钢结构设计原理课程组织设计.doc

钢结构设计原理课程组织设计方案概况：课程理论教学64学时，课程设计1.5周组织方式：（1）按课程班进行分组，每小组10人左右，其中选择组长1名，负责小组的联系及组织工作。（2）考勤：按小组考勤和布置作业，以小组作为交流的基本单元（3）课程目标：转变学生角色，调动学生积极性，发挥学生的主动性，提高教学质量第一讲课程章节第一章 绪论主要内容1、 钢结构及其发展2、 钢结构的特点和应用3、 钢结构课程的学习方法4、 钢结构典型示例作业小论文（要求：写1篇2000字左右小论文，以小组为单元进行交流）论文参考题目：桥梁的现状与发展 钢结构建筑的发展 桥梁的跨度与极限 钢结构产量及行业发展 钢结构事故及教训 桥梁工程事故及原因分析 钢结构网上资源及利用 特殊性能钢及研究现状 钢结构防火技术教学手段多媒体，照片展示教学目标扩充信息量，吸引学生，激发学生兴趣第二讲课程章节第二章 第一节 钢结构对钢材性能的要求主要内容1、钢材的性能强度、塑性、韧性、冷弯性能、可焊性、耐久性、Z向伸缩性2、钢结构用钢对性能的要求作业 讨论问题的提出：一焊接组合工字型截面梁，为测定所用钢板的强度及塑性，需要截取一定尺寸的钢板作为试件进行拉伸试验。如何选取试件的尺寸？ 教学手段多媒体、动画教学目标掌握钢材的主要力学性能第三讲课程章节第二章 第二节 影响钢材性能的主要因素主要内容1、化学成分 4、应力集中和残余应力2、冶金工艺 5、温度3、冷加工硬化和时效硬化 6、复杂应力状态7、加荷速度作业 讨论案例1甘肃某山区建有一座大型石油储罐，直径20米，高18米，采用厚度为12mm的钢板焊接而成。该储罐1973年建成，1975年突然崩塌，原油外溢，染遍了山区草木，结果引起火灾。主要由于钢板中含硫量超标引起的热脆所致。案例2 2004年新集皮革加工厂（由邓老师补充）案例3 铁丝剪一豁口应力集中 教学手段多媒体、案例教学目标掌握影响钢材性能的主要因素及影响结果第四讲课程章节第二章 第三节 钢材的破坏形式主要内容1、塑性破坏 2、脆性破坏 3、疲劳破坏 作业 讨论案例11989年1月，内蒙古某糖厂竣工后使用不久的废蜜储罐在气温-12度是发生事故。该球罐直径20米，高15.76米，罐身上下共10层，有6-18毫米的钢板焊成，容量5600吨，实际储量4300吨，应力尚低。破坏时整个罐体炸裂为5大部分，其中上面7层和盖帽甩出去后将25米处的墙体砸倒，废蜜罐冲击力将相聚4米处的两层泵房夷为平地。事后调查该起事故是由于一些焊缝严重未焊透和质量差引起裂纹扩展，导致突发低温脆断。案例2 关于疲劳破坏的补充教学手段多媒体、案例教学目标掌握影响钢材性能的主要因素及影响结果人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢的发展有密切的关系。对于一个国家来说，还和本国的钢铁产量有关。在古代，我们中华民族在冶炼技术方面是处于遥遥领先的地位的。从江苏六合和湖南长沙等地春秋时期的墓葬和遗址中，发现人工冶炼的铁块、铁条、铁销、铁锛等，说明中国在春秋时期已使用人工制铁。中国发现的最早生铁制品，比外国最先使用生铁的时间早一千八百多年。我国也是最早用铁建造承重结构的国家。在公元前二百多年（秦始皇时代）就已经用铁建造桥墩。在公元前六七十年间，就成功地用熟铁建造铁链桥。以后建造的铁链桥不下数十座之多，其中以云南的沅江桥（四百多年前），贵州的盘江桥（三百年前）及四川泸定大渡河桥（建于1696年）为最大。大渡河铁链桥净跨长达100米，桥宽2.8米，可并列两辆马车，由九根桥面铁链和四根桥栏铁链构成。铁链是由生铁铸成，每根铁链重达一吨半，锚固在直径为20厘米，长4米的锚桩上。该桥比英国用铸铁建造的欧洲第一座跨长31米的拱桥早八十三年，比美洲第一座跨度为21.3米的铁链桥早一百多年。此外我国还建造了不少铁塔，如湖北荆州玉泉寺铁塔，山东济宁寺铁塔和镇江甘露寺铁塔等。这些建筑物都表明了我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。我国古代在金属结构方面虽有卓越成绩，但由于长期封建制度的束缚，特别是1840年鸦片战争以后，沦为半殖民地和半封建的国家，倍受帝国主义、封建主义和官僚资本主义的压迫和剥削，钢结构的发展比较缓慢。解放前一些为数不多的钢结构，象铁路和公路桥梁一级高层建筑等，几乎全是外商承揽设计和施工的。新中国成立后，在中国共产党的领导下，中国人民推翻了长期压在头上的三座大山，成为国家的主人，开始了大规模的经济建设，钢结构科学技术和工业建设有了很大的发展。第一个五年计划期间，我国很快地出现了自己的钢铁冶金企业、重型机器制造业、汽车制造工业、动力设备制造工业以及一些轻化工业等，在这伟大的建设事业中，很多厂房，都采用了规模巨大的钢结构。其中主要的有：恢复和扩建了鞍山钢铁公司、武汉钢铁公司和大连船厂等；新建的有太原、富拉尔基重型机器制造厂、长春汽车制造厂、哈尔滨和四川的三大动力厂、洛阳拖拉机厂以及一些飞机制造厂等。钢结构的发展有赖于钢产量的提高，我国冶金工业建国后虽有了很大的发展，但产量还不高，使钢结构在我国的采用受到了客观条件的限制，只在必需采用钢结构的重要建筑物中才得到应用。公用和民用建筑中，主要的有首都人民大会堂60米跨度的钢屋架，北京工人体育馆94米直径的悬索结构、首都体育馆99米跨度的平板网架结构，上海体育馆110米直径的圆形平板网架结构、西安秦始皇陵兵马俑陈列馆70米跨度的三铰拱钢结构。在高耸结构中，先后建成200米高的广州电视塔、210米高的上海电视塔，325米高的背景环境气象桅杆等。此外，预应力钢结构、薄壁钢结构、钢管混凝土结构、高强度螺栓等都得到了不同程度的发展。随着我国经济建设的迅速发展，钢产量的提高，钢结构在我国建设事业中将得到更加广泛的应用。钢结构的发展史 1660 虎克发现材料变形与受力大小的比例关系（虎克定律） 1744 欧拉Euler推导出压秆稳定极限荷载公式，沿用至今。 1779 第一座铸铁拱桥，英格兰Coalbrookdale大桥建造完成。建在塞文河上。 1786 法国建造巴黎法兰西剧院，铁+玻璃顶。 1820 美国费城建造第一栋铸铁建筑。 1828 维也纳建造第一座钢桥。 1851年，伦敦花匠帕克斯顿设计的“水晶宫”展览馆，为玻璃铁架结构，完全表现了工业生产的机械本能。“水晶宫”开创了建筑形式的新纪元。 1856 美国开始产钢 1874 第一座大跨钢桁桥Eads Bridge在圣路易（St. Louis）建成 1876 法国巴黎建造艾菲尔铁塔Eiffel Tower 1881 电弧焊工艺问世 1883 布鲁克林（Brooklyn）吊桥完工.始建于1869年 1889年，法国世博会上设计的“埃菲尔铁塔”和“机械馆”，“埃菲尔铁塔”为高架铁结构，塔高328M。“机械馆”是空前未有的大跨度结构，刷新了世界建筑的新纪录，长420M，跨度达115M，结构方法首次运用了三铰拱的原理。 1889 CHICAGO的The Rand Mcnally Building（图中4号楼）建成，成为第一栋全钢结构的大厦,10层。 1890 3月苏格兰福斯桥（Firth of Forth Bridge）完成，用钢55,000吨,57条生命。8百万铆钉运回家。 1907 美国设立伯力恒钢厂（Bethlehem Steel） 1908 伯力恒（Bethlehem Steel）开始生产热轧型钢 1909年，德意志制造联盟的彼得。贝伦斯设计了“柏林通用电气公司透平机车间”，以钢结构为骨架与大玻璃窗为特点，被称为是第一座真正的现代建筑。 1909 美国麻州采用热轧型钢用于建筑结构 1914 匈牙利Kazinczy证实梁具有塑性铰极限行为。 1921 美国钢结构学会AISC成立 1923 AISC年發行第一版钢结构设计规范AISC-ASD（容许应力法） 1930 耐候钢问世 1931 纽约帝国大厦完工，102层，高381米。 1944 柱研究学会（Column Research Council, CRC）成立 （后改名稳定学会？） 1940 Lehigh University开始研究结构及构件的极限强度 1947 高强度螺栓规范出版 1950？ 中国东北制定钢结构设计内部规定 1953 建成世界第一个悬索屋面，美国北卡罗里那州的雷里体育馆（RALEIGH大剧院？），现代悬索结构的开始。 1954 中国颁布第一本钢结构设计规范（结规4-54）容许应力设计法。 1955 苏联颁布 121-55规范。 日本中之岛制钢所开始生产轻量型钢。 1956 12月中国采用苏联颁布 121-55规范为参考规范。 1957 第一次将塑性设计法用于建筑 1960 日本积水（SEKISUI HOUSE）公司推出A型钢结构住宅。 1961 建成北京工人体育馆。中国现代悬索结构的开始。 1962 日本大和公司推出A型钢结构住宅。 1965 日本松下住宅推出R2N型钢结构住宅。 1970 当时世界最高大厦纽约世界贸易大厦建成，高410米 1973 当时最高的芝加哥西尔斯大厦Sears Tower完工，110层，高442米。 1974 中国颁布TJ 17-44 （半概率，半经验的设计法） 1976 在加拿大的西安大略大学进行的风洞实验室研究。这一研究对MBMA、SBC和世界其他一些国家的规范中风荷载的规定做出贡献，广泛用于低层金属结构系统。 同年，法国USINOR发展可耐900的耐火钢。 1980 日本钢管公司NKK发展OLAC钢板工艺（TMCP钢板) 1983 美国钢结构学会AISC颁布第一本AISC-LRFD，极限设计法 1988 中国颁布钢结构设计规范（GBJ 17-88） 概率极限设计法 1994 日本公布JIS G3106 SN钢材标准 1995 阪神地震 钢结构抗震性能展现 1999 中国成为世界第一大产钢国。产钢量过亿吨。 台湾容许应力设计法，极限设计法于1月1日颁布施行。9月21日地震，震后钢结构使用范围大增。 2002 世界各国钢材生产全面过剩。贸易战开始。钢结构将全面应用。