基于钢结构课程内容的教学实践研究

马辉

摘 要：钢结构课程是土木工程专业的一门主要专业必修课，是研究钢结构基本工作原理、性能与构件设计的一门工程技术型课程。学生通过工程制图、土木工程材料、材料力学等先修课程的学习，具备本课程学习的基本知识；通过本课程的学习，使学生具有选用结构钢材及设计基本构件及其连接的能力，具有初步进行钢结构施工图设计的基础。通过教学指导使学生掌握钢结构原理与设计的基本理论和基本知识，了解钢结构的合理应用范围和主要发展方向，能进行钢结构基本构件及各种连接的设计，为继续学习专业课程奠定扎实的基础，达到培养目标中关于本课程的要求。

关键词：钢结构；实践能力；教学方法

1 钢结构课程的特点

钢结构这门课是土木工程专业的必修课，要求学生掌握钢结构的特点，钢结构稳定的基本原理，基本构件的设计方法，连接计算及构造设计方法等基本技能；使学生具有能够合理选用结构钢材，进行钢结构基本构件及各种连接的设计能力。

钢结构这门课程有它的特点，理论概念比较多，公式大多由实验及工程经验推导而来，比较繁琐，同时需要查的表格也非常多，需要学生着重理解。在教学中必须首先讲授钢结构的特点。钢结构材料的强度高，塑性和韧性好；钢结构构件断面小、自重轻；钢结构制作简便，加工周期短；钢结构材质性能均匀，易于检测和控制，可靠性高；钢结构建筑易于改造，原料可重复使用，节省资源，环保资源；钢结构建筑可以实现大跨度、大空间结构；耐腐蚀性能差，涂料维护费用高；钢材耐热但不耐火。钢结构可以应用在大跨度结构、重型厂房结构、受动力荷载影响的结构、可拆卸的结构、高耸结构和高层建筑、容器和其他构筑物、轻型钢结构。钢结构的形式多种多样，可以分为单层钢结构（重型钢结构）工业厂房；大型空间（大跨度）钢结构；高层钢结构；高耸结构；桥梁钢结构；轻钢结构；住宅钢结构；容器和其它构筑物。钢结构采用承载能力极限状态和正常使用极限状态设计，承载能力极限状态：包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。正常使用极限状态：包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。

2 教学重点内容研究

在教学过程中发现，钢结构这门课程内容较多，让学生必须掌握主要内容，就必须在在授课时对重点难点问题有所侧重。钢结构用钢的基本要求：（1）较高的抗拉强度，和屈服点；（2）较高的塑性和韧性；（3）良好的工艺性能；（4）根据具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。钢材的主要性能：（1）比例极限、屈服点、抗拉强度或极限强度。（2）伸长率：试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率。冷弯性能由冷弯试验确定。试验时使试件弯成l80°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。由于低温对钢材的脆性破坏有显著影响，在寒冷地區建造的结构不但要求钢材具有常温（20℃）冲击韧性指标，还要求具有负温（0℃、-20℃或-40℃）冲击韧性指标，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。选择钢材时考虑的因素有：（1）结构的重要性：重要结构应考虑选用质量好的钢材；一般工业与民用建筑结构，可选用普通质量的钢材。（2）荷载情况：直接承受动力荷载的结构和强烈地震区的结构，应选用综合性能好的钢材；一般承受静力荷载的结构则可选用价格较低的Q235钢。（3）连接方法：焊接结构对材质的要求应严格一些。（4）结构所处的温度和环境：在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。（5）钢材厚度：厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。螺栓连接分为两种（1）普通螺栓分为A、B、C三级。A级与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。A、B级精制螺栓表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高，制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用。A、B级精制螺栓的区别仅是螺栓杆长度不同。C级螺栓一般可用于沿螺栓轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定杆。（2）摩擦型连接：只依靠被连接板件间强大的摩擦力传力，以摩擦力被克服作为连接承载力的极限状态。为了提高摩擦力，对被连接件的接触面应进行处理。承压型连接：允许接触面发生相对滑移，以栓杆被剪坏或被承压破坏作为连接承载力的极限状态。高强度螺栓性能等级包括8.8级和10.9两种。摩擦型连接的螺栓孔径比螺栓公称直径d大1.5-2.0mm，承压型连接的螺栓孔径比螺栓公称直径d大1.0-1.5mm；承压型连接的承载力比摩擦型连接高，可节约螺栓。但剪切变形大，故不得用于承受动力荷载的结构中。

焊钢结构中一般采用的焊接方法有：电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。（1）焊缝连接的优缺点，优点：焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱 截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；焊接残余 应力和变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。焊缝的形式，角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。这些内容都是钢结构的重点内容，必须重点讲解，并且加强平时作业等练习，使学生牢牢掌握。

3 结论

钢结构的发展前景广阔，奥运场馆的建设、西部大开发的实施、城市化和工业化步伐的进一步加快、重大基础设施工程的上马等等，均为中国钢结构发展提供了十分广阔的前景。中国钢结构如今无论是设计水平，还是制作安装技术，都不比国外逊色，完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。在教学过程中，不但要注重讲授理论知识，同时也要案例教学，加强学生课程设计的指导，并带领学生初步参与到实际工程项目中。

项目支持：滨州学院实验技术研究项目（BZXYSYXM201811）：基于工程应用型人才培养的BIM 课程改革研究

滨州学院教学改革研究项目（BYJYYB201527）：土木工程专业本科人才培养模式创新研究

参考文献

[1]陈东.基于卓越工程师计划的钢结构课程教学改革研究[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011（6）：174-175.