建筑結(jié)構(gòu)和選型-ch4.3鋼結(jié)構(gòu)第二十一章簡介

第一結(jié)構(gòu)材第一結(jié)構(gòu)材1、鋼材的按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼分為：建筑用鋼和機械按治煉方法分：轉(zhuǎn)爐鋼（氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）按脫氧方法分：沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）；按成型方法分：軋制鋼（冷軋、熱軋）按化學成分分：碳素鋼、合金鋼；構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)碳素鋼按屈服點數(shù)值分為五個牌號：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點值（N/mm2）、質(zhì)量等級符和脫氧方法符號等四個部分序組成Q-脫氧方法：Fb─Z－鎮(zhèn)Q345分A、B、C、D、屈服點例如Q235－AF表示屈服強度為235N／mm2的A級沸騰鋼；Q235-Bb表示屈服強度為235N／mm2的B級半鎮(zhèn)靜鋼； 低合金高強度結(jié)構(gòu)低于5％的鋼材。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼有Q295、Q345Q390、Q420Q460；低合金鋼的脫氧方法為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼都可以采取適當?shù)臒崽幚?如調(diào)質(zhì)處理進一步提高其強度。例如用于制造高強度螺栓的45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼以及40硼（40B）20錳鈦硼（20MnTiB）就是通過調(diào)質(zhì)處理提高強注注碳素結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D四級，含所有低合金結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D、E五級，只有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。2、鋼材的鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板、型鋼，以及的薄壁型鋼等。鋼薄鋼板：厚度0.35～4mm,寬度為500～1500mm,長0.5～厚鋼板：厚度4.5～60mm；寬度為600～3000mm，長4～12m。扁鋼：厚度4～60mm，寬度為12～200mm，長3～9m；如：—450×8×3100450×8型鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和H型鋼、鋼管等。除H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余型鋼均為熱軋成型。角等邊L長肢×短肢×肢厚工字包括普通工字鋼、輕型工字鋼、H型鋼工字鋼：用號數(shù)表示，號數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)，20號以上的工字鋼，同一號數(shù)有三種不同的腹板厚度分別為a、b、c長度為5～19m。H型鋼：HW（寬）、HM（中）、HN（窄表示方法：高度H×寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度例：HM340×250×9×14槽鋼：普通槽鋼、ab、c表示腹板厚，從[14a、（b）以14cm起有不同腹板厚，用其截面高度的cm數(shù)表示，長度為5～19m。鋼管：無縫鋼管、焊接鋼表示方法：用“φ”例：φ300×6無縫鋼管：外徑32～351mm，壁厚2.5～16mm；有縫鋼管：外徑32～352mm，壁厚25.5mm。冷彎薄壁型冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1.5-12mm，但承重結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C型鋼）、鋼3、鋼材的選用鋼材的原則是:既能使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用上的要求，盡最大可能節(jié)約材料，降低造價。選用鋼材時需要考慮的如下因素：結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的選用量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應具有含碳量的合格保證（即不得使用Q235A）;主要焊接結(jié)構(gòu)不能使用Q235－A級鋼，因為Q235－A產(chǎn)廠在法律上不負任何責任;二、設計指第二結(jié)構(gòu)的連一、第二結(jié)構(gòu)的連鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接、鉚接和螺栓連接三圖3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連 焊縫附近熱影響區(qū)內(nèi)，易導致材質(zhì)變脆；焊接殘余應力和殘余變形會使構(gòu)件的剛度降低；對裂紋敏感，一旦出現(xiàn)裂紋易延伸到整體。對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴格，質(zhì)量檢驗工作量大。構(gòu)造復雜，既費材料又費二、鋼結(jié)構(gòu)1、焊接方結(jié)構(gòu)常用的焊接方弧焊、電渣焊、氣體保手工全手比自動焊自動全自長而簡單半自動人工操作任意焊通電、加薄板點一般用作 手一般用作2、焊縫連接形焊縫連接形式按構(gòu)件的相對位置分:平接、搭接、T形連接和角接。對接焊縫按受力與焊縫方向分：直縫、斜縫；角焊縫按受力與焊縫方向分：端縫、側(cè)縫；按焊縫連續(xù)性分：連續(xù)焊縫、斷續(xù)焊縫；按施工位置：俯焊、立焊、橫焊、仰焊；（a）對接焊縫的平接連 （b）用拼接板和角焊縫的平接連（c）用頂板和角焊縫的平接連接（d）（e）用角焊縫的T形連 （f）焊透的T形連（g）用角焊縫的角接連 （h）用對接焊縫的角接連3、焊縫缺陷和焊縫等焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。熱裂紋 (b)冷裂(c)氣 (d)燒 (e)夾 (g)邊緣未熔 (h)層間未熔咬 (j)焊《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）規(guī)定質(zhì)量檢查標準分為設計要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬強度等于被焊金屬強度的對接焊縫，必須進行一級或二級質(zhì)量檢驗，即在外觀檢查的基礎上再做無損檢驗；二級要求用超聲波檢驗每條焊縫的20％長度，且不小于200mm；一級要求用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷4、焊縫代焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成5、對接焊（a）I形 （b）帶鈍邊單邊V形 （c）Y形（d）帶鈍邊U形 （e）帶鈍邊雙單邊V形 （f）雙Y形（g）、（h）、（i）加墊板的I形縫、帶鈍邊單邊V形縫和Y形直邊縫：適合板厚t單邊V形：適合板厚t＝10～20mm雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmU形：適合板厚t>20mmK形：適合板厚tX形：適合板厚t2）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去5mm。變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于4的斜面，避免應力集中變寬度板對接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于4的斜邊，避免應力集中6、角焊縫角焊縫兩邊夾角一般為900（直角角焊縫），夾角大于1350600的斜角交焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，一般不宜用作角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角的截面，破壞往往從這個截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he：當≤90o時，he＝0.7hf當>90o，he＝hfcos(/2)（a）、（b）、（c）、（d）直角角焊（e）、（f）、（g）斜角角焊2）角焊焊腳尺寸 hf應與焊件的厚度相適應，不宜過大或過小tt

，t為較厚焊件的厚度當t≤6mm時，hf≤t當t>6mm時，hft－(1-2)mm焊縫長度lwlw也不應太長或太短，其計算長度不宜小于或40mm且不宜大于60hf三、普通螺1鋼結(jié)構(gòu)一般選用C級（粗制）六角螺母螺栓，標識用和工程直徑（mm）表示，例如M16、M20等;螺栓的排列有并列和錯列兩種基本形并列較簡單，但對栓孔有削弱（圖錯列較緊湊，可減少截面削弱，但排列較繁雜（圖b）螺栓的螺栓在構(gòu)件上的排列時應考慮下列要求受力要求：對于受拉構(gòu)件，螺栓的栓距和線距不應過小，否則對鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對于受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距不應過大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。構(gòu)造要求：若栓距和線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。施工要求：為便于轉(zhuǎn)動螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小容四、高強度螺栓連摩擦型螺栓:抗剪連接時摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限態(tài)承壓型螺栓:允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞承載力極限狀態(tài)（同普通螺栓）。受拉時兩者無區(qū)別。高強螺栓采用Ⅱ級孔，便于施工。受傳力機理的要求，構(gòu)造上除連接板的邊、端距≥1.5d0通螺栓。由高強材料經(jīng)熱處理制成，按強度等級分10.9與8.8級10.9級一般為20MnTiB、40Cr8.8級一般為45號鋼制成，fu≥800N/mm2，fu/fy≥0.8第二結(jié)構(gòu)構(gòu)第二結(jié)構(gòu)構(gòu)軸心受力構(gòu)件:只有軸向力的作用，稱為軸心受力構(gòu)件。軸心受拉構(gòu)件：只有軸向拉力的作用。軸心受壓構(gòu)件：只有軸向壓力應用實例：桁架、剛架、排架、塔架及網(wǎng)殼等桿件體系結(jié)構(gòu)等，軸心受壓構(gòu)件。 心受力構(gòu)件在工程中的應(a)桁架；(b)塔架；(c)網(wǎng)1、軸心受力構(gòu)件的截面形一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（a）；第二類是型鋼組合截面（圖b）或格構(gòu)式組合截面（c）。圖（a）熱軋型鋼截圖（b）型鋼組合截圖（c）格構(gòu)式組合截圖（a）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。其中圓鋼回轉(zhuǎn)半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構(gòu)式壓桿的弦桿。鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大、對稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉(zhuǎn)半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價低。圖（b)型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各異性特征，受力較好，連接也較方圖（c構(gòu)式截面，其回轉(zhuǎn)半徑大且各向均勻，H型鋼的寬度與高度相同時對強軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸回轉(zhuǎn)半徑的2倍，對于在中點有側(cè)向支撐的獨立柱最適合。焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度應大致相同。十字形截面在兩個主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑是相同的，對于重型中心受壓柱，當兩個方向的計算長度相同時，這種截面最為有利。方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構(gòu)造復雜，常用作高大的承重支柱。截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求2、軸心受力構(gòu)件強軸心受力構(gòu)件的強度承載能力極限狀態(tài)是截面的平均應力達到鋼材的屈服強度?y。軸心受力構(gòu)件的強度按下式驗N f式中N——構(gòu)件的軸心拉力或壓力設計值；?——鋼材的抗拉或抗壓強度設計值3、剛度軸心受力構(gòu)件的剛度是以其長細比來衡量的。軸心受力構(gòu)件的剛度按下式驗算：i

式中λ——構(gòu)件最不利方向的長細比；I向的截面回轉(zhuǎn)半徑；4、整體穩(wěn)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性按 式中N——軸心受壓構(gòu)件的壓力設A?——鋼材的抗壓強度設計值；φ5、局部穩(wěn)6、軸心受橫向。橫向加勁肋的間距不得大于，其外伸寬度bsbs/15

mm，厚度ts、柱柱頭設計要求傳力可靠，構(gòu)造簡單和便于安裝，軸心受壓柱柱頭的鉸將梁設置于（圖d、e）柱軸心受壓柱柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳給基礎，并和基礎牢固連接。柱腳設計時應力求構(gòu)造簡單，并便于安裝固定。軸心受壓柱的柱腳分為：鉸接柱腳和剛性柱腳二、受彎構(gòu)概念：受彎構(gòu)件主要是指承受橫向荷載而受彎的實腹鋼構(gòu)件，即鋼梁。1、分類鋼梁按支承情況的不同，可分為簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁。鋼梁一般采用簡支梁，它不僅制造簡單，安裝方便，而且可以避免支座沉陷所產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)受力情況的不同，還可分為單向受彎梁和雙向受彎梁（斜彎曲梁）。鋼梁按截面構(gòu)成方式的不同分為實腹式和格構(gòu)式，實腹式又分為型鋼梁和組合梁兩大類，如圖所示。窩梁，它是將工字鋼或H形鋼的腹板沿圖所示折線切開后焊接而成的梁。2、梁強梁在荷載作用下將產(chǎn)生彎應力、剪應力，在集中荷載作用處還有局部承壓應力，故梁的強度應包括：抗彎強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應力、剪應力及局部壓應力共同作用處還應驗算折算應力。鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、彈塑性及塑性階段。彈性階段：以邊緣屈服為最大承載彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載雙向彎曲時

Mx式中M

M ywnyγ對于工字形截面γx=1.05，γy=1.2；此處x為強軸，y限狀態(tài)。于是梁的抗剪強度計算公式為V VIxtw式中V——計算截面沿腹板平面作IStw——腹板厚fv——鋼材抗剪強度設計對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度tw無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。當梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未設支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作用時，可認為集中荷載從作用處以45°角擴散，均勻分布于腹板邊緣，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度按下式計算 FtlctlwFΨ——集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁Ψ=1.35；對其它梁Ψ=1.。z——集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下式計算： z=a+2ya——集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取y——自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離。在梁的支座處，當不設置加勁肋時，也應計算腹板計算高度下邊緣的局部壓應力，但Ψ取1.0。支座反力的假定分布長度，應根據(jù)支座具體尺寸計算。在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正應力、剪應力和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力，應驗算其折算應力，如圖所示。折算應力驗算公22223cc

圖3控制梁的撓跨比小于規(guī)定的限制（為變形量的限制）梁的撓度v（按一般材料力學公式計算）或相對撓度v/l應滿足下式v≤[v v/l≤[v]/v]——梁的容許撓梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計算時應采用荷載標準值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標準值也不乘動力系數(shù)。4、梁的梁的整體穩(wěn)梁受彎變形后，上翼緣受壓，由于梁側(cè)向剛度不夠，就會發(fā)生梁的側(cè)向彎曲失穩(wěn)變形，梁截面從上至下彎曲量不等，就形成截面的扭轉(zhuǎn)變形，同時還有彎矩作用平面那的彎曲變形，故梁的失穩(wěn)為彎扭失穩(wěn)形式，完整的說應為：側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。載力的有效措施應為高梁上翼緣的側(cè)移剛度提高梁的整體穩(wěn)定承載力的關(guān)鍵是，增強梁受壓翼緣的抗側(cè)移及扭轉(zhuǎn)剛度。在實際工程中，梁的整體穩(wěn)定常由鋪板或支撐來保證，梁常與其它構(gòu)件相互連接，有利于阻止梁喪失整體穩(wěn)定。規(guī)范規(guī)定，當符合下列情況之一時，都不必計算梁的整體穩(wěn)定性：有鋪板（各種鋼筋混凝土板或鋼板）密