第1章
教学提示：本章摘要介绍了钢结构的特点、钢结构的发展、钢结构的构件组成和主要结构形式以及钢结构的计算方法。教学目标：本章让学生熟练掌握钢结构的特点，了解钢结构的发展，掌握钢结构的构件组成并了解其主要结构形式，基本掌握钢结构的计算方法。
1.1
1.1.1钢结构的特点
钢结构的特点及应用
钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、薄壁型钢和钢管等构件组合而成的结构，它是土木工程的主要结构形式之一。目前，钢结构在房屋建筑、地下建筑、桥梁、塔桅和海洋平台中都得到广泛采用，这是由于钢结构与其他材料的结构相比，具有如下特点：(1)建筑钢材强度高，塑性和韧性好。强度高，钢与混凝土、木材相比，虽然密度较大，但其强度较混凝土和木材要高得多，其密度与强度的比值一般比混凝土和木材小，因此在同样受力的情况下，钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，构件较小，质量较轻。适用于建造跨度大、高度高和承载重的结构。塑性好，钢结构在一般的条件下不会因超载而突然断裂，只会增大变形，故容易被发现。此外，还能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。韧性好，适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构较为有利。(2)钢结构的质量轻。钢材密度大，强度高，但做成的结构却比较轻。结构的轻质性可用材料的密度p和强度f的比值密强化a来衡量，α值越小，结构相对越轻。建筑钢材的
a值在(1.7～3.7)×104/m之间；木材的α值为5.4×104/m;钢筋混凝土的α值约为
18×104/m。以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的质量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/4~1/3。(3)材质均匀，和力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，可视为理想的弹一塑性体材料，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学的计算结果比较符合，在计算中采用的经验公式不多，从而，计算的不确定性较小，计算结果比较可靠。
(4)工业化程度高，工期短。钢结构所用材料皆可由专业化的金属结构厂轧制成各种型材，加工制作简便，准确度和精密度都较高。制成的构件可运到现场拼装，采用焊接或螺栓连接。因构件较轻，故安装方便，施工机械化程度高，工期短，为降低造价、发挥投资的经济效益创造了条件。(5)密封性好。钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封，能够满足一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。
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钢结构设计原理
(6)抗震性能好。钢结构由于自重轻和结构体系相对较柔，所以受到的地震作用较小，钢材又具有较高的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性，因此在国内外的历次地震中，钢结构是损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。(7)耐热性较好。温度在200℃以内，钢材性质变化很小，当温度达到300℃以上时，强度逐渐下降，600℃时，强度几乎为零。因此，钢结构可用于温度不高于200℃的场合。在有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须采取保护措施。钢结构的下列缺点有时会影响钢结构的应用：(1)耐腐蚀性差。钢材在潮湿环境中，特别是在处于有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此，新建造的钢结构应定期刷涂料加以保护，维护费用较高。目前国内外正在发展各种高性能的涂料和不易锈蚀的耐候钢，钢结构耐锈蚀性差的问题有望得到解决。(2)耐火性差。钢结构耐火性较差，在火灾中，未加防护的钢结构一般只能维持20分钟左右。因此在需要防火时，应
采取防火措施，如在钢结构外面包混凝土或其他防火材料，或在构件表面喷涂防火涂料等。
(3)钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂。钢结构在低温和某些条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂等，都应引起设计者的特别注意。现在钢材已经被认为是可以持续发展的材料，因此从长远发展的观点看，钢结构将有很好的应用发展前景。1.1.2钢结构的应用
钢结构由于其自身的特点和结构形式的多样性，随着我国国民经济的迅速发展，应用范围越来越广。根据我国的实践经验，工业与民用建筑钢结构的应用范围包括以下几方面：(1)工业厂房。吊车起重量很大(100t以上)或运行非常频繁的车间多采用钢骨架。如冶炼厂的平炉、转炉车间，混铁炉车间和初轧车间；重型机械厂的铸钢车间、锻压车间和水压机车间等。(2)大跨结构。结构的跨度越大，自重在全部荷载中所占的比例越大。由于钢结构具有强度高、自重轻的优点，最适用于大跨度结构，如飞机库、体育馆、展览厅、影剧院和大型交易市场等屋盖结构。(3)高层及多层建筑。高层建筑及超高层建筑中，宜采用钢结构或钢结构框架。近年来，钢结构在此领域已逐步得到发展。(4)轻型钢结构。轻型钢结构是由弯