钢结构设计原理教学大纲
课程编号：
课程名称：钢结构设计原理/ Design Principle of Steel Structure
学时/学分：40/2
先修课程：《理论力学》《材料力学》《结构力学》
适用专业：土木工程结构工程（工程力学）
开课学院（部）、系(教研室)：土木工程与建筑学院土木系交通学院结构工程系
一、课程的性质与任务
本课程是土木工程专业的一门专业基础课。

本课程主要讲述钢结构的材料特性、钢结构的连接、钢结构基本构件的受力性能及其设计原理，其目的是使学生认识钢结构的特点、受力性能，掌握钢结构基本构件和连接的设计方法，为进行较复杂钢结构的设计和研究打下基础。

二、课程的教学内容、基本要求及学时分配
（一）教学内容
1、概述
钢结构的特点、应用范围和发展状态。

钢结构的组成结构形式：跨越结构，高耸结构。

钢结构的极限状态和概率极限状态法：极限状态，概率极限状态法，设计表达式。

2、钢结构的材料
钢结构对钢材的要求。

钢材的主要性能及其鉴定：单向拉伸性能，冷弯性能，冲击韧性，可焊性。

影响钢材性能的因素：化学成分，成材过程，冷加工硬化，温度，应力集中。

钢材的破坏形式：塑性破坏，脆性破坏。

钢材的疲劳：疲劳断裂的概念，疲劳曲线，疲劳验算方法。

建筑钢材的类别及钢材的选用：建筑钢材的类别及表示方法；钢材的选用原则；型钢的种类与规格。

3、构件的截面承载能力—强度
轴心受力构件：轴心受力构件的应用与截面形式；强度计算。

梁的类型和强度：梁的类型；梁的弯曲、剪切强度，梁的局部压应力和组合应力；梁的内力重分布和塑性设计。

拉弯和压弯构件：拉弯和压弯构件的应用与截面形式；强度计算。

4、单个构件的承载力—稳定性
稳定问题的一般特点：失稳类别，一阶和二阶分析，稳定极限承载力。

轴心受压构件的整体稳定性：纵向残余应力、构件初弯曲、荷载初偏心、杆端约束的影响；整体稳定计算（弯曲屈曲）；扭转屈曲和弯扭屈曲。

受弯构件（梁）的整体稳定性：梁的整体失稳现象、临界荷载；整体稳定系数；整体稳定性的保证。

压弯构件的整体稳定性：弯矩作用平面内的稳定性；弯矩作用平面外的稳定性。

板件的稳定和屈曲后强度的利用：轴心受压构件的板件稳定；受弯构件的板件稳定；压弯构件的板件稳定；板件屈曲后的强度利用。

5、整体结构中的压杆和压弯构件
桁架中压杆的计算长度：弦杆和单系腹杆、变内力杆件、交叉腹杆的计算长度。

框架稳定和框架柱的计算长度：框架的稳定问题；框架平面内柱的计算长度；框架平面外柱的计算长度。

6、钢结构的正常使用极限状态
结构或构件的正常使用极限状态：拉杆、压杆的刚度要求；梁和桁架的变形限制；钢框架的变形限制；振动的限制。

7、钢结构的连接和节点构造
钢结构对连接的要求及连接方法：焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接。

焊缝连接的特性：焊接方法、焊缝缺陷；焊缝连接型式与焊缝型式；焊缝代号。

对接焊缝的构造和计算：构造要求；计算方法。

角焊缝的构造和计算：角焊缝的构造和强度；计算的基本公式；常用连接方式的角焊缝计算。

普通螺栓连接的构造和计算：螺栓的排列和构造要求；受剪、受拉时的工作性能；螺栓群的计算。

高强度螺栓连接的性能和计算：连接的性能；抗剪连接计算；抗拉连接计算；同时承受剪力和拉力的连接计算。

8、钢结构的脆性断裂和疲劳
钢结构脆性断裂及其防止：脆性断裂的分类及产生原因，防止措施。

钢结构抗疲劳设计：应力幅准则；改善结构疲劳性能的措施。

（二）基本要求
1、概述
了解钢结构的特点和应用。

理解钢结构的极限状态、概率极限状态法的基本原理，掌握用分项系数的设计表达式进行计算的方法。

2、钢结构的材料
认识钢材的破坏形式、钢材的主要性能和影响钢材性能的因素。

熟悉建筑钢材的类别及钢材的选用。

3、构件的截面承载能力—强度
了解各类构件的应用和截面形式。

认识各类构件截面的受力状态、应力分布特点，理解和掌握各类构件的强度计算准则和方法。

4、单个构件的承载力—稳定性
认识各类构件的整体失稳形式及影响稳定性的主要因素，理解和掌握各类构件的整体稳定计算方法。

认识构件各组成板件的屈曲问题，理解各类构件的局部稳定条件，并能正确进行验算。

了解板件的屈曲后强度的利用。

5、整体结构中的压杆和压弯构件
了解影响杆件屈曲的主要因素，能正确、合理地确定桁架杆件、框架柱的计算长度。

6、钢结构的正常使用极限状态
了解正常使用极限状态的主要内容。

掌握各类构件的刚度验算方法。

7、钢结构的连接和节点构造
了解钢结构的连接方法及特点。

熟悉焊缝连接、螺栓连接的基本构造要求，认识焊缝连接、螺栓连接的工作性能，理解和掌握焊缝连接、螺栓连接在各种受力状态下的强度计算条件。

8、钢结构的脆性断裂和疲劳
了解钢结构脆性破坏的原因及防止方法。

了解影响钢结构疲劳性能的主要因素及改善疲劳性能的措施，掌握疲劳设计的应力幅准则和方法。

（三）学时分配
本课程的理论教学时数为40学时，学时分配如下表：
（四）课程内容的重点、难点
1、钢结构的材料
重点：钢材的主要性能及各种因素的影响；钢材的脆性破坏，钢材的疲劳。

难点：疲劳曲线、疲劳设计的应力幅准则。

2、构件的截面承载能力—强度
重点：轴心受力构件、受弯构件、拉弯压弯构件的强度计算。

难点：梁在不同工作阶段的正应力分布；压弯构件截面的受力状态、强度计算准则。

3、单个构件的承载力—稳定性
重点：构件的失稳形式，整体稳定的计算方法；局部屈曲的基本概念，构件的局部稳定条件。

难点：初始缺陷对轴心受压构件稳定承载能力的影响，轴心受压构件的整体稳定极限承载力、整体稳定系数；梁的临界弯矩、整体稳定系数；压弯构件的面内、面外稳定计算；不同应力状态下板件的屈曲现象、临界应力。

4、钢结构的连接
重点：焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的构造和计算。

难点：角焊缝计算的基本公式，角焊缝连接的计算；普通螺栓连接的工作性能、承载力设计值，螺栓群的计算；摩擦型高强度螺栓、承压型高强度螺栓连接的受力特征，承载力设计值，螺栓群的计算。

三、课程改革与特色
1、开设一周的钢结构实验课，促进课程的理论教学，培养学生的实践能力、创新能力。

2、本门课程逐步实现多媒体教学、双语教学。

四、推荐教材及参考书
1、推荐教材：
（1）《钢结构》（上册，钢结构基础），主编：陈绍蕃，出版社：中国建筑工业出版社，出版或修订时间：2003年2月
（2）《钢结构基本原理》（第二版），主编：沈祖炎，陈扬骥，陈以一，出版社：中国建筑工业出版社，出版或修订时间：2005年2月
2、参考书：
（1）《钢结构—原理与设计》，主编：夏志斌、姚谏，出版社：中国建筑工业出版社，出版或修订时间：2004年7月
（2）《钢结构疑难释义》（第三版），主编：刘声扬，出版社：中国建筑工业出版社，出版或修订时间：2004年9月
（3）《钢结构复习与习题》，主编：何敏娟，出版社：同济大学出版社，出版或修订时间：2002年10月
（4）《钢结构设计规范》（GB50017-2003），出版社：中国计划出版社，出版或修订时间：2003年10月
（5）《钢结构稳定设计指南》（第二版），主编：陈绍蕃，出版社：中国建筑工业出版社，出版或修订时间：2004年4月
（6）《Applied Structural Steel Design》(Fourth Edition)，主编：Leonard Spiegel，出版社：清华大学出版社，(国外大学优秀教材—土木工程系列)（影印版），出版或修订时间：2005年1月
（7）《Structural Steel Design: LRFD Method》(Third Edition)，主编：Jack C. McCormac，出版社：Pearson Education China Limited，出版或修订时间：2003
年
执笔：万红霞
审阅：王小平日期：2006.9
审定：张季如日期：2006.9。