《鋼結構原理與設計》(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 緒論 第一節(jié) 鋼結構的特點 鋼結構是鋼材制成的工程結構，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、桁架、柱、板等構件組成，各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接，有些鋼結構還部分采用鋼絲繩或鋼絲束。 鋼結構與鋼筋混凝土結構、木結構和磚石等砌體結構都是工程結構的不同分支。它們之間有許多共同性，例如在結構體系、內(nèi)力分析和設計程序等方面大體是相同的；但由于材料性質(zhì)的不同、原材料和構件截面形狀的不同，也有其特殊性，例如在結構型式、構件計算方法、構件連接方法和構造處理方法等方面都有顯著的差別。學習鋼結構應注意它的特殊點。 鋼結構具有下列優(yōu)缺點： (1)材質(zhì)均勻，可靠性高 鋼材組織均勻，接近

2、于各向同性勻質(zhì)體。鋼材由鋼廠生產(chǎn)，控制嚴格，質(zhì)量比較穩(wěn)定。鋼結構的實際工作性能比較符合目前采用的理論計算結果，所以鋼結構可靠性較高。 (2)強度高，重量輕 鋼材強度較高，彈性模量亦高，因而鋼結構構件小而輕。當今有多種強度等級的鋼材，即使強度較低的鋼材，其密度與強度的比值一般也小于混凝土和木材，從而在同樣受力情況下鋼結構自重小，可以做成跨度較大的結構。由于桿件小，所占空間少，亦便于運輸和安裝。 (3)塑性和韌性好 鋼結構的抗拉和抗壓強度相同，塑性和韌性均好，適于承受沖擊和動力荷載，有較好的抗震性能。 (4)便于機械化制造 鋼結構由軋制型材和鋼板在工廠制成，便于機械化制造，生產(chǎn)效率高，速度快，成品

3、精確度較高，質(zhì)量易于保證，是工程結構中工業(yè)化程度最高的一種結構。 (5)安裝方便，施工期限短 鋼結構安裝方便，施工期限短，可盡快地發(fā)揮投資的經(jīng)濟效益。 (6)密封性好 鋼結構的密封性較好，容易做成密不漏水和密不漏氣的常壓和高壓容器結構和大直徑管道。 (7)耐熱性較好 結構表面溫度在200以內(nèi)時，鋼材強度變化很小，因而鋼結構適用于熱車間。但結構表面長期受輻射熱達150時，應采用隔熱板加以防護。 (8)耐火性差 鋼結構耐火性較差，鋼材表面溫度達300400以后，其強度和彈性模量顯著下降，600時幾乎降到零。當耐火要求較高時，需要采取保護措施，如在鋼結構外面包混凝土或其他防火板材，或在構件表面噴涂一

4、層含隔熱材料和化學助劑等的防火涂料，以提高耐火等級。 (9)耐銹蝕性差 鋼結構耐銹蝕性較差，特別在潮濕和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，容易第1頁銹蝕，需要定期維護，增加了維護費用。 第二節(jié) 鋼結構的應用范圍 由于鋼材和鋼結構有上述特點，鋼結構常用于各種工程結構中。在我國目前鋼材需要量大而產(chǎn)量還不夠多的情況下，鋼結構的合理應用范圍大體如下： (1)重型工業(yè)廠房的承重骨架和吊車梁 例如冶金企業(yè)的煉鋼、軋鋼車間，重型機械廠的鑄鋼、水壓機、鍛壓、總裝配車間等等，這些車間高度和跨度一般都比較大，有的柱距也比較寬，有重級工作制大噸位吊車(有超重噸位達440t的)，或是設備振動厲害，或是熱加工車間，結構表面溫度較高

5、。 (2)大跨度建筑的屋蓋結構 例如公共建筑中的體育館、大會堂、影劇院等，工業(yè)建筑中的飛機裝配車間、大型飛機檢修庫等。 (3)大跨度橋梁 跨度較大的鐵路和公路橋梁多采用鋼結構。 (4)多層和高層建筑的骨架 例如工業(yè)建筑中的多層框架、民用建筑中跨度較大的多層框架和高層框架。四、五十層的鋼結構高層建筑已在我國建成多幢。固定式采油平臺也多用多層鋼框架。 (5)塔桅結構 如輸電線路塔架、無線電廣播發(fā)射桅桿、電視播映發(fā)射塔、環(huán)境氣象塔、排氣塔、衛(wèi)星或火箭發(fā)射塔等高聳結構常采用鋼結構。 (6)容器和大直徑管道等殼體結構 如儲液罐、儲氣罐、大直徑輸油(氣)和輸煤漿管道、水工壓力管道、囤倉以及爐體結構等， (

6、7)移動式結構 如水工閘門、各種起重機、射電望遠境、移動式采油平臺等。 (8)可拆卸、搬移的結構 如裝配式活動房屋、流動式展覽館、軍用橋梁等，采用鋼結構特別合適。 (9)輕型結構 跨度不大，屋面輕的工業(yè)和商業(yè)房屋常采用冷彎薄壁型鋼結構或小角鋼、圓鋼組成的輕型鋼結構。 (10)在地震區(qū)抗震要求高的工程結構。 第三節(jié) 鋼結構的發(fā)展概況 中國是最早用鐵建造結構的國家之一。比較著名的是鐵鏈橋，它是從竹索橋演變來的?，F(xiàn)存的最早鐵鏈橋之一為云南省永平與保山之間跨越瀾滄江的霽虹橋(圖11)，始建于明朝成化年間(14651487年)，幾經(jīng)重修。橋總長1134m，兩岸橋臺伸入江中，凈跨573m，寬37m，底部承

7、重鐵鏈16根(現(xiàn)存14根)，欄桿鐵鏈左右各一根。著名的中國紅軍長征經(jīng)過的四川省瀘定大渡河上的瀘定橋(圖12)，建成于1706年(清朝康熙45年)，凈跨lOOm，寬27m，共有鐵鏈13根，每根重約16t多。在當時條件下在水流急湍的河道上架起這樣長的鐵鏈橋，工程是艱巨的。它表明了我國勞動人民的聰明才智和創(chuàng)造力。 中國古代的鋼鐵結構除鐵鏈橋外，尚有許多紀念性建筑，如目前仍然存在的，建于967年(五代南漢)的廣州光孝寺東鐵塔，共7層，塔身高635m，以及建于963年的西鐵第二章 鋼結構的材料 鋼結構常需在不同環(huán)境條件和情況下承受各種荷載，因此其鋼材應具有良好的機械性能(靜力、動力強度和塑性、韌性等)和

8、加工工藝性能(冷、熱加工和焊接性能)，以保證結構安全、節(jié)省鋼材、便于加工制造，并降低價格和投資。鋼材的種類很多，其性質(zhì)、用途和價格各不相同。符合鋼結構這些要求的鋼材，只是屬于碳素結構鋼和低合金結構鋼中的少數(shù)幾種，如Q235鋼、16Mn鋼、15MnV鋼等。 不同用途、荷載和工作環(huán)境條件的鋼結構，對鋼材性能的具體要求應有區(qū)別。此外，結構鋼材的受力破壞雖然在通常條件下是伴隨有明顯變形的塑性破壞，但在有些情況下也可能是沒有明顯變形征兆的突然發(fā)生的脆性破壞。因此，應了解鋼材的主要性能及其影響因素，研究可能導致鋼材脆性破壞的原因，以便針對結構的具體條件合理地選用鋼材和設計結構。這對提高和保證鋼結構的質(zhì)量，

9、防止和減少脆性破壞事故，取得良好的經(jīng)濟和使用效果都是必要的。這也是本章將要闡述的主要內(nèi)容。 第一節(jié) 鋼材的主要機械性能 鋼材的主要機械性能(也稱力學性能)通常是指鋼廠生產(chǎn)供應的鋼材在標準條件下均勻拉伸、冷彎和沖擊等單獨作用下顯示出的各種機械性能。 一、鋼材在單向均勻拉力作用下的性能 鋼材的單向均勻拉伸比壓縮、剪切等試驗簡單易行，試件受力明確，對鋼材缺陷的反應比較敏感，試驗所得各項機械性能指標對于其它受力狀態(tài)的性能也具有代表性。因此，它是鋼材機械性能的常用試驗方法。 鋼材的拉伸試驗通常是用規(guī)定形狀(圓形或板狀)和尺寸的標準試件、在常溫(204-5)下以規(guī)定的應力或應變速度逐漸施加荷載進行的。由于

10、加載速度緩慢，又稱靜力拉伸試驗。 鋼材靜力拉伸試驗的機械性能常用拉伸曲線，即應力應變曲線來表明。圖21是低碳結構鋼材靜力拉伸試驗的較典型的應力應變曲線。圖中縱坐標是試件橫截面上的名義應力=FAo(F、Ao為試件的受拉荷載和原橫截面面積)；橫坐標是應變l/lo(lo、l為試件的原標距長度和標距長度的伸長量)。該曲線所顯示的鋼材受力狀況和一些機械性能如下： 1彈性階段(圖21b中OB段)-鋼材拉伸試驗時的加、卸荷載過程表明，當應力不超過某一應力值、即曲線上B點的應力時，試件應力的增或減相應引起應變的增或減；卸除荷載后(8o)試件變形也完全恢復(o)，沒有殘余變形。鋼材的這種性質(zhì)稱為彈性，對應于最高

11、B點的應力人稱為彈性極限。在此之前鋼材處于完全彈性的受力階段。第17頁 上述彈性階段OB線段又可分為傾斜直線OA段和曲線AB段。在OA段即fp(fp稱為比例極限)時，-間呈線性正比例關系，即=E，E為該直線段的斜率，稱為鋼材的彈性模量，在鋼結構設計中，通常對所有的鋼材取統(tǒng)一的彈性模量值E=206103Nmm2。 曲線AB段即當fpfe后，鋼材不再是完全彈性的，這時鋼材的變形將包括彈性和塑性變形兩部分，其中塑性變形在卸除荷載后不再恢復，因而試件將留有殘余變形(例如圖21C或D點處向下虛線)。彈塑性階段的變形增長率dd繼續(xù)隨應力，的增加而加快，亦即切線模量ddEt(繼續(xù)逐漸減小；直至，達到屈服點應

12、力(圖2lb的C點)時丘t為零。對有些試件，其試驗曲線沒有明顯的彈塑性階段，即彈性階段一直保持到屈服點。 屈服階段(圖21b中CD段)-當施加的應力經(jīng)過彈塑性階段而達到某一數(shù)值時，-曲線中的應力。經(jīng)上下波動然后穩(wěn)定在該值附近的某一定值(圖21L實線)，也可能不發(fā)生波動而達到定值(圖21b中c點前短虛線)，這時荷載暫時不能增加，但變形卻持續(xù)增長，即變形模量為零。這時猶如鋼材屈服于所施加的荷載，故稱為鋼材應力達到屈服，進入受力的屈服階段。 鋼材屈服時其應力值的上限，即曲線上對應于Cu點的應力fy。稱為上屈服點；對應于下限C點的應力fy稱為下屈服點。fyu的值受試件加載速度、橫截面形狀和量測技術等的

13、影響而不太穩(wěn)定；人受其影響較小，對同一種鋼材有較穩(wěn)定的數(shù)值。因此通常以fy第三章 鋼結構設計方法 新頒布的鋼結構設計規(guī)范GBJ 1788和冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范GBJ 1887中的設計原則都是根據(jù)建筑結構設計統(tǒng)一標準GBJ 6884(試行)制訂的，采用以概率為基礎的極限狀態(tài)設計法，用分項系數(shù)的設計表達式進行計算。因此本章內(nèi)容主要包括：(1)一次二階矩概率極限狀態(tài)設計法；(2)分項系數(shù)表達的概率極限狀態(tài)設計實用表達式以及鋼結構習用的應力表達式；(3)規(guī)范GBJl788中鋼材和連接的強度設計值。 第一節(jié) 概率極限狀態(tài)設計法的基本概念 為了便于后面講述概率極限狀態(tài)設計法，現(xiàn)對有關概念加以簡介。 一

14、、結構的功能要求 結構設計的目的是要使設計的結構能夠滿足各種預定功能要求。建筑結構設計統(tǒng)一標準規(guī)定，建筑結構必須滿足下列功能要求： (1)安全性 結構應能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載及引起結構外加變形或約束變形的其它作用(如支座沉陷、溫度變化)，在偶然事件(如地震)發(fā)生時及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定，不致倒塌。 (2)適用性 結構在正常使用荷載作用下應具有良好工作性能，滿足預定的使用要求，例如不產(chǎn)生影響正常使用的過大變形等。 (3)耐久性 結構在正常維護下，應隨時間的變化仍能滿足預定功能要求，例如不發(fā)生嚴重銹蝕而影響結構的使用壽命等。 二、結構的可靠性、可靠度、失效概率 結構

15、的可靠性是指結構在規(guī)定的時間(設計基準期，一般取50年)內(nèi)，在規(guī)定的條件(正常設計、正常施工、正常使用和正常維護)下，完成預定的安全性、適用性和耐久性等功能的能力。顯然，結構具有安全性、適用性和耐久性，即可認為結構具有可靠性；因而也可以說，結構可靠性是關于結構安全性、適用性和耐久性的概稱。 用來度量結構可靠性的指標稱為可靠度。它是可靠性的定量描述，它表示可靠程度的大小。用來度量安全性的指標稱為安全度?？煽慷缺劝踩鹊暮x更廣泛，但安全度是可靠度最重要的內(nèi)容。 由于影響可靠性的各種因素存在著不定性，如荷載、材料性能等的變異、計算模型的不完善，制作、安裝質(zhì)量的差異等，而且這些因素都是隨機的，因此度

16、量可靠性比較科學的方法是用概率表示。可靠度是指結構在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，它是結構可靠性的概率度量。第46頁結構能夠完成預定功能的概率稱為可靠概率(A)，反之，結構不能完成預定功能的概率稱為失效概率(pf)，二者互補，即ps+pf1。 在結構設計中，除了滿足可靠性要求外，還必須考慮經(jīng)濟性。二者之間是經(jīng)?；ハ嗝艿摹＝Y構設計要解決的基本問題，就是在結構的可靠與經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡，力求以比較最經(jīng)濟的途徑，使所設計的結構具有適當?shù)目煽慷?，也就是以適當?shù)目煽慷葋頋M足各種預定的功能要求。 從概率的觀點看，結構的安全可靠不可能是絕對的，即不可能是百分之百的，總是存在風險的

17、。但只要結構的失效概率足夠小，小到人們可以接受的程度，就可以認為這一結構設計是可靠的。根據(jù)這樣的認識而得到的計算方法稱為概率法。 三、結構上的作用、作用效應、結構構件抗力 結構上的作用是指使結構產(chǎn)生效應(即內(nèi)力、變形、應力、應變等)的各種原因的總稱。作用可分為直接作用和間接作用兩類。直接作用是指直接施加于結構上的集中或分布的力，如結構自重、樓面活荷載、吊車荷載等，統(tǒng)稱為荷載。間接作用是指引起結構外加變形或約束變形的其他作用，以變形形式作用于結構，如溫度變化、基礎沉降、焊接、地震等。 作用按隨時間的變異可分為永久作用、可變作用和偶然作用。永久作用指在設計基準期(結構使用期)內(nèi)其值不隨時間變化，或

18、其變化與平均值相比可以忽略不計的，如結構自重、土壓力、預加應力、基礎沉降、焊接等。永久荷載習稱恒荷載?？勺冏饔弥冈谠O計基準期內(nèi)其值隨時間變化，且其變化與平均值比較不可忽略的，如安裝荷載、樓面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載、溫度變化、常遇地震等?？勺兒奢d習稱活荷載。偶然作用指在設計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間較短的，如地震、爆炸力、撞擊力等。 作用效應(占)是指結構上的作用引起的結構或其構件的內(nèi)力和變形，如軸力、彎矩、剪力、扭矩、應力和撓度、轉(zhuǎn)角、應變等。當作用為荷載時，其效應也可稱為荷載效應。本章主要討論荷載效應。因為結構上的作用是不確定的隨機變量，所以作用(荷載)效

19、應S般也是隨機變量。 作用在結構上的荷載Q與荷載效應S之間，在簡單情況下一般存在線性比例關系，即 SCQ(31)式中常數(shù)c稱為荷載效應系數(shù)，與結構型式和荷載情況有關。例如一簡支梁的跨中作用一集中荷載Q，計算最大彎矩時，cl4，l為梁的跨度。在這種情況下，荷載效應的統(tǒng)計規(guī)律可按與荷載的統(tǒng)計規(guī)律一致來考慮。 結構(構件)抗力(R)是指結構或構件承受內(nèi)力和變形的能力，如構件的承載能力、剛度等。結構(構件)的抗力是結構(構件)材料性能(強度、彈性模量等)、幾何參數(shù)和計算模式的函數(shù)。由于材料性能的變異性、構件幾何特征的不定性和計算模式的不定性，結構(抗件)抗力也是隨機變量。第四章 鋼結構的連接 第一節(jié)

20、鋼結構的連接方法 鋼結構是由鋼板、型鋼等組合連接制成基本構件，如梁、柱、桁架等；運到工地后再通過安裝連接組成整體結構，如屋蓋、廠房、橋梁等。連接在鋼結構中占有很重要的地位，將直接影響鋼結構的制造安裝和經(jīng)濟指標以及使用性能。連接設計應符合安全可靠、節(jié)省鋼材、構造簡單、制造安裝方便等原則。 鋼結構的連接方法可分為焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接等(圖41)。其中普通螺栓連接使用最早，約從18世紀中葉開始，至今仍是安裝連接的一種重要方法。19世紀20年代開始使用鉚釘連接，此后發(fā)展成在鋼結構連接中占統(tǒng)治地位。19世紀下半葉出現(xiàn)焊縫連接，在本世紀20年代后逐漸廣泛使用并取代鉚釘連接成為鋼結構的主要連接方法。

21、本世紀中葉又發(fā)展使用高強度螺栓連接，現(xiàn)已在一些較大鋼結構的安裝連接中得到較多的使用。 一、焊縫連接 焊縫連接是現(xiàn)代鋼結構最主要的連接方法。在鋼結構中主要采用電弧焊；較少特殊情況下可采用電渣焊和電阻焊等。 焊縫連接的優(yōu)點是對鋼材從任何方位、角度和形狀相交都能方便適用，一般不需要附加連接板、連接角鋼等零件，也不需要在鋼材上開孔，不使截面受削弱，因而構造簡單，節(jié)省鋼材，制造方便，并易于采用自動化操作，生產(chǎn)效率高。此外，焊縫連接的剛度較大，密封性較好。 焊縫連接的缺點是焊縫附近鋼材因焊接的高溫作用而形成熱影響區(qū)，其金相組織和機械性能發(fā)生變化，某些部位材質(zhì)變脆；焊接過程中鋼材受到不均勻的高溫和冷卻，使結

22、構產(chǎn)生焊接殘余應力和殘余變形，影響結構的承載力、剛度和使用性能，焊縫連接的剛度第71頁大和材料連續(xù)是優(yōu)點，但也使局部裂紋一經(jīng)發(fā)生便容易擴展到整體。因此，與高強度螺栓和鉚釘連接相比，焊縫連接的塑性和韌性較差，脆性較大，疲勞強度較低。此外，焊縫可能出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，也是影響焊縫連接質(zhì)量的不利因素。現(xiàn)場焊接的拼裝定位和操作較麻煩，因而構件間的安裝連接常盡量采用高強度螺栓連接、或設安裝螺栓定位后再焊接。 二、螺栓連接 螺栓連接可分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接。普通螺栓通常用Q235鋼(3號鋼)制成，用普通扳手擰緊；高強度螺栓則用高強度鋼材制成并經(jīng)熱處理，用特制的、能控制扭矩或螺栓拉力的扳手，擰緊

23、到使螺栓有較高的規(guī)定預拉力值，相應把被連接的板件高度夾緊。 普通螺栓和高強度螺栓連接的優(yōu)點是安裝方便，特別適用于工地安裝連接；也便于拆卸，適用于需要裝拆結構的連接和臨時性連接。其缺點是需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加制造工作量；螺栓孔還使構件截面削弱，且被連接的板件需要互相搭接或另加角鋼或拼接板等連接件，因而多費鋼材。 1普通螺栓連接 普通螺栓連接一般采用C級螺栓，習稱粗制螺栓；較少情況下可采用質(zhì)量要求較高的A、B級螺栓，習稱精制螺栓。 (1)C級螺栓連接 C級螺栓用未經(jīng)加工的圓鋼制成，桿身表面粗糙，尺寸不很準確；螺栓孔是在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成(稱為，類孔)，孔徑比螺栓直徑大12

24、mm。 C級螺栓連接的優(yōu)點是結構的裝配和螺栓裝拆方便，操作不需復雜的設備，并比較適用于承受拉力；而其受剪性能則較差。因此，它常用于承受拉力的安裝螺栓連接(同時有較大剪力時常另加承托承受)、次要結構和可拆卸結構的受剪連接、以及安裝時的臨時連接。 受剪性能較差是由于孔徑大于桿徑較多，當連接所受剪力超過被連接板件間的摩擦力(普通螺栓用普通扳手擰緊，擰緊力和摩擦力較小)時，板件間將發(fā)生較大的相對滑移變形，直至螺栓桿與板件孔壁一側接觸；也由于螺栓孔中距不準，致使個別螺栓先與孔壁接觸、以及接觸面質(zhì)量較差，使各個螺栓受力較不均勻。 (2)A、B級螺栓連接 A、B級螺栓桿身經(jīng)車床加工制成，表面光滑，尺寸準確；

25、按尺寸規(guī)格和加工要求又分為A、B兩級(直徑d24mm并長度l150mm和10d時用A級；d24mm或l150mm或10d時用B級。A級的精度要求更高)。螺栓孔在裝配好的構件上鉆成或擴鉆成(相應先在單個零件上鉆或沖成較小孔徑)，或在單個零件或構件上分別用鉆模鉆成(統(tǒng)稱為類孔)。孔壁光滑，對孔準確，孔徑與螺栓桿徑相等，但分別允許正和負公差，安裝時需將螺栓輕擊入孔。 A、B級螺栓連接由于加工精度高、尺寸準確和桿壁接觸緊密，可用于承受較大的剪力、拉力的安裝連接，受力和抗疲勞性能較好，連接變形較??；但其制造和安裝都較費工，價格昂貴，故在鋼結構中較少采用，主要用在直接承受較大動力荷載的重要結構的受剪安裝螺

26、栓。目前的情況是通常為摩擦型高強度螺栓連接所取代。第第五章 軸心受力構件 第一節(jié) 概述 軸心受力構件是指軸心受拉構件和軸心受壓構件，其中包括軸心受壓柱。 在鋼結構中，屋架、托架、塔架和網(wǎng)架等各種類型的平面或空間鋼桁架以及支撐系統(tǒng)，通常均由軸心受拉和軸心受壓構件所組成(圖51)。 工作平臺以及單層、多層和高層房屋骨架的柱，承受梁或桁架傳來的荷載，當荷載為對稱布置且不考慮承受水平荷載時，這些柱屬于軸心受壓柱。柱通常由柱頭、柱身和柱腳三部分組成(圖52)，柱頭支承上部結構并將其荷載傳給柱身，柱腳則把荷載由柱身傳給基礎。 軸心受拉和軸心受壓構件(包括軸心受壓柱)，按其截面組成型式，可分為實腹式構件和格

27、構式構件兩種(圖52)。實腹式構件具有整體連通的截面，如圖53a，其中最常用的是工形和箱形截面。實腹式構件構造簡單，制造方便，整體受力和抗剪性能好，但截面尺寸大時鋼材用量較多。 格構式構件一般由兩個或多個分肢用綴件(綴條或綴板)聯(lián)系組成(圖52b，c，圖53b)。采用較多的是兩分肢格構式構件，其綴件一般設置在分肢翼緣兩側平面內(nèi)。分肢通常采用軋制槽鋼或工字鋼，承受荷載大時可采用焊接工形或槽形組合截面。格構式構件中，垂直于分肢腹板平面的主軸叫做實軸，垂直于分肢綴件平面的主軸叫做虛軸(圖53b)。綴件分綴條和綴板兩類，其作用是將各分肢連成整體，使其共同受力，并承受繞虛軸彎曲時產(chǎn)生的剪力。綴條常采用單

28、角鋼，與分肢翼緣組成桁架體系，對承受橫向剪力有較大的剛度。綴板常采用鋼板，必要時也可采用型鋼，每隔一定距離在每個綴板平面內(nèi)設置一個，與分肢翼緣組成剛架體系。在構件產(chǎn)生繞虛軸彎曲而承受橫向剪力時，其變形比綴條體系稍大，因而剛度略低，所以通常用于受拉構件或壓力較小的受壓構件。 軸心受壓柱以及受力較大的軸心受拉或軸心受壓構件，通常采用實腹式或格構式雙軸對稱截面(圖53)。一般情況是組合截面，有時也采用軋制工形或圓管截面。在普通桁架中，其桿件(受拉或受壓)常采用兩個等邊或不等邊角鋼組成的T形截面或十形截面，第140頁也可采用圓管或單角鋼等截面(圖54)。輕型桁架的桿件則可采用小角鋼(雙角鋼或單角鋼)或

29、圓鋼等截面(圖55a)，或采用各種型式的冷彎薄壁型鋼截面(圖55b)。第六章 梁 第一節(jié) 梁的應用和型式 鋼結構中廣泛應用鋼梁，即鋼材制造的實腹式受彎構件，例如工業(yè)和民用建筑中的樓蓋梁、屋蓋梁、檁條、墻架梁、吊車梁和工作平臺梁(圖61)，以及橋梁、水工閘門、起重機、海上采油平臺的梁等。 鋼梁中最常采用簡支梁，其用鋼量雖然較多，但制造和安裝方便，溫度變化和支座沉陷不產(chǎn)生附加內(nèi)力。有些情況下可采用帶伸臂的梁、連續(xù)梁和框架梁(端部受彈性約束)等。 鋼梁按受力和使用要求可采用型鋼梁和組合梁。型鋼梁加工簡單，價格較廉；但型鋼截面尺寸受到一定規(guī)格的限制。當荷載和跨度較大、采用型鋼截面不能滿足承載力或剛度要

30、求時，則采用組合梁。 型鋼梁中通常采用熱軋型鋼梁(圖62ac)，荷載和跨度較小時也可采用冷彎薄壁型第200頁鋼梁(圖62df)。熱軋型鋼梁主要采用工字鋼和槽鋼梁，其截面高而窄，適寸：強軸方向受彎。圖62b的工字鋼具有相對較寬的翼緣，一般稱為H型鋼(寬翼緣工字鋼)，用作梁時有較大的側向剛度、抗扭剛度和整體穩(wěn)定性，也便于在翼緣上擱置面板。槽鋼梁的截面左右不對稱，彎曲中心位于腹板外側，在翼緣上施加荷載時梁同時受彎并受扭，故只在構造上能使荷載接近彎曲中心或能適當防止截面扭轉(zhuǎn)時才宜采用；但槽鋼的一個側面平整，當端部靠腹板與其它構件連接時比較方便，用于檁條等雙向受彎情況也常比工字鋼截面有利。冷彎薄壁型鋼梁

31、常用于承受較輕荷載(輕屋面輕墻面等)的情況，如輕型檁條和墻梁等，其用鋼量較省，但對防銹要求較高。通常用卷邊槽鋼截面(圖62d、e)，對檁條也常用卷邊2形鋼截面(圖62f)，傾斜放置時其較強主軸比較接近于水平線位置，對承受豎向荷載下的彎曲較有利。 組合梁由鋼板或型鋼用焊縫、鉚釘或螺栓連接而成。最常用的是由三塊鋼板焊成的工形截面梁(圖62g)，構造簡單，制造方便，用鋼量省。對多層翼緣板焊接組成的焊接梁(圖62h)，焊接工作量增加，并會產(chǎn)生較大焊接應力和焊接變形，而且各層翼緣板間受力不均勻，當切斷外層翼緣板以改變梁截面時將引起力線突變和較大應力集中，故目前用得較少，通常是當荷載較大、所供應厚鋼板不能

32、滿足單層翼緣板的強度或焊接性要求時采用雙層翼緣板，這時外層和內(nèi)層翼緣板的厚度比宜為051。雙腹板的箱形截面梁(圖62i)具有較大的抗扭和側向抗彎剛度，用于荷載和跨度較大而梁高受到限制、或側向剛度要求較高或受雙向較大彎矩的梁，例如橋式起重機的大梁等；但鋼材用量較多，施焊不方便，制造也較費工。 組合梁的連接方法一般用焊接。但對跨度和動力荷載較大的梁油J所需厚鋼板的質(zhì)量不能滿足焊接結構或動力荷載的要求時，可采用鉚接或摩擦型高強度螺栓連接組合梁。這種組合梁最常采用由腹板、翼緣角鋼和翼緣蓋板組成的1形截面梁(圖62。翼緣角鋼面積不宜少于整個翼緣面積的30；蓋板通常用13塊，以便采用較薄鋼板，也便于隨著梁

33、彎矩的減小而逐次切斷蓋板而成為變截面梁；有時也可不用蓋板。這種梁費料又費工，目前用得較少。 鋼與混凝土組合梁(圖62k)是在梁的受壓區(qū)采用混凝土而其余部分采用鋼材，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，可以大大減小受壓翼緣的鋼材。這種梁已逐漸得到應用，主要用在樓蓋和公路橋梁的主次梁，這時現(xiàn)澆的鋼筋混凝土面板正好同時作為梁的受壓翼緣；為了保證兩種材料共同受力，鋼梁表面應焊接抗剪連接件以與現(xiàn)澆混凝土板相聯(lián)系。 組合梁一般采用雙軸對稱截面(圖62 gj)；但也可采用加強受壓翼緣的單軸對稱第七章 拉彎構件和壓彎構件 第一節(jié) 概述 拉彎構件和壓彎構件是指同時承受軸心拉力或壓力N以及彎矩M的構件，也常稱為偏心受拉構件或

34、偏心受壓構件。拉彎和壓彎構件的彎矩可以由于縱向荷載不通過構件截面形心的偏心所引起(圖7la)，也可由橫向荷載所引起(圖71b)，或由構件端部轉(zhuǎn)角約束(如固端、連續(xù)或框架梁、柱等)產(chǎn)生的端部彎矩所引起(圖71c)。 鋼結構中常采用拉彎和壓彎構件，尤其是壓彎構件的應用更為廣泛。例如單層廠房的柱、多層或高層房屋的框架柱、承受不對稱荷載的工作平臺柱、以及支架柱、塔架、桅桿塔等常是壓彎構件，桁架中承受節(jié)間內(nèi)荷載的桿件則常是壓彎或拉彎構件。 拉彎和壓彎構件通常采用雙軸對稱或單軸對稱的截面型式，可為實腹式或格構式的(圖72，73)。雙軸對稱截面(圖72a)常用于彎矩較小或正負彎矩絕對值大致相等以及構造或使用

35、上宜于采用對稱截面的構件或柱；單軸對稱截面(圖72b)常用于正負彎矩相差較大的構件或柱，即把截面的受力較大一側適當加大，以節(jié)省鋼材。普通桁架中的拉彎或壓彎桿件常可采用圖73的單軸對稱或雙軸對稱截面，以較好適應節(jié)點連接的需要。第287頁 拉彎和壓彎構件的截面通常做成在彎矩作用方向具有較大的截面尺寸，使在該方向有較大的截面抵抗矩、回轉(zhuǎn)半徑和抗彎剛度，以便更好地承受彎矩。在格構式構件中，通常使虛軸垂直于彎矩作用平面，以便根據(jù)承受彎矩的需要，更好、更靈活地調(diào)整和適當加大兩分肢間的距離。 與軸心受壓構件和受彎構件相仿，壓彎構件的設計應考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等四個方面。強度計算一般可考慮截面塑

36、性變形的發(fā)展，對直接承受動力荷載的構件和格構式構件等則通常按彈性受力計算。剛度和整體穩(wěn)定計算通常應分別考慮對x軸和y軸兩個方向，對承受單向彎矩作用的壓彎構件亦即為在彎矩作用平面內(nèi)和在彎矩作用平面外兩個方向。剛度計算一般是控制構件的最大長細比不超過規(guī)定的容許值，對框架梁等以承受彎矩為主的壓彎構件和必要時則需計算彎矩作用方向的撓度不超過容許值。局部穩(wěn)定計算一般是保證構件各組成板件在受力過程中的局部穩(wěn)定或控制各板件的寬厚比不超過規(guī)定的最大限值。對格構式構件則還應計算各分肢的穩(wěn)定性是否滿足要求。 拉彎構件的設計一般只需考慮強度和剛度兩個方面。但對以承受彎矩為主的拉彎構件，當截面一側最外纖維發(fā)生較大的壓

37、應力時，則也應考慮和計算構件的整體穩(wěn)定以及受壓板件或分肢的局部穩(wěn)定。 本章將主要敘述拉彎和壓彎構件的上述強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等設計計算問題，以及有關的構造問題。著重說明壓彎構件，但其基本原則同樣適用于拉彎構件。 在計算拉彎和壓彎構件的剛度時，有關確定構件長細比、計算長度和計算長度系數(shù)的原則和方法與軸心受拉和軸心受壓構件完全相同。本章第七節(jié)還要對框架柱的計算長度作一些補充說明。鋼結構設計規(guī)范GBJ 1788規(guī)定拉彎和壓彎構件的容許長細比分別采用與軸心受拉和軸心受壓完全相同的數(shù)值，見表51和52。 第二節(jié) 拉彎構件和壓彎構件的強度計算 對拉彎構件和截面有孔洞等削弱較多的或構件端部彎矩大于

38、跨間彎矩的壓彎構件，需要進行強度計算。 現(xiàn)以彎矩M僅作用于一個主平面內(nèi)的雙軸對稱截面壓彎(拉彎)構件為例(圖74a、b)，軸心力N與彎矩A按比例增加，當N產(chǎn)生的均勻正應力(圖74a、b虛線)與M引起的彎曲正應力疊加后，截面上壓(拉)應力大的一側最外纖維處為最大壓(拉)應力，另一側最外纖維為最大拉(壓)應力(當M較大時，圖74a)或最小壓(拉)應力(當M較小時，圖74b)。當最大壓(拉)應力小于鋼材屈服強度fy時，構件處于彈性工作狀態(tài)。當N和M繼續(xù)增加，最大壓(拉)應力達到人(圖74a、b)時，構件截面強度達到彈性階段極限第八章桁 架 第一節(jié)鋼桁架概述 一、鋼桁架的應用和類型 桁架(圖81)是指

39、由直桿在端部互相連接而組成的以抗彎為主的格構式結構。桁架主要承受橫向荷載，在荷載作用下桁架整體受彎，有些情況還同時受拉或受壓；但桁架中的桿件則大部分情況下只受軸心拉力或壓力。 最常采用的是平面桁架，在橫向荷載作用下其受力實質(zhì)是格構式的梁。鋼桁架與實腹式的鋼梁相比較，其特點是以弦桿代替翼緣和以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點處通過節(jié)點板(或其它零件)用焊縫或其它連接將腹桿和弦桿互相連接；有時也可不用節(jié)點板而直接將各桿件互相焊接(或其它連接)。這樣，平面桁架整體受彎時的彎矩表現(xiàn)為上、下弦桿的軸心受壓和受拉，剪力則表現(xiàn)為各腹桿的軸心受壓或受拉。 桁架在鋼結構中應用很廣，例如在工業(yè)與民用建筑的屋蓋(屋架等)和

40、吊車梁(即吊車桁架)、橋梁、起重機(其塔架、梁或臂桿等)、水工閘門、海洋采油平臺中，常用鋼桁架作為承重結構的主要構件。在大跨度公共建筑屋蓋結構中較多采用的各種型式的鋼網(wǎng)架，則屬于空間鋼桁架。各種類型的塔架，如電視、輸電、鉆井、起重機用塔架和桅桿塔，常用三面、四面或多面平面桁架組成的空間鋼桁架。 鋼桁架與實腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，并且桿件主要承受軸心力，從而常能節(jié)省鋼材和減輕結構自重。這使鋼桁架特別適用于跨度或高度較大的結構。此外，鋼桁架還便于按照不同的使用要求制成各種需要的外形。并且，由于腹桿鋼材用量比實腹梁的腹板有所減少，鋼桁架常可做成有較大高度，從而具有較大的剛度。但是，鋼桁

41、架的桿第336頁件和節(jié)點較多，構造較為復雜，制造較為費工。 鋼桁架中，梁式簡支桁架最為常用。因為這種桁架受力明確，桿件內(nèi)力不受支座沉陷和溫度變化的影響，構造簡單，安裝方便；但用鋼量稍大。剛架式和多跨連續(xù)鋼桁架等能節(jié)省鋼材，但其內(nèi)力受支座沉陷和溫度變化的影響較敏感，制造和安裝精度要求較高，因此采用較少。在單層廠房鋼骨架中，屋蓋鋼桁架常與鋼柱組成單跨或多跨剛架，水平剛度較大，能更好適應較大吊車或振動荷載的要求。連續(xù)鋼桁架常用于較大跨度的橋梁等結構和有纖繩的桅桿塔結構。在大跨度的公共建筑和橋梁中，也常采用拱式鋼桁架。在海洋平臺和某些房屋結構中，也常采用懸臂式鋼桁架。各種塔架都屬于懸臂式結構。 鋼桁架

42、按桿件內(nèi)力、桿件截面和節(jié)點構造特點可分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般采用單腹式桿件，通常是兩個角鋼組成的T形截面，有時也用十形、槽形或管形等截面(圖82a)，在節(jié)點處用一塊節(jié)點板連接，構造簡單，應用最廣。重型鋼桁架的桿件受力較大，采用由鋼板或型鋼組成的H形或箱形截面(圖82b)，節(jié)點處用兩塊平行的節(jié)點板連接，它常用于跨度和荷載較大的鋼桁架，如橋梁和大跨度屋架等。輕型鋼桁架采用小角鋼及圓鋼(圖82c)，或采用冷彎薄壁型鋼(圖82d)，節(jié)點處可用節(jié)點板連接，也可將桿件直接相連，它主要用于跨度較小、屋面較輕的屋蓋結構。 鋼桁架通常采用焊縫連接。支撐系統(tǒng)和可拆卸的結構(輸電塔、起重機等)的安裝部分則常采用c級(粗制)或高強度螺栓連接。重型桁架各桿件間的工地連接通常采用高強度螺栓連