《钢结构》复习提要

《钢结构》复习提要

一、课程的任务与要求

1、本课程的任务，通过理论学习和设计计算训练，使学生熟悉钢结构构件

的类型、构造，掌握各种基本构件的设计原理和方法；具备一般工业与民

用建筑钢结构设计的基本技能；为将来从事建筑钢结构的设计、施工打下

坚实的基础。

2、课程教学的基本要求

教学过程中要注意理论联系实际，突出基本理论的应用，重点使学生

掌握钢结构构造的方法和规范的应用。通过作业练习和课程设计，强化学

生对规范条文的理解的设计技能，达到能熟练地运用钢结构设计规范进行

构件和连接的设计。

二、教学内容及重点、难点如下：

第一章概述

（一）教学内容

1.钢结构的特点和应用；

2.钢结构的计算原理和计算方法；

3.钢结构的设计原理；

（-）要求掌握内容：

了解钢结构的特点及其在工程中的应用；掌握钢结构设计规范中采用的

设计方法。

1.结构的设计目的

使所设计的结构满足各种预定的功能要求。

安全性：结构能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用，在偶

然事件发生时及发生后，任能保持必需的整体稳定性、不致倒塌。

适用性:结构在正常使用时具有良好的工作性能,满足预定的使用要求,

如不发生影响正常使用的过大变形、振动等。

耐久性：结构在正常维护下，随时间变化任能满足预定的功能要求，如

不发生严重锈蚀而影响寿命。

2.恒载（永久荷载）

设计基准期内，不随时间变化或其变化与平均值相比很小的荷载。

3.活载（可变荷载）

设计基准期内，随时间变化或其变化与平均值相比很小的荷载。

4.结构所受作用：

作用：使结构产生内力、变形、应力和应变的所用原因。

1）直接作用：施加在结构上的荷载（自重，风荷载、雪荷载及活荷载）

2）间接作用：引起结构变形和约束变形从而产生内力和其它作用（地震、基

础沉降、温度变化、焊接等）

5.作用效应：结构上作用引起的结构或其构件内力和变形（弯矩、轴力、剪

力、扭矩、挠度、转角等）。

6.承载力极限状态

极限准则：1）最大承载力

2）不适于继续承载变形

7.正常使用极限状态

对钢结构来说，控制结构构件刚度，避免出现影响正常使用的过大变形或动

力作用下的较大振动。

8.钢结构的设计方法

1）概率极限状态设计法（作用效应和构件抗力之间的关系设计法）

2）分项系数表达法

第二章：钢结构的材料

（一）教学内容：

1.建筑钢材的两种破坏形式；

2.钢材的主要性能；

3.影响钢材主要性能的因素：

4.建筑钢材的种类和规格，合理的选择建筑钢材。

（二）重点掌握知识点：

1.掌握钢材的两种破坏形式；塑性破坏和脆性破坏及各自破坏时的特点

2.掌握钢材力学性能及其技术指标：力学性能有：屈服强度、抗拉强度、

伸长率、冷弯性能、冲击韧性及可焊性

1）掌握钢材的主要性能

（1）钢材的静力工作性能

抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯180度

（2）钢材的动力工作性能

冲击韧性、允许应力幅

3.掌握影响钢材力学性能的主要因素；化学成分、冶炼和轧制、钢材的硬

化、温度、复杂应力和应力集中的影响、残余应力、钢材的疲劳

4.应力集中：应力集中概念、应力集中的原因、应力集中的后果、改善和

避免应力集中的措施

5.掌握我国钢结构常用钢材的种类、牌号，能正确选用钢材

1）钢材的品种和牌号

碳素结构钢

低合金结构钢

2）钢材的选择

6.什么是钢材的时效硬化与冷作硬化？它们对钢材性能有什么影响？

7.掌握建筑钢材的不同分类：按化学成分分；按用途分；按冶炼方法分及

按浇铸方法分。

8.钢材的疲劳破坏和脆性短裂

1）钢材的疲劳破坏

2）钢材疲劳破坏的特征

3）钢材疲劳破坏的原因

4）钢材疲劳破坏的影响因素

第三章：钢结构的连接

（一）教学内容

1.钢结构的连接方法；

2.焊缝连接的特性；

3.对接焊缝的构造和计算；

4.角焊缝的构造和计算；

5.焊接残余应力和焊接残余变形；

6.普通螺栓连接的构造和计算；

7.高强度螺栓连接的性能和计算。

（二）重点掌握知识点

1.钢结构的连接方法有：焊接连接，钾钉连接，螺栓连接

连接方法优点缺点

对几何形体适应性强，构造简单，对材质要求高，焊接程序严格，

焊接连接

省材省工，易于自动化，工效高质量检验工作量大

传力可靠，韧性和塑性好，质量

钏接连接费钢、费工

易于检查，抗动力荷载好

普通螺栓螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精

装卸便利，设备简单

连接度高时加工和安装难度较大

加工方便，对结构削弱少，可拆

高强螺栓摩擦面处理，安装工艺略为复

换，能承受动力荷载，耐疲劳，

连接杂，造价略高

塑性、韧性好

2.对接焊缝的优缺点

优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。

缺点：需剖口，焊件长度要精确。

3.对接焊缝的构造处理

（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除

承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5m口。

（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免

应力集中。

（3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避免

应力集中。

4.对接焊缝的计算

轴心受力的对接焊缝：

N

6=勺""或仁

斜向受力的对接焊缝:

W

同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力

=也<-W

max—/—Jv

『扣；+3『旧.％”

5.角焊缝的计算

角焊缝的计算包括如下几个类型:

（1）端缝（正▽面角I焊缝”）；

（2）侧缝（侧面角焊缝）

N

6.角钢与连接板之间的连接方式：可采用两侧焊、三面围焊和L形围焊三种

方式

7.普通螺栓连接的计算

螺栓的承载力

每个普通螺栓的抗剪承载力：

每个普通螺栓的承压承载力：比=&2贰

式中：nv-----受剪面数d------螺杆直径

一一同一方向承压构件较小总厚度

£一一螺栓抗剪、抗压强度设计值

8.根据受力性能不同，高强度螺栓可分为：摩擦型、承压型和承拉型

对接焊缝计算

例1.某6m跨度简支梁的截面和荷栽（含梁自重在内的设计值）如图3.14。

在距支座2.4m处有翼缘和腹板的拼接连接，实验算其拼接的对接焊缝。已知钢

材为Q235,采用E43型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。

解：

①计算焊缝截面处的内力

M=-qab=[-x240x2.4x(6.0-2A)]kN-m=1036.8ZN・m

22

V=心/—“=[240x(3—2.4眄=144ZN

②计算焊缝截面几何特征值：

33464

Iw=-^X(250X1032-240x1000)mm=2898x10/72m

6

Ww=(2898x10=5616x106mz

Swi=(250xl6x508)mm3=2.032x\06mm3

363

Sw=(Swi+500x10x250)/raw=3.282x10ran

③计算焊缝强度

查附表得力"'=185N/nvn2/："=125N/mm2

’1036.8x1()6)

M，2

°max、5.616x1()6J=184.6N/mtrr<X=185A^/mm

_VS._144x1()3x3.282x106

=16.3N/mm2<=125N/mm2

MAX---2898X106X10

"o10001r。/2

—crm„=----x184.6=V189NImm

hmax1032

vs_144X1o3X2.032X106

w[=10.1^/mm2

6

Iwtw~-2898X10X10

折算应力：

Jcr；+3以=J178.92+3X1042=179.82V/mm1<1.1/"=1.1x185=203.5N/mm1

角焊缝计算：

例2.设计图示双盖板对接连接。已知钢板宽a=240mm,厚度t=10mm,钢材

为Q235钢，焊条为E43,手工焊，轴力设计值N=550KN。

解:

(1)确定盖板尺寸

为了保证施焊，盖板b取为b=240mm-40mm=200mm

按盖板与构件板等强度原则计算盖板厚度

、240x10/年…0

t,>------=6mm取ti=6mm

12x200

(2)计算焊缝

按构造要求确定焊角高度h

=4.74mm

ti=6mmhraox<ti=6mm因此取h,=6mm

若只设侧面角焊缝，则每侧共有四条焊缝，每条角焊缝长度为

N，八550xlO3〃、“u

+1ijmm=------------F1Omm=205mm

4x0.7%x4x0.7x6x160

取lw=210/«/«>200〃”〃所需盖板全长I-2lw+10=430mm

若采用三面围焊，则端缝承载力为

N、=2bhepf/；'=2x200x0.7x6x1.22x160=327936N=328XN

每条焊缝的长度为：

N.N\(550-328)xlO3

+5mm=+5mm-88/W77

4x0.7/?zx/；"4x0.7x6x160

取lw=90mm所需盖板全长/=2/u.+lOnvn=190mm

普通螺栓连接计算：

例3.两截面为-400X12的钢板，采用双盖板，C级普通螺栓拼接，螺栓采

用M20,钢板为Q235,承受轴心拉力设计值N=870KN,试设计此连接。

22

(《=130N/mm于：=305N/nvnt/0=21.5mm)

解：

(1)选定连接盖板截面

采用双盖板截面，强度不低于被连接构件，故选截面为-400X6,Q235

钢。

(2)计算所需螺栓数目和排列布置

单个螺栓抗剪承载力设计值：

/*=2X£21321X130=81381N

y，4八4

单个螺栓抗压承载力设计值为：

此=d乂2tx广=20x12x305=73200N

N850000

瓦厂73200=11.88取n=12

(3)验算连接板件的净截面强度

连接钢板与盖板受最大内力相同，均为N,且两者在最大内力处的材料、

净截面均相同。按螺栓孔径5=21.50™计算

2

An-(b-ndn)t=(400-4x21.5)x12-3768mm

0'=曳=应3^~=230.89/^/〃7加2>2157^/加〃2(不满足要求)

An3768

第四章：轴心受力构件

(一)教学内容

1.轴心受力构件的应用和截面形式；

2.轴心受拉构件的受力性能和计算；

3.轴心受压构件的受力性能和整体稳定计算；

4.轴心受压构件的局部稳定计算；

5.实腹式轴心压杆的截面设计；

6.格构式轴心压杆设计；

7.柱头的构造设计；

8.柱脚设计。

(-)重点掌握知识点

1.轴心受力构件正常工作的基本要求：满足强度、刚度及稳定性条件

2.掌握轴心受力构件的强度与刚度设计准则和计算方法

3.了解轴心受压构件弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲临界力的确定方法

4.掌握轴心受压构件整体稳定设计准则，影响轴心受压杆整体稳定的因素

及规范采用的设计方法

5.影响轴心受压构件整体稳定性的因素有哪些?

长细比是主要影响因素，除此之外还分别有：构件初始缺陷、加工制作过程

中产生的残余应力、杆件轴线的初始弯曲及轴向力的初始偏心等因素。

6.建立薄板稳定的基本概念；掌握由薄板临界力导出的实腹式轴心受压构

件腹板，翼缘保证局部稳定的宽厚比限值

7.掌握实腹式轴心压杆的截面设计方法和柱身构造要求

8.掌握格构式轴心压杆对虚轴的换算长细比的概念；掌握格构式轴心压杆

的截面设计、缀件设计及柱身构造要求

9.掌握柱头、柱脚的构造，会分析柱头、柱脚的传力并正确计算

例：某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图所示。柱的上、下端均为较接，

柱高4.2m,承受的轴心压力设计值为lOOOkN,钢材为Q235,翼缘为火焰切割边，

焊条为E43系列，手工焊。试验算该柱是否安全。

解：已知/x=/,.=4.2m,/=215N/mm2o

计算截面特性：

A=2X25Xl+22X0.6=63.2cm2,

234

lx=2X25X1X11.5+0.6X22/12=7144.9cm,

%=2X1X253/12=2604.2cm4,

ix-d1JA=10.63cm,iv=Iy/A-6.42cm。

验算整体稳定、刚度和局部稳定性

%=//产420/10.63=39.5([甩=150,

%=4〃产420/6.42=65.4<"]=150,

截面对x轴和y轴为b类，查稳定系数表可得，%=0.901,%=0.778,取<p=(py=0.778,

则

a=—=———xl0=203.4N/mm2</=215N/mm2

tpA0.778x63.2

翼缘宽厚比为fe|/z=(12.5-0.3)/l=12.2<10+0.1X65.4=16.5

腹板高厚比为垢〃“，=(24-2)/0.6=36.7<25+0.5X65.4=57.7

构件的整体稳定、刚度和局部稳定都满足要求。

第五章受弯构件

(一)教学内容

1.梁的种类、截面型式和应用；

2.梁的强度、刚度计算；

3.梁的整体稳定的概念和验算；

4.梁的局部稳定验算、加劲肋的设置；

5.型钢梁的设计；

6.焊接梁的设计；

（二）重点掌握知识点

1.梁的类型

按弯曲变形状况分：单向弯曲构件和双向弯曲构件

按支承条件分：简支梁连续梁悬臂梁

按截面构成方式分：实腹式截面梁，空腹式截面梁和组合梁

2.梁的强度、刚度计算；

3.型钢梁设计要求：

满足强度、刚度及整体稳定要求

例：图示简支梁，不计自重，Q235钢，不考虑塑性发展，密铺板牢固连接于上

翼缘，均布荷载设计值为45kN/m,荷载分项系数为1.4,>215N/mm2o问是否

满足正应力强度及刚度要求，并判断是否需要进行梁的整体稳定验算。

52

己知：［。］=---0=_5必E=2.06xl0N/mm

250384%

-10x150

/

-8x500

I

-10x150

解：（1）正应力强度验算

梁的跨中最大弯矩为：

1,1,

M=-qlz=-x45x62=202.5^-m

88

Z=2X15X1.0X25.52+—x0.8x503=27841cw4

*12

^42Z§41

叱==107W

h26

202.5X103X103

联—-1071X103=1断IN/mnj＜，=215N/mi/

所以，正应力强度满足。

（2）刚度验算

5矶,________5x45x600(/

co-=9.5mm

54

384E/V1.4X384X2.06X10X27841X10

<\co\=」一=24mm

L」250

所以，刚度满足要求。

（3）整体稳定性验算

由于密铺板牢固连接于上翼缘，所以不必进行整体稳定性验算。

第六章拉弯构件和压弯构件

（一）教学内容：

1.拉弯和压弯构件的应用及其破坏形式

2.拉弯和压弯构件的强度计算

3.压弯构件平面内、外的稳定计算

平面内的失稳现象；平面内的弹性性能；平面内的承载能力；平面内稳定的

实用计算公式；平面外的实用计算公式。

（二）重点掌握知识点

1.压弯构件的破坏形式：

（1）强度破坏；

（2）在弯矩作用的平面内发生弯曲失稳破坏；

（3）在弯矩作用的平面外发生弯曲失稳破坏；

（4）局部失稳破坏

2.拉弯和压弯构件的强度计算；

3.压弯构件平面内的稳定实用计算；

4.腹式压弯构件平面外的稳定实用计算;

例：某双轴对称焊接工字型截面压弯构件，其受力状态、支撑布置和截面尺寸如

图所示。承受的荷载设计值为N=880左N,跨中横向集中力为尸=180ZN。构件

长度/=材料用Q235—B.F钢。试校核截面的强度、刚度。

50005000

解：跨中截面：Af=-F/=-X180X10=450^-/72

44

（1）截面几何特征：

2

An=2bt+hwtw=152cm

IZJ/Z3--(fe-r.)A3=82327c渥

“1212"”

在弯矩作用平面内：

W|r=2/*〃2=3118加

，0x=lOm」oy=5m

翼缘板为剪切的焊接工字型截面，对x轴屈曲时属b类截面，对y轴屈曲时属c

内截面。

M

=0.65+—L=0.65>0.4

M2

Q235钢的强度设计值/=215N/，z2m2

（2）强度验算:

Z=（。_；）/2-]4〉13^^二13,故九=1.0

NM880xlO3450xlO6

<7=——+———x=---------+-------------------7=2027V/mm2</=215N/mm2

23

A„7Ml*152xl01.0x3118xl0

满足要求。

（3）刚度验算

2

长细比：2v=°/=10xl0723.7=43.0

%=500/9.91=50.5

构件的最大长细比2max=maxh,2J=50.5<[/l]=l50

满足要求。

第七章屋盖结构

（一）教学内容

1.钢屋盖的组成；

2.屋盖支撑的种类、作用和布置原则；

3.楝条的型式和设计；

4.普通钢屋架的设计，绘制施工图。

（~）重点掌握知识点

1.钢屋盖的组成及分类；

2.常用屋架的形式；

（1）无棵屋盖结构体系的特点：在屋架上直接放置钢筋混凝土大型屋面板,

其上铺设保温层和防水层，荷载通过大型屋面板直接传给屋架。

（2）有楝屋盖结构体系的特点：在屋架上设置楝条，楝条上铺设压型

钢板、石棉瓦等轻型屋面材料，荷载通过楝条传给屋架。

3.屋盖支撑的种类与作用；

屋盖支撑：当钢屋盖以平面桁架为主要承重构件时，各平面桁架要用各种支

撑及纵向杆件连成一个空间几何不变的整体结构，才能承受荷载，这些支撑和系

杆统称屋盖支撑，由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、

垂直支撑及系杆组成。

4.钢橡条设计

橡条计算：强度、整体稳定、刚度

5.钢屋架设计

6.节点设计

《钢结构》考试试题（一）

班级：姓名：学号

一、填空题

1.建筑钢材的破坏形式有

2.钢材按化学成分可分为

3.钢结构常用的焊接方法有

4.焊缝按连接构件之间的相对位置分为__________________________

5.轴心受力构件在荷载作用下能正常工作的基本要求分别是

6.钢梁按制作方法可分为和

7.常用屋架形式有：___________________________________________

8.目前钢结构的除锈方法有

9.结构的可靠性是指

二、简答题

1.什么是钢材的时效硬化，什么是冷作硬化？他们对钢材性能有什么影响？

2.钢材有哪些主要的力学性能指标？它们各用来衡量钢材在哪方面的性能?

3.钢屋架有哪几种支撑？分别说明各自的作用？

三、焊缝连接计算

焊接工字形梁（如图所示）在板与翼缘处设置一条工厂拼接的对接焊缝，拼接处

承受的M=150kN-m,V=350kN,试验算拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235,采

用E43型焊条，手工焊，施焊时采用引弧板。（£“=185N/〃加之

=125N/m加2）

-260*16

四、螺栓连接计算（15分）

两截面为-360X12的钢板，采用双盖板，C级普通螺栓拼接，螺栓采用M20,

钢板为Q235，承受轴心拉力设计值N=850KN，试设计此连接。

(=l3ON/mni2=3O5N/mm2=21.5nvn)

《钢结构》考试试题一答案

一、填空题：

1.塑性破坏和脆性破坏

2.碳素钢和低合金钢

3.焊接连接，钏钉连接，螺栓连接

4.平接，搭接，T型连接和角接

5.强度要求，刚度要求，稳定性要求

6.型钢梁和组合梁

7.平行弦屋架，三角形屋架和梯形屋架

8.水冷却法，屏蔽法，水喷淋法(涂抹防火涂料)

9.安全性，适用性，耐久性

二、简答题：

1.时效硬化：是指轧制钢材放置一段时间后，其力学性能发生变化的现象。刚才

经过时效硬化，其强度提高，其塑性和韧性则降低。

冷作硬化：又称钢材的应变硬化，是指根据钢材在拉伸过程中表现得力学

性能，将钢材在使用前进行加载超过屈服点后再卸载，使钢材的弹性提高，塑性

降低。因此钢材的冷作硬化能提高钢材的强度，但降低钢材的塑性和韧性。

2.性能指标有：屈服强度，抗拉强度，伸长率，冷弯性能，冲击韧性和可焊性

(1)屈服强度作为衡量承载能力极限状态的标志，

(2)抗拉强度是衡量钢材强度的一项重要指标

(3)伸长率主要衡量钢材塑性性质

(4)冷弯性能是衡量钢材综合性能的指标

(5)冲击韧性使衡量钢材强度，塑性及材质的一项综合指标

3.钢屋架的支撑分为：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支

撑、垂直支撑和系杆等五种

(1)上弦横向水平支撑的作用是减小屋架上弦出平面的计算长度，提高上弦杆

的侧向稳定性，并作为山墙抗风柱的上部支撑点，保证山墙风荷载的可靠传递。

(2)下弦横向水平支撑的作用是承受并传递风荷载和地震引起的水平力减小下

弦计算长度，提高承载力。

(3)下弦纵向水平支撑的作用是与横向支撑形成封闭的支撑系统，以提高房屋

的整体空间刚度。

(4)垂直支撑的作用是使相邻两屋架形成空间几何不变体系，以保证屋架在使

用和安装时的整体稳定。

(5)系杆作用是保证无支撑处屋架的稳定，传递水平荷载，并减小屋架上下弦

平面外的计算长度，在安装过程中起架立屋架的作用。

三、(1)计算焊缝截面几何特征值

Iw=\x(260x4123—248x38()3)=381.227x106m一

663

Ww=381.227xlO+206=1.851X10/?«M

SWI=260x16x198=0.82X1()6〃”疗

63

Sw=SW]+190x12x95=1.04x10/?^

(2)计算焊缝强度：£*=185N/〃"”2f；=125NImm?则(10分)

21

crmnx=—=LI。=81.040N/mmZl85N/mm

%1.851X106

VS350X103X1.04X106

W=79.6NImm1/125NImm1

「max6

Iwtw~381.227X10X12

5=h%=—x81.04=74.757V/mm2

'h412

VS350X103X0.82X106

Wi=62.7N/mm2

16

Iwtu~381.227X10X12

折算应力：=/4.752+3x62.72=76N/mm2Nl.lxl85N/mm?

四、（1）计算所需螺栓数目和排列布置

单个螺栓抗剪承载力设计值：

〃贮/]=2x7rx202x130=81381N

vv44

此=dx£txf：=20x12x305=73200N

N850000

n=——=11.61取n=12

Nb.

nun73200

⑵验算连接板件的净截面强度（6分）

2

An=（/?-nd。=（360-4x21.5）x12=3288mm

<y-—=_258.52N/mm2>215?///mi2(不满足要求)

3288

《钢结构》考试试题（二）

一、填空题

1.建筑钢材的破坏形式有

2.钢材按用途可分为

3.钢结构的连接方法有

4.角钢与连接板的连接方式有

5.高强度螺栓根据受力性能不同，可分为

6.钢屋架结构由等构件组成

7.楝条通常为双向弯曲构件，其形式主要有

8.目前提高钢结构抗火性能的主要方法有

二、简答题

1.作为建筑钢材应满足哪些性能要求？

2.对接焊缝施焊时为什么要采用引弧板?

3.简述型钢梁的设计步骤

三、计算题

1.设计图示双盖板对接连接。已知钢板宽a=240mm,厚度钢材为Q235

钢，焊条为E43,手工焊，轴力设计值N=600KN。

2.两截面为-400X14的钢板，采用双盖板，C级普通螺栓拼接，螺栓采用M20,

钢板为Q235,承受轴心拉力设计值N=920KN,试设计此连接。

Q4=13ON/mm?4=305N/mm?d0=2i.5mtn)

《钢结构》考试试题（二）答案

一、填空题：

1.弹性破坏，塑性破坏

2.结构钢，工具钢和特殊用途钢

3.焊缝连接，钾钉连接，螺栓连接

4.两侧缝，三面围焊和L形围焊

5.摩榛型，承压型和承拉型

6.屋面板，屋架，支撑等

7.实腹式和桁架式

8.水冷却法，屏蔽法，水喷淋法，涂抹防火材料

二、简答题；

1.（1）要具有足够的强度。即抗拉强度和屈服强度较高

（2）具有足够的变形能力。即塑性和韧性好