钢 结 构
第一章 概述
第二章 建筑钢材
第三章 钢结构的连接
第四章 轴心受力构件
第五章 梁（受弯构件）
第六章 拉弯与压弯构件第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用
第二节 钢结构的设计原理与方法
第三节 钢结构的发展
第四节 钢结构课程的学习方法第一节 钢结构的特点及应用一、钢结构的特点
1、强度高、强重比大；塑性、韧性好；
2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；
3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；
4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
二,钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构；
2、多层、高层及超高层建筑结构；
3、轻钢结构；
4、塔桅等高耸结构；
5、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范,建筑结构可靠度设计统一标准,
（ GB50068） 规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
钢结构和其他建筑结构一样，遵循,统一标准,要求，
采用的也是 以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设 j计方法 。
极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述，
认真进行复习。
通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强度的标准值与设计值。
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的,中国建筑技术政策,中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由,节约使用,
变为,合理用钢,,,加大建筑用钢,。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
第四节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；
多作习题与思考题，避免眼高手低。
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求
第二节 钢材的主要机械性能
第三节 影响钢材性能的主要因素
第四节 建筑结构用钢的种类及选择第一节 建筑结构用钢的基本要求
● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，
结构的自重轻；
2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；
3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能；
● 据上要求,,钢结构设计规范,GB50017-2003
推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的
Q235钢及低合金高强结构钢中的 Q345,Q390
和 Q420钢四种钢材。
第二节 钢材的主要机械性能一、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－ δ5（ δ10），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 αk,钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（ 20o）、零温（ 0o）,负温（ -20o,-40o）区分 。
5,可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份
2、冶金及轧制
3、冷作硬化与时效硬化
4、复杂应力与应力集中
5、残余应力
6、温度
1、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 ≤0.22%，
焊接结构应控制在 ≤0.20%。
Si：含 Si适量使强度 ↑ 其它影响不大，有益，应控制 ≤0.1~0.3
%
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，控制含量 ≤0.008%
2,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。
3,冷作硬化与时效硬化
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 。
4、复杂应力与应力集中的影响
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。
5、残余应力的影响
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 2.10）,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） 。
6、温度的影响温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响（ P27，图 2.11）
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 2.12）
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 。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类
钢材牌号由：,Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法,
四部分组成。
Q：表示,屈,字拼音首位字母，意为,屈服强度,；
质量等级：分 A~E五级（字序越高质量越好）；
脱氧方法,F－沸腾钢； Z－镇静钢（一般省略）；
b－半镇静钢； TZ－特殊镇静钢。
注：炭素结构钢分,A,B,C,D 四级，含所有脱氧方法；
低合金结构钢分,A,B,C,D,E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的 Q235及低合金钢中的 Q345,Q390,Q420四种钢材。
二、建筑结构用钢的选择
1,钢材的质量和性能，由钢材力学性能中的抗拉强度 fu、屈服强度 fy、伸长率 δ5（ δ10）、冷弯 180o
及冲击韧性 αk，化学成分 C,S,P等 的极限含量，
以及冶炼脱氧方法来衡量。选材时应根据结构的重要性,荷载性质 （静、动）,连接方法,工作温度 等因素来综合考虑以选择适宜钢材。
2,一般承重结构应有 fu,fy,δ5以及 C（ ≤0.22%）、
S,P的极限含量合格保证；焊接及重要的非焊接承重结构还应具备冷弯 180o合格保证 （ C≤0.2%） ；
承受动力荷载需要验算结构疲劳强度时,还应根据具体情况增加对 αk的不同要求。
第一章 概述
第二章 建筑钢材
第三章 钢结构的连接
第四章 轴心受力构件
第五章 梁（受弯构件）
第六章 拉弯与压弯构件第一章 绪 论
第一节 钢结构的特点与应用
第二节 钢结构的设计原理与方法
第三节 钢结构的发展
第四节 钢结构课程的学习方法第一节 钢结构的特点及应用一、钢结构的特点
1、强度高、强重比大；塑性、韧性好；
2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；
3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；
4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
二,钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构；
2、多层、高层及超高层建筑结构；
3、轻钢结构；
4、塔桅等高耸结构；
5、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范,建筑结构可靠度设计统一标准,
（ GB50068） 规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
钢结构和其他建筑结构一样，遵循,统一标准,要求，
采用的也是 以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设 j计方法 。
极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述，
认真进行复习。
通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强度的标准值与设计值。
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的,中国建筑技术政策,中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由,节约使用,
变为,合理用钢,,,加大建筑用钢,。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
第四节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；
多作习题与思考题，避免眼高手低。
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求
第二节 钢材的主要机械性能
第三节 影响钢材性能的主要因素
第四节 建筑结构用钢的种类及选择第一节 建筑结构用钢的基本要求
● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，
结构的自重轻；
2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；
3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能；
● 据上要求,,钢结构设计规范,GB50017-2003
推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的
Q235钢及低合金高强结构钢中的 Q345,Q390
和 Q420钢四种钢材。
第二节 钢材的主要机械性能一、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－ δ5（ δ10），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 αk,钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（ 20o）、零温（ 0o）,负温（ -20o,-40o）区分 。
5,可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份
2、冶金及轧制
3、冷作硬化与时效硬化
4、复杂应力与应力集中
5、残余应力
6、温度
1、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 ≤0.22%，
焊接结构应控制在 ≤0.20%。
Si：含 Si适量使强度 ↑ 其它影响不大，有益，应控制 ≤0.1~0.3
%
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，控制含量 ≤0.008%
2,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。
3,冷作硬化与时效硬化
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 。
4、复杂应力与应力集中的影响
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。
5、残余应力的影响
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 2.10）,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） 。
6、温度的影响温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响（ P27，图 2.11）
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 2.12）
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 。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类
钢材牌号由：,Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法,
四部分组成。
Q：表示,屈,字拼音首位字母，意为,屈服强度,；
质量等级：分 A~E五级（字序越高质量越好）；
脱氧方法,F－沸腾钢； Z－镇静钢（一般省略）；
b－半镇静钢； TZ－特殊镇静钢。
注：炭素结构钢分,A,B,C,D 四级，含所有脱氧方法；
低合金结构钢分,A,B,C,D,E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的 Q235及低合金钢中的 Q345,Q390,Q420四种钢材。
二、建筑结构用钢的选择
1,钢材的质量和性能，由钢材力学性能中的抗拉强度 fu、屈服强度 fy、伸长率 δ5（ δ10）、冷弯 180o
及冲击韧性 αk，化学成分 C,S,P等 的极限含量，
以及冶炼脱氧方法来衡量。选材时应根据结构的重要性,荷载性质 （静、动）,连接方法,工作温度 等因素来综合考虑以选择适宜钢材。
2,一般承重结构应有 fu,fy,δ5以及 C（ ≤0.22%）、
S,P的极限含量合格保证；焊接及重要的非焊接承重结构还应具备冷弯 180o合格保证 （ C≤0.2%） ；
承受动力荷载需要验算结构疲劳强度时,还应根据具体情况增加对 αk的不同要求。
