钢结构基本原理课程教案
课程编号： 07100210 使用专业： 土木工程（本科） 学 时： 56学时 课程的性质、任务：
钢结构基本原理是高等工科院校土木工程专业的一门主要专业基础课，通过本课程的教学，使学生掌握钢结构的基本知识、基本理论和基本方法，具有进行一般工业与民用建筑钢结构设计的能力，同时也为学生从事钢结构科研或钢结构制造、安装工作打下必要的基础。
课程的基本要求
1、了解“钢结构”的应用和发展概况以及今后的研究方向；掌握钢结构的特点和合理的应用范围；
2、掌握建筑钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，能正确地选择钢材；
3、了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；
4、掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件（梁、柱和屋架）的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法；
5、掌握构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；
6、理解《钢结构设计规范》条文规定，并能够正确应用。 主要参考书：
1、《钢结构》 魏明钟主编 武汉理工大学出版社
2、《钢结构基本原理》 沈祖炎 陈扬骥 陈以一 编著 中国建筑工业出版社
3、《钢结构设计规范》 （BG50017－2003）
第一章 概述（1学时）
学习要点：
1．掌握钢结构的特点和钢结构的应用； 2．了解钢结构的现状和发展趋势。 § 1.1 钢结构的特点 1．讲授内容
强度高、结构重量轻；塑性韧性好；材质均匀；制作简便施工周期短；密闭性好；具有可焊性；耐热，不耐火；易腐蚀。
2．教学重点、难点：
①掌握钢结构的特点；②钢材的性能指标中的韧性指标在第二章“材料性能”中详细讲解。
3．授课方式：自学与讲授相结合。 4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。 §1.2 钢结构的应用和发展
1．教授内容： ①钢结构的应用：大跨度结构；重型厂房；承受动力荷载的结构；高层及高耸结构；可移动结构；轻型结构；构筑物。②钢结构的发展：钢结构用材料；钢结构的设计方法；钢结构的结构形式；钢结构设计优化；钢结构的防火。
2．教学重点、难点：轻型钢结构在住宅建筑中应用是今后时期发展方向。 3．授课方式：自学与讲授相结合。简单讲述钢结构的应用，学生课下自学。关于钢结构的发展方向指明需要研究的几个主要问题，向学生介绍有关期刊杂志综述文章。
4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。 本章作业及测验： 1.钢材比混凝土容重大，但为什么说钢结构比混凝土结构自重轻？结构自重轻会带来哪些好处？
2 .钢材的塑性和韧性好，对结构的工作性能有何影响？
第二章 钢结构的材料（6学时）
注：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。 复习、自学与讲授相结合。
学习要点：
1.了解钢结构的两种破坏形式；
2.掌握土木工程结构用钢材的主要性能及其 力学（机械） 性能指标； 3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素； 4.了解土木工程结构用钢材的种类、牌号、规格； 5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；
6.掌握钢材疲劳的概念影响疲劳强度的主要因素和疲劳计算方法。 § 2.1 钢结构对材料性能的要求
1．教授内容：①较高的抗拉强度和屈服点；②较高的塑性和韧性；③良好的工艺性能。
2．授课方式：自学与讲授相结合。 3.教学手段：采用多媒体课件。 § 2.2 钢材的主要性能 1．教授内容：
⑴钢材的破坏形式：塑性破坏及其特点；脆性破坏及其特点；
⑵单向受拉时的工作性能：a：低碳钢在标准条件下单向拉伸的应力应变—曲线：低碳钢在单向受拉时的工作可分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段、塑性工作阶段、强化阶段。b：低合金结构钢在单向受拉时的工作性能。 ⑶钢材力学（机械）性能指标：屈服强度、伸长率（介绍断面收缩率）、抗拉强度、冷弯性能（冷弯试验）、冲击韧性。
2．教学重点：⑴低碳钢单向受拉的工作性能； ⑵力学（机械）性能指标。 3．授课方式：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。 复习、自学与讲授相结合。详细介绍曲线的发展过程及其特点，屈服强度、极限强度，伸长率的概念，结合动画描述试验的过程。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。 § 2.3 各种因素对钢材性能的影响
1．教授内容：①化学成分；②冶金缺陷；③钢材硬化；④温度；⑤应力集中；⑥反复荷载；⑦残余应力。
2．教学重点、难点：
重点： 化学成分 C、P、S 的影响；温度、应力集中、动力荷载的影响。 难点 ：冲击韧性与温度的关系；残余应力的影响（此内容尚须在第三章中“焊接应力与焊接变形”一节中讲授）。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。 §2.4 复杂应力状态下的工作性能
1．教授内容：①在复杂应力状态下，材料由弹性转入塑性的条件： 采用能量强度理论以折算应力
来判别： 当
时，处于弹性状态； 当
时，处于塑性状态。②折算应力能。
的公式。 ③讨论钢材在复杂应力作用下的工作性2．教学重点：①折算应力的几个常用公式；②钢材在复杂应力作用下的工作性能。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。 § 2.5 钢材的疲劳
1．教授内容：①钢材疲劳破坏的特征；②疲劳破坏的概念、产生原因及破坏特征；③常幅疲劳计算。
2．教学重点、难点：①劳破坏的基本概念；②常幅疲劳计算； 3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。 § 2.6钢材的种类和 钢材 规格
1．教授内容：钢材的种类：①低碳钢、低合金钢、热处低合金钢。②钢材的选用⑩选择钢材的原则、选择钢材保证的项目。③钢材的规格：热轧钢、薄壁型钢。
2．教学重点：钢材选择应保证的项目。 3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。 本章作业测验：
1.钢材有哪些破坏形式？各种破坏形式的特点是什么？
2.分析低碳钢的应力与应变曲线，从中可以得到哪些钢材的性能指标？ 3.将钢材简化为理想的弹塑性体的依据是什么？ 4.钢结构的静力强度计算为什么以屈服点为依据？
5.导致钢材变脆的主要因素有哪些？为了防止发生脆性破坏，一般在设计、制造、使用中应注意那些问题？
6.钢材在何种复杂应力作用容易进入屈服？ 7.抗剪设计强度为抗拉设计强度的 0.58 倍的依据？ 8.简述钢材疲劳破坏的机理及其主要影响因素。 9.名词解释
屈服点（屈服强度）、抗拉强度、塑性、伸长率、冷弯性能、冲击韧性、循环荷载、应力幅、疲劳、热脆、冷脆 应力集中、冷作硬化（应变硬化，时效硬化）
第三章 钢结构的连接（14学时）
注：本章以讲授为主，所用多媒体课件主要为学生更形象直观的理解连接方法、构造形式、和连接破坏的特点。
学习要点：
1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；
2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法和构造要求； 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响； 4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。 § 3.1钢结构的连接方法
1．教授内容：①焊缝连接；②铆钉连接；③螺栓连接。 2．授课方式：自学与讲授相结合。
3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。 § 3.2 焊接方法和焊缝连接形式
1．教授内容：①钢结构常用焊接方法；②焊缝连接形式及焊缝形式；③焊缝缺陷及焊缝质量检验；④焊缝代号；⑤螺栓及其孔眼图例。
2．授课方式：自学与讲授相结合。
3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。 § 3.3角焊缝的构造和计算 1．教授内容：角焊缝的形式和强度；角焊缝的构造要求；直角角焊缝强度计算的基本公式；各种力作用下直角角焊缝连接的计算：①承受轴心力作用时角焊缝连接的计算——例题 3.1；②受弯矩、轴心力或剪力作用时角焊缝连接的计算——例题 3.2 ③承受扭矩、或扭矩与剪力联合作用时角焊缝连接的计算——例题 3.3。
2．教学重点、难点：
重点：①角焊缝的构造要求；②直角角焊缝连接在各种力作用下 的计算； 难点：直角角焊缝的受力性能和构造要求。 3．授课方式：讲授。 4．教学手段：板书讲授。 § 3.4对接焊缝的构造与计算
1．教授内容：对接焊缝的构造；焊透的对接焊缝的计算：①轴心受力的对接焊缝的计算——例题 3.4；②承受弯矩与剪力联合作用时对接焊缝的计算——例题 3.5。
2．教学重点、难点：重点：焊透的对接焊缝的计算。难点：折算应力的计算。
3．授课方式：讲授。 4．教学手段：板书讲授。 § 3.5 焊接应力和焊接变形
1．教授内容：①焊接应力；②焊接应力对结构工作影响；③焊接变形。 2．教学重点、难点：重点：焊接应力对结构工作影响。难点：焊接应力及其产生的原因。
3．授课方式：自学与讲授相结合。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。 § 3.6 普通螺栓连接的构造和计算 1．教授内容：①螺栓的排列；②螺栓连接的构造要求；③普通螺栓的抗剪连接：工作性能、在各种外力作用下的计算、在轴心力作用下——例题 3.6；在轴心力、剪力和扭矩作用下——例题 3.7；④普通螺栓的抗拉连接：工作性能、受拉计算。普通螺栓受剪力和拉力的联合作用——例题 3.8 （自学）。 2．教学重点： ①对螺栓的排列要求；②普通螺栓连接在各种力作用下的计算。
3．授课方式：自学与讲授相结合。 4．教学手段：板书讲授。 § 3.7 高强度螺栓连接的计算
1．教授内容：⑴高强度螺栓抗剪连接：工作性能、高强度螺栓群的抗剪计算；⑵高强度螺栓抗拉连接：工作性能、高强度螺栓群的抗拉计算；⑶高强度螺栓受剪力和拉力的联合作用——例题 3.9。
2．教学重点：高强度螺栓摩擦型连接在各种力作用下的计算。 3．授课方式：讲授为主，高强度螺栓承压型连接要求学生自学。 4．教学手段：板书讲授。 本章作业及测验： 思考题
1.在我国钢结构连接有哪几种形式？各自的特点如何？
2.焊接连接的焊缝形式和连接形式有哪几种？各自的优缺点是什么？ 3.焊缝缺陷有哪些？焊缝质量检查有哪几种方法？ 4.为什么要限制角焊缝的尺寸？分别为多少？ 5.图示说明纵向焊接应力产生的原因是什么？
6.焊接应力对结构的强度、刚度、疲劳强度有什么影响？ 7.排列螺栓为什么要规定其间距要求？ 8.普通螺栓抗剪连接和抗拉连接各自的工作性能如何？
9.高强度螺栓摩擦型抗剪连接和承压型抗剪连接的工作性能有什么不同？ 计算题
教材 P78 ： 3—1；3.—2；3—3；3—4；3—5；3—8
第四章 轴心受力构件（14学时）
注：本章以讲授为主，所用多媒体课件主要为学生更形象直观的理解构件组成的构造形式、破坏特点。此章将涉及构件稳定基本理论的公式推导留给学有余力的学生自学，并为学生指明参考书，并在辅导答疑时间为学生解答问题，课堂中只讲解弯曲屈曲。
学习要点：
1．了解轴心受力构件的应用和截面形式； 2．掌握轴心受拉构件的设计计算；
3．了解轴心受压构件整体稳定和板件（局部）稳定基本理论和稳定分析方法；
4．掌握实腹式轴心受压构件的整体稳定和局部稳定的设计方法以及提高稳定性的具体措施；
5．掌握格构式轴心受压构件的计算特点； 6．掌握柱头柱脚的设计方法。 § 4.1 概述
1．教授内容：①轴心受力构件的应用；②轴心受力构件的截面形式。 2．授课方式：自学与讲授相结合。 3．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授。 § 4.2轴心受力构件的强度和刚度
1．①强度；②刚度。 2．教学重点、难点：
重点： 轴心受力构件的强度和刚度计算；难点： 考虑构件孔洞对强度问题影响的概念。
3．授课方式：讲授 4．教学手段：板书。
§ 4.3实腹式轴心受压构件的整体稳定
1．教授内容：①整体稳定的概念；②整体稳定性；③失稳形式；④整体稳定的基本理论；⑤理想的轴心受压构件；⑥初始缺陷对压杆稳定的影响；⑦实际轴心受压构件整体稳定临界应力的确定；⑧规范关于轴心受压构件稳定计算——例题 4.1；⑨提高轴心受压构件稳定性的具体措施。
2．教学重点、难点：
重点： 轴心受压构件整体稳定计算及其提高稳定性的措施；难点 ：实际轴压构件整体稳定临界力的确立。
3．授课方式：讲授。 4．教学手段：板书。 § 4.4 板件局部稳定
1．教授内容：①薄板的屈曲：基本概念、薄板屈曲的临界应力；②规范关于板局部稳定的计算方法。
2．教学重点、难点：
重点 ：板局部性的计算方法和提高板局部稳定的措施。难点： 板局部稳定临界应力公式的建立及其影响因素。
3．授课方式：讲授。 4．教学手段：板书。
§ 4.5实腹式轴心受压构件的截面设计
1．教授内容：①截面设计原则；②设计步骤——例题： 4.2。 2．授课方式：讲授。 3．教学手段：板书。
§ 4.6 格构式轴心受压构件的计算特点
1．教授内容点：①格构式轴心受压构件；②双肢格柱的换算长细比；③缀材设计；④截面设计——例题：4.3。
2．教学重点、难点：
重点： 换算长细比的概念。难点 ：换算长细比的建立。 3．授课方式：讲授。 4．教学手段：板书。 § 4.7 柱头和柱脚
1．教授内容：①梁与柱的连接（柱头）；②构造形式及其传力途径；③设计计算方法；
④柱脚；⑤构造形式及其传力途径；⑥柱脚的设计计算——例题： 4.4。
2．教学重点、难点：
重点 ：柱头和柱脚的构造及其传力途径。难点： 柱头柱脚的构造。 3．授课方式：讲授与自学。
4．教学手段：板书与多媒体课件结合。 作业及测验 思考题 1.相同的轴心受拉构件和轴心受压构件的截面形式不同时对构件的工作有什么影响？
2.为什么要限制构件的最大长细比？受压构件的长细比为什么比受拉构件的限制严格？
3.轴心受压构件为什么要考虑整体稳定？影响整体稳定的不利因素有哪些？
4.如何提高轴心受压构件的整体稳定性？ 5.板边缘约束对板的临界应力有什么影响？ 6.为什么要限制受压构件板件的宽厚比？
7.格构式轴心受压构件对虚轴的稳定计算为什么要用换算长细比？ 8.用适当比例绘出柱头和柱脚的构造简图并指出传力途径。 计算题
教材P140:4—1； 4—2；P141: 4—4；4—5；4—6。
第五章 受弯构件（13学时）
学习要点：
1.了解梁的应用和类型； 2.掌握梁的强度和刚度计算；
3.了解梁整体稳定和局部稳定理论影响因素；
4.掌握梁整体稳定和局部稳定的计算方法及其提高稳定性的措施； 5.掌握梁的截面设计；
6.掌握梁的拼接、连接和支座的构造及其设计方法。 § 5.1 受弯构件种类和应用 1．教授内容：①实腹式受弯构件——梁；②格构式受弯构件——桁架；③梁的计算内容。
2．授课方式：讲授与自学。 3．教学手段：采用多媒体课件教学。 § 5.2 梁的强度和刚度
1．教授内容： ⑴梁的强度
抗弯强度：①弯矩作用下截面应力发展弹性阶段； 弹塑性阶段； 塑性阶段。②抗弯强度计算公式。
剪切强度：采用力学公式计算
局部压应力：固定集中荷载处无支承加劲肋或有移动集中荷载，应验算局部压应力；计算公式参数的取值。
折算应力的计算：①计算部位；②计算公式。 ⑵梁的刚度 梁的容许挠度；
挠度计算：①等截面梁；②变截面梁 2．教学重点、难点：
重点： 梁的强度和刚度计算；难点：抗弯强度有限地利用截面塑性发展深度。
3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。 § 5.3 梁的整体稳定
1．教授内容：⑴梁的整体失稳现象——弯扭屈曲；⑵临界弯矩——公式的推导；⑶影响梁整体稳定的因素；荷载种类、荷载作用位置、侧向抗弯刚度
、抗扭刚度、侧向支承点间距、梁的支承情况。⑷提高梁整体稳定性的措施：
提高侧向抗弯刚度（增大b）；提高抗扭刚度（增大b同样可以）；最有效的办法——加侧向支承，减小侧向支承点间距。
⑸设计与计算：规范的计算公式的来源；稳定系数的计算和取值；非弹性阶段的整体稳定计算——例题： 5.1 2．教学重点、难点：
重点： 稳定基本原理；梁的整体稳定计算；提高梁整体稳定的有效措施。 难点：梁整体稳定计算原理。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。 § 5.4梁的局部稳定
1．教授内容：⑴受压翼缘局部稳定计算。⑵腹板的局部稳定计算：纯弯屈曲；纯剪屈曲；局压屈曲。⑶板件高宽厚比限制：由等稳定条件建立的板件宽（高）厚比限制；加劲肋的设置及其要求。⑷支承加劲肋的设计。
2．教学重点、难点：
重点：梁局部稳定计算及其保证局部稳定的措施。
难点：薄板屈曲的计算理论和屈曲后强度理论及利用薄板屈曲后强度的计算方法。
3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。 § 5.5型钢梁的设计
1．教授内容：①型钢梁截面选择；②截面验算：强度、刚度、整体稳定。 2．教学重点、：型钢梁的截面验算。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。 § 5.6组合梁的设计 1．教授内容：
⑴组合梁截面选择：①梁的高度；最大高度：建筑要求，最小高度：刚度要求，经济高度：经济要求，②腹板高度确定，③翼缘截面确定
⑵截面验算：强度、整体稳定、局部稳定、刚度——例题 5.2； ⑶组合梁截面的改变：改变翼缘、改变梁高； ⑷翼缘焊缝计算； ⑸构造要求。 2．教学重点、难点：
重点： 焊接组合梁的设计。难点：经济高度建立方法。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。 § 5.7梁的拼接、连接和支座
1．教授内容：①梁的拼接：焊接、栓接； ②主次梁连接：平接、叠接；梁的支座形式、设计要点——例题 5.3 2．教学重点、难点：
重点： 梁的拼接；主次梁连接；平板支座和突缘支座。 难点：构造。2．授课方式：讲授与自学。
3．教学手段：板书与多媒体课件相结合。 作业及测验
1.实腹式受弯构件和格构式受弯构件各自的特型点是什么？ 2 .常用梁的类型、桁架的结构类型有那些？如何选用？
③ 3 .抗弯强度在什么条件下可以考虑截面的塑性发展？ 4.什么情况下需要计算局部压应力？
5.折算应力计算为什么要考虑设计强度增大系数？
6.规范规定的挠度计算中，为什么还要考虑可变荷载单独作用？ 7.什么叫做梁丧失整体稳定？其本质是什么？
8.影响梁整体稳定承载力的主要因素有哪些？影响的结果及原因是什么？ 9.薄板在剪应力、弯曲应力和局部压应力屈曲临界应力公式的物理意义是什么？如何其临界应力？
10.试推导组合梁截面经济高度计算公式。 11.什么叫做工厂拼接和工地拼接？有那些要求？ 12.平板式支座和突缘式支座设计。 计算题 P237: 5—1；
第六章 拉弯和压弯构件（8学时）
学习要点：
1.了解拉弯和压弯构件的截面形式和应用； 2.掌握拉压弯构件的强度和刚度计算；
3.了解压弯弯曲失稳和弯扭失稳的稳定计算原理，掌握压弯构件弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定承载力设计计算方法；
4.了解薄板在压力和剪力作用下稳定计算理论，掌握实腹式压弯构件的局部稳定性的设计方法；
5.掌握格构式压弯构件计算特点； 6.掌握偏心受压柱脚的构造及计算。 § 6.1概述
1．教授内容：①拉弯和压弯构件的应用和截面形式； ②拉弯和压弯构件的破坏形式。
2．授课方式 （讲授、自学）：讲授与自学。 3．教学手段：采用多媒体课件教学。 § 6.2 拉弯和压弯构件的强度和刚度 1．教授内容：①强度计算；②刚度计算。 2．教学重点： 拉弯和压弯构件的强度计算。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。
§ 6.3 实腹式压弯构件的整体稳定
1．教授内容点： ⑴弯矩作用平面内稳定：边缘屈服准则、规范规定的实腹式压弯构件整体稳定计算公式。⑵弯矩作用平面外的稳定计算：受压构件弯扭屈曲、规范规定的实腹式压弯构件弯矩作用平面外稳定整体稳定计算——例题： 6.1。
2．教学重点、难点：
重点： 稳定基本原理；弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定计算。 难点：整体稳定计算原理。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。
§ 6.4 实腹式压弯构件的局部稳定
1．教授内容：⑴压翼缘的局部稳定；⑵板的局部稳定：平均剪应力和不均匀压应力作用下的稳定、规范的计算方法及保证腹板局部稳定的措施。 2．教学重点、难点：
重点：压弯构件局部稳定计算及其保证局部稳定的措施。 难点：薄板屈曲的计算理论和计算方法。 3．授课方式：讲授为主。 4．教学手段：板书。
§ 6.5 格构式压弯构件的计算特点
1．教授内容：①构式压弯构件的截面形式；②构式压弯构件的整体稳定；③单肢稳定计算——例题： 6.2 2．教学重点：构式压弯构件的整体稳定和单肢稳定计算 3．授课方式 （讲授、自学）：讲授为主。 4．教学手段：板书。 §6.6实腹式压弯构件的柱脚
1．教授内容：①构造形式； ②整体式刚接柱脚；③分离式柱脚； ④插入式柱脚
2．教学重点、难点：
重点：柱脚的构造及其传力途径。 难点：柱脚的构造。 3．授课方式：讲授与自学。 4．教学手段：板书与多媒体课件结合。
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