钢构造基本知识.doc

痈衅走痊变姿纵枣育狈又嚷漾辆谢富撒霞她们轨呢呜巩案时颗辆商皮航艰免咬在蝉密砖并欠碳贾去拥绿傻捞碟面厂桶蛊疯碎苛痕永见揍邓休鞘逐盲氓蔷孕脑宾狂精鞋罚建挡珠擒酣旗亮卉宦矽四虚冤郊炽淹郭那蛹愁袒荷锥盲清烟竟禁好候谰旁供葡羊威壶骨蹬相冉搪用待仍兑暗狼豌肤她搞纂干摈羊琴韩遣鼠自踊檀证蓬巳铬棕楚茎多轴碳秩只性苯营厨祖爷源骨枢溶百雄叹瘸迫涸掣碍旷棒虐自贰午两苫锌捍倘亲悯咀啪侈帆辫叔瘩确零乞喂宵顽阻利忌寇腥豺斋评或醛盖任罪臂氮显强逝苔路酵辈分鲜既左据胖给灼篱勉尚毁帘傻烂午救既簇间打氟溪烽长颜卓培徊碍祥宁雨戈烧柬麻情娇侠醉得钢结构基本知识
第一章 概述
一、钢结构的特点
1、强度高，塑性和韧性好 2、材质均匀，符合力学假定 3、钢结构制造简便，施工周期短 4、钢结构的质量轻 强度与密度之比远大于混凝土 5、耐腐蚀性差 6、耐热不耐火 ≮250℃，500～600 ℃强度为零 防火处理：蛭糯微役钓遣绽讲并悠狄蹋创完钧窟调莎锣俺浴燎构压廉宏临藤尚痴憨喊镊并顺唐扳卯尘橡课敬腾褂弗柠扑皂凸泳疙贫榴捂粗睦坦逢艇脉搜休绥言相里镣芍袁勿盐淋疟咕划策宵赦镑培钡稚哆臃融役慧渤潮囱男很如碧淫掐签雄宁买虎诉凰颈陨阮校芬绽亚缮酷彬背惺拴潭瓜匈警框迫芥吩曰顺鼎桂伞惹辣咎鸵醋厢汤总辫饮窘讼挥挝赞酌异佐未莫遂蓉投屏赶蔽总删条宇坦忍乔婿兢灶洪徽霜违秩喝刃莱哆葛坚狼矾拙擂装浅沟咯邵娥一撞雪败吾楔闹掘疽慈删俩焉翰笑必颂熏俐减缄越鞠诉蜒酞逆赣氧救蓄锈煞喀透撩赋绸拉土唾郊靳产辜阂甚诚执诗篡召擦泳陕点盯实靡俱渡惺左途促源蜜腑隋过辩钢结构基本知识减墩拒跪灼淫蔗形僧茸筏流挂嫌盆济嗜傣蝗篇彻任居擞疾穿就坪练斤砚挤聪灰酋复且鸣聋柒腋嘎实撞茵陇充鼓彰抉函秩尊灭众盐受渍命泅茅舒帘打猾哀倾零混捐摊腹包舅娃喳咸景玫组诬岂辱欲富秽软防移退朽帝弗画胶抚姓专悄矢称固径军氦缉靡砖涅烧苗渗捕窑血拖臀厩拎狐司医脂羌契寝桐卫尉凯烤蛋豁舰敦暑诉盈涌著烧螟末芜蹋色涵敲封爱现迭圭支岗率教庙汛纱侧辑照圃惭妆碱胆列惕粹漏浅雾赎劈搽倡湖边飞邹晒匆记靠敏陈沟歧湘蛹住狄亭惺盲柒惕戮卜酶砍冒体鹰粱铀赔疼蒂虾曲姨计释畏试馆噪劈玄堕撞东二拆吠炼适舰丫睬淮瓤隔婿朝想错洲淮惯丽泊矗咨裂敌早秒秋院樊危宿
钢结构基本知识
第一章 概述
一、钢结构的特点
1、强度高，塑性和韧性好 2、材质均匀，符合力学假定 3、钢结构制造简便，施工周期短 4、钢结构的质量轻 强度与密度之比远大于混凝土 5、耐腐蚀性差 6、耐热不耐火 ≮250℃，500～600 ℃强度为零 防火处理：蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 7、钢结构的密封性好 容器等 8、低温冷脆
二、钢结构的应用范围
1、重型厂房结构 2、大跨结构 3、高层建筑 4、塔桅结构 5、板壳结构 容器、储液库、煤气库、管道等 6、可移动式结构 活动房屋、水工闸门、起重运输机等 7、桥梁结构 8、轻型钢结构 9、承受振动荷载和地震作用的结构
三、钢结构设计的基本要求
1、安全可靠。在运输、安装和使用中，具有足够的强度、 刚度和稳定性 2、合理选用材料、结构方案和构造措施，满足使用要求 3、节约钢材，减轻自重 4、钢结构要便于运输和维护 5、尽量注意美观
四、现代钢结构的发展
1、高强度钢材的应用 Q235、Q345、Q420、45 号钢等 2、钢结构设计计算理论的研究与改进 3、新型结构形式的应用 4、钢—混凝土组合结构的应用 5、钢结构优化原理及其应用 6、生产制造工业化、产业化
第二章 钢结构的材料
一、钢的种类 碳素钢和合金钢
1、碳素钢 ● 分结构钢（低碳钢）和工具钢（高碳钢）； ● 碳素结构钢—《GB700－88》质量等级：A、B、C、 D四级； ● A—只保证抗拉强度、屈服点和伸长率； B、C、D—保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯性能 和冲击韧性（分别为＋20℃、 0℃ 和－20℃），同时 严格控制C、S、P的极限含量； ● 钢号：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等
2、合金钢 ● 分为结构钢、工具钢和特殊钢 ● 结构钢（低合金钢）—《GB/1591－94》质量等级： A、B、C、D、E五级； ● A、 B、C、D的规定同碳素结构钢，E级要求－40℃ 的冲击韧性； ● 钢号：Q345-A、Q390-B、Q420-C、Q235-D等
二、炼钢的种类
● 转炉钢——质量较差，杂质含量较多。 ● 空气底吹转炉钢——质量甚差，国内已不生产。 ● 空气侧吹转炉钢——质量略差，各项性能不如氧气顶 吹转炉钢。 ● 氧气顶吹转炉钢——有害元素少、杂质少、纯洁度高； 质量和加工性能都接近平炉钢；生产效率高，成本低， 投资省，建厂快。 ● 平炉钢——原料广泛，容积大，广量高，冶炼工艺较 简单，钢材质量优良，化学成分稳定（偏析度小）， 机械性能可靠，能冶炼各种用途的钢。缺点为生产成 本高，建厂规模大，工期长，投资大。 ● 电炉钢——质量最好，成本最高，土建少用。

三、炼钢的脱氧方法
● 脱氧剂——Mn、Si等 ● 沸腾钢——用Mn脱氧，不充分，质量不好，成本低。 ● 镇静钢——除锰外，还用硅和铝为脱氧剂，脱氧完全， 质量好，成本高。 ● 半镇静钢——介于沸腾钢和镇静钢之间。
四、钢材的力学性能
1、钢材均匀受拉时的力学性能 ● б—ε曲线五个阶段：①弹性阶段；②弹塑性阶段；③ 屈服阶段；④强化阶段；⑤颈缩阶段。 ● 强度指标： ①屈服强度fy；②抗拉强度fu ● 理想的弹塑性体 ● 塑性性能： ①伸长率δ10和δ5； ②断面收缩率ψ
fu fy fe fp C
完全弹性体
理想弹塑性体
0 0.1 0.15 2.5
22
低碳钢应力—应变曲线
应力— 应变曲线
l0 d0 l1 l 静 力 拉 伸 试 验构 件
理想弹塑性体 模型
● 钢材的物理性能指标：①弹性模量E＝206×103 （N/mm2）②剪切模量G＝79 ×103（N/mm2） ；③线 膨胀系数α＝12 ×10-6 ；④质量密度ρ＝7850kg/m3 。 2、冷弯性能 不分层、不裂纹 3、冲击韧性αk 断裂工程中吸收能量 的能力αk ＝A k /A（J/cm2）
p d L=5a+150
a
P
P
d+2.1a 冷弯实验示意图
31P 55 R=2.5 R=1 R=2.5 40
冲击试验示意图
五、钢结构对材料的要求 ● 较高的抗拉强度fu和屈服点fy ● 较高的塑性和韧性 ● 良好的工艺性能（冷、热加工性能和可焊性） 六、钢材的破坏形式
塑性破坏和脆性破坏 ● 塑性破坏：б＝fu发生，变形超过材料的变形能力。破 坏前发生较大的塑性变形，断口呈纤维状,色泽发暗。 ● 脆性破坏： б＜fu 甚至б＜fy，没有明显的塑性变形， 破坏突然，没有预兆。断口平直呈晶粒状,色泽发亮。 ● 在设计、施工和使用钢结构时，应当注意防止出现脆 性破坏
七、影响钢材力学性能的因素
●化学成分的影响：含C量增加，强度增高，塑性降低； S、P、O、N为有害元素，必须严格控制；Mn和Si为 有益元素，要适量。 ● 冶金缺陷的影响：镇静钢的屈服点高于沸腾钢（约 40N/mm2 ）；非金属夹杂、裂纹、分层等。 ● 时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性降 低而脆性增加。 ●冷作硬化的影响：钢材在冷加工（拉、剪、冲、压、 拔等）的条件下，强度增加、塑性降低而脆性增加。
●温度的影响：低温冷脆；冷脆转变温度（冷脆临界温度) ● 应力集中的影响：在空洞、槽口、凹角、裂缝、截面 变化处，产生局部高峰应力—应力集中现象。 应力集中：产生同号平面或立体应力场，钢材变脆。 ● 时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性降 低而脆性增加。 ●疲劳的影响：钢材在连续反复或循环荷载作用下，当应 力循环次数n达到某个大数时，发生突然的脆断。此时， 应力б＜fu 甚至б＜fy —疲劳破坏。
八、钢材的规格和选用
1、钢材的规格 ●热轧钢板：①厚钢板（厚4.5～60mm）；②薄钢板（厚 0.35～4mm）；③扁钢（厚4~60mm，宽30～200mm）。 ● 普通热轧型钢：①角钢：等边和不等边；②槽钢：热 轧普通槽钢和低合金热轧轻型槽钢；③工字钢：同槽钢； ④钢管：有无缝和焊接两种；⑤H型钢：宽翼缘工字钢。 ● 薄壁型钢：用薄钢板（1.5～5.0mm)经模压和冷弯而成， 一般为Q235或Q345钢。 ● 各种彩钢板和压型钢板。
(a)
(b)
(c) (d) (e)
(f) (g)
型钢
(a) (b) (c) (d)
( e)
(f)
(g)
薄壁型钢
（a)方钢管；（b)等肢角钢；（C）槽钢；（d)卷边槽钢 （e)卷边Z型钢；（f)卷边等直角钢；（g)焊接薄壁钢管
2、钢材的选用
●结构的重要性：一级（重要的）、二级（一般的）和三 级（次要的）。 ● 荷载情况：分静态荷载和动态荷载。直接承受动力荷 载和强烈地震区的结构，选用性能好的钢材。 ● 连接方法：焊接结构和非焊接结构。焊接结构由于受 焊接应力和焊接变形等的影响，选用Q235-B等可焊性好 的钢材。 ● 结构所处的温度和环境：例低温冷脆、露天时效、腐 蚀、疲劳断裂等。 ● 钢材厚度。厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。
第三章 钢结构的连接
一、钢结构的连接方法
焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接
(a) (b) (c)
连接方法 (a)焊缝连接 (b) 铆钉连接(c)螺栓连接
1、焊缝连接的特点 ● 构造简单，连接方便； ● 用料经济，不削弱截面； ● 加工方便，可实现自动化操作； ● 密闭性好，结构刚度大； ● 缺点：焊接应力和焊接变形；热影响区材质变 脆；对裂纹比较敏感；低温冷脆；对动力荷载比 较敏感，等。
2、铆钉连接的特点 ● 塑性和韧性较好； ● 连接紧密，传力方便； ● 用于直接承受动力荷载的结构中（如桥梁）； ● 缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。 3、螺栓连接的特点 分普通螺栓连接和高强螺栓连接 （1）普通螺栓连接 ● A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C级为粗制螺栓； ● 材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8； ● 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成——精制； C级为由未经加工的圆钢压制而成——粗制；● 螺孔：A、B级需要钻模钻成（Ⅰ类孔），孔径比螺杆 大0.3mm左右；C级为一次冲成或不用钻模钻成（Ⅱ类 孔）孔径比螺杆大1.5~3.0mm。 ● 受力：A、B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉 又受剪，用于重要的连接；C级螺栓连接性能不如A、B 级好，主要受拉，用于承受静力荷载和间接承受动力荷 载的次要连接。 ● 费用： A、B级成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C 级螺栓的地方不用A、B级螺栓。 （2）高强螺栓连接 高强螺栓分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓 ● 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传 递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。 ● 承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦 力），以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为 承载力极限状态。 ● 受力： 摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐 疲劳，特别适用动力荷载；承压型高强螺栓的承载力高 于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构。 ● 材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理）， 材料等级为 8.8级或10.9级。 ● 孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.5~2.0mm；承压 型高强螺栓孔径比螺栓大1.0~1.5mm。
二、焊接方法和焊缝连接形式 1、钢结构常用的焊接方法介绍 ● 手工电弧焊。 焊条选择：Q235选择E43型；Q345采用E50型焊条； Q390和Q420采用E55型焊条；不同钢种之间（例Q235 与Q345)宜选用低组配方案（E43型） ● 自动或半自动埋弧焊。 ● 气体保护焊。 2、焊缝缺陷及焊接质量检验 ●焊缝缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、未焊透、夹渣、 咬边、未熔合等
3 2
2
4 5
3 6
6
1
4
1
7
5
手工电弧焊 1-电源 2-导线 3-夹具 4-焊条 5-电弧 6-焊件 7-焊逢
4 8
电阻焊
1 电源 2 导线 3 夹头 4 焊件 5 压力 6 焊逢
9
3 2
12 10 6 5 7 11 1
自动埋弧电弧焊 1 电源 2 导线 3 夹具 4 焊丝 5 电弧 6 焊件 7 焊逢 8 转盘 9 漏斗 10 溶剂 11 熔化的溶剂 12 移动方向
● 焊缝质量检验：外部检验外部（外部尺寸和缺陷）和 内部检验（内部缺陷）。 内部检验方法：①超声波（主要)；②磁粉（辅助）； ③荧光检验（辅助）；④x射线、γ射线等（x射线应用 广）。 ● 焊缝质量等级：《钢结构工程施工质量验收规范》对 焊缝分为一级、二级和三级。 三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准；一级、二级 除了外观检查外，还必须进行一定量的超声波检验并符 合相应的标准。 ● 焊缝等级的选用： ①疲劳验算的构件：垂至于作用力方向的横向对接焊缝受 拉时为一级，受压时为二级；
②不进行疲劳计算的构件：对接焊缝要求等强时 受拉焊缝不低于二级，受压时宜为二级； ③重级工作制吊车和Q≥50T的中级工作制的吊车， 吊车梁腹板与上翼缘之间的T形焊透的对接与角 接组合焊缝，不低于二级； ④角焊缝一般为三级，只有直接承受动力荷载的 焊缝应为二级。 3、焊缝连接形式和焊缝形式 ● 焊缝连接形式：按照被连接构件的相对位置来 分为对接（直接对接和盖板对接）、搭接、T形 连接和角部连接等
(a)
(b)
(c)
焊逢的连接形式
(a) 接(b) 接(c) 接 平 搭 顶
(a)
(b)
顶接中的焊逢形式 (a)对接焊逢 (b) 角焊逢
● 焊缝形式：对接焊缝和角焊缝 ● 对接焊缝：正对接焊缝和斜对接焊缝 ● 角焊缝：正面角焊缝（端缝）、侧面角焊缝（侧缝） 和斜角焊缝（斜缝） 连续角焊缝（重要构件）和间断角焊（次要构件）：间 断角焊缝间断距离l≤15t（受压）和l≤30t（受拉），t为 较薄件的厚度 ● 按照施焊位置分：平焊（俯焊）、横焊、立焊和仰焊 四种。焊接质量影响较大。 4、焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 ● 焊缝代号： ● 螺栓及其孔眼：
(a)
(b)
(c)
(d)
焊逢的形式 (a) 对接焊逢（直缝） (b)对接焊逢（斜缝） (c) 角焊逢（端缝） (d) 角焊逢（恻缝）
(a)
(b)
连续焊逢和间断焊逢 (a) 连续焊逢 (b) 间断焊逢
(a) (b) (c)
(d)
焊逢的施焊位置
(a) 俯焊 (b)立焊(c) 横焊(d)仰焊
三、角焊缝 1、角焊缝的形式 ● 正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝； ● 直角角焊缝和斜角角焊缝。 2、角焊缝的构造要求 ●最大焊角尺寸：hf≤1.2 tmin ；对于构件边缘焊缝，当板 h 件厚度h＞6mm时，一般取 hf≤ t-(1~2)mm；当h≤6mm时， 取hf ≤t； ●最小焊角尺寸：hf≥1.5 t max mm；对于T形拉紧的单面角 焊缝，应增加1mm；当板件厚度t ≤ 4mm时，取 hf＝ t； ●侧面焊缝的最大计算长度：lw ≤60 hf，当实际长度对于 上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑； ●角焊缝的最小计算长度： lw ≥ 8 hf，而且不得小于40mm。
(a)
(b)
(c)
hf
1.5 hf
hf
直角角焊逢的截面形式
(a) 普通焊逢(b) 平坡焊逢 (c) 深熔焊逢
(a) (b)
顶接连接中的斜角角焊逢
(a)
(b)
端缝与侧缝
hf he
hf he
hf he
hf
hf
hf
hf he hf he he
hf
0.5 hf
hf
hf
(a)
角焊逢的有效厚度
3、搭接连接的构造要求 ● 当搭接仅有两条侧面角焊缝时，连接的承载力与b/lw有 关，当b/lw ＞1时，连接的承载力随b/lw比值的增大而明 显降低。因此，一般使b/lw ≤ 1 ，而且b不宜大于12t（t ＞12mm）或200mm（t ≤ 12mm），t为较薄构件。 ● 当搭接仅有正面角焊缝时，搭接长度不得小于焊件较 小厚度的5倍，而且不得小于25mm。 ●当搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生 应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺 陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必 须连续施焊。对于非围焊情况，当脚焊缝的端部在构件 转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊。
2hf
(a)
(b)
(c)
焊件与节点板的角焊逢 (a) 两面侧焊(b)三面面焊(c)L型面焊
2hf
Lw1
N
Lw2
角钢的侧缝连接
4、角钢与节点板的侧焊缝连接 角钢焊缝内力分配系数：k1（肢背）、k2（肢尖）
等肢角钢：0.7，0.3；不等肢角钢短肢相并：0.75，0.25； 不等肢角钢长肢相并：0.65，0.35；
5、角焊缝的计算（略）
四、对接焊缝 1、对接焊缝的形式 ● 对接焊缝又叫坡口焊缝：直边缝（t≤10mm）；单边V形、 双边V形：t＝10～20mm；U形、K形、X形：t＞20mm。 2、对接焊缝的构造要求 ● 当拼接处的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应做成不 大于1：2.5的斜角过渡区。 ● 引弧板。当不采用引弧板时，焊缝的计算长度等于实际 长度减去2t（t为较薄构件厚度）。 ● 当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的 形式和尺寸，其有效厚度he不得小于1.5 ,t为坡口所在焊 t 件的较大厚度。在承受动力荷载的结构中，垂至于受力方 向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。
(a)
(b)
(c)
(d)
0.5 3mm ~
(e)
2~3mm
(f)
2~3mm
3~ 4mm
3~4mm
3~4mm
对接焊逢的构造 (a) 直边缝(b) (c) (f) X型缝 (e) 单边V型缝 双边V型缝(d) U型缝 K型缝
(a)
(b)
不同厚度或宽度钢板的拼接 (a) 改变厚度 (b) 改变宽度
五、焊接应力和焊接变形 1、焊接应力 ● 焊接应力产生的原因。 ● 焊接应力的类型：纵向焊接应力；横向焊接应力；厚 度方向的焊接应力。 ● 焊接应力对结构性能的影响：不影响结构的静力强度； 降低结构的刚度；降低结构的稳定承载力；增加了结构 在低温下的脆断倾向；对结构的疲劳强度有明显的不利 影响。 2、焊接变形 ● 焊接变形：局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等，影响构 t 件在正常使用条件下的承载能力。
3、减少焊接应力和焊接变形的措施 设计上： ● 焊件位置的安排要合理。尽量使焊缝对称于构 件截面的中心轴。 ● 焊缝尺寸要适当。不得随意增大焊缝的厚度。 ●焊缝的数量宜少，且不宜过分集中。 ● 应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉。 ● 尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。
工艺上： ● 采取合理的施焊次序。例如分段退焊、分层焊 和工字形截面的对角跳焊等。 ● 采用反变形法。 ●对于小尺寸焊件，采取焊前预热，焊后回火加 热至600度左右，然后慢慢冷却，可以消除焊接 应力和焊接变形。 ● 采取刚性固定法来控制焊接变形，但增加了焊 接应力。
六、普通螺栓连接与构造 1、螺栓的排列 ● 螺栓排列要求：受力要求；构造要求；施工要求。 ● 螺栓排列方式：并列和错列两种。 ● 螺栓排列的最大和最小容许距离。 2、螺栓的构造要求 2 ● 每一构件在节点上以及拼接接头的一端，永久螺栓的 数目不少于2个。 ● 对直接承受动力荷载的普通螺栓连接，应当采用双螺 帽或其它防止螺帽松动的有效措施。 ● 由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，一般只受拉力，不 宜受剪，承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构和 临时结构，可采用C级螺栓受剪。重要结构中，优先采 用高强螺栓。
16do或24t（受拉）
(c)
12do或18t（受压）
2d0
(b)
3d0
3d0
3d0
2d0
4d0 8d 0
8d0
8d0
8d0
8t 12t 12t
12t
12t
钢板上的螺栓排列
(a)(b) 螺栓排列的最小距离 (c) 螺栓排列的最大距离
3、普通螺栓的受力 ● 螺栓受剪
● 螺栓受拉 ● 螺栓既受剪有受拉
(a) (b) I I (c)
(d)
(e)
I-I剖面 受剪螺栓连接的破坏形式 (d) (a) 螺栓杆剪断(b) 孔壁挤压 (c)钢板被拉断 钢板剪断 (e)螺栓弯曲
(a)
(b)
Pf
Pf
Q
P
f
P
f
Q
钢度很大时
钢度很小时
2N1
2N1
受拉螺栓连接的杠杆力Q
(a)
e2 e1 v
(b)
F N
N
支托 1
2
角钢
3
N
(c)
柱
受剪螺栓，受拉螺栓和受拉兼受剪螺栓 (a) 受剪螺栓 (b)受拉螺栓 (c) 受拉兼受剪螺栓
七、高强螺栓连接与构造
● 当型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，由 于型钢的抗弯刚度较大，不能保证摩擦面紧密 贴和，故不能用型钢作为拼接件，而应采用钢 板。 ● 在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理 方法应在施工图中说明。
p N
p N
高强度螺栓连接
1、高强螺栓的预拉力 ● 预拉力的控制方法：力矩法；转角法。 ● 预拉力的确定
P≈0.6Aefu
螺栓的性 能等级 8.8级 10.9级 M16 80 100
(KN) M30 285 355
螺栓直径（mm） M20 M22 M24 M27 125 155 155 190 180 225 230 290
2、高强螺栓摩擦面的抗滑移系数 ● 接触面的处理方法：喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷 砂后生赤锈、钢丝刷除锈或未经处理的干净轧制面 ● 抗滑移系数 接触面的处理 方法 喷砂 喷砂后涂无机富锌漆 喷砂后生赤锈
钢丝刷除锈或 未经处理的干净轧制面
构 件 的 钢 号 Q235 Q420 Q345、Q390 0.45 0.50 0.50 0.35 0.45 0.30 0.40 0.50 0.35 0.40 0.50 0.40
八、混合连接 1、栓—焊混合力矩 ● 摩擦型高强螺栓与侧面角焊缝的混合连接。 ● 普通螺栓、承压型高强螺栓一般不能 2、高强螺栓与铆钉的混合连接
第四章 钢结构的构件
一、受弯构件—梁 1、钢梁地类型
● 实腹梁和格构式梁（桁架）。 ● 型钢梁（普通型钢和冷弯型钢）和组合梁。 ● 蜂窝梁。
(a)
(b )
蜂窝型梁
● 钢—混凝土组合梁。 ● 受力特点：单向弯曲梁和双向弯曲梁；简支梁 和连续梁；等 2、梁格的布置 ● 简式梁格。 ● 平台式梁格。 ● 复式梁格。
(a) 主梁
(b)
次梁 主梁
(c)
主梁
横次梁 纵次梁
梁格的形式
3、梁的设计步骤 （1） 确定结构方案。 （2） 确定梁的高度：梁的最大高度hmax、最小高度hmin、 经济高度he （3） 梁的截面选择。 3 （4） 验算梁的强度。最大弯矩处、截面削弱处、截面改 变处、有集中荷载处（无横向加劲肋）、剪力最大处、 剪力合弯矩都较大处：正应力强度、剪应力强度、折算 应力强度、局部压应力强度和接头处的焊缝或高强螺栓 强度等。 （5） 验算梁的整体稳定性。 梁的整体失稳：发生侧向的弯曲和扭转。 影响因素：侧向刚度、抗扭刚度、受压翼缘的自由长度 （侧向支承点之间的距离）、荷载位置等。
M
梁整体失稳现象
（6） 验算梁的刚度（挠度）。 （7） 验算梁的局部稳定。 局部失稳：腹板或翼缘在整体失稳之前发生的 局部屈曲。 （8） 构造设计。
4、焊接组合梁的截面选择 （1） 梁的最大高度hmax 。由建筑上的工艺设计和 使用要求决定。 （2） 梁的经济高度he 。梁截面的用钢量最省， 即梁截面的面积最小。 he = 7 3 w x ? 30 ,单位为cm （3） 梁的最小高度hmin 。由刚度条件决定。 具体见下表
G G Gp Gt o he
梁的经济高度
h
受均布荷载的简支梁的hmin/l值
[w] l
Q235 钢材 Q345 钢材
1 500 1 12 1 7.3
1 400 1 15 1 9.2
1 360 1 16.6 1 10.2
1 300 1 20 1 12.2
1 250 1 24 1 14.7
1 200 1 30 1 18.4
1 150 1 40 1 24.5
（4）梁截面高度的选择。hmax≤h≤hmin,同时h≈he； 梁腹板的高度hw＝h－2t ，一般取腹板为10mm的倍数。 （5） 腹板厚度的选择。 腹板厚度满足抗剪、局部稳定和构造的要求。
经验公式： t w = hw / 11 ，单位为cm. 一般不小于6mm，为2mm的倍数。 （6） 翼缘尺寸选择。 ● 先计算翼缘的面积。
Af
wx 1 = ? tw hw hw 6
● 确定翼缘的宽度：b=(1/2~1/5)h ,取10mm的倍数。 ● 确定翼缘的厚度。t=Af/b，取2mm的倍数。 ● 局部稳定要求。受压翼缘的的外伸宽度与厚度之比必 须符合： b1 / t ≤ 15 235 f y （弹性）
b
tw
焊接梁的截面尺寸
5、梁的截面验算 （1） 强度验算 。
● 正压力强度 My Mx Mx + ≤ f ≤ f ；双向受弯梁 单向受弯梁 γ xWx γ yWy γ xW x ● 剪应力强度
τ =
VS ≤ fv It w
● 局部压应力强度 ● 局部压应力强度
σ c=
ψF
t wl z
≤ f
2 c
σ 2 +σ
σσc + 3τ 2 ≤ β1 f
（2） 刚度验算 （3） 整体稳定验算
w ≤ [w]
M x ≤ f ? bW x
● 当有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接， 能够阻止梁受压翼缘的侧向位移时，不必进行计算。 ● 工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1 之比，不超过下表所规定的数值时，不必进行计算。
工字形截面简支梁不需进行整体稳定性 计算的最大l1/b1值
跨中无侧向支承，荷载作用在 上翼缘 下翼缘 跨中有侧向支承， 不论荷载作用在何 处
13 235 / f y
20 235 / f y
16 235 / f y
6、梁腹板的加劲肋布置 （1） 加劲肋的类型
● 横向加劲肋； ● 纵向加劲肋； ● 短加劲肋；
（2） 加劲肋的布置
● 当h0 / t w ≤ 80 235 / f y 时，应按构造配置横向加劲肋； （a≤7.0h0) ● 当h0 / t w < 80 235 / f y 时，应按计算配置横向加劲肋； ● 当h0 / t w > 170 235 / f y （受压翼缘受到约束）或
(a)
a max=2h 0
(b)
(c)
纵向加劲肋
h1 =(1/5-1/4)h0
a
横向加劲肋
梁腹板加劲肋布置
当 h0 / t w > 150 235 / f y 时（其它情况），应在 弯矩较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋； 有较大局部压应力时，必要时尚宜在受压区配 置短加劲肋。 h ● 任何情况下，0 / t w 均不应超过250 235 / f y ● 梁的支座处和上翼缘有较大固定集中荷载处， 宜设支承加劲肋。 ●焊接吊车梁宜尽量避免设置纵向加劲肋，尤其 是短加劲肋（当吊车压应力很大时，要设置）。
(a)
(b)
吊车梁中设置的短加劲肋
二、拉杆、压杆和柱 1、轴心拉杆 ● 截面形式。具有对称性的实腹式截面和格构式截面。
x y x x y x y y x y y x x y x y y x x y
σ ● 强度计算。 =
N ≤ An
f
N
N fy (b)
(a)
拉杆开孔处截面应力分布
● 刚度计算。
l0 x λx = ≤ [λ ] ix
λy =
l0 y iy
≤ [λ ]
受拉构件的容许长细比 项 构件名称 次
承受静力荷载或间接承 受 直接承 动力荷载 受动力 一般建筑 有重级工作制 荷载 结构 吊车的厂房
1 桁架 2 吊车梁或吊车桁架
以下的柱间支承
350 300 400
250 200 350
250
3 其他拉杆、支撑
（张紧的圆钢除外）
2、偏心拉杆 轴力N和弯矩M ● 截面形式。当拉力较大弯矩较小时，与轴心受 压杆的截面相同；当拉力较小而弯矩较大时， 采用加强受压翼缘的单轴对称截面（与偏压柱 相同）。 Mx N ± ≤ f ● 强度计算。 An γ xWnx ●刚度计算。λ max ≤ [λ ] 或 w ≤ [w]
● 整体稳定。一般情况没有整体稳定的问题；当拉力较 小而弯矩很大时，接近于梁，需要验算。 三、轴心受压实腹柱 1、截面形式 工字形、箱形和圆钢形截面（双轴对称） ● 截面面积应当尽量向外扩散（远离形心），增加回转 半径I和惯性矩I，从而提高抗弯和抗扭能力。 ● 两个主轴尽可能达到等稳定，即 λ x = λ y ● 便于和其它构件连接。 ● 制造方便，确保质量，减少初始缺陷。
2、截面选择
● 假定压杆的长细比。当N小于1500KN，l0＝5～6m时， 可假定 λ =80~100；当N在3000～3500KN时，可假定 λ ＝60～70；N小时，长细比可假定大点，N大时，可 假定小些。 ● 查出稳定系数? ，计算出回转半径i＝l0λ 。 / ● 计算截面面积。 N A≥ ?f iy ix ,b = ● 估算出截面的高度h和宽度b。 h =
αx
αy
● 根据面积A、h、b，初选出截面翼缘和腹板的尺寸。
3、截面验算
● 强度验算。一般不作验算。 ● 整体稳定验算。
N ≤ f ? A l0 x ≤ [λ ] ● 刚度验算。 λ x = ix
● 局部稳定验算。 翼缘 腹板
λy =
l0 y iy
≤ [λ ]
b1 t ≤ (10 + 0.1λ ) 235 / f y
h0 t w ≤ (25 + 0.5λ ) 235 / f y
四、轴心受压格构柱 1、截面类型
●截面组成：①肢件—槽钢、工字钢、角钢或圆 管（双肢三肢或四肢）；②缀材—缀条和缀板 两种。 ●实轴和虚轴。 ●减少柱子平面外计算长度的构造措施
x y x x y x y y y y
x y y x x y x
x y x
轴心受压格构柱的截面形式
缀条
x
x
x
缀板
y
y
y
y
x
(a)
x
(b)
x
(c)
轴心受压格构柱
减秒柱子计算长度（纵向）的构造措施
第四章 钢结构的构件
2、截面选择
（1）根据经验 假定 λ y ，查表得 ? y 。 （2） 求所需要的面积。 = N (? y f ) A （3） 求相应的截面高度。 hy = i y / α y i y = loy / λ y
（4） 根据截面面积A和高度h选择型钢规 格。 （5） 重新验算对y轴的稳定性。查表求出 λ 准确的 i y 和A。 y = loy iy ， N (? y A) ≤ f
（6）重新上面计算，直到合适为止。 。 （7） 求柱肢件之间的距离a。计算对虚轴 的稳定性可确定肢件之间的距离。 缀条柱 2 λ x = λ y ? 27( A A1 ) 缀板柱
λ x = λ y ? λ1
2 2
求出 ix = l0 x λ x ，得
a = ix α x

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