首 位位 字字 母母 ， 意意 为为 “屈屈 服服 强强 度度 ”；；  质质 量量 等等 级级 ：： 分分 A~E 五五 级级 （（ 字字 序序 越越 高高 质质 量量 越越 好好 ）） ；；  脱脱 氧氧 方方 法法 ：： F－－ 沸沸 腾腾 钢钢 ；； Z－－ 镇镇 静静 钢钢 （（ 一一 般般 省省 略略 ）） ；； b－－ 半半 镇镇 静静 钢钢 ；； TZ－－ 特特 殊殊 镇镇 静静 钢钢。 注注 ：： 炭炭 素素 结结 构构 钢钢 分分 ：： A、 B、 C、 D 四四 级级 ， 含含 所所 有有 脱脱 氧氧 方方 法法 ；； 低低 合合 金金 结结 构构 钢钢 分分 ：： A、B、 C、 D、 E 五五 级级 ， 只只 有有 镇镇 静静 钢钢 和和 特特 殊殊 镇镇 静静 钢钢。 如如 前前 所所 述述 建建 筑筑 结结 构构 用用 钢钢 ， 宜宜 选选 炭炭 素素 结结 构构 钢钢 中中 的的 Q235 及及 低低 合合 金金 钢钢 中中 的的Q34 Q390、 Q420 四四 种种 钢钢 材材。 1. 钢钢 材材 的的 质质 量量 和和 性性 能能 ， 由由 钢钢 材材 力力 学学 性性 能能 中中 的的 抗抗 拉拉 强强 度度 fu、 屈屈 服服 强强 度度 fy、 伸伸 长长率率 δδ 5（（ δδ 10）） 、 冷冷 弯弯 180o 及及 冲冲 击击 韧韧 性性 αα k， 化化 学学 成成 分分 C、 S、 P 等等 的的 极极 限限 含含量量 ， 以以 及及 冶冶 炼炼 脱脱 氧氧 方方 法法 来来 衡衡 量量。 选选 材材 时时 应应 根根 据据 结结 构构 的的 重重 要要 性性 、 荷荷 载载 性性 质质 （（ 静静 、动动 ）） 、 连连 接接 方方 法法 、 工工 作作 温温 度度 等等 因因 素素 来来 综综 合合 考考 虑虑 以以 选选 择择 适适 宜宜 钢钢 材材。 2. 一一 般般 承承 重重 结结 构构 应应 有有 fu、 fy、 δδ 5 以以 及及 C（（ ≤≤ %）） 、 S、 P 的的 极极 限限 含含 量量 合合格格 保保 证证 ；； 焊焊 接接 及及 重重 要要 的的 非非 焊焊 接接 承承 重重 结结 构构 还还 应应 具具 备备 冷冷 弯弯 180o 合合 格格 保保 证证 （（ C≤≤ %）） ；； 承承 受受 动动 力力 荷荷 载载 需需 要要 验验 算算 结结 构构 疲疲 劳劳 强强 度度 时时 ,还还 应应 根根 据据 具具 体体 情情 况况 增增 加加 对对αα k 的的 不不 同同 要要 求求。 第第 三三 章章 钢钢 结结 构构 的的 连连 接接 受受 力力 分分 类类  螺螺 栓栓 根根 据据 作作 用用 不不 同同 ， 按按 螺螺 栓栓 受受 力力 可可 以以 分分 为为 ：： 受受 剪剪 、 受受 拉拉 及及 剪剪 拉拉 共共 同同 作作 用用 受受 剪剪 连连 接接  受受 力力 性性 能能 与与 破破 坏坏 形形 式式  五五 种种 破破 坏坏 形形 式式  螺螺 栓栓 受受 剪剪 破破 坏坏  孔孔 壁壁 挤挤 压压 破破 坏坏  连连 接接 板板 净净 截截 面面 破破 坏坏  螺螺 栓栓 受受 弯弯 破破 坏坏  连连 接接 板板 冲冲 剪剪 破破 坏坏  单单 个个 受受 剪剪 螺螺 栓栓 的的 承承 载载 力力 计计 算算  轴轴 力力 作作 用用 受受 剪剪 螺螺 栓栓 群群 的的 连连 接接 计计 算算  受受 力力 特特 性性 ：： 沿沿 受受 力力 方方 向向 ， 受受 力力 分分 配配 不不 均均 ， 两两 端端 大大 中中 间间 小小 ， 在在 一一 定定 范范 围围 内内 ，靠靠 塑塑 变变 可可 以以 均均 布布 内内 力力 ， 过过 大大 时时 ， 设设 计计 计计 算算 时时 仍仍 按按 均均 布布 ， 但但 强强 度度 需需 乘乘 折折 减减 系系数数 ββ 扭扭 矩矩 、 轴轴 力力 及及 剪剪 力力 共共 同同 作作 用用 受受 剪剪 螺螺 栓栓 群群 计计 算算  M、 N 共共 同同 作作 用用 （（ 偏偏 心心 受受 拉拉 ）） 螺螺 栓栓 计计 算算 小小 偏偏 心心 ：： 大大 偏偏 心心 : 第第 七七 节节 高高 强强 度度 螺螺 栓栓 连连 接接 一一 、 概概 述述  按按 受受 力力 特特 性性 分分 ：： 摩摩 擦擦 型型 与与 承承 压压 型型  抗抗 剪剪 连连 接接 时时 摩摩 擦擦 型型 以以 板板 件件 间间 最最 大大 摩摩 擦擦 力力 为为 承承 载载 力力 极极 限限 状状 态态 ；； 承承 压压 型型 允允 许许 克克服服 最最 大大。