钢结构设计 教学大纲

课程编号：041202总学分：2钢结构设计（DesignofSteelStructures）课程性质：必修、专业方向课适用专业：土木工程学时分配：课程总学时：32学时，其中：理论课：31学时，教学案例课：1学时。先行、后续课程情况：先行课：理论力学，材料力学，结构力学，钢结构基本原理。后续课：钢结构课程设计，钢结构毕业设计。教材：王燕李军刁延松主编.《钢结构设计》.中国建筑工业出版社，2009参考书目：1.陈绍蕃主编.钢结构下册房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社，20082.沈祖炎主编.《房屋钢结构设计》.中国建筑工业出版社，20083.王燕主编.《轻钢结构》.冶金工业出版社，1997一、课程的目的和任务：本课程属土木工程专业建筑工程方向必修的专业技术课程，是一门实践性很强，与现行的规范、规程等密切相关的专业课程。本课程的先修课程为工程力学、钢结构基本原理。本课程的目的和任务是通过课程的学习，使学生在掌握钢结构学科基本理论和基本知识的前提下，为毕业设计以及毕业后在钢结构学科领域继续深造或从事设计等工作提供坚实的基础。二、课程基本要求：该课程以轻型门式刚架结构、重型厂房结构和多高层房屋结构的设计知识为载体，培养学生建筑钢结构设计的思维方式和方法，从而达到强化学生的设计能力、工程实践能力以及具有一定的创新能力之目的。使学生在掌握钢结构基本原理的基础上，学习工业和民用建筑中常用钢结构房屋的特点、基本设计方法、计算简图与内力分析、并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面验算和构造处理。学生通过本课程的学习，除对钢结构的性能有进一步了解，并掌握几类典型建筑结构的设计方法外，还应从中领会结构设计的一般要求。三、课程教学内容第1讲：绪论（1学时）教学要求：通过绪论的讲解使学生了解本门课程的学习任务和目的，达到调动学生对本门课程的学习兴趣和积极性的课堂教学目标。重点难点：学生通过本堂课程应掌握钢结构材料的选用、焊接材料的选用、受弯构件的容许挠度值、吊车工作等级与工作制级别的对应关系、钢框架结构的水平位移限制、受压构件的容许长细比、受压构件的容许长细比等相关知识。教学设计：课程所讲解内容应通过大量工程实例来体现我国在钢结构领域取得的巨大建设成果。重点介绍钢结构设计的基本原则、荷载及荷载组合、材料选用以及设计指标的技术规定。知识点及注释：#钢结构基本设计原则#安全可靠、经济适用；#钢结构承载能力极限状态#钢结构或构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的状态；#钢结构正常使用极限状态#钢结构或构件达到正常使用的某项规定的限制状态；#结构用钢#应具有较高的强度、足够的变形能力、良好的加工能力、具有适应低温、有害介质侵蚀以及重复荷载作用；#受弯构件容许挠度值#在不影响吊车梁、楼盖梁、屋盖梁、平台梁、屋面檩条、墙架等构件正常使用及观感，设计对其最大挠度规定的限值；#钢框架结构的水平位移容许值#在水平荷载标准值作用下，设计对其顶点最大水平位移的限值；#构件的容许长细比#构件的计算长度与最小回转半径的比值；第2讲：轻型门式刚架结构特点、组成及屋面系统（1学时）教学要求：通过本讲课内容使学生掌握轻钢结构门式刚架结构体系，建立起整体结构的概念。重点难点：重点：轻钢结构门式刚架结构的适用范围、所具有的结构特点（与普通钢结构的差异）、轻钢结构是由哪些构件组成、轻钢结构的屋面系统支撑的设置。难点：屋面横向水平支撑的布置原则和方法；屋面横向水平支撑按拉杆设计的力学原理；温度区段横向水平支撑布置原则。教学设计：通过在课程教学课件中编制三维轻钢结构门式刚架结构图，使学生建立起整体空间结构概念，插入拍摄的正在施工安装过程中的轻钢结构门式刚架图片，增加感性认识。支撑布置讲解过程中，按拉杆设计的力学原理分析可以采用超静定结构分析方法进行讲解。引入教学案例“某高尔夫球练习场结构倒塌原因分析”，作为辅助教学资料指导和强化学生建立整体结构设计概念。知识点及注释：#轻钢门式刚架#冷弯薄壁型钢作檩条和墙梁，压型钢板做屋面、墙面，岩棉、玻璃丝棉等作为保温隔热材料并设置支撑的轻型房屋结构体系；#屋面支撑系统#由横向水平支撑、纵向水平支撑、通长系杆、隅撑等构件组成；#柔性系杆#仅能承受拉力的系杆；#刚性系杆#即可以承受拉力又可以承受压力的系杆；第3讲：压型钢板（1学时）教学要求：通过本堂课程学习使学生对压型钢板的特点、应用范围、类型有所了解，掌握压型钢板的截面形式以及截面积和特点的计算，荷载及荷载组合，强度和挠度计算，压型钢板搭接及构造。重点难点：重点：掌握压型钢板非对称截面几何特性的计算；有效截面利用；将施工集中荷载转变为等效均布荷载；压型钢板沿纵向及横向搭接。难点：压型钢板计算单元截面中性轴计算；受压翼缘有效宽度计算。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于压型钢板的特点、应用范围、类型等内容采用工程大量图片进行讲解，增强理解和认识。对于截面特性就是内容采用板书进行讲解和推导，便于知识的掌握和理解。知识点及注释：#压型钢板#由镀锌冷轧薄钢板、镀铝锌冷轧薄钢板在其基材上涂有彩色有机涂层的薄钢板辊压成型的各种波形钢材；#有效截面#板件达到极限承载之前中央部分截面屈曲后退出工作，剩余尚未屈服部分截面称为有效截面；#线性法#采用中轴线代替平面薄板计算截面几何特性，再计入板厚影响；#单槽口#计算压型钢板截面特性的计算单元；#折算荷载#考虑相邻槽口共同工作能提高板受集中荷载的能力，按单槽口截面计算时，将荷载折减；#压型钢板沿横向搭接#沿压型钢板侧向搭接；#压型钢板沿纵向搭接#沿压型钢板长度方向搭接；第4讲：檩条（1学时）教学要求：通过本堂课程学习使学生对屋面檩条的截面形式、特点有所了解，掌握檩条的荷载及荷载组合，内力分析，强度和挠度计算，拉条的布置和设置要求以及构造设计。重点难点：重点：掌握C型檩和Z型檩内力分析方法，考虑拉条布置位置时，檩条跨中弯矩和剪力的计算公式，檩条与拉条的构造连接。难点：Z型檩条重力荷载沿主轴分力的求解。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于檩条的截面特点、应用范围，拉条的布置方法等内容采用工程图片与CAD图进行讲解。对于檩条截面特性和内力分析采用板书进行讲解和推导，便于知识的掌握和理解。知识点及注释：#实腹式檩条#普通或轻型热轧型钢截面和冷弯薄壁型钢截面形式；#空腹式檩条#上下弦的角钢靠缀板焊接连接的截面形式；#C型檩条#截面如C形的实腹式檩条；#Z型檩条#截面如Z形的实腹式檩条；#截面形心主轴#过截面形心满足截面惯性积为0的坐标轴；#屈曲后强度利用#板件屈曲后中部产生拉应力可增强板的抗侧屈曲能力，在强度和稳定性计算中考虑有效截面以利用屈曲后强度；#加劲板件#两纵边均与其他板件相连的板件；#非加劲板件#一纵边与其他板件相连，另一纵边为自由边的板件；#檩托#为保证檩条支座的稳定性而设置的小钢板；#拉条#连接檩条，为檩条提供平面外支撑点的圆钢构件；#斜拉条#非垂直于檩条的拉条；#撑杆#为檩条提供平面外支撑并保证将拉条力有效传递到刚度大的构件上而设置的刚性杆件；第5讲：墙梁（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习使学生对墙梁的截面形式、特点有所了解，掌握墙梁的荷载及荷载组合，内力分析，强度和挠度计算，墙架系统拉条的布置及构造设计规定。重点难点：重点：掌握单侧挂板和双侧挂板墙梁的内力分析方法，考虑拉条布置位置时，墙梁的跨中弯矩计算公式，墙梁与拉条的构造连接方法。难点：单侧挂板墙梁的内力分析，双力矩B的计算。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于墙梁的截面特点、应用范围，拉条的布置方法等内容采用工程图片与CAD图进行讲解。对于墙梁的截面特性和内力分析采用板书进行讲解和推导，便于知识的掌握和理解。知识点及注释：#单侧挂墙板#墙梁一侧有墙板，会增加墙梁扭转；#双侧挂墙板#墙梁两侧均有墙板；#有效截面抵抗矩#考虑板件屈曲后强度利用而确定的有效截面计算出的截面抵抗矩；#双弯扭力矩#墙板不能阻止墙梁扭转时，在水平风载和竖向荷载共同作用下产生的弯扭力矩B；#勾头螺栓#连接墙板和墙梁的一端弯曲的螺栓；#攻丝螺栓#连接墙板和墙梁的直螺栓；第6讲：轻型门式刚架结构形式、布置、内力与侧移（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习使学生掌握轻型门式刚架结构的类型和适用范围，门式刚架建筑几何尺寸的确定原则，结构平面布置温度区段伸缩缝处构造方法，墙架系统布置，支撑和刚性系杆的布置，铰接柱脚与刚接柱脚承重刚架的柱顶侧移计算等内容。重点难点：重点：单坡与双坡门式刚架屋面的选用，铰接与刚接柱脚的特点，温度区段变形缝处双柱设置方法以及变形缝处屋面檩条端部连接构造方法。难点：铰接柱脚与刚接柱脚刚架柱和横梁截面平均惯性矩计算方法，柱顶等效水平力计算方法。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于门式刚架的特点和应用范围，铰接与刚接柱脚的等内容采用工程图片与CAD图进行讲解。对于横梁截面平均惯性矩计算，柱顶等效水平力计算采用板书进行讲解和推导，便于知识的掌握和理解。引入教学案例“轻型门式刚架结构组成与细部连接”，作为辅助教学资源，指导学生建立门式刚架结构体系概念。知识点及注释：#单坡和双坡屋面#具有一个屋面坡度和两个屋面坡度的屋面；#摇摆柱#多跨刚架中采用上下两端均铰接的柱称为摇摆柱；#带毗屋刚架#由相邻两个大小不一的刚架组成的门式刚架的结构形式；#连接螺栓长圆孔连接#链条端部连接螺栓允许屋面板缩涨而采用的纵向长圆孔连接形式；#柱间支撑#为保证结构整体稳定、提高侧向刚度和传递纵向水平力而在相邻两柱之间设置的连系杆件；#温度区段#为减小温度应力采用伸缩缝将厂房分成的若干区段；#蒙皮效应#蒙皮板由于其抗剪切刚度对板平面内产生变形的荷载的抵抗效应；#柱顶侧移#在水平作用下柱顶的位移；第7讲：变截面刚架梁、柱的强度（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习使学生掌握变截面刚架梁、柱板件翼缘宽厚比的设计规定，工字形截面腹板屈服后强度利用，工字形截面抗弯承载力弹性及塑性设计方法，工字形截面抗剪承载力弹性及塑性设计方法。重点难点：重点：工字形截面的腹板屈服后强度利用时，腹板有效高度计算按腹板全截面受压、部分截面受压来计算腹板的有效高度，当屋面坡度小于1/5，仅考虑弯矩和剪力作用（忽略轴力），按受弯构件设计截面。当屋面坡度大于1/5，需考虑弯矩、剪力和轴力联合作用，按压弯构件设计截面。难点：屈服后强度利用截面有效高度确定，以及利用截面有效高度计算截面的强度及稳定性。教学设计：对于工字形截面的腹板屈服后强度利用、腹板有效高度计算内容采用PPT与与板书相结合的讲授方法。对于屋面坡度小于1/5，仅考虑弯矩和剪力作用（忽略轴力），按受弯构件设计截面，当屋面坡度大于1/5，考虑弯矩、剪力和轴力联合作用设计内容，尽量采用板书进行讲解，便于知识的掌握和理解。知识点及注释：#屈曲后强度#板丧失局部稳定后仍具有一定的承载力，可充分利用其屈曲后强度；#腹板有效高度#较薄的腹板在利用其屈服后强度计算时采用腹板的有效高度；#楔形腹板#刚架梁腹板为楔形；#腹板屈曲后抗剪强度设计值#考虑腹板屈曲后强度利用的抗剪强度设计值；#变截面柱#截面高度呈线性变化的柱；#楔形柱的计算长度系数#考虑一阶分析法或二阶分析法确定的柱子计算长度与柱几何长度的比值；#铰接柱脚#设置一对或两对地脚锚栓使柱底接近于铰接约束的柱脚；#刚接柱脚#设置多对地脚锚栓使柱底接近于固定约束的柱脚；#计算长度放大系数#有摇摆柱的刚架中，框架边柱考虑摇摆柱的荷载效应和自身荷载效应对柱计算长度的放大系数；第8讲：变截面刚架梁、柱的整体稳定、斜梁及隅撑（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习使学生掌握变截面柱在刚架平面内的计算长度采用查表法、一阶分析和二阶分析方法确定。多跨刚架中间带有摇摆柱，边柱计算长度确定需要考虑中间摇摆柱的荷载效应。整体稳定分析，采用弹性设计的整体稳定分析计算公式，采用塑性设计的整体稳定分析计算公式，二者公式的区分。斜梁按压弯构件验算平面内强度和平面外稳定性。隅撑的设置原理和方法。重点难点：重点：变截面柱、梁的等效线刚度，带有摇摆柱边柱的计算长度系数引入荷载效应放大系数，将带有毗屋的刚架视为摇摆柱，计算长度系数考虑放大系数。一阶分析按柱脚铰接和刚接分别计算，二阶分析仅适应等截面柱。隅撑设置的原理、作用，隅撑与刚架和檩条的构造连接。难点：平面内整体稳定分析按弹性和塑性设计方法，平面外整体稳定分析考虑按弹性和塑性设计方法。教学设计：对于变截面柱、梁的等效线刚度，带有摇摆柱边柱的计算长度系数，带有毗屋的摇摆柱等内容采用PPT与与板书相结合的讲授方法，对于隅撑的设置、作用，隅撑与刚架和檩条的构造连接采用PPT进行讲解，便于知识的掌握和理解。知识点及注释：#平面内整体稳定计算#对弯矩作用平面内失稳的计算；#平面外整体稳定计算#对弯矩作用平面外失稳的计算；#等效弯矩系数#计算平面内稳定性时将各种荷载作用的弯矩分布等效为均匀受弯时所乘的系数；#有效截面模量#板件达到极限承载之前中央部分截面屈曲后退出工作，剩余尚未屈服部分截面计算的截面抵抗矩；#受弯构件整体稳定系数#受弯构件丧失稳定性时翼缘临界应力与设计屈服应力的比值；#受压构件整体稳定系数#在压力作用下计算构件稳定性时临界应力与设计屈服应力的比值；#隅撑及作用#为保证钢架斜梁平面外稳定性在受压翼缘布置的钢构件；#同向曲率及反向曲率#产生相同的弯曲效应方向及反向的弯曲效应；#侧向支撑点间距#支撑、系杆等能阻止侧向变形的构件间的距离。第9讲：节点（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习使学生掌握门式刚架节点设计内容，梁柱连接节点、梁梁拼接节点、柱脚节点以及三种节点的构造及设计方法。铰接柱脚的构造和底板尺寸设计，刚接柱脚的构造和底板尺寸的设计以及地脚锚栓的抗拉承载力计算。重点难点：重点：梁柱连接节点端板竖放、横放、斜放三种连接形式的设计方法，梁梁拼接节点的连接形式，铰接及刚接柱脚的构造设计方法。难点：掌握外伸端板梁柱连接节点采用高强螺栓连接时按考虑撬力和不考虑撬力两种方法对外伸端板厚度设计，高强螺栓考虑撬力的抗拉承载力计算。教学设计：对于梁柱连接节点端板竖放、横放、斜放三种连接形式的构造方法，梁梁拼接节点的连接形式，铰接及刚接柱脚的构造特点、适用范围内容采用PPT讲解。对于外伸端板梁柱连接节点采用高强螺栓连接时按考虑撬力和不考虑撬力两种方法对外伸端板厚度的设计，高强螺栓考虑撬力的抗拉承载力计算，铰接柱脚的构造和底板尺寸设计，刚接柱脚的构造和底板尺寸的设计以及地脚锚栓的抗拉承载力计算采用PPT与板书结合方法讲解，便于知识的掌握和理解。引入教学案例“某轻钢门式刚架外墙及檐口开裂案例分析”，作为辅助教学资源，指导学生掌握节点设计要求以及如何考虑和消除温度应力对结构的不利影响。知识点及注释：#梁柱连接节点#分柔性连接、刚接、半刚接三类；#梁梁连接节点#梁与梁拼接、主次梁连接、有全螺栓连接、全焊缝连接、栓焊混合连接；#柱脚节点#有外包式、埋入式、外漏式刚接柱脚及铰接柱脚等形式；#端板竖放#门式刚架横梁端部端板竖放与柱连接；#端板横放#门式刚架柱顶端板水平放置与横梁连接；#端板斜放#门式刚架柱与横梁连接端板斜向放置；#高强螺栓外伸端板连接节点#门式刚架横梁与柱连接节点采用外伸端板连接；#撬力计算#端板连接设计中考虑端板弯曲变形时高强螺栓内部会产生的附加撬力；#完全熔透对接焊缝#与母材焊透，设计强度与母材相同的对接焊缝；#柱脚锚栓#连接柱与基础的锚栓；#柱脚水平抗剪承载力#柱脚底部与混凝土基础间的摩擦力能够抵抗的水平剪力值；#柱脚抗剪键#位于柱底用于抵抗水平剪力的角钢、槽钢、工字钢等构件；第10讲：钢结构的防锈与防火（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习掌握钢结构锈蚀产生的机理以及危害，钢结构防止产生锈蚀的措施，除锈的质量标准、等级划分以及涂装标准和质量等级。钢结构防火及耐火极限，防火措施，防火涂料的选用和设计。重点难点：重点：钢结构的除锈方法四种方法：人工除锈、喷射抛射除锈、酸洗除锈、酸洗磷化处理除锈；钢结构锈蚀等级的划分；防腐涂料的种类及选用原则。国家标准对于钢结构承重构件耐火极限的规定，防火涂料的种类及品质。难点：防火涂料厚度计算公式。教学设计：对于钢结构锈蚀产生的机理以及危害，钢结构防止产生锈蚀的措施，除锈的方法、等级划分内容采用PPT及动画播放讲解方法，帮助学生增强感官认识和实践能力培养。知识点及注释：#钢结构防锈蚀#钢材的锈蚀对轻钢结构来说是突出的问题，采用耐腐蚀钢及喷漆等措施可减轻钢结构锈蚀；#锈蚀等级#锈蚀等级分Ａ、B、C、D四个等级，A全面地复盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面；B已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面;

C

氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面；

D

氧化皮已因锈蚀而全面剥离，并且已普遍发生点蚀的钢材表面；#除锈等级#根据钢材表面原始状态、选用的底漆、采用的除锈方法以及工程造价等因素确定，参见GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀和除锈等级》；#底漆#漆膜粗糙与钢材表面粘结附着力强的防锈底漆；#面漆#漆膜关泽与底漆结合好，能防止空气和潮气渗入底漆，抵抗物理风化和化学分解作用的防锈面漆；#人工除锈#用刮刀、钢丝刷、砂皮等工具将钢材表面的氧化皮、铁锈、油污等去除；#喷射抛射除锈#压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料高速喷射到构件表面而清除锈迹；#酸洗除锈#用酸性溶液与钢材表面的氧化物发生化学反应，使其溶解于酸液中以除锈；#耐火极限#按照时间—温度标准曲线进行构件耐火试验，从受火作用时起，到构件失去稳定性或完整性或绝热性时止，这段抵抗火的作用时间，称为耐火极限，通常用小时（h）来表示；#防火涂料#加入阻燃剂后不产生明火的涂料；#防火涂料厚度#分薄涂型和厚涂型两类，根据不同构件耐火极限的要求，选定相应的涂层厚度；第11讲：多（高）层房屋钢结构——结构体系类型及其特点（一）（1学时）教学要求：本讲教学通过概述、分析与归纳，使学生系统掌握多层房屋钢结构的结构体系类型和特点，建立多层房屋钢结构结构体系的知识框架。重点难点：重点：多层房屋钢结构结构体系的类型、各种类型多层房屋钢结构结构的特点、多层房屋钢结构抗侧力单元。难点：多层房屋钢结构结构体系的受力特性。教学设计：教学课件结合工程图片、动画，增强直观性。先概述多层房屋钢结构结构体系的类型，然后分别对各种类型结构体系的受力特征进行分析讲解，使学生建立清晰的知识框架。知识点及注释：#多层房屋钢结构结构体系类型#纯框架体系、柱-支撑体系、框-支撑体系、双重抗侧力体系；#双重抗侧力体系#钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙（核心筒体）系；#抗侧力单元#框架、垂直支撑、剪力墙、筒体；#中心支撑#支撑斜杆的设计轴线通过框架梁与柱中心线的交点；#偏心支撑#支撑斜杆的设计轴线偏离框架梁与柱中心线的交点。第12讲：多（高）层房屋钢结构----结构体系类型及其特点（二）（1学时）教学要求：本讲教学通过大量工程实例，使学生系统掌握高层房屋钢结构的结构体系类型和特点，建立区别于多层的高层房屋钢结构结构体系。重点难点：重点：高层房屋钢结构结构体系的类型、不同于多层的高层房屋钢结构结构体系的特点。难点：加劲的钢框架-核心筒体系的侧向变形、剪力滞后效应、束筒体系的受力特点。教学设计：教学课件结合具有代表性的高层钢结构工程，使学生直观认识高层房屋钢结构体系的特征。重点讲解多层房屋钢结构结构体系几乎不采用的加劲的框架-核心筒体系、筒体结构体系和巨型框架体系的受力特征，使学生掌握多层和高层房屋钢结构的结构体系知识脉络。知识点及注释：#高层房屋钢结构结构体系类型#框架体系、双重抗侧力体系、筒体结构体系、巨型结构体系；#加劲的框架-核心筒体系#通过设置伸臂桁架和周边桁架，将内部支撑与外圈框架柱连为一整体弯曲构件，共同抵抗倾覆力矩；#筒体结构#由若干片纵横交接的“密柱深梁型”框架或抗剪桁架所围成的筒状封闭结构，分为框架筒体、筒中筒、框架束筒；#剪力滞后效应#框筒在侧向荷载作用下整体弯曲时，由于存在框架横梁的竖向弯剪变形，使框筒中柱的轴力不再符合平截面假定的直线分布规律，而呈非线性分布；#巨型结构体系#巨型框架结构、巨型支撑框筒结构、巨型悬挂结构。第13讲：多（高）层房屋钢结构----结构体系的选用及结构布置（1学时）教学要求：本讲教学通过分类、依次讲解，使学生理解多层和高层房屋钢结构的结构体系的选用方法，明确多层和高层房屋钢结构的结构布置原则。重点难点：重点：多、高层房屋钢结构的结构平面布置一般原则、高层房屋钢结构的结构竖向布置要求。难点：平面不规则结构、竖向不规则结构。教学设计：教学课件将第4章和第5章的部分内容合并，引导学生通过一节课时间分别对多层和高层房屋钢结构的结构体系的选用方法和结构布置原则有清晰的理解，并使其掌握异同点。教学过程中注意新旧规范的对比。知识点及注释：#刚心#各层的抗侧力构件中心；#质心#水平作用力合力的中心；#平面不规则结构#扭转不规则结构、凹凸不规则结构、楼面不连续或刚度突变、斜交抗水平力构件；#竖向不规则结构#侧向刚度的突变、相邻楼层质量之比超过1.5、竖向剖面及立面收进的竖向不规则、竖向抗侧力构件不连续、竖向抗侧力结构受剪承载力非均匀化；第14讲：多（高）层房屋钢结构设计——荷载及其组合、结构分析方法（1学时）教学要求：本讲教学通过整合已有学习内容，使学生掌握多层和高层房屋钢结构的荷载及其组合方法、明确计算模型和常用的结构分析方法。重点难点：重点：多、高层房屋钢结构的荷载组合、框架结构的内力计算方法、框架-支撑结构的内力计算方法。难点：框架-支撑结构在水平荷载下的近似计算方法。教学设计：教学课件将第4章和第5章的部分内容合并，教学过程中概括性讲解多层和高层房屋钢结构的荷载及其组合、内力计算方法，强调多、高层房屋钢结构在荷载组合与内力计算的区别。知识点及注释：#竖向荷载的折减#计算高层房屋钢结构水平荷载和竖向荷载共同作用下的内力计算时，竖向荷载依据规范折减；#活荷载的最不利分布#多层房屋钢结构计算时考虑，但高层房屋钢结构中，在计算楼面及屋面活荷载的作用时，可不考虑活荷载的最不利分布，而按各跨满载简化计算；#分层法的适用条件#节点梁、柱线刚度比不小于3、结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多、高层框架的内力计算；#框架-支撑结构的近似计算#将所有的框架合并成总框架，将所有的支撑合并为总支撑；并在各楼层用水平刚性铰接链杆将总框架和总支撑连接起来，进行协同工作分析，总支撑可当作一根弯曲杆件；第15讲：压型钢板-现浇混凝土组合板设计（1学时）教学要求：本讲教学以压型钢板-现浇混凝土组合板为主，使学生掌握压型钢板组合楼板的构造和计算方法，明确施工和使用阶段组合板的验算内容。重点难点：重点：楼面和屋面结构的类型、组合楼板施工阶段的设计、组合楼板使用阶段设计。难点：正截面受弯承载力验算。教学设计：教学课件穿插实际工程现场图片，使学生直观认识楼板或屋面板的设计方案对结构性能、施工进程以及经济效益的影响，重点讲解组合板使用阶段的设计内容。知识点及注释：#多层建筑楼板#现浇混凝土楼板、叠合板组合板、压型钢板组合楼板；#抗剪栓钉#焊在钢梁上，保证楼板与钢梁之间可靠地传递水平剪力；#组合板#考虑压型钢板对组合楼板承载力的贡献；#施工阶段设计#对作为现浇钢筋混凝土板底模的压型钢板进行强度和变形验算；#非组合板设计#压型钢板仅作为模板使用,按普通钢筋混凝土板设计；#组合板使用阶段承载力#按照双向弯曲板或单向弯曲板计算模型，计算正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、抗冲剪承载力。第16讲：钢梁的设计（1学时）教学要求：本讲教学针对普通钢梁和蜂窝梁，深化其构件设计基本原理的学习，使学生掌握钢梁的设计计算方法。重点难点：重点：梁系布置、普通钢梁的截面初选、蜂窝梁的设计。难点：蜂窝梁的正应力验算、剪应力验算、稳定性验算、挠度验算。教学设计：启发学生联系钢结构基本原理，结合工程实例讲解梁系布置，加强学生对钢梁的直观认识，使学生掌握普通钢梁从截面初选到验算的设计过程，并明确蜂窝梁的设计思路。知识点及注释：#梁系#主梁、次梁；#扩张比#蜂窝梁与与H型钢截面高度；#主次梁连接#通常采用简支的平接形式；#梁的局部稳定性#；对于焊接组合的工字形截面和箱形截面，需要验算板件的局部稳定性，考虑罕遇地震作用下，依据抗震设计规范控制翼缘和腹板的宽厚比；#蜂窝梁截面验算#正应力验算、剪应力验算、稳定性验算、挠度验算。第17讲：组合梁的设计（1学时）教学要求：本讲教学使学生区别于组合楼板来认识组合梁的形式与特点，针对完全抗剪连接的组合梁和部分抗剪连接的组合梁，使学生掌握组合梁的设计方法。重点难点：重点：组合梁的强度计算、组合梁抗剪栓钉的验算。难点：翼板有效宽度、受弯承载力验算、抗剪栓钉数量。教学设计：通过较为直观、简洁的图示，展示组合梁的形式与特点，重点讲解组合梁的计算思路，使学生掌握完全抗剪连接和部分抗剪连接组合梁的计算方法。知识点及注释：#组合梁#在钢梁上铺设钢筋混凝土板或压型钢板组合板，梁板共同工作，板可作为梁的一部分，发挥比钢梁更大的作用，其强度和刚度提高；#无组合作用梁#楼板和钢梁独立发生弯曲变形，楼板和钢梁间相对剪切滑动，楼板和钢梁作为独立构件联合承担荷载；#完全抗剪连接组合梁#采用足够的抗剪连接件，足以抵抗楼板和钢梁之间的剪力，楼板和钢梁之间的相对滑移很小；#部分抗剪连接组合梁#抗剪连接件数量小于完全抗剪连接组合梁所需数量的50%，实际设计时不再考虑板梁的组合作用；#翼板有效宽度#对于边梁采用钢梁顶部宽度与梁内、外侧翼板计算宽度之和，对于中间梁采用钢梁顶部宽度与梁内侧翼板计算宽度2倍之和；#剪跨区段#沿组合梁跨长，以支座点、弯矩极值点和零点为界线，将梁划分为若干剪跨区段。第18讲：框架柱的设计（1学时）教学要求：本讲教学首先引导学生从抗震角度考虑框架柱的设计，结合基本原理知识使其明确框架柱的设计要点，并使学生掌握框架柱计算长度的确定方法。重点难点：重点：框架柱的计算长度、有侧移框架柱、无侧移框架柱。难点：节点域处加劲肋的设计、多层多跨框架的失稳形式。教学设计：通过较为直观、简洁的图示，展示组合梁的形式与特点，重点讲解组合梁的计算思路，使学生掌握完全抗剪连接和部分抗剪连接组合梁的计算方法。知识点及注释：#强柱弱梁#对于抗震设防的框架柱，使塑性铰出现在梁端而不是在柱端；#有侧移框架柱#纯框架和弱支撑框架柱；#无侧移框架柱#强支撑框架柱；#强支撑和弱支撑框架#根据支撑结构的侧移刚度来判断；#框架柱计算长度系数#取决于柱上端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值，同时还取决于该柱下端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。第19讲：多层房屋钢结构抗侧力结构的设计（1学时）教学要求：本讲教学结合工程图片资料，使学生了解多层房屋钢结构抗侧力结构的类型，掌握中心支撑的计算要点和连接方法。重点难点：重点：抗侧力结构的类型、中心支撑的设计。难点：中心支撑与框架的连接。教学设计：结合实际工程图片资料，使学生直观认识多层房屋钢结构抗侧力结构的实态，引导学生重点掌握中心支撑的设计要点。知识点及注释：#抗侧力结构#竖向支撑、带竖缝混凝土剪力墙板、钢板剪力墙、内藏钢板支撑剪力墙板、带框混凝土剪力墙板；#竖向支撑#中心支撑、偏心支撑；#中心支撑长细比限值#如果是Q235钢，对于抗震设防结构依据抗震设计规范，对于非抗震设防结构按压杆设计时取300、按拉杆设计时取150；#中心支撑板件宽厚比限值#对于抗震设防结构依据抗震设计规范，板件宽厚比应与支撑杆件长细比相匹配；#带悬臂段框架柱#与支撑相连接的柱通常加工成带悬臂梁段的形式，以避免梁柱节点处的工地焊缝。第20讲：钢框架节点设计（1学时）教学要求：本讲教学结合工程图片资料和动画，使学生了解框架节点设计的基本原则，重点掌握梁柱节点的连接形式及其设计方法。重点难点：重点：框架梁柱节点的连接形式、简化设计法、全截面设计法。难点：梁柱刚性连接节点设计、塑形铰外移节点。教学设计：教学课件穿插工程图片与动画节点，使学生容易理解框架连接构造，通过细致讲解引导学生回忆基本原理的学习内容，使学生掌握框架梁柱节点的设计方法。知识点及注释：#竖向荷载的折减#计算高层房屋钢结构水平荷载和竖向荷载共同作用下的内力计算时，竖向荷载依据规范折减；#活荷载的最不利分布#多层房屋钢结构计算时考虑，但高层房屋钢结构中，在计算楼面及屋面活荷载的作用时，可不考虑活荷载的最不利分布，而按各跨满载简化计算；#分层法的适用条件#节点梁、柱线刚度比不小于3、结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多、高层框架的内力计算；#框架-支撑结构的近似计算#将所有的框架合并成总框架，将所有的支撑合并为总支撑；并在各楼层用水平刚性铰接链杆将总框架和总支撑连接起来，进行协同工作分析，总支撑可当作一根弯曲杆件；第21讲：重型单层工业厂房结构组成（1学时）教学要求：通过本讲课内容使学生掌握重型单层工业厂房结构体系的组成，建立起整体结构的概念。重点难点：重点：重型单层工业厂房钢结构的组成、特点（与轻钢结构相比较）、适用范围。难点：各承重子结构的组成及作用。教学设计：通过三维重型单层工业厂房钢结构透视图，并结合正在施工安装过程中的重型单层工业厂房结构的照片，使学生建立起整体空间结构概念，增加感性认识。知识点及注释：#横向框架#柱、屋架（横梁）组成，承受并传递横向水平荷载、竖向荷载；#纵向框架#柱、托架（连系梁）、吊车梁、柱间支撑组成，承受并传递纵向水平荷载；#屋盖结构#檩条、天窗架、屋架（屋面梁）、托架、屋盖支撑组成，承受屋面竖向荷载、纵向以及横向风荷载；#支撑体系#屋盖支撑、柱间支撑组成，保证结构的刚度和稳定，承受水平荷载；#吊车梁及制动系统#吊车梁、制动梁（制动桁架），承受吊车荷载；#墙架系统#墙架梁、墙架柱、墙架支撑、抗风桁架(梁）承受墙重和墙面风荷载；第22讲：重型单层工业厂房结构布置（1学时）教学要求：通过本堂课的学习，使同学掌握重型单层工业厂房结构布置的原则、柱网布置的原则、温度缝设置的原则，了解钢屋盖结构体系的组成以及横向框架的形式。重点难点：重点：重型单层工业厂房结构布置的原则、柱网布置的原则、温度缝设置的原则。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于重型单层工业厂房结构布置的原则、柱网布置的原则、温度缝设置的原则等内容进行详细讲解，以加强理解。知识点及注释：#结构布置的原则#满足工艺和使用要求，能适应今后可能的生产工艺和使用要求的变动，确保结构体系的完整性和安全性，同时要考虑技术经济指标对设计的要求；#柱网布置的原则#从工艺方面考虑，厂房的跨度（横向）和柱距（纵向）应满足生产工艺的要求；柱的位置应和厂房的地上设备和地下设备、起重和运输通道、设备基础及地下管道等相协调。从结构方面考虑，柱距均等并符合模数的布置方式最为合理，厂房的屋盖和支撑系统布置简单，吊车梁跨度相同，厂房的横向框架重复性大，可以最大限度达到定型化和标准化。从经济方面考虑，柱距对结构的用钢量和造价有较大的影响。增大柱距，柱和基础的材料用量减少，但屋盖和吊车梁的材料用量增加，在柱较高、吊车起重量较小的车间中，放大柱距经济效果较好；#无檩屋盖结构体系#由钢屋架，大型屋面板组成的结构体系，横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久性好、构件种类少，工期短，屋盖自重大，用钢量大，不利于抗震，多用于有桥式吊车的结构；#有檩屋盖结构体系#由钢屋架，檩条，轻型屋面板组成的结构体系，构件重量轻，用料省，运输安装方便，屋盖构件数量多，构造复杂，整体刚度差；第23讲：重型单层工业厂房支撑体系（1）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使学生了解重型单层工业厂房屋盖支撑的类型，掌握屋盖支撑的作用以及布置原则。重点难点：重点：重型单层工业厂房屋盖支撑的作用及布置原则。难点：重型单层工业厂房屋盖支撑的作用。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于重型单层工业厂房屋盖支撑的种类、作用及布置原则等内容进行详细讲解，以加强理解。知识点及注释：#屋盖支撑的分类#上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、竖向支撑、系杆；#屋盖支撑的作用#保证屋盖结构的几何稳定性、保证屋架结构的空间刚度和空间整体性、为弦杆提供适当的侧向支撑点、承受和传递屋盖的纵向水平荷载、保证结构安装时的整体稳定性；第24讲：重型单层工业厂房支撑体系（2）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使学生了解重型单层工业厂房柱间支撑的类型，掌握柱间支撑的作用以及布置原则。重点难点：重点：重型单层工业厂房柱间支撑的作用及布置原则。难点：重型单层工业厂房柱间支撑的作用。教学设计：课程教学采用PPT课件与工程照片相结合的讲授方法。对于重型单层工业厂房柱间支撑的种类、作用及布置原则等内容进行详细讲解，以加强理解。知识点及注释：#刚性系杆#能承受拉力也能承受压力的系杆；#柔性系杆#只能承受拉力的系杆；#柱间支撑的分类#上层柱间支撑、下层柱间支撑；#柱间支撑的作用#保证厂房结构的整体稳定和纵向刚度，承受并传递纵向水平荷载（纵向风力、吊车的纵向制动力，纵向水平地震作用），并将其传至基础，在框架平面外为厂房提供可靠的侧向支撑点，减少厂房柱在框架平面外的计算长度。第25讲：重型单层工业厂房横向框架的计算和厂房柱设计（1）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学掌握厂房横向框架荷载的计算、计算模型的简化、最不利内力的确定等内容，了解重型单层工业厂房柱的截面形式和构造。重点难点：重点：厂房横向框架计算模型的简化及最不利内力的确定。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于厂房横向框架荷载的计算、计算模型的简化、最不利内力的确定等内容进行详细讲解；结合工程照片讲授重型单层工业厂房柱的截面形式和构造。知识点及注释：#厂房柱#可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱；第26讲：重型单层工业厂房柱设计（2）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学掌握厂房柱的截面验算，了解阶形柱变截面处的构造。重点难点：重点：厂房柱平面内外计算长度的取值，考虑两侧吊车支座压力差引起的附加弯矩时柱截面的验算。难点：虑两侧吊车支座压力差引起的附加弯矩时柱截面的验算。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于厂房柱截面验算进行详细讲解；结合工程照片讲授阶形柱变截面处构造。知识点及注释：#框架柱在框架平面内的计算长度#取该层柱的长度乘以计算长度系数；#框架柱在框架平面外的计算长度#取阻止框架平面外位移的支承点（柱的支座、吊车梁、托架、支撑和纵梁固定节点等）之间的距离；#肩梁#将上下段柱连在一起，形成整体以实现上下段柱之间内力的传递；#肩梁的分类#单腹壁肩梁、双腹壁肩梁第27讲：普通钢屋架设计（1）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学了解屋架的形式和主要尺寸，掌握屋架杆件内力计算。重点难点：重点：屋架杆件内力计算。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于屋架的形式和主要尺寸、屋架杆件内力计算进行讲解。引入教学案例“普通钢屋架结构组成与细部连接”，作为辅助教学资源，指导学生建立普通钢屋架节点连接的基本概念。知识点及注释：#屋架的形式#三角形、梯形及平行弦；#确定屋架形式的原则#满足使用要求，受力合理，制造简单及运输与安装方便，综合技术经济效果好；第28讲：普通钢屋架设计（2）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学掌握屋架杆件计算长度的取值、杆件截面形式的确定，了解屋架杆件容许长细比的限值和屋架节点设计的一般原则。重点难点：重点：屋架杆件计算长度的取值，杆件截面形式的确定。难点：屋架杆件计算长度的取值。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于屋架杆件计算长度的取值、杆件截面形式的确定、屋架杆件容许长细比的限值和屋架节点设计的一般原则进行讲解。知识点及注释：#屋架杆件平面内计算长度#详见P135表3-4；#屋架杆件平面外计算长度#取侧向支撑点间距离；#钢屋架杆件的容许长细比#详P137表3-5,3-6；#等强设计#压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性；第29讲：普通钢屋架设计（3）（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学掌握屋架上弦节点、下弦节点、屋脊节点、下弦跨中拼接节点和支座节点设计等内容，了解屋架施工图的画法。重点难点：重点：屋脊节点设计、下弦跨中拼接节点设计和支座节点设计。难点：屋脊节点设计和支座节点设计。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于屋架上弦节点、下弦节点、屋脊节点、下弦跨中拼接节点和支座节点设计等内容进行讲解。第30讲：钢吊车梁设计（1学时）教学要求：通过本堂课程的学习，使同学了解吊车梁的类型和截面组成、吊车梁的连接，掌握吊车梁的荷载和内力分析、吊车梁的截面验算。重点难点：重点：吊车梁的荷载和内力分析、吊车梁的截面验算。难点：吊车梁的截面验算。教学设计：课程教学采用PPT课件与板书相结合的讲授方法。对于吊车梁的类型和截面组成、吊车梁的连接、吊车梁的荷载和内力分析、吊车梁的截面验算等内容进行讲解。知识点及注释：#吊车梁的截面组成#单轴对称工字形截面，带制动梁的吊车梁，带制动桁架的吊车梁；#吊车梁的荷载#竖向荷载，横向水平荷载，纵向水平荷载；#吊车梁的验算#强度验算、整体稳定验算、刚度验算、疲劳验算；第31讲教学案例--青岛国贸中心钢结构施工技术（1学时）教学要求：课堂教学最后一个教学单元为50分钟电教片---青岛开发区国际贸易中心55层超高层钢结构施工技术。通过学习掌握和了解超高层钢结构施工过程和工艺，加强和拓宽对于课程学习的深度和广度，达到提高学生工程实践能力的教学目标。教学设计：针对青岛开发区国际贸易中心55层超高层钢结构关键施工技术，采取多媒体现场录像和制作，实时跟踪工程建设施工进度进行拍摄和编辑，将在建的典型工程实例搬进教室，构建实物、模型、录像、多媒体等多位一体电教片。可以作为一个单独教学单元用于课堂教学。信息量大、知识面宽、增加课堂理论教学综合性和丰富性，满足学生的爱好和兴趣，实现课堂立体化教学。知识点及注释：#附着式塔吊#利用塔吊扶臂将塔吊最不利施工荷载通过附着层的结构进行传递；#钢柱吊点#利用临时连接耳板作为吊点；为保证钢柱安装后便于上人解钩，在钢柱吊装前将安全爬梯附在钢柱上，下节钢柱顶面和本节钢柱底面的渣土和附锈要清楚干净，保证上下节钢柱对接面接触顶紧；#耳板#将下节钢柱顶面和上节钢柱底面采用钢板用螺栓临时固定，采用单边V型坡口焊接，焊好后用火焰将耳板切除；#临时螺栓和冲钉#高强螺栓安装之前先用冲钉矫正孔位，然后再用临时螺栓进行组装，每个节点上应串住临时螺栓和冲钉数量由安装时可能承担的荷载计算确定；#高强螺栓的紧固