哈工大《建筑结构》课件教案讲义 第5章 钢结构.pdf

第5章钢结构5.1钢结构建筑的现状 1我国钢结构建筑的现状 1 古代时期在春秋时期已用人工制铁，冶炼技术已达到相当高的 水平，比外国早1800多年。在公元前1200多年秦代 用铁建造桥墩,公元前6070年间，成功地用熟铁建 造铁链桥。以后，相继建造了兰津铁链悬桥（汉明帝 时期）、云南沉江桥 400多年前）、贵州盘江桥 300 多年前）及四川泸定大渡河桥 1696年）。我国古代 建造了大量铁塔，如广州光孝寺东铁塔 967年五代南 汉）及西铁塔 963年）、湖北当阳玉泉寺铁塔 1061 年，宋代）、山东济宁寺铁塔和镇江甘露寺铁塔等。我国古代钢铁结构虽卓有成就，但近代在半封建半殖 民地的历史条件下发展缓慢，1虽有少量钢桥及建筑结构，但多为外国人 承建的工程。特别是近年来钢结构应用广泛且发展迅速，如1957年 建成的武汉长江大桥，1968年建成的南京长江大桥,1993年建成的九江长江大桥，1991年建成的上海南浦大桥。在工业建筑方面，几个大型钢铁联合企业的厂 房主体结构、大型工业厂房的主要车间的主体结构，如1977年建成的上海锅炉厂的重型容器车间，1996年 建成的首都大型客车检修库屋盖钢网架结构。在公共 建筑方面，采用大型平板网架、悬索结构等，如1975 年建成的上海体育馆比赛馆网架结构；1962年建成的 北京工人体育馆圆形双层辐射式悬索结构，首都体育 馆大跨度网架结构；210m高的上海电视塔、325m 高的北京环境气象塔；上海、北京、深圳等 地兴建的高层钢结构建筑，如北京的国贸中心、京广中心大厦、上海国贸中心大厦、深圳发展 中心大厦、深圳地王商业大厦，上海浦东新区的金茂 大厦是目前我国最高的钢结构建筑（高365m o 2世界钢结构的建筑最高1974年建成的美国芝加哥的西尔斯 Sears 大厦 110层，高443m；跨度最大的钢桥是1981年建成的 英国亨伯 Humber 吊桥（主跨长1410m,日本明石海 峡吊桥（中央跨1990m；1974年波兰华沙建成的一座长 波用檐杆，高645m,1973年前苏联建成的基辅电视塔 高392m的自立式钢塔，都是目前最高的构筑物；1975 年美国新奥尔良建成的超级穹顶，直径207m,是世界 最大的穹顶之一，20世纪80年代初建成的新加坡壁 机场跨度为218m的飞机库是世界最大的飞机库钢结3钢结构建筑工程实例我国是最早用钢铁建造结构物的国家之一 o(1)古代纪念性建筑广州光孝寺西铁塔，建于963年，五代南汉,现在与3层。广州光孝寺东铁塔，建于967 年，五代南汉，共7层，高6.35m。湖北当阳玉泉寺 铁塔，建于1061年，宋代，13层，高17.9m,逐层浇 注，梯槽连为整体。(2)铁链桥建筑云南澜沧江雾虹桥，建于14651487年，明成化，总长113.4m,宽3.7m,底部承重铁链16根(现存14根),栏杆铁链左右各1根。四川泸定大渡河泸定桥，建于1706年，清康熙45年，净跨100m,宽2.7m,共有铁链13根，每根重约l.6t。4(3)现代钢桥建筑武汉长江大桥，1957年建成；1994年建成的江西九江 长江大桥，铁路公路两用双层桥，正桥全长1808.6m,用柔性拱加劲，钢材为15MnVNq；1968年建成的南京长江大桥，两用双层桥，正桥长 1576m,钢梁共10孔，其中有9孔为3mxi60m三跨连续桁架，采用16Mnq钢。1991年建成的上海南浦大 桥，总长8346m,主桥为双塔双索面斜拉桥，全长846m,桥面采用钢梁与钢筋混凝土板结合的组合梁结构，中跨跨长423m,桥塔高150m,为折线H形钢筋 混凝土结构，每座桥塔两侧各以22对钢索连接主 梁，索面呈扇形。1999年建成的江阴长江大桥，主跨 采用悬索桥，跨长1380m o(4)工业建筑 上海锅炉厂重型容器车间，主跨36m,厂房 高度为40m,双层在式起重机的上层为2台 起重量为400/80t的起重机，1977年建成。广州白云机场大型客机检修库，1988年建成采用高低 整体式折线形网架结构,跨度为80m,设有多支点悬挂 起重机；北京首都机场大型客机检修库屋盖采用双跨 150m钢网架结构。（5）公共建筑北京工入体育馆，1962年建成。采用圆形双层辐射式 悬索结构，直径94m,中央钢环直径16m,高11m,上下 两层各有144束钢索，是目前中国跨度最大的悬索结 构。上海体育馆比赛馆屋盖，采用直径为110m的三 向网架，支承于36根柱上，网架杆件采用直径为 48159mm的圆钢管，焊接球节点直径多为400mm的 _ _ 6_ 球体，是目前跨度最大的房屋。北京京广 大厦，地上53层，地下3层，总高208m,为 框架剪力墙结构体系，是目前最高的钢 结构房屋之一，1989年建成1989年建成的 大庆电视塔260m高，塔身为六边形空间衍架结构，底宽60m,顶宽8m,在标高147168m间设4层塔 楼。主要采用Q235钢焊接和高强螺栓连接。1977 年建成的北京环境气象塔，高325m,有5层纤绳的 梳杆结构，杆身为三角形，边宽2.7m,是我国目前 最高的钢构筑物。上海卢浦大桥为全钢结构，主跨跨径达500m,将成 为“世界第一拱桥”，于2004年5月完工。4典型钢结构建筑物和应用形式的实例图51图125所示为几种典型钢结构建筑物和几种 典型的钢结构应用形式的实例。7图51 北京 工人 体育馆g53北京环球气象塔图52大庆电视塔图图54深圳发展55深圳地中心大厦 王大厦图56香港中国银行io图5,香港汇丰银行图58北京京广大厦四小财人度2115000项应力混船长架图512海南美兰机场机库网架与拉杆拱架结构 1373.84图513飞机库梁式屋盖结构图5.14铝合金建造的飞机库框架屋盖结构14图516 2008年奥运会主体育场国家体育馆鸟巢式网络状钢构架方案15图517多层、高层及超高层建筑的结构形式 a 多层多跨框架b 框架.支撑结构c 筒体结构d 巨型框架结构-6图518钢支撑筒结构图519悬挂结构体系17图521平板网架屋盖网架平面布置图22-18 X 6111=110000-图522首都体育馆图（两向平板网架）523上海体育馆（三向平板网架加图524空间网壳圆屋顶2T乙乙5.2钢结构的材料钢材的种类很多，建筑结构用钢材需具有较高强度，较好的塑性、韧性，足够的变形能力，以及适应冷 热加工和焊接的性能。对于承重结构，我国钢结构 设计规范(GB50017.2003)(以下简称钢结构规 范)推荐采用普通低碳素钢，如Q235钢；普通低 合金钢，如Q345钢、Q390钢和Q420钢。其质量 应分别符合现行国家标准。1钢结构材料的基本力学性能指标(1)屈服强度和抗拉极限强度 钢材试件拉伸的应力应变图是确定钢材强度指标和 钢结构设计方法的依据，如图526所示Q235钢的应 力应变曲线。fy为屈服强度，是静力计算的强度指 标。抗拉强度 是钢材抗破坏能力的极限。.（%）I L5IU图526 Q235钢静力拉伸曲线(2)伸长率(又称延伸率)延伸率5是衡量钢材破坏前产生塑性变形的能力，伸长率越大，则塑性越好。材料在破坏前具有很大 的塑性变形对房屋安全很有利。8=lzkxioo%，o式中/。-原标距长度；/1-试件拉断后标距部分长度(3)冷弯性能冷弯性能是衡量钢材在常温下冷加工弯曲时产生塑 性变形的能力，及判别钢材内部缺陷和可焊性的综 合指标。(4)冲击韧性冲击韧性衡量钢材断裂时吸收机械能量的能力，是 强度与塑性的综合指标。钢结构规范具体规定：承重结构的钢材应具有 抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合 格保证；焊接承重结构以及重要的非焊接承重”结构的钢材尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温+20 C）或负温 0-20 40 冲击韧性的合格保证。2影晌钢材性能的因素钢材性能指标是在一定标准条件下得到的，钢材性能 受不同因素的影响。1 化学成分钢材化学成分有铁（Fe,占99%左右，此外是碳 C 硅（Si、镒（Mn、硫（S、磷（P、氧 0、氮（N、帆（V 等。1 碳是形成钢材强度的重要成分，钢结构所用钢材中碳含量W 0.2%o2 镒元素可隹高钢材的强度，改善钢的冷脆倾向但却降低焊接性能，应控制含量；在低合仝钢由佥曷为 1 1 fio/.3 硅是强脱氧疝可施钢奇立度变细，提高强度且 不影响其他性能。在普通碳素钢中 SD含量在0.12%0.3%,在低合金钢中含量0.2%0.60%。4 帆可提高钢的强度和抗锈蚀能力，而不显著降低 塑性。5 硫是有害元素，能生成易于熔化的硫化铁。温度 达8001000 时，出现裂纹，称为热脆，还会 降低钢的冲击韧性，影响疲劳性能和抗锈蚀性能，故 对硫的质量分数应严格控制在0.05%以内。6 磷也是有害元素，在低温下会使普通碳素钢变脆 称为冷脆；高温时则使钢的塑性降低，故质量分数应 限制在0.045%以内。277)氧也是有害元素，氧能使钢热脆。8)氮也是有害元素，使钢冷脆，故含量应严加控制。(2)冶金与轧制过程钢材的化学成分及力学性能在冶金过程中设计控制，但不可避免有化学成分分布不均，非金属夹杂、气 泡、裂纹等缺陷。冶金过程本身有炉种、脱氧程度等 的差异。如顶吹氧气转炉质量就较侧吹的好，建筑钢 材的冶炼以顶吹氧气转炉为主。冶炼将要结束时要脱 氧，按脱氧方法不同分为沸腾钢、镇静钢、半镇静 钢。镇静钢最好，含有害物质少，组织致密，均匀性 好，冶金缺陷少。轧制型材的过程能使金属晶粒变 细，也能使其中部分缺陷弥合，如气泡、裂缝等。因 此，相对来说，轧成薄的型材要比厚的型材强度高，钢材的力学性能是按轧制厚度分类规定的。28(3)jSZ力中在截面形状改变处，如孔眼、切口、加粗等,会出现应力集中现象。由于应力的急剧改变 且不均匀，伸长缩短互相约束可能形成双向应力甚至 三向应力，从而引起钢材变脆，受到动荷载时容易形 成裂纹。截面变化越急剧，应力集中就越严重。设计 中若仅承受静荷载，并符合规定的要求，可不考虑应 力集中问题；但对于有尖锐凹角、缺口或裂缝的截面,以及在动力荷载作用和低温下工作的结构，则应考虑 应力集中问题。(4)钢材的硬化 1)冷作硬化。钢结构是不考虑利用此种方法提高强度 的，因为它容易引起裂缝。2)时效硬化。钢材中的氮和碳，随时间的增长从固体中析出，形成渗碳体和氮化 散布在晶粒的滑移面上，走 的强化作用，从而使钢材的 脆性增大。这种现象称为时 527所示。3 冷作时效。钢材经冷加ZE 脆的现象，称为冷作时效。b 时效硬化 6vf 7物的混杂物，着阻碍滑移强度提高，塑性韧性降低，效硬化，也称老化。如图二硬化后又经时效而硬化变门ne冷作硬化后的变形能力图527硬变无冷作中华后的应变能力 E冷作硬化唇的变净能力亍的变形能力 30 5 温度的影响1 在正常温度范围内，总的趋势是随着温度的升高，钢材的强度降低，塑性增大。在250 左右时，钢材的抗力强度略有提高，而塑性降 低，因而铜材呈脆性，这种现象称为蓝脆现象。在 250350 0c时，钢材会产生徐变现象。600时钢材 的强度很低不能承担荷载。钢结构规范规定在 超过150 时结构表面需要加设隔热保护层。2 在负温范围内，随着温度降低，钢材的脆性倾向逐渐增加，钢材的冲击韧性下降。当冬季计算温度 等于或低于一 20 时，不同钢种，特别是受动力荷 载的结构，要有负温冲击韧性的保证。（6 钢材疲劳在动力荷载送续反复荷载或循环荷载作用工构件及其连接，当应力变化的循环次数过 多时，虽然应力还低于极限强度（抗拉强 度），甚至还低于屈服强度，也会发生破坏，这种现象 称为钢材的疲劳现象或疲劳破坏。疲劳破坏是脆性破 坏，是一种突然发生的断裂。3结构钢材的种类与选用 1 品种和牌号结构用钢材主要为普通碳素结构钢、低合金结构钢和 桥梁用低合金钢。1 碳素结构钢。根据GB700-1988的规定，碳素结构钢的牌号表示方 法是由代表屈服点的字母、屈服点的数值、质量等级 符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。所采用 的符号分别用下列字母表示：”Q-钢材屈服点；A、B、C、D.钢材质量等级。其中：A级钢只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时可 附加冷弯试验的要求，化学成分对碳可不作交货条 件。B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸 长率、冷弯和冲击韧性（分别为+20 ,0 r20 等力学性能，化学成分对碳、硫、磷的极限含量有严 格要求。F.一沸腾钢；b.半镇静钢；Z.镇静钢;Tz.特殊镇静钢。在牌号组成表示方法中，“Z”和“Tz”符号予以省 略。根据上述表示方法，Q235BF表示屈服点为乜235N/mm2,质量等级为B级的沸腾钢，Q235-A表示屈服点为235N/mm质量 等级为A级的镇静钢。2 低合金钢。低合金钢的牌号采用与碳素结构钢牌号相同的表示方 法。质量等级分为A、B、C、D、E共5个等级5 从A到E逐级提高，E级需保证-40 的冲击韧 性。低合金高强度钢均为镇静钢，故级别字母后不再 加注脱氧方法，如Q345-B.Q390-C等。2 钢材的选用钢材选用的基本原则是：保证结构安全可靠，同时要 经济合理，降低造价。一般考虑的因素是：结构的类 型及重要性；荷载特征（静力荷载或动力荷载）；连接 方法；所处环境条件（温度、腐蚀等“钢材的性能经济价格、供应情况等。对于一般工业与民用建筑，承重结构中宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢口在主要的焊 接结构中不能使用Q235-A级钢（因为碳含量可不作交货 条件），对重级工作制吊车梁、冬季工作温度等于或低 于-20C的吊车梁等非焊接结构不宜采用沸腾钢。选材时应根据钢结构规范规定、钢结构设计手册 建议以及具体情况综合考虑。3 钢材的规格钢结构所用钢材主要有热轧成型的钢板和型钢，冷弯 成型的薄壁型钢，也采用圆钢或无缝钢管。）钢板。钢板分营钢板、薄钢板和扁钢。35厚钢板：厚度为4.5mm6m/宽度为600mm3000m%长度为412m；薄钢板：厚度为035mm4mm,宽度为500mm1500mm,长度为054m；扁钢：厚度为4mm 60 mm,宽度为12 200mm,长度3m9m。钢板规格以符号“和厚度X宽度X长度（单位为mm 表示。如:-20 X 600X2000,表示厚 20mm,宽600mm,长1200mm 的钢板。实腹式梁、柱的腹板和翼缘、衍架的结点板主要用厚钢板制作。2 热轧型钢。常用的热轧型钢有角钢、工宇钢、槽钢、H型钢和钢 管等，截面形式如图528所示。角钢分等边角钢和不等边角钢。等边角钢用符号4和肢宽x肢厚(单位为mm)表示，如L125X10为肢宽125mm,肢厚10mm的等边角钢。不等边角钢用符号和长肢宽X短肢宽X肢厚(单位为mm)表示,L125X80X10 为长肢宽125mm,短肢宽80mm,肢厚10mm的不等边 角钢。角钢可作为独立构件。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)图528热轧型钢截面形式普通工字钢以截面高度(单位为cm)进行编号，以符 号“I”表示。2028号工字钢又分a、b二项，323763号工字钢分a、b、c三项，分别表示腹板较薄、中等和较厚。如122a表示高度为220mm,腹板较薄的工字钢。普通槽钢也以截面高度（单位为cm 来编号，用符号“表示。1422号分a、b二项，25号以上分a、b、c三项，分别表示腹板较薄、中等和较厚。如,22a表示腹板高度为220mm,腹板较薄的槽钢。圆钢规格以直径的毫米数表示。如。18表示直径为18m的圆柱 因管以符号。后期外径X厚度（单位 为m m 表示。如。400X 6表示外径4 00 mm,厚 6mm的圆管。3 冷弯型钢和压型钢板。冷弯型钢是用厚度为L5mm薄钢板经冷轧（弯）或 模压而成，故也称冷弯薄壁型钢。常用截面形式虬-如图529所示。压型钢板是用0.4mm2mm厚的钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板（表面覆盖有彩色油漆）经冷轧（压）成的各种类型的波形板。如图530所湎形式JVWW(c)(b)rxrr(d)图530压型钢板 部分板型395.3钢结构的基本构件钢结构的基本构件按受力性质分主要有轴心受力构件、受弯构件、拉(压)弯构件等。本节只介绍轴心受力构件和受弯构件的计算及构造要 求。1痛心受力构件(1)截面形式轴心受力构件又分为轴心受拉构件和轴心受压构件，广泛应用于衍架、网架和塔架等由杆件组成的结构 中。轴心受拉构件一般均按强度控制设计，轴心受压 构件常按稳定控制设计。常用的截面形式有型钢截面 和组合截面两类，如图531所示。(2)轴心受力构件的强度和刚度1)轴心受力构件的强度计算公式为 40O=一/4式中N-轴心力设计值(5-1)4-构件静截面面积f-钢材的抗拉抗压强度谢值按表5-1采用 O D II I工口工工工工(b)厂 a：一3-o（C）图531轴心受力构件和拉弯、压弯构件的截面形式41表51 钢材强度设计值注 表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受选构件系指截面中较厚板件的厚度。钢 材抗拉、抗压和抗弯f_抗 剪j 八端面承压（刨平顶紧）Q牌 号厚度或直径（mm Q2351621512532516-4020512040 6020011560 100190110Q34516310180400 16 35295 1170355026515550-100250145Q3901635020541516-35；335_190-35-5031518050 100295170Q4201638022044016-3536021035-5034019550-10()3251 185刚度要求为2 轴心受力构件的刚度 1 Ox=L 川 y（I/max 5,式中入max-构件最大长细比；-构件计算长度，按规范规定取值；”-截面回转半径；X 允许长细比.按表5 2,5 3取用.表52 受拉构件允许长细比注 1.承受静力荷载的结构中,可仅计算受拉构件在竖向平面内的长细比C2.在直接或间接承受动力荷载的结构中，计算单角钢受拉构件长细比时,应采用角钢的最小回转半径，在计算单项 次构 件 名 称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受荷载 动力的结构无吊车和有轻、中级 工作制吊车的厂房有重级工作制 吊车的厂房1桁架的杆件350250250吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑3002003支撑（第2项和张索的圆钢除外）400350角钢交叉受拉构件平面外的长细比时，应采用与角钢肢边平行轴的回转半径。3.中、重级工作制吊车桁架下弦杆的长细比不宜超过200。4.在设有夹钳吊车或刚性料杷吊车的厂房中.支撑（表中第2项除夕卜）的长细比不宜超过3005.受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时,其长细比不宜超过250。注 桁架（包括空间桁架）的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的50%时，容许长细比可取200。项 次构件名称容许长细比1柱、桁架和天窗架构件150柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑_ _2支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）200用以减少受压构件长细比的构件 3 轴心受压构件轴心受压构件截面形式可分为实腹式和格构式两类。实腹式常用型钢截面、由型钢或钢板焊接成的组合截 面，如图530a、bo格构式是由型钢或钢板组合截面作分肢，并由缀材将其连接成整体，如图5.30c,格构式构件有双肢、三肢、四肢之分。441)实腹式轴心受压构件整,稳定计算公式O=0.8-J-丰 焊接、翼缘为焰切边b类b类nrPX _ _yx轧制轧制等边角钢截面形式对“轴 对y轴轧制,焊接（板件宽厚比 20 b类b类轧制截面和翼缘为 焰切边的焊接截面47!(1；J!x-ix xiI-1.rf n.0七七工；r册-、格构式*焊接，板件边缘焰 切_-壬 tyx._ _r 1 1焊接，翼缘为轧制或剪切边1一3yb类C类焊接，板件边缘轧制或剪切-X一焊接，板E例/时厚比W20C类C类48（板厚40mm 截 面 形 式 _!对式轴对夕轴_臼1ry轧制工字形或H形截面1 板件宽厚比20b类b类中 1y焊接箱形截面板件宽厚比W20C类c类49局部稳定计算由板件组成的实腹式受压构件，在构件受压时板件本身达到失去 维持平衡稳定的平衡状态，出现 翘曲或鼓曲的现象称为丧失局部 稳定，如图5-32。局部失稳不等 于构件正题失稳，但板件的局部 翘曲或鼓曲部分偏离了原来位置 而退出工作，使截面不对称和截 面面积减小，从而降低了构件承 载力。若翘曲或鼓曲继续发展，将会导致构件提前失稳。型钢截 面的翼缘和腹板尺寸都是满足要 求的，不会引起局部失稳。翼缘图532局部失稳为了保证板件的局部稳定，规范采取了限制 板件的尺寸宽厚比或高厚比的方法，根据板 件的临界应力和构件的临界应力相等的原则来确定板 件的宽厚比或高厚比。对于工字形截面（图533 的 构件的宽厚比或高厚比限值如下：十、翼缘板/耳八声 I斗E （10+0,IX）（5.4）V J y _x o腹板 I_ hQ/tw（25+。-5九）年（5-5）IV八 图533工字形截面式中仇一翼缘板自由外伸宽度一翼缘板厚度;%腹板的高度；九-腹板的厚度;九-构件两个方向长细比的较大者，当九小于30吐 取九二 30,当九大于100吐取九=100/-钢材屈服强度.截面设计 设计原则:等稳性。使构件在两个方向的承载力相同，以充分 发挥其承载力。尽可能使外或九一与。宽肢薄壁。在满足板件宽厚比限值的条件下使截面 分布尽量远离形心轴，以增大截面的惯性矩和回转半 径，提高杆件的整体稳定承载力和刚度，达到合理用 材。制造省工。连接方便。【例57】教材348页。【例52】教材349页。2 格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件是由肢件和缀材组成的。肢件一般用对放的轧制型钢或焊接组合截面组成5 52型钢多用形和I形截面；缀材也有 两种:一种是缀板，一种是缀条。用缀板 将肢件连接成的构件为缀板柱，适用于 荷载较小的立柱；用缀条，常用角钢把肢件连接成的 构件为缀条柱，适用于在缀材面有较大剪切力或宽度 较大的格构柱。格构式构件如图5.34。缀材的作用在于保证被连接的两个肢件能形成整体 柱，共同承受和传递外荷载。贯穿于两个股件截面的轴y-y称为实轴；与肢件截面相平行的轴x-x称为虚轴。整个构件绕实轴的受力情况与实腹柱相同，而绕 虚轴的受力情况则较实腹柱要弱，因而计算方法有一 定差别。格构柱的截面比较宽敞，用于高大的柱时经济效果 良好，但构造较实腹柱复杂，制造也较费工时。缀条常用单角钢，与其构件轴线成40。60。夹角斜放,53有时增设横缀条，垂直柱轴线放置。缀板用钢板制造，按等距离垂直构件 轴线放置，板厚不小于a/40,且不小 于6mm,缀板的宽度不应小于2 a/3,a为两肢件轴线之间的距离。在缀板柱中，同一截面处缀板，或型 钢横杆的线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度的6 倍。缀条一般用单角钢制作，每一角钢的尺寸不应小 于 40mm X 5mm。a值是由绕实轴的稳定承载力与绕虚轴的稳定承载力 相等的条件确定的。格构式轴心受压构件的设计和实 腹式轴心受压构件相似，主要有强度、刚度、整体稳 定和局部稳定四个方面，其中最重要的是整体稳定。与实腹式轴心受压构件不同处，主要有格构式构件绕虚轴方向的整体稳定、分肢稳定以及缀材的设计。55格构式轴心受压构件的整体稳定承载能力对实轴的整体稳定承载力计算。格构式轴心受压构件对实轴的工作由两个并列的实腹式杆件承担，由对实轴的长细比3查值按N(p/4公 式验算。对虚轴的整体稳定承载力计算。由于格构式分肢间 辍材联系刚度较弱，绕虚轴方向，除弯曲变形外，还 将产生相当大的剪切变形，从而失稳临界应力将较原 始失稳临界应力降低，其长细比将比原始长细比增=大。增大后的长细比记作 称为换算长细比说用 取代后，格构式轴心受压构件的整体稳定承载力计算公式，即可套用实腹式轴心受压构件的整体稳定承载力 计算公式(53)。56TvWV聒如谷珈处一检管 K 痢 W 由助甘笛缀板式柱底=际缀材式柱壁/吊+273(5-6)(5-7)格构式轴心受压构件的分肢稳定性验算 格构式轴心受压构件的分肢失稳现象，如图535。构件分肢稳定的计算把构件各分肢在缀材联系点间 的杆段作为一个单独的轴心受压构件考虑，计算其 对较弱轴17轴方向的稳定性。设计要求，分肢失 稳的临界应力应大于整个构件失稳的临界应力，规范采用控制分肢长细比不大于构件最大长细 比的规定实现。考虑到制造装配偏差、初始弯曲等 修殖的影响，具体规定如下：缀条构隼入 0.7Xmax;缀板构件：%0.5%x，且不宜大于40,当x小于50时，取九max 二强(b)(a)图535缀板的内力58格构式轴心受压构件的缀材设计 格构式轴心受压构件缀材截面剪力 在轴心压力作用下,理想的轴心压杆的截面上不会产 生剪力,但在实际构件将发生侧向弯曲变形,同时产生附加弯矩和剪力。F A7 85 V 235缀条设计(5-8)缀条式格构构件可作为竖 放的由分肢为弦杆，缀条 为腹杆的平行弦桁架体系。该桁架承受正向或反向的 剪力，缀条为轴心受压构 件，斜缀条的内力图536图536缀条的内力FNI=%/sina式中弓i-一个缀条面分配到的剪力，弓i=弓/2;a-斜缀条与构件轴线间惬角.缀条一般采用单面连接的角钢，考虑偏心不利影响 将角钢强度设计值乘以相应的折减系数。缀板设计缀瓦式构件可作为由两个分肢和缀板组成的单跨多 层桁架体系，承受总剪力Fv。假定该刚架受力后产 生弯曲变形时，反弯点均分布在各缀板及缀板间各 分肢的中点，反弯点处弯矩为零，仅有剪力，在缀 板处的内力图5-35,由隔离体平衡可求得606=皿(5.9)a哈丁(5-10)式利-相邻缀板轴线距Q-分肢轴线间距3)柱头和柱脚柱的上端与梁的连接部分称为柱头，柱的下端与基础 的连接部分称为柱脚。柱头的作用是承受和传递梁及 其以上结构的荷载：柱脚的作用是承受桂身的荷载并 将其传递给基础。梁与柱的连接形式和柱脚与基础的连接形式可分为饺接和刚接两种。般轴心受压柱多采用较接，框架柱则常用刚接形式。61柱头和柱脚的设计要求是：具有足够的刚度 和强度；结构合理、传力明确；构造简单、便于施工；性能可靠、节省钢材。梁与柱的连接 梁与柱的连接可将梁支于柱顶也可支于侧面，两种方 式均可为较接或刚接。梁与柱较接梁支承于柱顶的构造形式。柱顶设置一厚度，16mm 的钢顶板，顶板与柱焊接，并用加劲肋加强。当柱为 实腹柱时，应将梁端支承加劲肋对准柱的翼缘，以使 梁的支座反力直接传给柱的翼缘。两相邻梁间应田1020mm安装空隙，经调整定位后，用连接板和构造螺栓固定。该种连接形式传力明确，构造简单，缺点 是当相邻梁支座反力不等时，柱将为偏心受压。为保证柱为轴心受压，可采用梁端设突缘 支承加劲板的构造措施。突缘支承加劲板底部应刨平并应在轴线附近与柱顶板顶紧。为提高柱顶的抗弯刚度，应加设一 块垫板,并在轴线处增设加劲肋。两梁间应留10mm空隙，安装时尚应嵌入填板并用构造螺栓固定。格构 式柱顶应设置缀板，分肢之间顶板下面应设置加劲 肋。梁锐接支承于柱顶的构造如图537。梁支承于柱顶侧面的构造形式。在柱的翼缘或腹板外侧焊接一厚钢板承托，梁的突缘 加劲板与承托的接触面应刨平顶紧，保证有效传递梁 端反力。承托与柱用三面角焊缝连接，考虑支座反力 偏心的不利影响，焊缝计算应按1.25倍支座反力考虑。为便于安装，梁端与柱板之间应留5mm空隙严并出)土古土口口4珀讣同羽上冬田士 府1厂co 图537为例较接柱头传力路线为：梁端加劲肋 焊缝 焊缝N-顶板加劲肋-柱腹板承压/填板3突缘-支座板、图537梁较接于柱顶的构造64梁与柱刚接梁与柱的刚接均应支承于柱侧，图539。刚接构造要求传递梁端反力和梁端弯矩口梁端反力由 承托传递；梁端弯矩可分解为上（下）翼缘的拉（压）力和下（上）翼缘的压（拉）力。该拉力和压 力由连接梁的上下翼缘与柱的焊缝或高强螺栓传递。图538梁较接于柱上水平连接板图539梁与柱刚接65柱脚钱接柱脚轴心受压柱的柱脚多为较接平板式柱脚，一般由底板、靴梁、隔板和肋板等组成。底板由锚栓固定于图540柱脚构造66刚接柱脚 刚接柱脚除承受轴力外，同时承受弯矩和剪力。刚性 柱脚采用靴梁和整块底板组成的箱形结构。锚栓从底 板外缘穿过并固定在靴梁两侧由肋板和水平盖板组成 的支座上。大型格构式柱，多采用分离式柱脚，各分股柱脚均为一个轴心受压较接柱脚，图541。(a)图5.41刚接柱脚672受弯构件受弯构件常称为梁式构件,主要用以承受横向荷载。钢梁在工业与民用建筑中常见到的有平台梁、楼盖 梁、墙架梁、吊车梁以及擦条等。一般可分为型钢 梁和组合梁。型钢梁加工简单、制造方便、成本较 低，因而广泛用作小型钢梁。当跨度较大时，由于工 厂轧制条件的限制，型钢梁的尺寸有限，不能满足 构件承载能力和刚度的要求，则必须采用组合钢 梁。钢梁的截面形式如图542所示。受弯构件的计算包括强度、刚度、整体稳定性和局 部稳定性四个方面。型钢不必考虑局部稳定问题:组 合梁还有截面沿长度改变、翼缘焊接、梁的拼接等 问题。强度计算 68梁在弯矩作用下，横截面上的正应力经 由弹性阶段：此时正应力为直线分布，梁最外边的正应力没达到屈服应力值;弹塑性阶段：梁边缘部分出现塑性，应 力达到屈服应力值，而中性 轴附近材料仍处于弹性；塑性阶段：梁全截面进入塑性，应力均等于屈服应 力值，形成塑性较。一般 结构设计按弹性阶段计算。为节约钢材，钢结构规 范规定，对承受静力荷 载或间接承受动力荷载的 受弯构件，应适当考虑截图542钢梁截面形式面中的塑性发展，在强度计算公式中增加 一个塑性发展系数。1 梁的抗弯强度计算 单向受弯时前冲二寸”I x nx(5-11)M My双向受弯时Om-k+k（5-12 4 xvv nx 1 yvvny式中x，%-绕截面犬-羽y-y轴的弯矩设计值；Wnx,Wny 对x-x,y-y轴的净截面模量；匕,匕-截面塑性发展系数，查表5-5;/-钢材抗弯强度设计值.在强度设计中，凡直接承受动荷载的受弯构件不考虑 塑性发展，即取塑性发展系数等于12 梁的抗剪强度计算 70在强度设计中，凡直接承受动力荷载的受弯构件不考虑塑性发展,即取 八=八=1.0 最大剪应力疆算 _VS 一，一T=-fmax I J v(5-13)式中V-计算截面沿腹板平面作用的剪力；s-计算截面一半毛截面对中性轴的面积矩；计算截面毛截面的惯性矩；九-腹板厚度；4-钢材的抗剪强度设计值.型钢梁腹板较厚，一般均能满足抗剪强度要求，如最 大剪应力处截面无削弱可不进行抗剪强度验算。(2)刚度验算验算公式ri(5-14)式中V-由荷载标准值产生的梁的最大挠度；“-钢结构规范规定的受弯构件容许挠度，查表5-6.73表56_ 弯构件挠度容许值项 次构 件 类 别 饶度容许值VQ1吊车架和吊车桁桀（按自重和起重量最大的一台吊车计算挠度）1 手动吊车和单桀吊车（今悬挂吊车）C2 较缓工作制折式吊车 3 中级L作制侨式吊车4 重级工作制桥式吊车7/500ZX8OO/1000 2/12002手动或电动演芦的轨道柒1X4003有重轨（重星等于或大于38kgzm 轨道的工作平令梁 有衽航（聿量等于成小于kg/m 轨道的工作平台梁Z/6OOZ/44JO4楼屋盖粱或桁第、工作平台梁（第3项除夕卜）和平台板 O 主梁或桁把（包括设有悬挂后重设备的梁和柘柒）2 抹灰顶硼的灰梁 3 除 1、2 款外的其他梁（包括楼梯梁）4 屋短,条支承尤积灰的瓦楞铁和石棉 瓦屋面者支承压型金属板、有和工灰的瓦楞铁和石柿瓦等屋面者支承其他屋面材料者 5 平台板Z/4OO Z/25O ZZ25O4/150 1/200Z/2OOZ/15O4/500Z/35O2/3005璃架构件（风有融不考.虑阵风系数）1 支柱 2 抗风桁桀（作为连续支柱的支浜时）3 砌体墙的横梁（水平方向）4 支承压型金属板、瓦榜铁和石棉瓦墙面的横梁（水平方向）5 带有玻朝宙的横聚（整直和水平方向）/2OOZZ4OO 1X1000 1/300 4/200 1/200注 1.2为翌弯构件的聆度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2 倍。2.15 为永久和可变荷基标准但产生的挠度的容许伍：OQ1为可变新萩标准值产生的挠度的容许值。74(3)整体稳定计算有些梁在荷载作用下，虽然其截面的正应 力还低于钢材强度，但其变形会突然偏离 原来的弯曲平面，同时发生侧向弯曲和扭转，如图 5-43,这种现象称为梁的整体失稳。梁整体失稳的 主要原因是：侧向刚度及抗扭刚度太小、侧向支承 的间距太大。钢结构规范规定，凡符合 下列情况之一的梁，可不75计算整体稳定，由强度条件控制。有铺板(各种钢筋混凝 上土板和钢板)密铺在两的受压翼缘上并与其牢固连 图543梁整体失稳接，能阻止受压翼缘侧向位移时；H型钢或等截面工字型钢简支梁受压翼缘 的自由长度I1与宽度b之比不超过表5-7规定 的数值时。为对跨中无侧向支撑点的梁为其跨 度；对跨中有侧向支撑点的梁为受压翼院侧向支撑点 的间距。表57 工字型截面简支梁不需计算整体稳定的/Jb值跨中无恻向支撑，荷载作用在-1跨中有侧向支撑，不论荷载作用于何处匕翼缘 下翼缘13 72357/；20 月西 16 72357/；如不符合上述条件，则应按以下公式进行整体稳定验 算。1。在最大刚度平面内受弯时”M(5-15)X.-f6 一两个主平面受弯的H型钢或工字型截面构件Mx MyJC JI(5-16)式中绕截面-乂丁-丁轴的弯矩设计值Wx.Wy-对%-尤v-丁轴的净截面模量-截面塑性发展系数钢材抗弯强度设计值R-受弯构件绕强轴的整体急定系数祥见钢结构设计 规范附录对轧制的普通工字钢觎梁的系数见君-8.77表58 轧制普通工字钢简支梁的6注1.表中集中荷载是指一个或少数几个集中荷载位于跨中央附近的情况,时其他情况的集中荷载，应按均布荷载作 用时取值C2,表中的以适用于Q235 3号钢），对其他钢号，表中数值应乘以235/产项次荷载情况工字钢自由长度/1(ni)型号,-234567891010-202.001.300.990.800.680.580.530.48-0.43!暗上翼缘22-322.401.48L090.860.720.620.540.490.45中荷载作一36-632.801.601.070.830.680.560.500.450.40无10-203.101.951.341.010.820.690.630.570?522侧下翼缘22-405.502.801.841.371.070.860.730.640.56向45637.303.602.301.621.200.960.800.690.60支10201.701.120.840.680.570.500.450.410.373承上翼缘22-402.101.300.930,730,600.510.450.400.36点45-632.601.450.970.730.590.500,440.380.35的10-202.501.551.080.830.680.560.520.470.424梁下翼缘22-404.002.20L451.100.850.700.600.520.4645-635.602.801.801.250.950.780.650.550.495跨中有侧向支承 点的梁（不论荷载 作用点在截面高度 上的位置）10-2022-4045-632.203.004.001.391.802.201.011.241.380,790.961.010.660.760.800.570.650.660.520.560.560.470.490.490.420.430.43上述整体稳定系数是按弹性理论推导的，故 只适用于弹性阶段失稳的梁，而大量中等跨 度的梁长处在弹塑性阶段失稳。当心大于0.6时，用明代替我.明查表5-9奔越伏京玄就明中b060060.700.75。利0.85I 0.如0.951.00 一叭0.6()0&70.6530.6760.劭0.715I 0.7320.748|0.762卜一.一 M%1.051.101.151.201.251.30L351 1.-L4014 _0.7750.78807990.8090.8190.8280.8370.8450.852 一1,50L601.80L j2.002.252.503.003.50别00一