《鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》是一門重要的專業(yè)課程，通過對這門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)我們要達到以下幾點目標(biāo)：掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍；理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計方法，掌握其設(shè)計表達式的應(yīng)用；初步了解鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式；了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢；為進一步深入學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)知識打下基礎(chǔ)。
一、鋼結(jié)構(gòu)的概念、特點及應(yīng)用
由型鋼和鋼板連接成基本構(gòu)件，然后運至現(xiàn)場組裝成整體結(jié)構(gòu)形式，稱為鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有以下集中特點：①輕質(zhì)高強；②塑性韌性好；③施工周期短；④材質(zhì)均勻；⑤氣密性和水密性好；⑥耐腐蝕性差；⑦耐火但不耐熱；⑧低溫冷脆。
鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍主要取決于鋼結(jié)構(gòu)本身的特性，從技術(shù)角度看，鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍包括以下幾個方面：①大跨度結(jié)構(gòu)；②重型廠房結(jié)構(gòu)；③受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)；④可拆卸的結(jié)構(gòu)；⑤高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑；⑥容器和其他構(gòu)筑物；⑦輕型鋼結(jié)構(gòu)。
二、鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》除疲勞計算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算。當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。
1、承載能力極限狀態(tài)：包括構(gòu)件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因
過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系和結(jié)構(gòu)傾覆。
2、正常使用極限狀態(tài)：包括影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞。
三、鋼結(jié)構(gòu)的材料
1．對鋼結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求
�。�1）較高的抗拉強度，和屈服點；
�。�2）較高的塑性和韌性；
�。�3）良好的工藝性能；
�。�4）根據(jù)具體工作條件，有時還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。
2．鋼材的主要性能
�。�1）強度性能
比例極限；屈服點；抗拉強度或極限強度。
（2）塑性性能
伸長率：試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標(biāo)距之比的百分數(shù)，稱為伸長率。
�。�3）冷彎性能
冷彎性能由冷彎試驗確定。試驗時使試件彎成l80°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。
�。�4）沖擊韌性
韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標(biāo)。由于低溫對鋼材的脆性破壞有顯著影響，在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫（20℃）沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負溫（0℃、-20℃或-40℃）沖擊韌性指標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。
3.鋼材的選擇
選擇鋼材時考慮的因素有：
1）結(jié)構(gòu)的重要性：重要結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材；一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)，可選用普通質(zhì)量的鋼材。
2）荷載情況：直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)和地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)則可選用價格較低的Q235鋼。
3）連接方法：焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格一些。
4）結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境：在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。
5）鋼材厚度：厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。
四、軸心受力構(gòu)件
�。ㄒ唬┹S心受力構(gòu)件的強度和剛度
1．軸心受力構(gòu)件的強度計算
軸心受力構(gòu)件的強度是以截面的平均應(yīng)力達到鋼材的屈服點為承載力極限狀態(tài)。
2．軸心受力構(gòu)件的剛度計算
軸心受力構(gòu)件的剛度是以限制其長細比保證
�。ǘ� 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定
1．理想軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式
理想軸心受壓構(gòu)件可能以三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：
①彎曲屈曲 雙軸對稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。
�、谂まD(zhuǎn)屈曲 長度較小的十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)屈曲。 ③彎扭屈曲 單軸對稱截面桿件繞對稱軸屈曲時發(fā)生彎扭屈曲。
2．理想軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲臨界力
若只考慮彎曲變形，臨界力公式即為著名的歐拉臨界力公式。
（三）軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定
一般組成軸心受力構(gòu)件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些板件過薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發(fā)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件喪失局部穩(wěn)定。
五、鋼結(jié)構(gòu)的連接
（一）螺栓連接
螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩大類
1、普通螺栓連接
普通螺栓分為A、B、C三級。A級與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。A、B級精制螺栓表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對成孔質(zhì)量要求高，制作和安裝復(fù)雜，價格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。A、B級精制螺栓的區(qū)別僅是螺栓桿長度不同。C級螺栓一般可用于沿螺栓桿
軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時的臨時固定。
2、高強度螺栓連接
高強度螺栓連接有摩擦型連接和承壓型連接兩種類型。
（1）摩擦型連接：只依靠被連接板件間強大的摩擦力傳力，以摩擦力被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。為了提高摩擦力，對被連接件的接觸面應(yīng)進行處理。
�。�2）承壓型連接：允許接觸面發(fā)生相對滑移，以栓桿被剪壞或被承壓破壞作為連接承載力的極限狀態(tài)。
高強度螺栓性能等級包括8.8級和10.9兩種。摩擦型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5-2.0mm，承壓型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0-1.5mm；承壓型連接的承載力比摩擦型連接高，可節(jié)約螺栓。但剪切變形大，故不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。
（二）焊接
鋼結(jié)構(gòu)中一般采用的焊接方法有：電弧焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等。
1、焊縫連接的優(yōu)缺點
�。�1） 優(yōu)點：焊件間可直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便；不削弱
截面，用料經(jīng)濟；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實現(xiàn)自動化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
�。�2） 缺點：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的材質(zhì)變脆；焊接殘余
應(yīng)力和變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，低溫時冷脆的問題較為突出。
2、焊縫的形式
�。�1）角焊縫
角焊縫按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。兩焊腳邊的夾角為90°的焊縫稱為直角角焊縫，直角邊邊長hf稱為角焊縫的焊腳尺寸，he＝0.7hf為直角角焊縫的計算厚度。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對于夾角大于135°或小于60°的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）。
�。�2）對接焊縫
坡口形式與焊件厚度有關(guān)。當(dāng)焊件厚度很小（手工焊6mm，埋弧焊10mm）時，可用直邊縫。對于一般厚度（t=10～20mm）的焊件可采用具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫c共同組成一個焊條能夠運轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用。對于較厚的焊件（t＞20mm），則采用U形、K形和X形坡口。對于V形縫和U形縫需對焊縫根部進行補焊。對接焊縫坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》的要求進行。凡T形，十字形或角接接頭的對接焊縫稱之為對接與角接組合焊縫。