PPT鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)講義（同濟(jì)大學(xué)）

鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)同濟(jì)大學(xué)土木木系(土木工程專業(yè)業(yè))講師：張?jiān)破狡?概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1.1結(jié)構(gòu)的極限狀狀態(tài)當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或或結(jié)構(gòu)的一部部分超過某一一特定狀態(tài)就就不能滿足設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定的某某一功能要求求時(shí)，此特定定狀態(tài)為該功功能的極限狀狀態(tài)。分為承承載能力極限限狀態(tài)和正常常使用極限狀狀態(tài)。承載能力極限限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或或構(gòu)件達(dá)到最最大承載能力力或出現(xiàn)不適適于繼續(xù)承載載的變形正常使用極限限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)達(dá)到正常使用用或耐久性能能的某項(xiàng)規(guī)定定限值結(jié)構(gòu)的工作性性能可用結(jié)構(gòu)構(gòu)的功能函數(shù)Z來描述，設(shè)計(jì)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)可取取荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本隨機(jī)機(jī)變量來表達(dá)達(dá)結(jié)構(gòu)的功能能函數(shù)，即Z=g（R，S）＝R－S（1-1）顯然，Z是隨機(jī)變變量，有有以下三三種情況況：Z＞0結(jié)構(gòu)處于于可靠狀狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到到極限狀狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處于于失效狀狀態(tài)?？梢姡Y(jié)結(jié)構(gòu)的極極限狀態(tài)態(tài)是結(jié)構(gòu)構(gòu)由可靠靠轉(zhuǎn)變?yōu)闉槭У牡呐R界狀狀態(tài)。由于R和S受到許多多隨機(jī)性性因素影影響而具具有不確確定性，，Z≥0不是必然性性的事件。。因此科學(xué)學(xué)的設(shè)計(jì)方方法是以概概率為基礎(chǔ)礎(chǔ)來度量結(jié)結(jié)構(gòu)的可靠靠性。1.2可靠靠度度按照照概概率率極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)法法，，結(jié)構(gòu)構(gòu)的的可可靠靠度度定定義義為為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在規(guī)規(guī)定定的的時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)，，規(guī)規(guī)定定的的條條件件下下，，完完成成預(yù)預(yù)定定功功能能的的概概率率?！啊巴晖瓿沙深A(yù)預(yù)定定功功能能””指指對對某某項(xiàng)項(xiàng)規(guī)規(guī)定定功功能能而而言言結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不失失效效。。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在規(guī)規(guī)定定的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)使使用用年年限限內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)滿滿足足的的功功能能有有：：(1)在正正常常施施工工和和正正常常使使用用時(shí)時(shí)，，能能承承受受可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)的的各各種種作作用用；；(2)在正正常常使使用用時(shí)時(shí)具具有有良良好好的的工工作作性性能能；；(3)在正正常常維維護(hù)護(hù)下下具具有有足足夠夠的的耐耐久久性性；；(4)在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)定定的的偶偶然然事事件件發(fā)發(fā)生生時(shí)時(shí)及及發(fā)發(fā)生生后后，，仍仍能能保保持持必必需需的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。規(guī)定定的的設(shè)計(jì)計(jì)使使用用年年限限（設(shè)計(jì)計(jì)基基準(zhǔn)準(zhǔn)期期）是是指指設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)定定的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件不不需需進(jìn)進(jìn)行行大大修修即即可可按按其其預(yù)預(yù)定定目使使用用的的年年限限。。大大陸陸規(guī)規(guī)范范規(guī)規(guī)定定建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)計(jì)計(jì)基基準(zhǔn)準(zhǔn)期期為為50年。若以以Pr表示示結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的可可靠靠度度，，則則有有Pr=P（Z≥0）（（1-2）記Pf為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的失失效效概概率率，，則則有有Pf=P（Z<0）（（1-3）顯然然Pr=1－Pf（1-4）因此此結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可靠靠度度的的計(jì)計(jì)算算可可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為失效效概概率率的計(jì)計(jì)算算。。可可靠靠的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)指指的的是是使使失失效效概概率率小小到到可可以以接接受受程程度度的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，絕絕對對可可靠靠的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（（失失效效概概率率等等于于零零））是是不不存存在在的的。。由由于于與與Z有關(guān)關(guān)的的多多種種影影響響因因素素都都是是不不確確定定的的，，其其概概率率分分布布很很難難求求得得，，目目前前只只能能用用近近似似概概率率設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方法法，，同同時(shí)時(shí)采采用用可可靠靠指指標(biāo)標(biāo)表表示示失失效效概概率率。。1.3可靠靠指指標(biāo)標(biāo)為了了使使結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)達(dá)達(dá)到到安安全全可可靠靠與與經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)上上的的最最佳佳平平衡衡，，必必須須選選擇擇一一個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的最最優(yōu)優(yōu)失失效效概概率率或或目目標(biāo)標(biāo)可可靠靠指指標(biāo)標(biāo)。。可可采采用用““校準(zhǔn)準(zhǔn)法法”求求得得。。即即通通過過對對原原有有規(guī)規(guī)范范作作反反演演分分析析，，找找出出隱隱含含在在現(xiàn)現(xiàn)有有工工程程中中相相應(yīng)應(yīng)的的可可靠靠指指標(biāo)標(biāo)值值，，經(jīng)經(jīng)過過綜綜合合分分析析，，確確定定設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)范范采采用用的的目目標(biāo)標(biāo)可可靠靠指指標(biāo)標(biāo)值值。?！督ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件件可靠指標(biāo)不不應(yīng)小于表1-1中的規(guī)定。鋼鋼結(jié)構(gòu)連接的的承載能力極極限狀態(tài)經(jīng)常常是強(qiáng)度破壞壞而不是屈服服，可靠指標(biāo)標(biāo)應(yīng)比構(gòu)件為為高，一般推推薦用4.5。表1－11概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1.4極限狀態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)表達(dá)式除疲勞計(jì)算外外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范采用用以概率理論為基基礎(chǔ)的極限狀狀態(tài)設(shè)計(jì)方法法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)計(jì)算(1)對于承載能力極限限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)應(yīng)采用荷載效效應(yīng)的基本組合和偶然組組合進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)基本組合按下列極限狀狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)達(dá)式中最不利利值確定由可變荷載效應(yīng)控制的組組合：（1-5）由永久荷載效應(yīng)控制的組組合：（1-6）0——結(jié)構(gòu)重要性系系數(shù)，按下列規(guī)定定采用：對安安全等級為一一級或設(shè)計(jì)使使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不不應(yīng)小于1.1；對安全等級級為二級或設(shè)設(shè)計(jì)使用年限限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件件，不應(yīng)小于于1.0；對安全等級級為三級或設(shè)設(shè)計(jì)使用年限限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件件，不應(yīng)小于于0.9；G——永久荷載分項(xiàng)項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按按下列規(guī)定采采用：當(dāng)永久久荷載效應(yīng)對對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的的承載能力不不利時(shí)，對由可變荷載效效應(yīng)控制的組組合應(yīng)取1.2，對由永久荷荷載效應(yīng)控制制的組合應(yīng)取取1.35；當(dāng)永久荷載載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的承載能能力有利時(shí)，，一般情況下下取1.0；Q1,Qi——第1個(gè)和第i個(gè)可變荷載分分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)應(yīng)按下列規(guī)定定采用：當(dāng)可可變荷載效應(yīng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的承載能力不利時(shí)時(shí)，在一般情情況下應(yīng)取1.4，對標(biāo)準(zhǔn)值大大于4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓樓面結(jié)構(gòu)的活活荷載取1.3；當(dāng)可變荷載載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的承載載能力有利時(shí)時(shí)，應(yīng)取為0；S——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值的效應(yīng)；；1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法SQ1k——在基本組合中中起控制作用用的第1個(gè)可變荷載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)應(yīng)；SQik——第i個(gè)可變荷載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)應(yīng)；ci——第i個(gè)可變荷載的的組合值系數(shù)數(shù)，其值不應(yīng)應(yīng)大于1；R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗抗力設(shè)計(jì)值，，R=Rk/R，Rk為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗抗力標(biāo)準(zhǔn)值，，R為抗力分項(xiàng)系系數(shù)，對于Q235鋼，R=1.087；對于Q345、Q390和Q420鋼，R=1.111。對于一般排架、框架結(jié)結(jié)構(gòu)，可以采用簡簡化設(shè)計(jì)表達(dá)達(dá)式：由可變荷載效應(yīng)控制的組組合：（1-7）——簡化設(shè)計(jì)表達(dá)達(dá)式中采用的的荷載組合系系數(shù)，一般情情況下可取=0.9，當(dāng)只有一個(gè)個(gè)可變荷載時(shí)，取=1.0。由永久荷載效應(yīng)控制的組組合仍按式（（1-6）計(jì)算。偶然組合對于偶然組合合，極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式式宜按下列原原則確定：偶偶然作用的代代表值不乘以分項(xiàng)系系數(shù)；與偶然作用同時(shí)時(shí)出現(xiàn)的可變變荷載，應(yīng)根根據(jù)觀測資料料和工作經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)牡拇碇怠?2)對于正常使用極限限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件根根據(jù)不同設(shè)計(jì)計(jì)目的，分別別選用荷載效效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組組合、頻遇組組合和準(zhǔn)永久組合合進(jìn)行設(shè)計(jì)，，使變形、裂裂縫等荷載效效應(yīng)的設(shè)計(jì)值值符合下式的的要求：Sd≤C（1-8）Sd——變形、裂縫等等荷載效應(yīng)的的設(shè)計(jì)值；C——設(shè)計(jì)對變形、、裂縫等規(guī)定定的相應(yīng)限值值。1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法鋼結(jié)構(gòu)的正常常使用極限狀狀態(tài)只涉及變變形驗(yàn)算，僅僅需考慮荷載載的標(biāo)準(zhǔn)組合合：（1-9）1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1.5鋼結(jié)構(gòu)的疲勞勞計(jì)算疲勞斷裂的概概念鋼結(jié)構(gòu)的疲勞勞斷裂是裂紋紋在連續(xù)重復(fù)荷載載作用下不斷擴(kuò)展以至至斷裂的脆性性破壞。疲勞勞破壞經(jīng)歷三三個(gè)階段：裂裂紋的形成，，裂紋的緩慢慢擴(kuò)展和最后后迅速斷裂。。與疲勞破壞有有關(guān)的幾個(gè)概概念應(yīng)力集中應(yīng)力循環(huán)特征征連續(xù)重復(fù)荷載載之下應(yīng)力從從最大到最小小重復(fù)一周叫叫做一個(gè)循環(huán)環(huán)。應(yīng)力循環(huán)環(huán)特征常用應(yīng)應(yīng)力比來表示示，拉應(yīng)力取取正值，壓應(yīng)應(yīng)力取負(fù)值。。應(yīng)力幅應(yīng)力幅表示應(yīng)應(yīng)力變化的幅幅度，用△=max-min表示，應(yīng)力幅幅總是正值。。1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法疲勞壽命（致致?lián)p循環(huán)次數(shù)數(shù)）疲勞壽命指在在連續(xù)反復(fù)荷荷載作用下應(yīng)應(yīng)力的循環(huán)次次數(shù)，一般用用n表示。（1）疲勞曲線（—n曲線）(1-11)1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法和疲疲勞設(shè)計(jì)的容容許應(yīng)力法大陸2鋼結(jié)構(gòu)材料2.1結(jié)構(gòu)鋼材的破破壞形式:塑性破壞脆性破壞2.2鋼結(jié)構(gòu)對鋼材材性能的要求求(1)較高的強(qiáng)度:屈服強(qiáng)度（屈屈服點(diǎn)）fy和抗拉強(qiáng)度fu(2)良好的塑性:伸長率鋼材拉伸圖(3)韌性好:沖擊韌性值Cv沖擊韌性圖(4)可焊性好(5)合格的冷彎性性能2.3影響鋼材性能能的主要因素素(1)化學(xué)成分鋼材由各種化化學(xué)成分組成成的，其基本本元素為鐵（（Fe），碳素結(jié)構(gòu)鋼中中鐵占99%。碳和其它元元素僅占1%，但對鋼材的的性能有著決決定性的影響響。普通低合合金鋼中還含含有低于5%的合金元素。。2鋼結(jié)構(gòu)材料碳（C）、硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）、錳（Mn）、硅（Si）(2)冶煉、軋制、、熱處理(3)鋼材的硬化時(shí)效硬化冷作硬化(4)溫度的影響(5)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)態(tài)(6)應(yīng)力集中(7)反復(fù)荷載作用用2.4結(jié)構(gòu)鋼材種類類及其選擇(1)鋼材的種類和和牌號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表表屈服點(diǎn)的字字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值值（N/mm2）、質(zhì)量等級符號(hào)號(hào)和脫氧方法法符號(hào)等四個(gè)個(gè)部分按順序序組成。如Q235－AF表示屈服強(qiáng)度度為235N／mm2的A級沸騰鋼；Q235-Bb表示屈服強(qiáng)度度為235N／mm2的B級半鎮(zhèn)靜鋼；；Q235-C表示屈服強(qiáng)度度為235N／mm2的C級鎮(zhèn)靜鋼。低合金高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼是在在冶煉過程中中添加一種或或幾種少量合合金元素，其其總量低于5％的鋼材。其其牌號(hào)與碳素素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)號(hào)的表示方法法相同，常用用的低合金鋼鋼有Q345、Q390、Q420等。2鋼結(jié)構(gòu)材料低合金鋼的脫脫氧方法為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼。Q345-B表示屈服強(qiáng)度度為345N／mm2的B級鎮(zhèn)靜鋼；Q390－D表示屈服強(qiáng)度度為390N／mm2的D級特殊鎮(zhèn)靜鋼鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼和和低合金鋼都都可以采取適適當(dāng)?shù)臒崽幚砝?如調(diào)質(zhì)處理)進(jìn)一步提高其其強(qiáng)度。例如如用于制造高高強(qiáng)度螺栓的的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼以及40硼（40B）、20錳鈦硼（20MnTiB）就是通過調(diào)質(zhì)質(zhì)處理提高強(qiáng)強(qiáng)度的。(2)鋼材的的選用用原則則鋼材選選用的的原則則是既既要使使結(jié)構(gòu)構(gòu)安全全可靠靠和滿滿足使使用要要求，，又要要最大大可能能節(jié)約約鋼材材和降降低造造價(jià)。。為保保證承承重結(jié)結(jié)構(gòu)的的承載載力和和防止止在一一定條條件下下可能能出現(xiàn)現(xiàn)的脆脆性破破壞，，應(yīng)綜綜合考考慮下下列因因素：：結(jié)構(gòu)的的重要要性、、荷載載的性性質(zhì)、、連接接方法法、結(jié)結(jié)構(gòu)的的工作作環(huán)境境、鋼鋼材厚厚度（3）鋼材材的規(guī)規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)所用用鋼材材主要要為熱熱軋成成型的的鋼板、型鋼，以及及冷彎彎成型型的薄壁型型鋼等。鋼板鋼板有有薄鋼鋼板（（厚度度0.35~4mm）、厚鋼板板（厚厚度4.5~60mm）、特厚板板（板板厚＞＞60mm）和扁鋼鋼(厚度4~60mm，寬度為為12~200mm)等。鋼鋼板用用“—寬×厚×長”或或“—寬×厚”表表示，，單位位為mm，如—450××8××3100，—450××8。型鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)常用用的型型鋼是是角鋼鋼、工工字型型鋼、、槽鋼鋼和H型鋼、、鋼管管等。。除H型鋼和和鋼管管有熱熱軋和和焊接接成型型外，，其余余型鋼鋼均為為熱軋軋成型型。冷彎薄薄壁型型鋼冷彎薄薄壁型型鋼采采用薄薄鋼板板冷軋軋制成成。其其壁厚厚一般般為1.5~12mm，但承重重結(jié)構(gòu)構(gòu)受力力構(gòu)件件的壁壁厚不不宜小小于2mm。薄壁型型鋼能能充分分利用用鋼材材的強(qiáng)強(qiáng)度以以節(jié)約約鋼材材，在在輕鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)中得得到廣廣泛應(yīng)應(yīng)用。。常用用冷彎彎薄壁壁型鋼鋼截面面型式式有等等邊角角鋼]、卷邊等等邊角角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽槽鋼（（C型鋼））、鋼管等等。2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)材料料3.1鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接方方法在傳力力過程程中，，連接接部位位應(yīng)有有足夠夠的強(qiáng)強(qiáng)度。。被連連接件件間應(yīng)應(yīng)保持持正確確的位位置，，以滿滿足傳傳力和和使用要求求。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接通通常有有焊接，鉚接和螺栓連連接三種方方式（（圖3-1）。3.2焊接連連接的的特性性鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)常用用的焊接方方法有電弧弧焊，，電渣渣焊、、氣體體保護(hù)護(hù)焊和和電阻阻焊等等。焊縫連連接形形式按按構(gòu)件件的相對位位置可分為為平接接、搭搭接、、T形連接接和角角接四四種。。（圖3-2）焊縫形形式主主要有有對接接焊縫縫和角角焊縫縫。其其中對對接焊焊縫按按受力力方向向可分分為對對接正正焊縫縫和對對接斜斜焊縫；角角焊縫縫長度度方向向垂直直于力力作用用方向向的稱稱正面面角焊焊縫，，平行行于力力作用用方向向的稱稱側(cè)面面角焊焊縫。。焊縫缺缺陷和和焊縫縫等級級焊縫中中可能能存在在裂紋紋、氣氣孔、、燒穿穿、夾夾渣、、未焊焊透、、咬邊邊、焊焊瘤等等缺陷陷。（（圖3-3）《鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)工程程施工工質(zhì)量量驗(yàn)收收規(guī)范范》（GB50205）規(guī)定，，焊縫縫依其其質(zhì)量量檢查查標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)分為為三級，其中中三級焊焊縫只只要求求通過過外觀觀檢查查，即即檢查查焊縫縫實(shí)際際尺寸是否符符合設(shè)設(shè)計(jì)要要求和和有無無看得見見的裂裂紋，，咬邊等缺缺陷。對于于重要要結(jié)構(gòu)構(gòu)或要要求焊焊縫金金屬強(qiáng)強(qiáng)度等等于被被焊金金屬強(qiáng)強(qiáng)度的的對接接焊縫縫，必必須進(jìn)進(jìn)行一一級或或二級質(zhì)量量檢驗(yàn)驗(yàn)，即即在外外觀檢檢查的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上再再做無損檢檢驗(yàn)。其中中二級級要求求用超超聲波波檢驗(yàn)驗(yàn)每條條焊縫縫的20％長度，，且不不小于于200mm；一級要要求用用超聲聲波檢檢驗(yàn)每每條焊焊縫全全部長長度，，以便便揭示示焊縫縫內(nèi)部部缺陷陷。焊縫代代號(hào)焊縫符符號(hào)主主要由由圖形符符號(hào)、、輔助助符號(hào)號(hào)和引引出線線等部部分分組組成成。。（（表3-1a）（表3-1b）3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.3對接接焊焊縫縫的的構(gòu)構(gòu)造造和和計(jì)計(jì)算算對接接焊焊縫縫按按坡口口形形式式分為為I形縫縫、、V形縫縫、、帶帶鈍鈍邊邊單單邊邊V形縫縫、、帶帶鈍鈍邊邊V形縫縫（（也也叫叫Y形縫縫））、、帶鈍鈍邊邊U形縫縫、、帶帶鈍鈍邊邊雙雙單單邊邊V形縫縫和和雙雙Y形縫縫等等。。（圖圖3-4）對基基焊焊縫縫計(jì)計(jì)算算對接接焊焊縫縫的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布情情況況基基本本上上與與焊焊件件相相同同。?？煽捎糜糜?jì)算焊件件的方法法計(jì)算對接接焊縫。。對于重重要的構(gòu)件，，按一、、二級標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)驗(yàn)焊縫質(zhì)質(zhì)量，焊焊縫和構(gòu)構(gòu)件等強(qiáng)強(qiáng)，不必必另行計(jì)計(jì)算，只只有對三三級焊縫縫，才需要計(jì)算算。（1）軸心受受力的對對接焊縫縫＝N／（lwt）≤fwt或fwc(3-1)式中N——軸心拉力力或壓力力的設(shè)計(jì)計(jì)值；lw——焊縫計(jì)算算長度，，當(dāng)采用用引弧板板施焊時(shí)時(shí)，取焊焊縫實(shí)際際長度；；當(dāng)無法法采用引引弧板時(shí)時(shí)，每條條焊焊縫取實(shí)實(shí)際長度度減去2t；t——在對接接頭中中為連接件的的較小厚度，，不考慮焊縫縫的余高；在在T形接頭中為腹腹板厚度;ftw，fcw——對接焊縫的抗抗拉、抗壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。。抗壓焊縫和和質(zhì)量等級為為一、二級的的抗拉焊縫與與母材等強(qiáng)，，三級抗拉焊焊縫強(qiáng)度為母母材的85%。（2）受彎、受剪的的對接焊縫計(jì)計(jì)算＝M／Ww≤fwt(3-2)＝VS／（Iwt）≤fwV(3-3)(3-4)3鋼結(jié)構(gòu)的連接接設(shè)計(jì)3.4角焊縫的構(gòu)造造和計(jì)算(1)角焊縫的截面面角焊縫兩邊夾夾角一般為900（直角角焊縫縫），夾角大大于1350或小于600的斜角交焊縫縫，除鋼管結(jié)結(jié)構(gòu)外，一般不不宜用作受力力焊縫。（圖3-5）角焊縫的有效效截面為平分角焊縫縫夾角的截面，破壞壞往往從這個(gè)個(gè)截面發(fā)生。。有效截面的的高度（不考慮焊縫縫余高）稱為為角焊縫的有有效厚度he，當(dāng)≤90o時(shí)，he＝0.7hf；當(dāng)>90o時(shí)，he＝hfcos(/2)。(2)角焊縫的尺寸寸限制焊腳尺寸hf應(yīng)與焊件的厚厚度相適應(yīng)，，不宜過大或或過小。對手工焊，hf應(yīng)不小于，，t為較厚焊件的的厚度（mm），對自動(dòng)焊，可可減小1mm；hf應(yīng)不大于較薄薄焊件厚度的的1.2倍。對于板件邊緣緣的焊縫，當(dāng)當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，hf＝t－(1~2)mm。（圖3-6）焊縫長度lw也不應(yīng)太長長或太短，，其計(jì)算長長度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。(3)角焊縫計(jì)算算的基本公式(3-5)式中f——正面角焊縫縫的強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值增大大系數(shù)，；但對直接接承受動(dòng)力力荷載結(jié)構(gòu)中的角角焊縫，由由于正面角角焊縫的剛剛度大，韌韌性差，應(yīng)應(yīng)取f＝1.0；x、y——按角焊縫有有效截面計(jì)計(jì)算，垂直直于焊縫長長度方向的的正應(yīng)力；；z——按角焊縫有有效截面計(jì)計(jì)算，沿焊焊縫長度方方向的剪應(yīng)應(yīng)力。3鋼結(jié)構(gòu)的連連接設(shè)計(jì)(4)常用連接方方式的角焊焊縫計(jì)算①受軸心力作作用時(shí)（圖3-7）焊縫長度與與受力方向向垂直（正面角焊縫縫）：(3-6)焊縫長度與與受力方向向平行（側(cè)面角焊縫縫）：(3-7)式中l(wèi)w為連接一側(cè)側(cè)所有焊縫縫的計(jì)算長長度之和，，每條焊縫縫按實(shí)際長長度減去2hf。三面圍焊時(shí)時(shí)，先按式式（3－6）計(jì)算計(jì)算算正面角焊焊縫受力N1，再由N－N1按式（3－7）計(jì)算。②彎矩單獨(dú)作作用時(shí)（圖3-8）(3-8)式中Ww——角焊縫有效效截面的截截面模量。。③扭矩單獨(dú)作作用時(shí)（圖3-9）(3-9)式中中J———角焊焊縫縫有有效效截截面面的的極極慣慣性性矩矩，，J=Ix＋I(xiàn)y；rA———A點(diǎn)至至形形心心o點(diǎn)的的距距離離。。3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)將A分解解到到x和y方向向，，有有④彎矩矩、、扭扭矩矩、、軸軸心心力力共共同同作作用用時(shí)時(shí)，，分分別別計(jì)計(jì)算算受受力力最最不不利利點(diǎn)點(diǎn)的的正正應(yīng)應(yīng)力力和和剪剪應(yīng)應(yīng)力力，，按按下下式式計(jì)計(jì)算算：：(3-10)3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的連連接接設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.5螺栓栓連連接接的的排排列列和和構(gòu)構(gòu)造造要要求求螺栓栓在在構(gòu)構(gòu)件件上上的的排排列列可可以以是是并列列或錯(cuò)列列（（圖圖3-11），排排列列時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)考考慮慮下下列列要要求求:1．受力力要要求求：對對于于受受拉拉構(gòu)構(gòu)件件，，螺螺栓栓的的栓栓距距和和線線距距不不應(yīng)應(yīng)過過小小，，否否則則對對鋼鋼板板截截面面削削弱弱太太多多，，構(gòu)構(gòu)件件有有可可能能沿沿直直線線或或折折線線發(fā)發(fā)生生凈凈截截面面破破壞壞。。對對于于受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件，，沿沿作作用用力力方方向向螺螺栓栓間間距距不不應(yīng)應(yīng)過過大大，，否否則則被被連連接接的的板板件件間間容容易易發(fā)發(fā)生生凸凸曲曲現(xiàn)現(xiàn)象象。。因因此此，，從從受受力力角角度度應(yīng)應(yīng)規(guī)規(guī)定定螺螺栓栓的的最最大大和和最最小小容容許許間間距距。。2．構(gòu)造造要要求求：若若栓栓距距和和線線距距過過大大，，則則構(gòu)構(gòu)件件接接觸觸面面不不夠夠緊緊密密，，潮潮氣氣易易于于侵侵入入縫縫隙隙而而產(chǎn)產(chǎn)生生腐腐蝕蝕，，所所以以，，構(gòu)構(gòu)造造上上要要規(guī)規(guī)定定螺螺栓栓的的最最大大容容許許間間距距。。3．施工要求求：為便于于轉(zhuǎn)動(dòng)螺螺栓扳手手，就要要保證一一定的作作業(yè)空間間。所以以，施工工上要規(guī)規(guī)定螺栓栓的最小小容許間間距。圖3-11鋼板上螺螺栓的排排列(a)并列；(b)錯(cuò)列；(c)容許間距距3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)根據(jù)以上上要求，，規(guī)范規(guī)規(guī)定螺栓栓的最大大和最小小容許間間距見表表3-2。注:1.d0為螺栓孔孔徑，t為外層薄薄板件厚厚度。2.鋼板邊緣緣與剛性性構(gòu)件(如角鋼、、槽鋼)相連的螺螺栓最大大間距，，可按中中間排數(shù)數(shù)值采用用。表3-2螺栓的最最大和最最小容許許間距3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)3.6普通螺栓栓連接的的性能和和計(jì)算1.普通螺栓栓連接的的性能普通螺栓栓連接按按螺栓傳傳力方式式，可分分為抗剪螺栓栓連接和抗拉螺栓栓連接?？辜袈菟ㄋㄟB接有五種破破壞形式式，見圖3-12。3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)??3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)抗拉螺栓栓連接3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)2.螺栓群計(jì)計(jì)算當(dāng)螺栓連接處于于彈性階階段時(shí)，，螺栓群群中各螺螺栓受力力并不相相等，兩兩端大而而中間小小(圖3-15a)；當(dāng)螺栓群群連接長長度l1不太大時(shí)時(shí)，隨著著外力增增加連接接超過彈彈性變形形而進(jìn)入入塑性階階段后，，因內(nèi)力力重分布布使各螺螺栓受力力趨于均均勻(圖3-15b)。但當(dāng)構(gòu)件件的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)處或拼拼接縫的的一側(cè)螺螺栓很多多，且沿沿受力方方向的連連接長度度l1過大時(shí)，，端部的的螺栓會(huì)會(huì)因受力力過大而而首先發(fā)發(fā)生破壞壞，隨后后依次向向內(nèi)逐排排破壞（（即所謂謂解鈕扣扣現(xiàn)象））。因此此規(guī)范規(guī)規(guī)定當(dāng)連連接長度l1大于15d0時(shí)，應(yīng)將螺螺栓的承承載力乘乘以折減減系數(shù)=1.1－l1/150d0，當(dāng)l1大于60d0時(shí)，折減系數(shù)數(shù)取0.7。因此，，當(dāng)外力力通過螺螺栓群中中心時(shí)，，可認(rèn)為為所有的的螺栓受受力相同同。①螺栓群在在軸心力力作用下下的抗剪剪計(jì)算n=N/Nbmin(3-15)此時(shí)應(yīng)驗(yàn)驗(yàn)算板的的凈截面面強(qiáng)度=N/An≤f(3-16)??3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)②螺栓群在在扭矩作作用下的的抗剪計(jì)計(jì)算圖3-18螺栓群群受扭扭矩作作用3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接設(shè)設(shè)計(jì)③螺栓群群在扭扭矩、、剪力力、軸軸心力力共同同作用用下的的抗剪剪計(jì)算算分別算算出扭扭矩、、剪力力、軸軸心力力作用用下受受力最最大螺螺栓的的受力力，將將其分分解到到x和y兩個(gè)方方向，，按下下式驗(yàn)驗(yàn)算：：④螺栓群群在軸軸心力力作用用下的的抗拉拉計(jì)算算n=N/Ntb(3-19)⑤螺栓群群在彎彎矩作作用下下的抗抗拉計(jì)計(jì)算螺栓群群在彎彎矩作作用下下上部部螺栓栓受拉拉，因因而有有使連連接上上部分分離的的趨勢勢，使使螺栓栓群形形心下下移。。通常常假定定中和和軸在在最下下排螺螺栓處處，則則螺栓栓的最最大拉拉力為為：圖3-19彎矩作作用下下的抗抗拉螺螺栓計(jì)計(jì)算?3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接設(shè)設(shè)計(jì)⑥螺栓群群同時(shí)時(shí)承受剪剪力和和拉力力的計(jì)計(jì)算圖3-20螺栓群群同時(shí)時(shí)承受受剪力力和拉拉力此時(shí)連連接傳傳遞的的力有有彎矩矩M=V?e和剪力力V，Nt按式(3-20)計(jì)算。。3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接設(shè)設(shè)計(jì)3.7高強(qiáng)螺螺栓連連接的的性能能和計(jì)計(jì)算1.高強(qiáng)螺螺栓連連接的的性能能高強(qiáng)螺螺栓連連接按按受力力特征征分為為高強(qiáng)螺螺栓摩摩擦型型連接接、高強(qiáng)螺螺栓承承壓型型連接接和承受拉拉力的的高強(qiáng)強(qiáng)螺栓栓連接接。高強(qiáng)螺螺栓連連接的的預(yù)拉拉力高強(qiáng)度度螺栓栓預(yù)拉拉力設(shè)設(shè)計(jì)值值按材料強(qiáng)強(qiáng)度和螺栓有有效截截面積積確定，，取值值時(shí)考考慮①①螺栓栓材料料抗力力的變變異性性，引引入折折減系系數(shù)0.9；②施施加預(yù)預(yù)應(yīng)力力時(shí)為為補(bǔ)償償預(yù)拉拉力損損失超超張拉拉5%~10%，引入入折減減系數(shù)數(shù)0.9；③在在扭緊緊螺栓栓時(shí)，，扭矩矩使螺螺栓產(chǎn)產(chǎn)生的的剪力力將降降低螺螺栓的的抗拉拉承載載力，，引入入折減減系數(shù)數(shù)1/1.2；④鋼鋼材由由于以以抗拉拉強(qiáng)度度為準(zhǔn)準(zhǔn)，引引入附附加安安全系系數(shù)0.9。故高高強(qiáng)度度螺栓栓預(yù)拉拉力為為3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接設(shè)設(shè)計(jì)高強(qiáng)度度螺栓栓連接接的摩摩擦面面抗滑滑移系系數(shù)2.高強(qiáng)螺螺栓的的抗剪剪承載載力設(shè)設(shè)計(jì)值值高強(qiáng)度度螺栓栓摩擦擦型連連接??3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接設(shè)設(shè)計(jì)高強(qiáng)度度螺栓栓承壓壓型連連接極限承承載力力由螺螺栓桿桿身抗抗剪和和孔壁壁承壓壓決定定，摩摩擦力力只起起延緩緩滑動(dòng)動(dòng)作用用，計(jì)計(jì)算方方法與與普通通螺栓栓相同同，見見式(3-11)和(3-12)。3.高強(qiáng)螺螺栓群群的抗抗剪計(jì)計(jì)算①軸心力力作用用時(shí)螺栓數(shù)數(shù)按式(3-15)計(jì)算，，其中中Nbmin對摩擦擦型為為式(3-23)，對承承壓型型用高高強(qiáng)度度螺栓栓的抗抗剪、、承壓壓承載載力設(shè)設(shè)計(jì)值值。構(gòu)件凈凈截面面強(qiáng)度度對于承承壓型型連接接，與與普通通螺栓栓驗(yàn)算算相同同；對對于摩摩擦型型連接接，要要考慮慮摩擦擦力的的作用用，一一部分分剪力力由孔孔前接接觸面面?zhèn)鬟f遞(圖3-21)。按規(guī)范范規(guī)定定，孔孔前傳傳力占占螺栓栓傳力力的50%，則截截面1－1處凈截截面?zhèn)鱾髁闉橛辛薔′以后，，凈截截面驗(yàn)驗(yàn)算按按式(3-16)進(jìn)行。。②扭矩作作用時(shí)時(shí)，及及扭矩矩、剪剪力、、軸心心力共共同作作用時(shí)時(shí)的抗抗剪高高強(qiáng)度度螺栓栓所受受剪力力的計(jì)計(jì)算，，其方方法與與普通通螺栓栓相同同，單單個(gè)螺螺栓所所受剪剪力應(yīng)應(yīng)不超超過高高強(qiáng)度度螺栓栓的承承載力力設(shè)計(jì)計(jì)值。。圖3-21摩擦型高高強(qiáng)螺栓栓孔前傳傳力3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)4.高強(qiáng)螺栓栓群的抗抗拉計(jì)算算抗拉承載載力設(shè)計(jì)計(jì)值高強(qiáng)度螺螺栓連接接由于螺螺栓中的的預(yù)拉力力作用，，構(gòu)件間間在承受受外力作作用前已已經(jīng)有較較大的擠擠壓力，，高強(qiáng)度度螺栓受受到外拉拉力作用用時(shí)，首首先要抵抵消這種種擠壓力力。分析析表明，，當(dāng)高強(qiáng)強(qiáng)度螺栓栓達(dá)到規(guī)規(guī)范規(guī)定定的承載載力0.8P時(shí)，螺栓栓桿的拉拉力僅增增大7%左右，可可以認(rèn)為為基本不不變。規(guī)規(guī)范規(guī)定定一個(gè)高高強(qiáng)度螺螺栓抗拉拉承載力力設(shè)計(jì)值值為Nbt=0.8P(3-25)①受軸心拉拉力作用用時(shí)，螺螺栓數(shù)為為n=N/Nbt=N/(0.8P)(3-26)②受彎矩作作用，當(dāng)當(dāng)板沒有有被拉開開時(shí)，接接觸面保保持緊密密貼合，，中和軸軸可以認(rèn)認(rèn)為在螺螺栓群的的形心軸軸線上(圖3－22)，則受力力最大的的螺栓應(yīng)應(yīng)滿足N1M=My1/m∑yi2(3-27)對于承受受靜力荷荷載的結(jié)結(jié)構(gòu)，板板被拉開開并不等等于達(dá)到到承載能能力的極極限，此此時(shí)可按按圖(3-19)所示的內(nèi)內(nèi)力分布布計(jì)算。。圖3-22高強(qiáng)螺栓栓受彎連連接?3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)5.同時(shí)承受受剪力和和拉力的的高強(qiáng)螺螺栓群連連接計(jì)算算對于高強(qiáng)強(qiáng)度螺栓栓摩擦型型連接，按下式式計(jì)算對于高強(qiáng)強(qiáng)度螺栓栓承壓型型連接，按下式式計(jì)算3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的的連接設(shè)設(shè)計(jì)4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)4.1軸心受力力構(gòu)件的的應(yīng)用和和截面形形式軸心受力力構(gòu)件的的截面形形式有三三種：第第一種是是熱軋型鋼鋼截面，如圖4-1(a)中的工字字鋼、H型鋼、槽槽鋼、角角鋼、T型鋼、圓圓鋼、圓圓管、方方管等；；第二種種是冷彎薄壁壁型鋼截截面，如圖4-1(b)中冷彎角角鋼、槽槽鋼和冷冷彎方管管等；第第三種是是用型鋼鋼和鋼板板或鋼板板和鋼板板連接而而成的組合截面面，如圖4-1(c)所示的實(shí)實(shí)腹式組組合截面面和圖4-1(d)所示的格格構(gòu)式組組合截面面等。4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)4.2軸心受力力構(gòu)件的的強(qiáng)度和和剛度強(qiáng)度軸心受力力構(gòu)件的的強(qiáng)度應(yīng)應(yīng)以凈截面的的平均應(yīng)應(yīng)力不超超過鋼材材的屈服服強(qiáng)度為準(zhǔn)則：：應(yīng)力－應(yīng)應(yīng)變關(guān)系系圖對于高強(qiáng)強(qiáng)螺栓的的摩擦型型連接，，計(jì)算板板件強(qiáng)度度時(shí)要考考慮孔前前傳力的的影響（式3-24）。4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)剛度剛度通過過限制構(gòu)構(gòu)件的長細(xì)比來實(shí)現(xiàn)。4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)4.3實(shí)腹式軸軸心受壓壓構(gòu)件的的整體穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)算算實(shí)際的壓壓桿不可可避免地地存在著著初彎曲曲、荷載載作用點(diǎn)點(diǎn)的初偏偏心和截截面的殘殘余應(yīng)力力，它們們對壓桿桿的承載載力有不不利的影影響。同同時(shí)，構(gòu)構(gòu)件兩端端可能存存在著不不同程度度的約束束，使得得構(gòu)件的的承載力力有所提提高。對對于桿端端約束，，可以用用計(jì)算長長度l0代替構(gòu)件件的幾何何長度l，將其等效效為兩端端簡支的的構(gòu)件，，即l0=l，稱計(jì)算長長度系數(shù)數(shù)。典型型約束的理論值值和建議議值見表表4－3。對于初彎曲、、初偏心心和殘余余應(yīng)力的影影響，考考慮到材材料的彈彈塑性性性能，用用數(shù)值積積分法求求得構(gòu)件件的極限限強(qiáng)度Nu，相應(yīng)的穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)數(shù)=Nu/(Afy)。按照概率率統(tǒng)計(jì)理理論，影影響柱承承載力的的幾個(gè)不不利因素素，其最最大值同同時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)的可能能性是極極小的。。理論分分析表明明，考慮慮初彎曲曲和殘余余應(yīng)力兩兩個(gè)最主主要的不不利因素素比較合合理，初初偏心不不必另行行考慮。。初彎曲曲的矢高高取構(gòu)件件長度的的千分之之一，殘殘余應(yīng)力力根據(jù)截截面的加加工條件件確定。。軸心受受壓構(gòu)件件應(yīng)按下下式計(jì)算算整體穩(wěn)穩(wěn)定：4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)p764軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)軸心受壓壓構(gòu)件的的整體穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)數(shù)E4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)圖4-3GB50017的柱曲線線4軸心受力力構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)為便于計(jì)計(jì)算，規(guī)規(guī)范根據(jù)據(jù)構(gòu)件的的長細(xì)比比、鋼材材屈服強(qiáng)強(qiáng)度和截截面分類類編制了了計(jì)算表表格。另外，穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)數(shù)值