钢结构设计指导讲义.docx

钢 结 构 讲 义第一章 钢结构设计基本概念和设计总则1.1 钢结构设计基本概念1、材料强度高、塑性和韧性好2、 材质均匀，与力学计算的假定比较符合3、 钢结构制造简便，施工周期短4、 钢结构的质量轻1.2 钢结构的常用术语1、钢结构定义2、比例极限3、屈服点4、抗拉强度5、设计值6、强屈比7、伸长率8、冷弯性能9、冲击韧性10、脆断11、一阶弹性分析12、二阶弹性分析13、屈曲14、腹板的屈曲强度1.3 钢结构设计适用范围及常用规范标准1、钢结构设计适用范围：一般工业与民用建筑2、钢结构设计基本依据及常用规范标准：1.4 钢结构设计总则1、设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，并符合防火、防腐蚀要求。宜优先采用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。2、在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。3、对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合现行有关国家标准的要求。1.5 材料分类及性能1、规范推荐Q235 Q345、Q390、和Q4202、在建筑结构设计中对结构用钢材的分类方法3、钢材的力学性能和化学成分表钢 材 的 力 学 性 能 表标准代号钢材牌号厚度（mm）一般机械性能V型冲击试验屈服点fy（N/mm2）抗拉强度fu（N/mm2）伸长率s（%）180冷弯试验d=弯心直径B=试样宽度a=试样厚度质量等级温度冲击功（纵向）J不小于GB/T700Q2351623537050026厚度60 d=2.5a厚度60 d=1.5a（试样方向为横向）厚度60 d=2.0厚度60 d=1.0a（试样方向为纵向）B2027174022526416021525C0611002152410115019522D-2015120018521GB/T1591Q3451634547063021（22）d=2.0aB20341735325d=3.0aC03650295d=3.0aD-203451100275d=3.0aE-4027Q3901639049065019（20）d=2.0aB20341735370d=3.0aC03650350d=3.0aD-203451100330d=3.0aE-4027Q4201642052068018（19）d=2.0aB20341735400d=3.0aC03650380d=3.0aD-203451100360d=3.0aE-4027注：1、质量等级为A级不要求V型冲击试验。 2、s项括号内数值适用于CE级。钢 材 化 学 成 分标准代号钢材牌号及脱氧方法化学成分CSPSiMnGB/T 700Q235A级F、Z0.220.0500.0450.351.4B级F、Z 0.20注10.0450.0451.4C级 Z0.170.0400.0401.4D级 TZ0.170.0350.0351.4GB/T1591Q345A级0.20（0.18）0.0450.0450.551.001.60B级0.0400.040C级0.0350.035D级0.0300.030E级0.0250.025Q390A级0.200.0450.0450.551.001.60B级0.0400.040C级0.0350.035D级0.0300.030E级0.0250.025Q420A级0.200.0450.0450.551.001.70B级0.0400.040C级0.0350.035D级0.0300.030E级0.0250.025注：1、Q235B级钢碳含量上限经需方同意可为0.22%。 2、括号内碳含量C仅适用于D、E级钢。4、建筑结构用钢铸件5、连接材料（1）焊缝金属（2）普通螺栓金属（4.6C级、4.8C级、5.6AB级、8.8AB级）（3）高强度螺栓金属（8.8级、10.9级）（4）圆柱头焊钉、锚栓、铆钉1.6结构钢材的选用1、选用的原则2、选用钢材应考虑的因素3、承重结构钢的一般保证项目和追加保证项目4、Q235沸腾钢的限制范围5、钢结构设计图纸和钢材订货文件的内容1.7连接材料的选用1、手工电弧焊焊条的型号应与主体金属相适应构 件 名 称主 体 金 属 钢 号采 用 焊 条 类 型重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构Q235 B、C、D类钢E4315、E4316Q345 B、C、D、E类钢E5015、E5016 、E5018Q390 B、C、D、E类钢及Q420 B、C、D、E类钢E5515、E5516 、E5518其他构件Q235各类钢E4300E4313Q345各类钢E5001E5014Q390各类钢及Q420各类钢E5500E55132、自动焊接或半自动焊接的焊丝和焊剂应与主体金属相适应主 体 金 属 钢 号采 用 的 焊 丝 和 焊剂Q235 各 类 钢H08 、H08A 、H08E配合中锰型或高锰型型焊剂H08Mn 、H08MnA 、H08E配合无锰型或低锰型型焊剂Q345 各 类 钢H08A 、H08E配合高锰型型焊剂H08Mn 、H08MnA 配合中锰型或高锰型型焊剂H08Mn2配合无锰型或低锰型型焊剂Q390 各 类 钢 及 Q420 各 类 钢H08MnA 配合中锰型或高锰型型焊剂H08Mn2配合无锰型或低锰型型焊剂3、螺栓连接选用1.8选材的变通方法钢 材 化 学 成 分 允 许 偏 差元 素允 许 偏 差Q235 B、C、DQ345 A、B、C、D、EQ390 A、B、C、D、EQ420 A、B、C、D、E碳（C）0.03 -0.020.02 -0.020.02 -0.020.02 -0.02硅（Si）0.03 -0.020.05 -0.050.05 -0.050.05 -0.05锰（Mn）0.05 -0.030.10 -0.100.10 -0.100.10 -0.10硫（S）0.0050.0050.0050.005磷（P）0.0050.0050.0050.0052、钢材机械性能所需的保证项目仅有一项不合格时的原则处理3、对无牌照或无证明书钢材的原则处理4、对成批混合钢材的原则处理5、代用钢材时的原则处理第二章 设计基本规定2.1 设计原则1、（除疲劳计算除外），采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数设计表达式进行计算2、根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级。3、承载能力极限状态设计表达式4、正常使用极限状态设计表达式5、计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；计算疲劳时，应采用荷载标准值。6、对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定。2.2 荷载和荷载效应1、荷载和荷载效应的计算方法2、重级工作制吊车的承重钢构件及其连接，在计算强度和稳定性时，应计及卡轨水平力3、特殊活荷载折减4、计算模型和基本假定应与实际节点相符合（刚性、半刚性、铰接）；采用弹性分析的结构，构件截面允许有塑性变形；框架结构：按一阶弹性分析和二阶弹性分析2.3 材料抗力设计指标及其折减系数1、材料抗力设计指标2、材料抗力设计指标折减系数3、钢结构材料物理力学性质指标2.4 结构或构件变形规定第三章 基本构件计算3.1 受弯构件1、受弯构件的强度计算包括正应力、剪应力、局部压应力和折算应力2、整体稳定计算3、梁腹板的局部稳定计算4、考虑腹板屈曲后强度的计算3.2 轴心受力构件和拉弯、压弯构件1、轴心受力构件计算的内容包括强度、整体稳定、局部稳定2、拉弯构件和压弯构件计算的内容包括强度、整体稳定、局部稳定3.3受压构件的局部稳定3.4构件的计算长度和允许长细比：1、桁架式杆系的计算长度2、单层或多高层框架等截面柱框架平面内计算长度3、单层厂房框（排）架柱高度确定和计算长度确定（基础刚性固定）3.5 疲劳计算1、疲劳计算的范围2、疲劳验算方法3、允许应力幅与循环次数和连接类别有关4、欠载系数：重级工作制硬钩吊车1.0、软钩吊车0.8、中级工作制吊车0.5。3.5 塑性设计1、塑性设计的适用范围有限。用简单塑性理论分析（理想弹塑性体、荷载按比例增加）2、对截面板件的宽厚比限制更严3、构造要求第四章 连接计算和焊缝的质量等级4.1钢结构对连接的要求及连接方法1、钢结构对连接的要求2、钢结构的连接形式（1）焊缝连接（2）螺栓连接（3）直埋式连接4.2 连接的计算方法1、对接连接焊缝的计算2、角接连接焊缝的计算3、普通螺栓、锚栓和铆钉连接的计算4、摩擦型高强螺栓、承压型高强螺栓连接的计算5、组合工字梁翼缘连接计算6、梁与柱的刚性连接7、连接节点处板件的计算8、连接的计算准则4.3 焊缝的质量等级1、焊缝的质量等级和检测项目焊 缝 外 观 质 量 允 许 偏 差检验项目质 量 等 级一 级二 级三 级未焊满不允许02+002t 且1mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长度25mm02+004t 且2mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长 度25mm根部收缩不允许02+002t 且1mm，长 度不限02+004t 且2mm，长度 不限咬 边不允许005t 且05mm，连续 长度100mm，且焊缝两侧咬边总长10焊缝全长01t 且1mm，长度不限裂 纹不允许不 允 许允许存在长度5mm 的弧坑裂 纹电弧擦伤不允许不 允 许允许存在个别电弧擦伤接头不良不允许缺口深度005t 且 05mm，每1000mm 长度焊缝内不得超过1 处缺口深度01t 且1mm，每 1000mm 长度焊缝内不得超过1 处表面气孔不允许不 允 许每50mm 长度焊缝内允许存在 直径04t 且3mm 的气孔2 个；孔距应6 倍孔径表面夹渣不允许不 允 许深02t，长05t 且20mm焊 缝 焊 脚 尺 寸 允 许 偏 差序 号项 目示 意 图允 许 偏 差(mm)1一般全焊透的角 接与对接 组合焊缝 hf( t/4 )且10 2需经疲 劳验算的全焊透角 接与对接 组合焊缝 hf( t /2)且10 3角焊缝及部分焊透的角接与对接组合焊缝 hf6 时 015 hf6 时 030 注：1、hf80mm 的角焊缝其局部焊脚尺寸允许低于设计要求值10mm，但总长度不得超过焊缝长度的10； 2、焊接H 形梁腹板与翼缘板的焊缝两端在其两倍翼缘板宽度范围内，焊缝的焊脚尺寸不得低于设计要求值焊 缝 余 高 和 错 边 允 许 偏 差序 号项 目示意图允 许 偏 差(mm)一、二级三级1对接焊缝余高(C)B20 时，C 为03；B20 时，C 为04B20 时，C 为035；B20 时，C为052对接焊缝错边(d)D01t 且20d015t 且303角焊缝余高(C)hf6 时C 为015；hf6 时C 为0302、质量等级的选用第五章 构件、结构、连接、耐久、防火、防腐蚀的构造要求5.1 一般规定5.2 焊缝连接构造要求5.3 螺栓连接和铆钉连接构造要求 螺栓或铆钉的最大、最小容许距离名称位置和方向最大容许距离（取两者的较小值）最小容许距离中心间距外排（垂直内力方向或顺内力方向）8d0或12t3d0中间排垂直内力方向16 d0或24t顺内力方向构件受压力12d0或18t构件受拉力16d0或24t沿对角线方向中心至构件边缘距离顺内力方向4d0或8t2d0垂直内力方向剪切边或手工气割边1.5d0轧制边、自动气割或锯割边高强度螺栓其他螺栓或铆钉1.2d0注：1、d0为螺栓或铆钉 的孔径，t为外层较薄板件的厚度。2、钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。5.4 柱的构造要求5.5 对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）的要求5.6 大跨度屋盖结构5.7 提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求5.8 制作、运输和安装要求5.9 防护和隔热