钢结构设计原理课件
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2024版钢结构ppt课件
01钢结构定义02发展历程由钢材制成的工程结构，具有轻质、高强、施工速度快等特点。
从工业革命时期的初步应用到现代建筑业的广泛应用，钢结构经历了不断的技术创新和发展。
钢结构定义及发展历程钢材性能与分类钢材性能包括力学性能、工艺性能和耐久性等方面，如抗拉强度、屈服点、延伸率、冷弯性能等。
钢材分类根据化学成分、冶炼方法、用途等不同，钢材可分为碳素钢、合金钢、不锈钢等多种类型。
0102强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保等。
耐火性差、易腐蚀、隔音效果一般、设计要求高等。
优势局限性钢结构优势与局限性应用领域及发展趋势应用领域广泛应用于工业厂房、高层建筑、桥梁、海洋平台等领域。
发展趋势随着新材料、新技术的不断涌现，钢结构将朝着更加轻质、高强、耐久、环保的方向发展，同时智能化、模块化等新型建造方式也将得到更广泛的应用。
03通过电弧或火焰将焊条和焊件局部加热到熔化状态，形成永久性的连接。
焊接连接原理包括焊接前准备（如坡口加工、清理焊件等）、装配与定位、焊接工艺参数选择、焊接操作以及焊后检验等步骤。
工艺流程常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等，设备包括焊机、焊枪、焊条等。
焊接方法与设备焊接连接原理及工艺流程01螺栓连接类型包括普通螺栓连接和高强度螺栓连接，其中高强度螺栓连接又分为摩擦型连接和承压型连接。
02选用原则根据连接件的受力情况、工作环境、安装条件等因素选择合适的螺栓类型和规格。
03安装与紧固螺栓连接安装时应保证螺栓与孔洞的配合精度，采用正确的紧固方法和力矩，避免过紧或过松。
螺栓连接类型与选用原则铆接技术简介及实例分析铆接技术简介铆接是一种通过铆钉将两个或多个构件连接在一起的方法，具有连接可靠、承受载荷大等优点。
实例分析以某钢结构桥梁为例，介绍铆接技术在桥梁建设中的应用，包括铆钉的选用、铆接工艺以及铆接质量的检验等。
优缺点及适用范围分析铆接技术的优缺点，如连接强度高、密封性好但拆卸困难等，并指出其适用于承受较大载荷和需要密封的场合。
钢结构设计原理 第2版课件第2章
2.2.2 冶金过程
冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺） 轧制：改善内部组织结构 热处理：显著提高强度
2.2.3 钢材硬化
冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。 自然时效、人工时效 应变时效
2.2.4 温度
正温 在200℃以内钢材性能没有很大变化， 430～540℃强度急剧下降。
同外增加一个等级E，主要是要求-40℃的冲击韧性。钢的牌号如：
Q345-B、Q390-C等等。
3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如： 斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。高强钢丝分 光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而 成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。 多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”； 多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。
2.4.4 钢材的规格：
热轧钢板：薄板、厚板
热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型 钢、T型钢
冷弯薄壁型钢：
工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢用号数 表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种 腹板厚度分别为a、b、c三类。如I30a、I30b、I30c，a类腹板较薄用作受弯构 件较为经济，c类腹板较厚。轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，因 而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。H型钢是世界各国使用很广泛 的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相 连。它可分为宽翼缘H型钢，代号HW，翼缘宽度B与截面高度H相等；中翼缘 H型钢，代号HM，B＝(1/2～2/3)H；窄翼缘H型钢，代号HN，B=(1/3—1/2)H。 各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和剖分 T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1
钢结构设计原理第4章(2) 稳定性(整体)
y是由0y确定， b= 1.0， = 0.7
﹡缀材计算 按实际剪力和弯曲失稳剪力的较大值计算
V Af 85
fy 235
4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
4.6.1 轴心受压构件的板件稳定
﹡均匀受压板件的屈曲现象
①板件宽厚比 原则： ● 允许板件先屈曲 ● 不允许板件先于构件整体屈曲，临界应力相等 （等稳原则）
是构件在弯矩作用平面内的长细比，
当<30 =30； 当>100时，取=100
横隔(每个单元不少于2个，间距不大于8m)
﹡翼缘的稳定与梁相同
不考虑塑性，
b1 / t 15 235 fy
部分考虑塑性，
b1 / t 13 235 fy
f
x A W1x 1 x N NEx
W1x=Ix /y0
x 是由0x确定的b类截面轴心压杆稳定系数。
﹡单肢计算(弯矩绕虚轴作用)
单肢1 N1 =Mx /a+N z2 /a
单肢2 N2 =N N1
按轴心受压构件计算。 注意计算长度取值。
﹡弯矩作用平面外稳定计算
●弯矩绕虚轴作用：单肢已经验算 ●弯矩绕实轴作用：按箱形截面的平面外计算，
c=0时，可不配置；否则按构造配置0.5h0≤a≤2h0
2、对于 h0 tw > 80 235 fy 的梁，一般应配置横
向加劲肋并按要求计算局部稳定。
3、h0 tw > 150 235 fy 时（受压翼缘扭转未约束），
h0 tw > 170 235 fy 或（受压翼缘扭转受约束），
应配置纵横加劲肋，必要时配置短加劲肋（下图）。
D / t 23500/ fy
4.6.2 受弯构件的板件稳定
﹡缀材计算 按实际剪力和弯曲失稳剪力的较大值计算
V Af 85
fy 235
4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
4.6.1 轴心受压构件的板件稳定
﹡均匀受压板件的屈曲现象
①板件宽厚比 原则： ● 允许板件先屈曲 ● 不允许板件先于构件整体屈曲，临界应力相等 （等稳原则）
是构件在弯矩作用平面内的长细比，
当<30 =30； 当>100时，取=100
横隔(每个单元不少于2个，间距不大于8m)
﹡翼缘的稳定与梁相同
不考虑塑性，
b1 / t 15 235 fy
部分考虑塑性，
b1 / t 13 235 fy
f
x A W1x 1 x N NEx
W1x=Ix /y0
x 是由0x确定的b类截面轴心压杆稳定系数。
﹡单肢计算(弯矩绕虚轴作用)
单肢1 N1 =Mx /a+N z2 /a
单肢2 N2 =N N1
按轴心受压构件计算。 注意计算长度取值。
﹡弯矩作用平面外稳定计算
●弯矩绕虚轴作用：单肢已经验算 ●弯矩绕实轴作用：按箱形截面的平面外计算，
c=0时，可不配置；否则按构造配置0.5h0≤a≤2h0
2、对于 h0 tw > 80 235 fy 的梁，一般应配置横
向加劲肋并按要求计算局部稳定。
3、h0 tw > 150 235 fy 时（受压翼缘扭转未约束），
h0 tw > 170 235 fy 或（受压翼缘扭转受约束），
应配置纵横加劲肋，必要时配置短加劲肋（下图）。
D / t 23500/ fy
4.6.2 受弯构件的板件稳定
7-钢结构连接 钢结构设计原理 教学课件
钢 结构
基本原理
土木工程学院
2019年——2019年第二学期
3 钢结构的连接
本章内容：(1) 钢结构的连接方法 (2) 焊接方法和焊接连接形式 (3) 角焊缝的构造与计算 (4) 对接焊缝的构造与计算 (5) 螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计算
2、高强螺栓连接
（1）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：35号、45号
合 金 钢：20MnTiB、40B、35VB 性能等级：8.8级、10.9级。
小数点前8、10——螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为800、1000N/mm2；
小数点后0.8、0.9——屈强比 f0.2/ fu
（2）按抗剪性能分
2
2 f
ffw
3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算
1.承受轴心力作用时角焊缝连接计算
(1) 用盖板的对接连接承受轴心力时
①两面侧焊
由
f
N helw
f
w f
得
lw
N 0.7hf
f
w f
lw
lw 4
2hf
盖板长度： L板2lwa
(由构造确定hf )
La L
a LL
N
N
b t
N
N
N
图3.13 侧面角焊缝受力示意图
图3.14 侧焊缝的应力
侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均 匀，呈两端大而中间小的状态。
2、正面角焊缝—垂直于力的作用方向 正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力 和剪应力；强度高，塑性差。
图3.15 正面角焊缝应力状态
基本原理
土木工程学院
2019年——2019年第二学期
3 钢结构的连接
本章内容：(1) 钢结构的连接方法 (2) 焊接方法和焊接连接形式 (3) 角焊缝的构造与计算 (4) 对接焊缝的构造与计算 (5) 螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计算
2、高强螺栓连接
（1）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：35号、45号
合 金 钢：20MnTiB、40B、35VB 性能等级：8.8级、10.9级。
小数点前8、10——螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为800、1000N/mm2；
小数点后0.8、0.9——屈强比 f0.2/ fu
（2）按抗剪性能分
2
2 f
ffw
3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算
1.承受轴心力作用时角焊缝连接计算
(1) 用盖板的对接连接承受轴心力时
①两面侧焊
由
f
N helw
f
w f
得
lw
N 0.7hf
f
w f
lw
lw 4
2hf
盖板长度： L板2lwa
(由构造确定hf )
La L
a LL
N
N
b t
N
N
N
图3.13 侧面角焊缝受力示意图
图3.14 侧焊缝的应力
侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均 匀，呈两端大而中间小的状态。
2、正面角焊缝—垂直于力的作用方向 正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力 和剪应力；强度高，塑性差。
图3.15 正面角焊缝应力状态
钢结构基本原理全套精美课件
11 2.1 钢结构对材料的要求
第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的破坏形式
塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。
脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生 突然，没有机会补救。
脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。
➢ 应尽量发挥材料的塑性 ➢ 避免一切脆性破坏的可能性
10
第二章 钢结构的材料
2.1 钢结构对材料的要求
较高的强度 足够的变形能力。即塑性、韧性好。 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
15 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ fu 作为钢材实际破坏强度
16 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
二、塑性性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100%
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使 材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即 冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。
27 2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的破坏形式
塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。
脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生 突然，没有机会补救。
脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。
➢ 应尽量发挥材料的塑性 ➢ 避免一切脆性破坏的可能性
10
第二章 钢结构的材料
2.1 钢结构对材料的要求
较高的强度 足够的变形能力。即塑性、韧性好。 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
15 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ fu 作为钢材实际破坏强度
16 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
二、塑性性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100%
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使 材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即 冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。
27 2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
中南大学《钢结构原理》课件第五章 轴心受力构件
☆措施(确保长细比不是很小，不扭转失稳)
y (x ) 5.07b / t
☆长细较大时，弯曲失稳起控制作用，作弯曲失稳验算。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
5.5 轴心受压构件局部稳定性
1、局部稳定的概念
轴心受压柱局部屈曲变形
轴心受压构件翼缘的凸曲现象
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。
前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17起 属稳定问题。
（设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）
例如：
1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀1200m2屋盖塌落。 起因是一对尺寸相同的拉压杆装配颠倒。 1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。起因是受力 较大的钢屋架端斜杆失稳。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•荷载初始偏心降低稳定承载力
vm e0 (sec
2
N 1) NE
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•残余应力降低稳定承载力
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
（1）使部分截面提前进入塑性状态，截面的弹性区域减少， 干扰后只有弹性区产生抗力增量，故降低了稳定承载力。
N 1 fy A Ry
N 1 fu An Ru
偏安全简化处理
N 1 fy f An Ry
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
2、刚度计算
•刚度计算的目的：保证在安装、使用过程中正常使用要求
•实例1：九江桥主拱吊杆涡振现象
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
y (x ) 5.07b / t
☆长细较大时，弯曲失稳起控制作用，作弯曲失稳验算。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
5.5 轴心受压构件局部稳定性
1、局部稳定的概念
轴心受压柱局部屈曲变形
轴心受压构件翼缘的凸曲现象
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。
前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17起 属稳定问题。
（设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）
例如：
1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀1200m2屋盖塌落。 起因是一对尺寸相同的拉压杆装配颠倒。 1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。起因是受力 较大的钢屋架端斜杆失稳。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•荷载初始偏心降低稳定承载力
vm e0 (sec
2
N 1) NE
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•残余应力降低稳定承载力
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
（1）使部分截面提前进入塑性状态，截面的弹性区域减少， 干扰后只有弹性区产生抗力增量，故降低了稳定承载力。
N 1 fy A Ry
N 1 fu An Ru
偏安全简化处理
N 1 fy f An Ry
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
2、刚度计算
•刚度计算的目的：保证在安装、使用过程中正常使用要求
•实例1：九江桥主拱吊杆涡振现象
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
《钢结构基本原理》PPT课件
编辑ppt
25
第三节 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、基 本原理部分，即前面六章内容；
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；
第一章第一章绪论绪论第二章第二章钢结构材料钢结构材料第三章第三章钢结构连接钢结构连接第四章第四章轴心受力构件轴心受力构件第五章第五章受弯构件受弯构件第六章第六章拉弯与压弯构件拉弯与压弯构件22第一章第一章第一节第一节钢结构的特点与应用范围钢结构的特点与应用范围第二节第二节钢结构的设计计算方法钢结构的设计计算方法第三节第三节钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法33第一节第一节钢结构的特点及应用范围钢结构的特点及应用范围一钢结构的特点一钢结构的特点11强度高强重比大强度高强重比大重量轻基础费用减少抗震性重量轻基础费用减少抗震性能好
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17
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18
索穹顶结构
汉城奥运会体操馆
亚特兰大佐治亚穹顶 用编辑钢ppt量不到30 kg /m2
19
编辑ppt
20
重型厂房结构
西安变压器厂（400t吊车）
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21
容器和其他构筑物
大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐
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陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐
东方明珠电视塔
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12
鸟巢
编辑ppt
13
鸟巢
容纳8万人，平面 为椭圆形,长轴 340m,短轴292m。 屋盖中间有一个 146m×76m的开口
钢结构设计基本原理PPT精品课程课件全册课件汇总
钢材当辐射热温度低于150℃时，钢材的主要性能变化 很小。因此，其耐热性能较好。当温度超过150℃时，材质 性能有所变化，需采取隔热措施，当温度达到600℃左右， 钢结构会瞬间崩溃，完全丧失承载力。因此，耐火性能差， 必须采取一定的防火措施。美国世贸大楼的坍塌充分 说明了钢结构耐火性能差是一致命缺憾。
4
1
2
1.1钢结构的特点
不同材料形成的结构有各自的特点。钢结构(steel structure)是由钢板或型钢制造而成的结构，其主要特 点如下：
1.强度(strength)高
与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比，钢材的容 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 重虽然大，但强度高很多。现举例说明，《钢结构设计 规范》（GB50017-2003）中，强度最低的钢材为Q235， 其抗拉、抗压强度设计值为215N/mm2，《混凝土设计规 范》（GB50010-2002 ）中标号最高的为C80，其抗拉、 抗压强度设计值分别为 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可 见，前者抗拉强度为后者的 97倍，而抗压强度为6倍。 因此，在相同的荷载和条件下，钢结构的重量轻。
XX学院 XX 专业
钢结构设计基本 原理
授课人：XX XX 【全套课件】
钢结构课程的学习方法
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 根据教学大纲要求，本课程主要讲授钢结 构的基本原理以及构件设计计算内容； • 本课程的特点是大家对钢结构的感性认识 还较少，结构构造复杂，理论性强（特别 是稳定理论）； • 受课时限制，不能过多地详细讲解例题， 一定要从受力概念上理解问题，加强课前 预习与课后复习； • 多做习题与思考题。
4
1
2
1.1钢结构的特点
不同材料形成的结构有各自的特点。钢结构(steel structure)是由钢板或型钢制造而成的结构，其主要特 点如下：
1.强度(strength)高
与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比，钢材的容 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 重虽然大，但强度高很多。现举例说明，《钢结构设计 规范》（GB50017-2003）中，强度最低的钢材为Q235， 其抗拉、抗压强度设计值为215N/mm2，《混凝土设计规 范》（GB50010-2002 ）中标号最高的为C80，其抗拉、 抗压强度设计值分别为 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可 见，前者抗拉强度为后者的 97倍，而抗压强度为6倍。 因此，在相同的荷载和条件下，钢结构的重量轻。
XX学院 XX 专业
钢结构设计基本 原理
授课人：XX XX 【全套课件】
钢结构课程的学习方法
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 根据教学大纲要求，本课程主要讲授钢结 构的基本原理以及构件设计计算内容； • 本课程的特点是大家对钢结构的感性认识 还较少，结构构造复杂，理论性强（特别 是稳定理论）； • 受课时限制，不能过多地详细讲解例题， 一定要从受力概念上理解问题，加强课前 预习与课后复习； • 多做习题与思考题。