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2013.031钢 结 构钢 结 构钢 结 构钢 结 构一、钢结构材料和选用原则二、钢结构的连接三、钢结构基本构件的计算四、钢屋架一、钢结构材料和选用原则二、钢结构的连接三、钢结构基本构件的计算四、钢屋架钢结构应用种类繁多，造型新颖，规模宏大。按功能分主要应用有：会展场馆体育建筑机场剧院高层建筑塔桅结构厂房仓储住宅桥梁储罐其他构筑物会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁储罐其他构筑物上海新国际博览中心湖南国际会展中心广州会展中心会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物2008奥运会国家体育场上海虹口足球场上海八万人体育场2013.032会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物浦东国际机场首都机场会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物上海大剧院国家大剧院会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物金茂大厦1998年建成88层 420m 混凝土核心筒，钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱上海环球金融中心原方案（97年打桩），浦东陆家嘴，460m，97层停工5年后，于2003年又推出新方案，高492m，101层，建成为世界第一高摩天楼，37万多m2。会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物输电塔电视塔通讯塔2013.033会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物轻钢厂房大众汽车三期工程山东省日照市双禾家纺轻钢车间会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物大连北良国储粮库净跨60m嘉兴电厂干煤棚会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物杨浦大桥卢浦大桥2013.034会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物会展场馆 体育建筑 机场 剧院高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅桥梁 储罐 其他构筑物6.1 钢结构材料和选用原则6.1 钢结构材料和选用原则一、钢材一、钢材按冶炼方法分类按冶炼方法分类1.平炉钢：生产周期长，成本高，质量好平炉钢：生产周期长，成本高，质量好2.转炉钢：氧气转炉钢：生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近空气转炉钢：质量较差，只能用于次要构件转炉钢：氧气转炉钢：生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近空气转炉钢：质量较差，只能用于次要构件按脱氧程度分类按脱氧程度分类1.沸腾钢沸腾钢F：脱氧剂为锰铁；脱氧不完全，质量较差，成本低：脱氧剂为锰铁；脱氧不完全，质量较差，成本低2.半镇静钢半镇静钢b：介于两者之间：介于两者之间3.镇静钢镇静钢Z：脱氧剂为锰铁加硅铝；脱氧较完全，质量好，成本高：脱氧剂为锰铁加硅铝；脱氧较完全，质量好，成本高4.特殊镇静钢特殊镇静钢TZA.分类分类按化学成分分类按化学成分分类1.碳素结构钢：标号：碳素结构钢：标号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275Q235-AF，表示屈服强度为，表示屈服强度为235N/mm2A级沸腾钢级沸腾钢2.低合金钢：低合金钢：16Mn，表示平均含碳量，表示平均含碳量0.16%含锰的钢含锰的钢B.钢材机械性能钢材机械性能以强度（屈服点、抗拉强度）、塑性（伸长率）、冷弯性能、冲击韧性衡量。以强度（屈服点、抗拉强度）、塑性（伸长率）、冷弯性能、冲击韧性衡量。C.钢材的选择钢材的选择承重结构的钢材，宜选用承重结构的钢材，宜选用Q235、16Mn，16Mnq等等不宜使用不宜使用Q235-AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低于的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低于-20的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于-20的重级工作制结构的重级工作制结构2013.0356.2 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。焊接连接:在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。焊接连接:在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。优点：任何形式的构件都可直接相连，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，提高焊接结构质量。缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。优点：任何形式的构件都可直接相连，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，提高焊接结构质量。缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。常用焊接方法：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊常用焊接方法：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊(自动或半自动焊自动或半自动焊)以及气体保护焊等。手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达以及气体保护焊等。手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达3000的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊钳焊条焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧焊条选用原则：所用焊条应与焊件钢材焊条选用原则：所用焊条应与焊件钢材(或称主体金属或称主体金属)相适应，依据等强度原则：相适应，依据等强度原则：Q235钢E43型焊条(E4300E4328)；Q345钢E50型焊条(E5001E5048)；Q390钢Q420钢E55型焊条(E5500E5518)。不同钢种相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。2013.036铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主体金属的材质质量要求低。缺点削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主体金属的材质质量要求低。缺点削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。螺栓连接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过螺杆或连接件间的摩擦承受荷载，有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。螺栓连接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过螺杆或连接件间的摩擦承受荷载，有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N普通螺栓连接普通螺栓分为A、B、C三级。A与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。A级和B级螺栓材料性能等级则为5.6级或8.8级。C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。螺栓等级含义a.ba:表示螺栓成品的抗拉强度不小于a100N/mm2；b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。4.6：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为0.6。6.3 钢结构构件的计算6.3 钢结构构件的计算一、轴心受力构件一、轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。包括轴心受拉构件和轴心受压构件。A.强度强度B.整体稳定性整体稳定性2013.037例题6-1例题6-1验算钢屋架的受压腹杆见图。验算钢屋架的受压腹杆见图。N=148.5kN，计算长度，计算长度lox=2291mm，loy=2864mm，A=1473.4mm2，ix=23.3mm，iy=33.7mm。钢材。钢材Q235。解：解：1.强度（略）强度（略）yyxxy82.长细比长细比3.整体稳定性整体稳定性二、受弯构件二、受弯构件A.抗弯强度抗弯强度B.抗剪强度抗剪强度D.整体稳定性整体稳定性C.刚度刚度FE.局部稳定性：用高厚比限定局部稳定性：用高厚比限定为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。三、拉弯、压弯构件三、拉弯、压弯构件包括强度、刚度、稳定性验算包括强度、刚度、稳定性验算四、连接计算四、连接计算1、焊接连接计算、焊接连接计算包括气焊、接触焊和电弧焊包括气焊、接触焊和电弧焊A.焊缝的形式与构造焊缝的形式与构造1.对接焊缝对接焊缝2.角焊缝角焊缝杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、L型围焊型围焊2、焊缝的计算、焊缝的计算A.对接焊缝计算对接焊缝计算NN1.N作用作用2.M、V共同作用共同作用VVMMVVMM12013.038例题6-2例题6-2验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材，钢材Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。解：解：1.钢板承载能力验算钢板承载能力验算NN50082.焊缝承载能力验算焊缝承载能力验算三、螺栓连接（普通螺栓连接）三、螺栓连接（普通螺栓连接）抗剪螺栓计算螺栓杆剪断抗剪螺栓计算螺栓杆剪断螺栓抗剪强度计算板件挤压破坏螺栓抗剪强度计算板件挤压破坏螺栓抗压强度计算板件削弱处拉断螺栓抗压强度计算板件削弱处拉断净截面计算计算板件端部剪坏净截面计算计算板件端部剪坏构造保证：控制端部最小距离栓杆弯曲变形破坏构造保证：控制端部最小距离栓杆弯曲变形破坏构造保证：杆长与杆径小于等于构造保证：杆长与杆径小于等于5等级表示：如等级表示：如4.6级指最低抗拉强度为级指最低抗拉强度为400N/mm2,屈强比为屈强比为0.6的螺栓的螺栓连接方式：连接方式：C级粗制螺栓和级粗制螺栓和A、B级精制螺栓级精制螺栓抗拉螺栓计算螺栓杆拉断抗拉螺栓计算螺栓杆拉断螺栓抗拉强度计算螺栓抗拉强度计算一、组成（屋架+支撑+屋面板）一、组成（屋架+支撑+屋面板）柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑6.4 钢屋架6.4 钢屋架芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架二、钢屋架的形式二、钢屋架的形式2013.039确定屋架形式的原则：确定屋架形式的原则：屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节间的内力相差不大。腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。节点构造要简单合理、易于制造。屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节间的内力相差不大。腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。节点构造要简单合理、易于制造。三、荷载的确定三、荷载的确定(1)永久荷载包括屋面材料和檩条、支撑、屋架、天窗架等结构的自重。永久荷载包括屋面材料和檩条、支撑、屋架、天窗架等结构的自重。(2)可变荷载包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载等，其中屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，取两者中的较大值。可变荷载包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载等，其中屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，取两者中的较大值。在屋架设计时应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载在屋架设计时应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨屋架、支撑和天窗架自重半跨可变荷载 全跨屋架、支撑和天窗架自重+半跨屋面板重半跨屋面板重+半跨屋面活荷载半跨屋面活荷载四、杆件截面设计四、杆件截面设计1、杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济，通常选用角钢和T型钢、杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济，通常选用角钢和T型钢等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。截面伸展壁厚较薄外表平整2、杆件截面设计与构造要求：、杆件截面设计与构造要求：拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度1）.同一榀屋架中，角钢的规格不宜过多。2）.屋架杆件中的填板。作用：保证两角钢共同工作。间距：压杆拉杆2013.0310屋架杆件中的填板屋架杆件中的填板
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