力學與結(jié)構課件幻燈片一三

第14章

鋼木結(jié)構

目錄.ppt鋼結(jié)構材料鋼結(jié)構的基本構件鋼結(jié)構的連接鋼屋蓋輕鋼結(jié)構概述高層鋼結(jié)構木屋蓋習題本章內(nèi)容

教學要求：了解鋼結(jié)構材料特點和性能；熟悉常用鋼結(jié)構構件形式；掌握鋼結(jié)構構件設計步驟和方法；會進行軸心受壓和受彎構件設計；對鋼結(jié)構穩(wěn)定有一定了解；掌握鋼結(jié)構常用節(jié)點設計方法；對輕鋼結(jié)構、高層鋼結(jié)構和木結(jié)構有所了解。鋼結(jié)構材料一、鋼結(jié)構的特點與其他材料的結(jié)構相比，鋼結(jié)構具有如下特點：(1)鋼材強度高，結(jié)構重量輕。鋼與磚石和混凝土相比，雖然密度較大，但強度更高，故其密度與強度的比值較小，承受同樣荷載時，鋼結(jié)構要比其他結(jié)構輕。例如，當跨度和荷載均相同時，鋼屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10。(2)鋼材質(zhì)地均勻，塑性韌性好。鋼材的這個性質(zhì)最符合結(jié)構計算假定，因而鋼結(jié)構的計算結(jié)果與實際情況最為符合，計算可靠；鋼材的彈性模量較大，結(jié)構在荷載作用下變形較??；鋼材有良好的塑性，結(jié)構破壞前一般都會產(chǎn)生顯著的變形，事故有預告，可及時防患；鋼材還具有良好的韌性，對承受動力荷載適應性強，故鋼結(jié)構抗震性能好。(3)鋼結(jié)構制作簡便，施工工期短。鋼結(jié)構構件一般在專業(yè)工廠機械化生產(chǎn)制作，而后運至工地現(xiàn)場安裝，工業(yè)化生產(chǎn)程度高，質(zhì)量容易監(jiān)控和保證。(4)鋼結(jié)構密閉性較好。(5)鋼材的可重復使用性。鋼結(jié)構加工制造過程中產(chǎn)生的余料、碎屑，以及廢棄和破壞了的鋼結(jié)構構件，均可回爐重新冶煉成鋼材重復使用。(6)鋼材耐腐蝕性差，因而需采取防腐措施。鋼結(jié)構材料(7)鋼結(jié)構有一定的耐熱性但不耐火。鋼材受熱，當溫度在200℃以內(nèi)時，其主要性能(屈服點和彈性模量)下降不多。溫度超過200℃后，材質(zhì)變化較大，不僅強度總趨勢逐步降低，還有藍脆和徐變現(xiàn)象。達600℃時，鋼材進入塑性狀態(tài)已不能承載。因此，設計規(guī)定鋼材表面溫度超過150℃后即需加以隔熱防護，對有防火要求者，更需按相應規(guī)定采取隔熱保護措施。(8)鋼結(jié)構在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂。二、鋼結(jié)構的破壞形式鋼材有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。鋼結(jié)構所用材料雖有較高的塑性和韌性，一般為塑性破壞，但在一定條件下，仍然有脆性破壞的可能性。塑性破壞是由于變形過大，超過了材料或構件允許的塑性變形而產(chǎn)生的。而且僅在構件的應力達到鋼材的抗拉強度fu后才發(fā)生。在塑性破壞前，構件產(chǎn)生較大的塑性變形，且變形持續(xù)時間較長，很容易及時發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補救，不致引起嚴重后果。此外，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構中原先受力不等的部位應力趨于均勻，提高結(jié)構承載力。脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應力可能小于鋼材的屈服點fy，斷裂從應力集中處開始。冶金和機械加工過程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發(fā)源地。由于脆性破壞前沒有明顯預兆，無法及時察覺和采取撲救措施，而且個別構件的斷裂常引起整個結(jié)構塌毀，后果嚴重，在設計、施工和使用鋼結(jié)構時，要特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。鋼結(jié)構材料三、鋼材的基本力學性能鋼材的力學性能是鋼材在各種荷載作用下反應的各種特征，包括強度、塑性和韌性等方面，須由試驗測定。彈性性能和塑性性能由標準試件在常溫靜載下的單向均勻拉伸實驗確定。冷彎性能由冷彎試驗確定(如圖14.1所示)。試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓，使試件彎成180°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎試驗不僅能直接檢驗鋼材的彎曲變形能力或塑性性能，還能暴露鋼材內(nèi)部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況，這些都將降低鋼材的冷彎性能。因此，冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性變形能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標。圖14.1冷彎試驗鋼結(jié)構材料沖擊韌性也稱缺口韌性是評定帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標，通常用帶有夏比V形缺口的標準試件做沖擊試驗(如圖14.2所示)，以擊斷試件所消耗的沖擊功大小來衡量鋼材抵抗脆性破壞的能力。鋼材的沖擊韌性值隨溫度的降低而降低，但不同牌號和質(zhì)量等級鋼材的降低規(guī)律又有很大不同。因此，在寒冷地區(qū)承受動力作用的重要承重結(jié)構，應根據(jù)其工作溫度和所用鋼材牌號，對鋼材提出相應溫度下的沖擊韌性指標要求，以防脆性破壞發(fā)生。圖14.2沖切韌性試驗(長度單位為厘米)鋼結(jié)構材料四、影響鋼材性能的主要因素鋼由多種化學成分組成，化學成分及其含量對鋼的性能特別是力學性能有重要的影響。鐵(Fe)是鋼材的基本元素，純鐵質(zhì)軟，在碳素結(jié)構鋼中約占99%，碳及其他元素僅占1%，但對鋼材的力學性能卻有著決定性的影響。其他元素包括硅(Si)、錳(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金鋼中還含有少量(低于5%)合金元素，如銅(Cu)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉻(Cr)等。在碳素結(jié)構鋼中，碳是僅次于純鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強度提高，而塑性、韌性和疲勞強度下降，同時惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。因此，盡管碳是使鋼材獲得足夠強度的主要元素，但在鋼結(jié)構中采用的碳素結(jié)構鋼，對含碳量要加以限制，一般不應超過0.22%，在焊接結(jié)構中還應低于0.20%。硫和磷是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強度。在高溫時，硫使鋼變脆，謂之熱脆；在低溫時，磷使鋼變脆，謂之冷脆。一般硫的含量不應超過0.045%，磷的含量不超過0.045%。但是，磷可提高鋼材的強度和抗銹性?？墒褂玫母吡卒?，其含量可達0.12%，這時應減少鋼材中的碳含量，以保持一定的塑性和韌性。1.化學成分鋼結(jié)構材料氧和氮都是鋼中的有害雜質(zhì)。氧的作用和硫類似，使鋼熱脆；氮的作用和磷類似，使鋼冷脆。由于氧、氮容易在熔煉過程中逸出，一般不會超過極限含量，故通常不要求作含量分析。硅和錳是鋼中的有益元素，它們都是煉鋼的脫氧劑。它們使鋼材的強度提高，含量不過高時，對塑性和韌性無顯著不良影響。在碳素結(jié)構鋼中，硅的含量不應大于0.3%，錳的含量為0.3%～0.8%。對于低合金高強度合金鋼，錳的含量可達1.0%～1.6%，硅的含量可達0.55%。釩和鈦是鋼中的合金元素，能提高鋼的強度和抗腐蝕性能，又不顯著降低鋼的塑性。銅在碳素結(jié)構鋼中屬于雜質(zhì)成分。它可以顯著地提高鋼的抗腐蝕性能，也可以提高鋼的強度，但對可焊性有不利影響。2.冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋和分層等。偏析是鋼中化學成分不一致和不均勻性，特別是硫、磷偏析嚴重惡化鋼材的性能。非金屬夾雜是鋼中含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)。氣孔是澆注鋼錠時，由氧化鐵和碳作用生成的一氧化碳氣體不能充分逸出形成的。這些缺陷都將影響鋼材的力學性能。澆注時的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，會嚴重降低鋼材的冷彎性能。鋼結(jié)構材料3.鋼材硬化在常溫下經(jīng)冷加工(拉、拔、彎等)使鋼材超過屈服點，產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化(或應變硬化)。在高溫時熔化于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，遏制純鐵體晶粒間的滑移，約束塑性發(fā)展，從而使鋼材的強度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為時效硬化，也稱老化。鋼材經(jīng)冷加工硬化后又經(jīng)時效硬化變脆的現(xiàn)象稱為冷作時效。4.溫度影響鋼材性能隨溫度變動而有所變化，其總趨勢是：溫度升高，鋼材強度降低，塑性增加；溫度降低，鋼材強度提高，但塑性、韌性降低，脆性增加。溫度升高，但在150℃以下時，鋼材性能與常溫時比較變化不大；當溫度在250℃左右時，鋼材抗拉強度有局部性提高，塑性、韌性變差，材料變脆，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象(鋼材表面氧化膜呈藍色)；當溫度超過300℃時，強度和彈性模量開始顯著下降，塑性顯著上升，鋼材產(chǎn)生徐變；達到600℃時，強度幾乎為零，不能承擔荷載。溫度從常溫開始下降，特別是在負溫范圍內(nèi)時，鋼材的強度雖有提高，但塑性、韌性降低，脆性增加，稱為鋼材的低溫冷脆。對低溫作業(yè)，特別是承受動力荷載的結(jié)構，應有負溫沖擊韌性的保證。鋼結(jié)構構材料料5.應力集集中當鋼構構件截截面有有突變變，如如孔眼眼、切切口、、凹角角等時時，在在軸向向力作作用下下截面面應力力分布布將不不再保保持均均勻，，而是是在突突變處處產(chǎn)生生局部部高峰峰應力力，形形成應應力集集中現(xiàn)現(xiàn)象。。截面面變化化越急急劇，，應力力集中中就越越嚴重重。應應力的的急劇劇改變變且不不均勻勻，會會使鋼鋼材變變脆，，受動動荷載載時容容易形形成裂裂紋。。但由由于建建筑鋼鋼材塑塑性較較好，，一定定程度度上能能促使使應力力重分分布，，使應應力分分布趨趨于平平緩，，故設設計時時，僅僅受靜靜荷載載作用用在常常溫下下工作作的構構件，，在計計算中中可不不考慮慮應力力集中中的影影響；；但在在負溫溫下或或動力力荷載載作用用下工工作的的構件件，應應力集集中的的不利利影響響十分分突出出，應應考慮慮其影影響。。6.反復荷荷載作作用在不斷斷反復復荷載載作用用下，，鋼材材的強強度將將低于于一次次靜載載作用用下的的拉伸伸試驗驗的極極限強強度，，這一一現(xiàn)象象稱為為鋼的的疲勞勞。疲疲勞破破壞屬屬于脆脆性破破壞。。疲勞破破壞是是累積積損傷傷的結(jié)結(jié)果。。在反反復荷荷載作作用下下，材材料中中原有有的缺缺陷處處發(fā)生生塑性性變形形和硬硬化而而形成成一些些微裂裂痕，，之后后微裂裂痕逐逐漸發(fā)發(fā)展為為宏觀觀裂紋紋，試試件截截面被被削弱弱，而而在裂裂紋根根部出出現(xiàn)應應力集集中現(xiàn)現(xiàn)象，，使材材料處處于三三向拉拉伸應應力狀狀態(tài)，，塑性性變形形受到到限制制，當當反復復荷載載達到到一定定循環(huán)環(huán)次數(shù)數(shù)時，，材料料終于于破壞壞，并并表現(xiàn)現(xiàn)為突突然的的脆性性斷裂裂。鋼結(jié)構構材料料五、結(jié)構常常用鋼鋼材類類別及及選用用我國結(jié)結(jié)構用用鋼材材主要要為碳碳素結(jié)結(jié)構鋼鋼和低低合金金高強強度結(jié)結(jié)構鋼鋼，優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)結(jié)構鋼鋼也有有運用用。1)碳素結(jié)結(jié)構鋼鋼根據(jù)國國家標標準GB/T700——1988，碳素素結(jié)構構鋼的的牌號號由代代表屈屈服點點的字字母Q、屈服服點數(shù)數(shù)值(單位：：N/mm2)、質(zhì)量量等級級符號號(A～D)、脫氧氧方法法符號號等四四個部部分按按順序序組成成。其中，，A級鋼只只保證證抗拉拉強度度、屈屈服點點、伸伸長率率，必必要時時尚可可附加加冷彎彎試驗驗要求求，化化學成成分對對碳、、錳可可不作作為交交貨條條件。。B、C、D級鋼均均保證證抗拉拉強度度、屈屈服點點、伸伸長率率、冷冷彎和和沖擊擊韌性性(分別為為+20℃、0℃、-20℃)等力學學性能能，化化學成成分對對碳、、硫、、磷的的極限限含量量有嚴嚴格要要求。。符號號“F”代表沸沸騰鋼鋼，““b”代表半半鎮(zhèn)定定鋼，，符號號“Z”和“TZ””分別代代表鎮(zhèn)鎮(zhèn)定鋼鋼和特特種鎮(zhèn)鎮(zhèn)定鋼鋼。在在具體體標注注時““Z”和“TZ””可以省省略。。例如如Q235-B??F表示屈屈服點點為235N/mm2，質(zhì)量量等級級為B級的沸沸騰鋼鋼；Q235-A表示屈屈服點點為235N/mm2，質(zhì)量量等級級為A級的鎮(zhèn)鎮(zhèn)定鋼鋼。2)低合金金高強強度結(jié)結(jié)構鋼鋼根據(jù)國國家標標準GB/T1591——1994，低合合金高高強度度結(jié)構構鋼的的牌號號的表表示方方法與與碳素素結(jié)構構鋼相相同。。只是是質(zhì)量量等級級分為為A～E共5級，從從A到E逐級提提高，，E級須保保證-40℃的沖擊擊韌性性。由由于低低合金金高強強度結(jié)結(jié)構鋼鋼一般般都是是鎮(zhèn)定定鋼，，因而而其牌牌號后后無脫脫氧方方法的的符號號。例例Q345-B、Q390-C等。1.鋼材的的種類類鋼結(jié)構構材料料3)優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)結(jié)構鋼鋼按照國國家標標準GB/T699——1998，優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳素素結(jié)構構鋼分分為普普通含含錳量量的鋼鋼和較較高含含錳量量的鋼鋼兩大大類。。兩類類的牌牌號均均用代代表鋼鋼中平平均含含碳量量萬分分數(shù)的的兩位位數(shù)字字表示示，前前者數(shù)數(shù)字后后不加加Mn，后者者數(shù)字字后加加Mn。例如如45號鋼，，表示示平均均含碳碳量為為0.45%的優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳素素結(jié)構構鋼；；45Mn號鋼，，表示示同樣樣含碳碳量，，但錳錳含量量也較較高的的優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳素素結(jié)構構鋼。。由于于價格格較貴貴，鋼鋼結(jié)構構中使使用較較少，，僅用用經(jīng)熱熱處理理的優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)結(jié)構鋼鋼冷拔拔高強強鋼絲絲或制制作高高強螺螺栓等等。2.鋼材的的選用用鋼材的的選用用既要要保證證結(jié)構構物的的安全全可靠靠，又又要經(jīng)經(jīng)濟合合理。。規(guī)范范規(guī)定定為了了保證證承重重結(jié)構構的承承載能能力和和防止止在一一定條條件下下出現(xiàn)現(xiàn)脆性性破壞壞，應應根據(jù)據(jù)結(jié)構構的重重要性性、荷荷載特特征、、結(jié)構構形式式、應應力狀狀態(tài)、、連接接方法法、鋼鋼材厚厚度和和工作作環(huán)境境等因因素綜綜合考考慮，，選用用合適適的鋼鋼材牌牌號和和材性性。(1)承重結(jié)結(jié)構的的鋼材材宜采采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼。(2)對于直接承承受動荷載載的構件和和結(jié)構、重重要的構件件和結(jié)構、、采用焊接接連接的結(jié)結(jié)構以及處處于低溫下下工作的結(jié)結(jié)構，宜采采用質(zhì)量較較高的鋼材材。(3)對承受靜載載的受拉及及受彎的重重要焊接構構件和結(jié)構構，宜選用用較薄的型型鋼和板材材構成。(4)當選用的型型鋼或板材材的厚度較較大時，宜宜采用質(zhì)量量較高的鋼鋼材，以防防鋼材中較較大的殘余余拉應力和和缺陷等引引起脆性破破壞。鋼結(jié)構材料料(5)承重結(jié)構采采用的鋼材材應具有抗抗拉強度、、伸長率、、屈服強度度和硫、磷磷含量的合合格保證，，對焊接結(jié)結(jié)構尚應具具有碳含量量的合格保保證。焊接接承重結(jié)構構以及重要要的非焊接接承重結(jié)構構采用的鋼鋼材還應具具有冷彎試試驗的合格格保證。(6)選擇鋼材時時應盡量統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)格，，減少鋼材材牌號和型型材種類，，同時還要要考慮市場場供應情況況和制造廠廠的工藝可可能性。3.鋼材的規(guī)格格1)熱軋鋼板鋼板有厚鋼鋼板、薄鋼鋼板、扁鋼鋼{或帶鋼}之分，其規(guī)規(guī)格如下：：厚鋼板：厚厚度為4.5mm～60mm，寬度為600mm～3000mm，長度為4m～12m。薄鋼板：厚厚度為0.35mm～4mm，寬度為500mm～1500mm，長度為0.5m～4m。扁鋼：厚度度為4mm～60mm，寬度為12mm～200mm，長度為3m～9m。厚鋼板常用用做大型梁梁、柱等實實腹式構件件的翼緣和和腹板，以以及節(jié)點板板等；薄鋼鋼板主要用用來制造造冷冷彎薄壁型型鋼；扁鋼鋼可用做焊焊接組合梁梁、柱翼緣緣板、各種種連接板、、加勁肋等等。鋼板截截面的表示示方法為在在“—厚度×寬度×長度”(也有采用把把寬度寫在在厚度前面面的標注方方法，兩者者均可)，例如：—8×400×3000。“—”表示鋼板截截面。鋼結(jié)構材料料2)熱軋型鋼常用的熱軋軋型鋼有角角鋼、工字字鋼、槽鋼鋼和鋼管等等，如圖14.3所示。圖14.3熱軋型鋼截截面形式角鋼分為等等邊角鋼和和不等邊角角鋼，主要要用于制作作桁架等格格構式桿件件和支撐等等連接桿件件。不等邊邊角鋼型號號的表示方方法為在符符號“L”后加“長邊邊寬×短邊寬×厚度”，如如L125××80×8；等邊角鋼鋼在“L”后加“邊寬寬×厚度”，如如“L125××8”。工字鋼分為為普通工字字鋼、輕型型工字鋼和和H型鋼。普通通工字鋼和和輕型工字字鋼的兩個個主軸方向向的慣性矩矩相差較大大，不宜單單獨用作受受壓構件，，而宜用作作腹板平面面內(nèi)受彎的的構件，或或由工字鋼鋼和其他型型鋼組成的的組合構件件或格構式式構件。寬寬翼緣H型鋼平面內(nèi)內(nèi)外的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半徑較接接近，可單單獨用作受受壓構件。。普通工字鋼鋼和輕型工工字鋼的型型號用符號號“I”后加截面高高度的厘米米數(shù)表示，，20號以上的工工字鋼，又又按腹板厚厚度不同，，分為a、b、c三類，例如如：I20a表示高度為為200mm，腹板寬度度為a類的工字鋼鋼。輕型工工字鋼的翼翼緣要較普普通工字鋼鋼的寬且薄薄，回轉(zhuǎn)半半徑較大。。鋼結(jié)構材料料H型鋼與普通通工字鋼相相比，其翼翼緣內(nèi)外兩兩側(cè)平行，，便于與其其他構件連連接。H型鋼可分為為寬翼緣H型鋼(HW)、中翼緣H型鋼(HM)和窄翼緣H型鋼(HN)。各種H型鋼均可剖剖為T型鋼供應，，代號分別別為TW、TM、TN。H型鋼和剖分分T型鋼的型號號均表示為為：高度H×寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度t2。例如：HM340×250×9×14，其剖分T型鋼為TM170×250×9×14。槽鋼有普通通槽鋼和輕輕型槽鋼。。適于作檁檁條等雙向向受彎構件件，也可用用其組成組組合或格構構式構件。。槽鋼型號號與工字鋼鋼相似，例例如[32a指截面高度度320mm，腹板較薄薄的槽鋼。。鋼管有無縫縫鋼管和焊焊接鋼管。。由于回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半徑較大大，常用作作桁架、網(wǎng)網(wǎng)架、網(wǎng)殼殼等平面和和空間格構構式結(jié)構桿桿件；在鋼鋼管混凝土土柱中也有有廣泛應用用。其表示示法為在符符號“φ”后加“外徑徑×厚度”，例例如：φ180××8。3)冷彎薄壁型型鋼冷彎薄壁型型鋼是由鋼鋼板經(jīng)冷加加工而成，，采用冷彎彎型鋼機成成型、壓力力機上模壓壓成型或在在彎曲機上上彎曲成型型。常用截截面型號如如圖14.4所示。冷彎薄壁型型鋼的截面面形式和尺尺寸均可按按受力特點合理設設計，能充充分利用鋼鋼材的強度度、節(jié)約鋼材，在在國內(nèi)外輕輕鋼建筑結(jié)結(jié)構中被廣廣泛地應用。圖14.4冷彎薄壁型型鋼截面鋼結(jié)構的基基本構件一、軸心受力構構件軸心受力構構件分為軸軸心受拉構構件和軸心心受壓構件件，前者簡簡稱拉桿，，后者簡稱稱壓桿，但但當壓桿為為豎向構件件并用以支支承屋蓋或或樓蓋時則則常稱為柱柱。軸心受受力構件廣廣泛應用于于屋架、托托架、網(wǎng)架架和網(wǎng)殼等等平面或空空間格構式式體系及支支撐系統(tǒng)中。。軸心受力構構件的截面面形式按生生產(chǎn)制作情況分為為型鋼截面面和組合截截面，組合合截面又分為為實腹式組組合截面和和格構式組組合截面。圖圖14.5給出了常用用的軸心受受力構件的截面面形式。1.截面形式圖14.5軸心受力構構件的截面面形式2.軸心受力構構件的強度度《規(guī)范》規(guī)定，軸心心受力構件件的強度，，除高強度度螺栓摩擦擦型連接外外，應按下下式計算：：鋼結(jié)構的基基本構件式中，N——軸心拉力或或軸心壓力力設計值；；An——構件的凈截截面面積；；f——鋼材抗拉強強度設計值值。高強度螺栓栓摩擦型連連接處的強強度應按下下列公式計計算：式中，n——在節(jié)點或拼拼接處，構構件一端連連接的高強強度螺栓數(shù)數(shù)目；n1——所計算截面面(最外列螺栓栓處)上高強度螺螺栓數(shù)目；；A——構件的毛截截面面積。。式(14-3)是驗算構件件的毛截面面強度。(14-1)(14-3)(14-2)3.軸心受力構構件的剛度度按正常使用用極限狀態(tài)態(tài)要求，軸軸心受力構構件應具有有一定的剛剛度，以保保證構件在在運輸和安安裝過程中中不產(chǎn)生過過大變形。規(guī)范規(guī)定，，軸心受力力構件的剛剛度通過保保證其長細細比的限值值來實現(xiàn)，，其計算式式為：鋼結(jié)構的基基本構件式中，λ——構件的最大大長細比；；l0——構件的計算算長度；i——構件截面的的回轉(zhuǎn)半徑徑；[λ]———構件的容許許長細比，，查《規(guī)范》取用。4.軸心受壓構構件的整體體穩(wěn)定規(guī)范規(guī)定，，軸心受壓壓構件的整整體穩(wěn)定按按下式計算算：(14-5)(14-4)式中，φ——軸心受壓構構件的穩(wěn)定定系數(shù)(取截面兩主主軸穩(wěn)定系系數(shù)中的較較小者)，根據(jù)構件件長細比、鋼材屈屈服強度及及截面分類類查規(guī)范取取用。f——鋼材的抗壓壓強度設計計值。鋼結(jié)構的基基本構件5.軸心受壓構構件的局部部穩(wěn)定軸心受壓構構件一般由由若干矩形形平面板件件組成，如如果板件平平面尺寸很很大，而厚厚度又相對對很薄(寬厚比過大大)，在軸心壓壓力作用下下，板件可可能在達到到強度承載載力之前先先失去局部部穩(wěn)定。如如圖14.6所示為一工工字形截面面構件，在在軸向壓力力作用下，，腹板和翼翼緣發(fā)生側(cè)側(cè)向鼓出和和翹曲的局局部失穩(wěn)現(xiàn)現(xiàn)象。雖然構件喪喪失局部穩(wěn)穩(wěn)定后還可可以繼續(xù)維維持整體穩(wěn)穩(wěn)定，但由由于部分板板件屈曲后后退出工作作，使構件件有效承載載截面減少少，會加速速構件整體體失穩(wěn)而喪喪失承載力力。為了保證局局部穩(wěn)定，，通常采用用限制其板板件的寬(高)厚比的辦法法來實現(xiàn)。。軋制型鋼鋼一般都能能滿足局部部穩(wěn)定要求求，不需驗驗算。對于于工字形截截面構件：：圖14.6軸心受壓構構件的局部部穩(wěn)定翼緣板自由由外伸寬度度b與其寬度t之比應符合合：鋼結(jié)構的基基本構件式中，λ為構件兩方方向長細比比的較大值值；當λ<30時，取λ=30；當λ>100時，取λ=100。腹板計算算高度h0與其厚度tw之比，應符符合：其他截面構構件的板件件寬厚比限限值見規(guī)范范具體規(guī)定定。當腹板板高厚比不不滿足要求求時，可加加厚腹板或或在腹板中中部設置縱縱向加勁肋肋。用縱向向加勁肋加加強后的腹腹板仍按式式(14-7)計算，但h0應取翼緣與與縱向加勁勁肋之間的的距離。(14-7)(14-6)鋼結(jié)構的基基本構件二、受彎構件承受橫向荷荷載和彎矩矩的構件稱稱為受彎構構件。受彎彎構件一般般稱為梁。。鋼梁在工工業(yè)與民用用建筑結(jié)構構中有廣泛泛應用，常常見的有工工作平臺梁梁、樓蓋梁梁、墻梁、、檁條和吊吊車梁等。。鋼梁分為為型鋼梁和和組合梁兩兩大類。型型鋼梁構造造簡單、制制造省工，，成本較低低，因而廣廣泛用作小小型鋼梁。。但在荷載載較大或跨跨度較大時時，由于軋軋制條件限限制型鋼的的尺寸、規(guī)規(guī)格不能滿滿足梁承載載力和剛度度的要求，，就必須采采用組合梁梁。常用鋼鋼梁的截面面形式如圖圖14.7所示。圖14.7鋼梁的截面面形式1.受彎構件的的強度1)抗彎強度隨著作用彎彎矩的增加加，梁截面面上的正應應力發(fā)展過過程分為如如下三個階階段：(1)彈性工作階階段。此時時正應力沿沿截面為直直線分布，，梁最外邊邊緣的正應應力沒達到到屈服應力力值，如圖圖14.8(b)所示。(2)彈塑性工作作階段。此此時梁邊緣緣部分出現(xiàn)現(xiàn)塑性區(qū)，，區(qū)域內(nèi)正正應力值等等于屈服應應力值，而而中性軸附附近材料仍仍保持彈性性，如圖14.8(c)所示。(3)塑性工作階階段。此時時梁全截面面進入塑性性，應力均均達到屈服服應力值，，形成塑性性鉸，如圖圖14.8(d)所示。鋼結(jié)構的基基本構件圖14.8梁受彎時截截面正應力力發(fā)展過程程顯然，在計計算梁的抗抗彎強度時時，考慮截截面塑性發(fā)發(fā)展比不考考慮要節(jié)省省鋼材。但但若按截面面形成塑性性鉸來設計計，可能使使梁的撓度度過大，受受壓翼緣過過早失去局局部穩(wěn)定。。故《規(guī)范》規(guī)定，對于于承受靜力力荷載或間間接承受動動力荷載的的受彎構件件，只適當當考慮截面面中的塑性性發(fā)展，并并通過引入入截面塑性性發(fā)展系數(shù)數(shù)來實現(xiàn)。故，梁的抗抗彎強度按按下列規(guī)定定計算：鋼結(jié)構的基基本構件單向受彎時時雙向受彎時時(14-9)式中，Mx、My為同一截面面處繞x軸和y軸的彎矩(對工字形截截面：x軸為強軸，，y軸為弱軸)；Wnx、Wny是對x軸和y軸的凈截面面模量；γx、γy為截面塑性性發(fā)展系數(shù)數(shù)；對工字字形截面，，γx=1.05，γy=1.20；對箱型截截面：γx=γy=1.05。對直接承承受動荷載載且需計算算疲勞的梁梁，宜取γx=γy=1.0，f為鋼材抗彎彎強度設計計值。(14-8)(14-9)2)抗剪強度規(guī)范規(guī)定，，在主平面面內(nèi)受彎的的實腹構件件，其抗剪剪強度應按按下式計算算：鋼結(jié)構的基基本構件式中，V——計算截面沿沿腹板平面面作用的剪剪力；S——計算截面一一半毛截面面對中性軸軸的面積矩矩；I——毛截面慣性性矩；tw——腹板厚度；；fv——鋼材的抗剪剪強度設計計值。3)其他強度當梁上翼緣緣受有沿腹腹板平面作作用的集中中荷載，且且該荷載處處又未設置置支承加勁勁肋時，應應按規(guī)范驗驗算腹板計計算高度邊邊緣的局部部承壓強度度。在梁的的腹板計算算高度邊緣緣處，若同同時受有較較大的正應應力、剪應應力和局部部壓應力，，或同時受受有較大的的正應力和和剪應力(如連續(xù)梁中部支支座處或梁翼緣緣截面改變處等等)，應按規(guī)范驗算算該處的折算應應力。(14-10)2.受彎構件的剛度度梁的剛度按正常常使用極限狀態(tài)態(tài)下，荷載標準準值引起的最大大撓度計算。梁梁的剛度不足，，就不能保證正正常使用。例如如，樓蓋梁撓度度過大，就會引引起居住者不適適，或板面開裂裂；吊車梁撓度度過大，會影響響吊車正常運行行。因此，應按按下式驗算梁的的剛度：鋼結(jié)構的基本構構件式中，υ——由荷載標準值產(chǎn)產(chǎn)生的最大撓度度；[υ]——梁的容許撓度值值，按規(guī)范取用用。3.受彎構件的整體體穩(wěn)定為提高抗彎強度度，節(jié)省鋼材，，鋼梁截面一般般做成高而窄的的形式，受荷方方向剛度大而側(cè)側(cè)向剛度小。因因而，在外荷載載作用下，在截截面正應力達到到鋼材屈服強度度之前，鋼梁可可能突然發(fā)生側(cè)側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變形而破壞，，這種現(xiàn)象稱為為梁的整體失穩(wěn)穩(wěn)?！兑?guī)范》規(guī)定，凡符合下下列情況之一的的梁，其整體穩(wěn)穩(wěn)定可得到保證證，不必計算：：(1)有剛性鋪板密鋪鋪在梁的受壓翼翼緣上并與其牢牢固連接，能阻阻止梁受壓翼緣緣的側(cè)向位移時時。(2)H型鋼或等截面工工字形簡支梁受受壓翼緣的自由由長度l1與其寬度b1之比不超過表14-1規(guī)定的數(shù)值時。。對跨中無側(cè)向向支承點的梁，，l1為其跨度；對跨跨中有側(cè)向支承承點的梁，l1為受壓翼緣側(cè)向向支承點間的距距離。(14-11)鋼結(jié)構的基本構構件表14-1工字形截面簡支支梁不需計算整整體穩(wěn)定性的最最大l1/b1值當不滿足上述條條件時，應按下下式驗算梁的整整體穩(wěn)定：(14-12)式中，M1——繞強軸作用的最最大彎矩；Wx——按受壓纖維確定定的梁毛截面模模量；φb——梁的整體穩(wěn)定系系數(shù)，按《規(guī)范》計算。上述整體穩(wěn)定系系數(shù)是按彈性穩(wěn)穩(wěn)定理論求得的的，故只適用于于彈性階段失穩(wěn)穩(wěn)的梁，而研究究表明，大量梁梁的失穩(wěn)常發(fā)生生在彈塑性階段段。規(guī)范規(guī)定，，當計算出的φb>0.6時，用下式求得得的φ’b代替φb進行梁的整體穩(wěn)穩(wěn)定計算：但不大于1.0。(14-13)4.受彎構件的局部部穩(wěn)定組合梁由若干板板件組成，如果果受壓翼緣的寬寬厚比過大，或或腹板的高厚比比過大，在受力力過程中，受壓壓翼緣或腹板可可能偏離其平面面位置，出現(xiàn)波波形鼓曲(如圖14.10所示)，即所謂的局部部失穩(wěn)現(xiàn)象。鋼結(jié)構的基本構構件圖14.9梁的局部失穩(wěn)(翼緣)圖14.10梁的局部失穩(wěn)(腹板)熱軋型鋼由于軋軋制條件，其板板件寬厚比較小小，都能滿足局局部穩(wěn)定要求，，不需計算。對對于組合鋼梁，，受壓翼緣的局局部穩(wěn)定一般采采用限制寬厚比比的辦法來保證證。腹板的局部部穩(wěn)定可通過限限制寬厚比和設設置加勁肋來保保證。5.型鋼梁設計例題題【例14.1】試設計簡支工字字形型鋼梁。梁梁的跨度為6m，荷載設計值為為20kN/m(不含自重)。鋼材采用Q235，容許撓度l/200。解(1)初選截面。不考考慮自重鋼結(jié)構的基本構構件查表，選用I28aWx=508cm3，Ix=7114cm3，Ix/Sx=24.6cm，q0=43.4×9.8=425.3N/m(2)驗算。截面沒有有削弱，抗彎強強度不必驗算。。①整體穩(wěn)定查表得φb=0.60按整體穩(wěn)定重新新選擇型號。當選用22～40之間的工字鋼時時，φb=0.60則鋼結(jié)構的基本構構件選I36aWx=875cm3，Ix=15760cm3，Ix/Sx=30.7cm，，q0=59.9×9.8=587N/m②抗剪強度滿足要求。③剛度。剛度度校核采用荷載載標準值，此處處荷載分項系數(shù)數(shù)取平均值1.3。滿足要求。鋼結(jié)構的連接一、鋼結(jié)構常用的幾幾種連接方法鋼結(jié)構的構件是是由型鋼、鋼板板等通過連接構構成的，各構件件再通過安裝連連接構成整體結(jié)結(jié)構。因而連接接在鋼結(jié)構中處處于重要的樞紐紐地位。鋼結(jié)構構的連接必須符符合安全可靠、、傳力明確、構構造簡單、制造造方便和節(jié)約鋼鋼材的原則。鋼結(jié)構的連接方方法可分為焊縫縫連接、鉚釘連連接、和螺栓連連接三種。二、焊接方法和焊縫縫主要形式1.焊縫連接的特點點焊縫連接是現(xiàn)代代鋼結(jié)構最主要要的連接方法。。其優(yōu)點是：構構造簡單，任何何形式的構件都都可直接相連；；用料經(jīng)濟，不不削弱截面；制制作加工方便，，可實現(xiàn)自動化化操作；連接的的密閉性好，結(jié)結(jié)構剛度大。其其缺點是：在焊焊縫附近的熱影影響區(qū)內(nèi)，鋼材材的金相組織發(fā)發(fā)生改變，導致致局部材料變脆脆；焊接殘余應應力和殘余變形形使受壓構件承承載力降低；焊焊接結(jié)構對裂紋紋很敏感，局部部裂紋一旦發(fā)生生，就容易擴展展到整體，低溫溫冷脆問題較為為突出。鋼結(jié)構的連接2.鋼結(jié)構常用焊接接方法1)手工電弧焊這是最常用的一一種焊接方法(如圖14.11所示)。通電后，在涂涂有藥皮的焊條條和焊件間產(chǎn)生生電弧。電弧提提供熱源，使焊焊條中的焊絲熔熔化，滴落在焊焊件上被電弧所所吹成的小凹槽槽熔池中。由電電焊條藥皮形成成的熔渣和氣體體覆蓋著熔池，，防止空氣中的的氧、氮等氣體體與熔化的液體體金屬接觸，避避免形成脆性易易裂的化合物。。焊縫金屬冷卻卻后把被連接件件連成一體。圖14.11手手工電弧焊焊手工電弧焊設備備簡單，操作靈靈活方便，適于于任意空間位置置的焊接，特別別適于焊接短焊焊縫。但生產(chǎn)效效率低，勞動強強度大，焊接質(zhì)質(zhì)量和焊工的精精神狀態(tài)與技術術水平有很大關關系。鋼結(jié)構的連接手工電弧焊所用用焊條應與焊件件鋼材(或稱主體金屬)相適應，例如：：對Q235鋼采用E43型焊條(E4300～E4328)；對Q345鋼采用E50型焊條(E5000～E5048)；對Q390鋼和Q420鋼采用E55型焊條(E5500～E5518)。焊條型號中，，字母E表示焊條(Electrodes)，前兩位數(shù)字為為熔敷金屬的最最小抗拉強度(單位為kgf/mm2)，第三、四位數(shù)數(shù)字表示使用焊焊接位置、電流流以及藥皮類型型等。不同鋼種種的鋼材相焊接接時，宜采用低低組配方案，即即宜采用與低強強度鋼材相適應應的焊條。2)埋弧焊(自動或半自動)埋弧焊是電弧在在焊劑層下燃燒燒的一種電弧焊焊方法。焊絲送送進和焊接方向向的移動有專門門機構控制的稱稱埋弧自動電弧弧焊(如圖14.12所示)；焊絲送進由專專門機構控制，，而焊接方向的的移動靠工人操操作的稱為埋弧弧半自動電弧焊焊。埋弧焊的焊焊絲不涂藥皮，，但施焊端靠由由焊劑漏頭自動動流下的顆粒狀狀焊劑所覆蓋，，電弧完全被埋埋在焊劑之內(nèi)，，電弧熱量集中中，熔深大，適適于厚板的焊接接，具有很高的的生產(chǎn)效率。由由于采用了自動動或半自動化操操作，焊接時的的工藝條件穩(wěn)定定，焊縫化學成成分均勻，故焊焊成的焊縫的質(zhì)質(zhì)量好，焊件變變形小。同時，，高的焊速也減減小了熱影響區(qū)區(qū)的范圍。但埋埋弧焊對焊件邊邊緣的裝配精度度(如間隙)要求比手工焊高高。埋弧焊所用焊絲絲和焊劑應與主主體金屬的力學學性能相適應，，并應符合現(xiàn)行行國家標準的規(guī)規(guī)定。鋼結(jié)構的連接圖14.12埋埋弧焊3)氣體保護焊氣體保護焊是利利用二氧化碳氣氣體或其他惰性性氣體作為保護護介質(zhì)的一種電電弧熔焊方法。。它直接依靠保保護氣體在電弧弧周圍造成局部部的保護層，以以防止有害氣體體的侵入并保證證了焊接過程的的穩(wěn)定性。鋼結(jié)構的連接氣體保護焊的焊焊縫熔化區(qū)沒有有熔渣，焊工能能夠清楚地看到到焊縫成型的過過程；由于保護護氣體是噴射的的，有助于熔滴滴的過渡；又由由于熱量集中，，焊接速度快，，焊件熔深大，，故所形成的焊焊縫強度比手工工電弧焊高，塑塑性和抗腐蝕性性好，適用于全全位置的焊接。。但不適用于在在風較大的地方方施焊。3.焊縫連接形式及及焊縫形式1)焊縫連接形式焊縫連接形式按按被連接鋼材的的相互位置可分分為對接，搭接接、T形連接和角部連連接四種，如圖圖14.13所示。圖14.13焊焊縫連接形形式鋼結(jié)構的連接鋼結(jié)構的連接對接連接主要用用于厚度相同或或接近相同的構構件的連接。其其焊接處傳力均均勻，無明顯的的應力集中，且且用料經(jīng)濟，但但焊件邊緣需要要加工，被連接接兩板的間隙和和坡口尺寸有嚴嚴格要求。搭接連接因特別別適用于不同厚厚度構件的連接接，且構造簡單單，施工方便，，目前應用很廣廣泛，但其焊接接處傳力不均，，且較費材料。。T形連接省工省料料，常用于制作作組合截面。角角部連接主要用用于制作箱形截截面。2)焊縫形式常用的焊縫形式式有對接焊縫和和角焊縫。對接接焊縫按受力方方向又分為正對對接焊縫和斜對對接焊縫；角焊焊縫可分為正面面角焊縫、側(cè)面面角焊縫和斜焊焊縫，如圖14.14所示。圖14.14焊焊縫形式鋼結(jié)構的連接4.焊縫代號《焊縫符號表示法法》規(guī)定：焊縫代號號由引出線、圖圖形符號和輔助助符號三部分組組成。引出線由由橫線和帶箭頭頭的斜線組成。。箭頭指到圖形形上的相應焊接接處，橫線的上上面和下面用來來標注圖形符號號和焊縫尺寸。。當引出線的箭箭頭指向焊縫所所在的一面時，，應將圖形符號號和焊縫尺寸等等標注在水平橫橫線的上面；當當箭頭指向?qū)獞缚p所在的另另一面時，則應應將圖形符號和和焊縫尺寸標注注在水平橫線的的下面。必要時時，可在水平橫橫線的末端加一一尾部作為其他他說明之用。圖圖形符號表示焊焊縫的基本形式式，如用‖表示I形焊縫，用V表示V型坡口的對接接焊縫。輔助助符號表示焊焊縫的輔助要要求。表14-2列出了一些常常用焊縫代號號。表14-2焊焊縫代號號鋼結(jié)構的連接接三、對接焊縫的構構造與計算對接焊縫常需需做成坡口，，以便于焊縫縫焊透，故又又稱坡口焊縫縫。坡口形式式的選取應根根據(jù)板厚和施施工條件按現(xiàn)現(xiàn)行標準進行行。當焊件厚厚度很小時(手工焊6mm，埋弧焊10mm)時，可不開坡坡口，即用直直邊焊。圖14.15給出了常用的的坡口形式。。1.對接焊縫的構構造圖14.15對接焊焊縫的坡口形形式在對接焊縫對對接處，當焊焊件的寬度不不同或厚度相相差4mm以上時，應分分別在寬度方方向或厚度方方向從一側(cè)或或兩側(cè)做成坡坡度不大于1∶2.5的斜角(如圖14.16所示)，以使截面過過渡平緩，減減少應力集中中。鋼結(jié)構的連接接在焊縫的起滅滅弧處，常出出現(xiàn)弧坑等缺缺陷，故焊接接時一般應設設置引弧板和和引出板(如圖圖14.17所示)。對受靜力荷荷載或間接承承受動力荷載載的結(jié)構，當當無法設置引引弧(出)板時，允許不不設，但焊縫縫的計算長度度等于實際長長度減2t(t為較薄焊件厚厚度)。對于直接承承受動力荷載載的結(jié)構必須須設置引弧(出)板。圖14.16不同厚厚度或?qū)挾鹊牡匿摪迤唇訄D14.17對接焊焊縫的引弧(出)板1)軸心受受力的對接焊焊縫軸心受力的對對接焊縫(如如圖14.18所示)應應按下式驗算算焊縫強度：：2.對接焊縫的計計算式中，N———軸心拉力或或壓力；lw——焊縫的計計算長度，當當未采用引弧弧板時，取實實際長度減去去2t；t——在對接接接頭中連接接件的較小厚厚度；在T形形接頭中為腹腹板厚度；——對接焊縫縫的抗拉、抗抗壓強度設計計值。(14-14)鋼結(jié)構的連接接質(zhì)量等級為一一、二級的對對接焊縫，其其強度與母材材相等，可不不計算焊縫強強度；對于三三級焊縫需按按上式計算。。當按直縫計計算不能滿足足強度要求時時，可采用斜斜對接焊縫(如圖14.18(b)所示)。規(guī)范規(guī)定，，焊縫與作用用力間的夾角角θ滿足≤1.5時，其強度可可不計算。圖14.18對接焊焊縫受軸心力力2)承受彎彎矩和剪力共共同作用的對對接焊縫在彎矩和剪力力共同作用下下，對接焊縫縫需按下列公公式，分別進進行最大正應應力、最大剪剪應力和折算算應力的計算算：最大正應力最大剪應力折算應力(14-15)(14-17)(14-16)鋼結(jié)構的連接接鋼結(jié)構的連接接式中，Ww——焊縫截面模量量；Iw——焊縫截面慣性性矩；Sw——計算剪應力處處焊縫截面面面積矩；——對接焊縫抗剪剪強度設計值值；σ1、τ1——驗算點處的焊焊接正應力和和剪應力；1.1——考慮到最大折折算應力只在在局部出現(xiàn)，，而將強度設設計值適當提提高的系數(shù)。。3)承受軸向力、、彎矩和剪力力共同作用的的對接焊縫當軸心力與彎彎矩、剪力共共同作用時，，焊縫的最大大正應力應為為軸心力和彎彎矩引起的應應力之和，剪剪應力仍按式式(14-16)驗算，折算應應力仍按式(14-17)驗算。四、直角焊縫的構構造與計算角焊縫按其長長度方向與作作用力方向的的關系分為正正面角焊縫、、側(cè)面角焊縫縫和斜角焊縫縫。當焊縫長長度方向與作作用力垂直時時為正面角焊焊縫；當焊縫縫長度方向與與作用力平行行時為側(cè)面角角焊縫。按截截面形式又分分為直角角焊焊縫和斜角角角焊縫(如圖14.19所示)?，F(xiàn)主要介紹紹直角焊縫。。鋼結(jié)構的連接接圖14.19角焊縫截面形形式鋼結(jié)構的連接接1.直角焊縫的構造1)最大焊角尺寸為避免燒穿焊件，減少焊接應力和焊接變形，角焊縫的焊角尺寸不宜過大。規(guī)范規(guī)定，除了直接焊接鋼管結(jié)構的焊角尺寸hf不宜大于鋼管厚度的2倍之外，hf不應大于較薄焊件厚度的1.2倍。在板件邊緣的角焊縫，當板件厚度t>6mm時，hf≤t；當t>6mm時，hf≤mm。2)最小焊角尺寸為保證焊縫的最小承載力，并防止焊縫因冷卻過快而產(chǎn)生裂紋。規(guī)范規(guī)定，角焊縫的焊角尺寸hf不得小于，t為較厚焊件厚度(單位：mm)。計算時，焊角尺寸取mm的整數(shù)，小數(shù)點以后都進為1mm。自動焊熔深大，最小焊角尺寸可減少1mm；對T形連接的單面角焊縫，應增加1mm。當焊件厚度等于或小于4mm時，最小焊角尺寸應與焊件厚度相同。3)角焊縫的計算長度限制側(cè)焊縫應力沿長度分布不均，兩端大中間小，為防止焊縫長度過大時，焊縫兩端先破壞，一般規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度lw≤60hf。當實際長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布時，計算長度不受此限制。為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，根據(jù)經(jīng)驗，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不得小于8hf和40mm。鋼結(jié)構的連接接4)其他構造要求求(1)當構件的端部部僅有兩側(cè)角角焊縫連接時時，每條側(cè)面面角焊縫的長長度不宜小于于兩側(cè)焊縫之之間的距離；；同時兩側(cè)面面角焊縫之間間的距離不宜宜小于16t(t>12mm)或200mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的的厚度。(2)在搭接連接中中，搭接長度度不得小于焊焊件較小厚度度的5倍，且不得小小于25mm。(3)所有圍焊的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角處必須連連續(xù)施焊。對對于非圍焊情情況，當角焊焊縫的端部在在構件轉(zhuǎn)角處處時，可連續(xù)續(xù)地做長度為為2hf的繞角焊。2.直角焊縫的計計算角焊縫的應力力狀態(tài)非常復復雜，如圖14.20所示為直角角角焊縫截面。。hf為角焊縫的焊焊角尺寸。he=0.7hf為直角角焊縫縫的有效厚度度。試驗表明明，直角角焊焊縫的破壞常常發(fā)生在45°線的喉部。故故通常取直角角角焊縫的計計算截面(有效截面)為45°方向的最小截截面。圖14.20直角角焊縫截截面圖圖14.21正面角焊縫的的應力圖圖14.22側(cè)面角焊縫的的應力鋼結(jié)構的連接接(14-18)(14-19)(14-20)計算角焊縫強度時，假定有效截面上的應力均勻分布，且不分抗拉、抗壓或抗剪，都用同一強度設計值。1)角焊縫的基本計算公式對正面角焊縫，如圖14.21所示：對側(cè)面角焊縫，如圖14.22所示：對各種應力綜合作用下的直角角焊縫：式中，——按焊縫有效截面計算，垂直于焊縫長度方向的應力；——按焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應力；——角焊縫的計算長度，對有引弧板的焊縫取焊縫的實際長度，對沒有引弧板的焊縫取其實際長度減去2hf；——角焊縫的強度設計值；——正面角焊縫的強度增大系數(shù)，對承受靜荷載或間接承受動荷載的結(jié)構=1.22；對直接承受動荷載的結(jié)構=1.0。鋼結(jié)構的連接接2)承受軸心力的的角鋼角焊縫縫計算在鋼桁架中，，角鋼腹桿與與節(jié)點板的連連接焊縫一般般采用兩面?zhèn)葌?cè)焊，也可采采用三面圍焊焊，特殊情況況也允許采用用L形圍焊(如圖14.23所示)。圖14.23鋼桁架腹桿與與節(jié)點板連接接處角焊縫焊焊接形式對于三面圍焊焊,計算時先假定定正面角焊縫縫的焊角尺寸寸hf3，求出正面角角焊縫所分擔擔的軸向力N3。當腹桿為雙雙角鋼組成的的T形截面時，且且肢寬為b時，再由平衡條件件，可得：(14-21)(14-22)鋼結(jié)構的連接接式中，N1、N2——角鋼肢背和肢肢尖上的側(cè)面面角焊縫所分分擔的軸力；；a1、a2——角鋼肢背和肢肢尖焊縫的內(nèi)內(nèi)力分配系數(shù)數(shù)，可近似取取a1=2/3,a2=1/3。對于兩面?zhèn)群负?，因N3=0，得：(14-23)對于L形焊縫，N2=0，得：求出各條焊縫縫所受內(nèi)力后后，即可進行行焊角尺寸或或焊縫長度的的計算。例如如對雙角鋼截截面，可先按按構造要求假假定肢背和肢肢尖焊縫的焊焊角尺寸，再再按下列公式式求出焊縫的的計算長度，，最后由計算算長度結(jié)合實實際情況確定定焊縫實際長長度。3)承受彎矩作用用的角焊縫計計算如圖14.24所示，在彎矩矩M單獨作用下，，角焊縫有效效截面上的應應力如同彎曲曲正應力，呈呈三角形分布布，屬正面角角焊縫受力性性質(zhì)。其強度度計算公式為為：式中，是是角焊縫縫有效截面的的抗彎截面模模量。(14-24)(14-25)(14-26)鋼結(jié)構的連接接圖14.24彎矩作用時角角焊縫應力圖圖14.25M、V、N作用下牛腿焊焊縫4)彎矩、剪力、、軸力共同作作用下角焊縫縫的計算如圖14.25所示的牛腿與與鋼柱連接處處的角焊縫，，同時受到彎彎矩M、剪力V和軸力N的作用。應分分別進行按下下列公式驗算算焊縫強度：：式中，，，、、分分別為驗算算點處由軸力力和彎矩引起起的焊縫有效效截面的正應應力，公式式(14-27b)是對不利點處處的折算應力力的驗算。(14-27a)(14-27b)鋼結(jié)構的連接接五、螺栓連接接螺栓連接分普普通螺栓連接接和高強螺栓栓連接。1.普通螺栓連接接1)普通螺栓的種種類普通螺栓一般般為六角頭螺螺栓，分為A、B、C三級。A、B級為精制螺栓栓，C級為粗制螺栓栓；C級螺栓材料性性能等級為4.6級或4.8級，小數(shù)點前前的數(shù)字表示示螺栓成品的的抗拉強度不不小于400N/mm，小數(shù)點及小小數(shù)點以后的的數(shù)字表示其其屈強比(屈服點與抗拉拉強度之比)為0.6或0.8；A、B級螺栓的材料料性能等級為為8.8級，其抗拉強強度不小于800N/mm，屈強比為0.8。A、B級螺栓在車床床上經(jīng)切削加加工精制而成成，表面光滑滑，尺寸準確確，螺桿直徑徑與螺栓孔徑徑相同，精度度較高，但制制作和安裝復復雜，已很少少在鋼結(jié)構中中采用；C級螺栓由未經(jīng)經(jīng)加工的圓鋼鋼壓制而成，，表面粗糙，，螺栓孔徑比比螺桿直徑大大1.5mm～3mm，精度較差，，但安裝方便便，且能有效效傳遞拉力，，故常用于受受拉連接，在在不承受動力力荷載的次要要結(jié)構中也可可用于受剪連連接。2)普通螺栓的構構造與計算(1)普通螺栓的排排列。螺栓在在構件上的排排列有并列和和錯列兩種基基本形式(如圖14.26所示)。并列排列較較簡單，但對對構件截面的的削弱較大；；錯列排列較較復雜，但可可減少對截面面的削削弱。。鋼結(jié)構的連接接為了避免螺栓栓過密或端距距過小，使板板件受拉時螺螺栓周圍應力力集中相互影影響，或使板板截面削弱過過多，以及端端部被剪斷等等，規(guī)范規(guī)定定了螺栓排列列間距、邊距距和端距的最最小距離。同同時為防止潮潮氣侵入板間間縫隙銹蝕鋼鋼材，及避免免鼓曲現(xiàn)象的的發(fā)生，同時時為方便施工工，規(guī)范也規(guī)規(guī)定了最大距距離。(2)普通螺栓的抗抗剪連接計算算?？辜袈菟ㄋㄟB接的可能能破壞形式有有以下幾種：：一是當栓桿桿直徑較小，，板件較厚時時，栓桿可能能先被剪斷；；二是當栓桿桿直徑較大，，板件較薄時時，板件可能能先被擠壞；；三是板件可可能因螺栓孔孔削弱太多而而被拉斷；四四是端距太小小，端距范圍圍內(nèi)的板件有有可能被栓桿桿沖剪破壞。。其中，第三三種破壞形式式屬于構件的的強度問題，，第四種破壞壞形式可由構構造要求避免免。故抗剪螺螺栓連接的計計算只考慮第第一、二兩種種情況。圖14.26螺栓排排列形形式鋼結(jié)構構的連連接①單個普普通螺螺栓抗抗剪連連接的的承載載力。。在普普通螺螺栓抗抗剪連連接中中，每每個普普通螺螺栓的的承載載力設設計值值應取取抗剪剪和承承壓承承載力力設計計值的的較小小者。。受剪承承載力力設計計值為為：承壓承承載力力設計計值為為：式中，，nv——受剪面面數(shù)目目，如如圖14.27所示，，單剪剪nv=1，雙剪剪nv=2，四剪剪nv=4；d———螺栓桿桿直徑徑；——在不同同受力力方向向中一一個受受力方方向承承壓構構件中中厚度度的較較小值值；——螺栓的的抗剪剪和承承壓強強度設設計值值。(14-28)(14-29)圖14.27抗剪螺螺栓連連接鋼結(jié)構構的連連接②普普通螺螺栓群群軸心心受剪剪計算算。實實驗證證明，，軸心心力作作用下下，螺螺栓群群的抗抗剪連連接中中，由由于內(nèi)內(nèi)力重重分布布，可可認為為軸心心力N由每個個螺栓栓平均均分擔擔，其其螺栓栓數(shù)為為：式中，，——單個普普通螺螺栓抗抗剪連連接的的承載載力設設計值值。(3)普通螺螺栓的的抗拉拉連接接計算算：①單單個普普通螺螺栓抗抗拉連連接的的承載載力式中，，d0——螺栓的的有效效直徑徑；——是普通通螺栓栓的抗抗拉強強度設設計值值。②普普通螺螺栓群群軸心心受拉拉計算算。軸軸心力力作用用下，，螺栓栓群的的抗拉拉連接接中，，假定定每個個螺栓栓均勻勻受力力，所所需螺螺栓數(shù)數(shù)目為為：(14-30)(14-31)(14-32)2.高強螺螺栓的的構造造與計計算高強度度螺栓栓的構構造按按受力力特征征分為為摩擦擦型和和承壓壓型兩兩種。。前者者依靠靠摩擦擦阻力力傳力力，并并以剪剪力不不超過過摩阻阻力作作為設設計準準則；；后者者接觸觸面允允許有有滑移移，并并以連連接達達到破破壞的的極限限承載載力作作為設設計準準則。。摩擦擦型連連接的的剪切切變形形小，，適用用于承承受動動荷載載的結(jié)結(jié)構，，但對對材料料強度度的使使用不不夠充充分；；承壓壓型連連接的的剪切切變形形大，，可充充分利利用材材料強強度，，但不不能用用于承承受動動荷載載的結(jié)結(jié)構。。鋼結(jié)構構的連連接鋼結(jié)構構的連連接高強度度螺栓栓排列列的構構造與與普通通螺栓栓相同同。高高強螺螺栓的的材料料性能能等級級分為為8.8級和10.9級。為為實現(xiàn)現(xiàn)高強強度螺螺栓的的高強強度性性能，，安裝裝時，，必須須按要要求擰擰緊螺螺帽，，使螺螺桿受受拉產(chǎn)產(chǎn)生預預拉力力。各各種規(guī)規(guī)格高高強度度螺栓栓預拉拉力可可查《規(guī)范》取值。。高強度度螺栓栓抗剪剪連接接計算算：(1)高強度度螺栓栓摩擦擦型連連接。。單個個摩擦擦型連連接高高強度度螺栓栓的抗抗剪承承載力力設計計值按按下式式計算算：式中，，nf——傳力摩摩擦面面數(shù)目目；u———摩擦面的抗抗滑移系數(shù)數(shù)，按表規(guī)規(guī)范采用；；p——一個高強度度螺栓的預預拉力。在螺栓桿軸軸方向受拉拉的連接中中，每個高高強度螺栓栓的抗拉承承載力設計計值為：(2)高強度螺栓栓承壓型連連接。在抗抗剪連接中中，每個承承壓型連接接高強度螺螺栓的承載載力設計值值的計算方方法與普通通螺栓相同同，但當剪剪切面在螺螺紋處時，，其受剪承承載力設計計值應按螺螺紋處的有有效面積進進行計算。。在桿軸方向向受拉的連連接中，每每個承壓型型連接高強強度螺栓的的承載力設設計值的計計算方法與與普通螺栓栓相同。(3)高強度螺栓栓群的計算算。高強度度螺栓群的的計算與普普通螺栓群群的相同，，只是各強強度設計值值對應取高高強度螺栓栓的設計值值。(14-33)(14-33)鋼屋蓋蓋一、鋼屋蓋的組組成與種類類鋼屋蓋結(jié)構構通常由屋屋面、檁條條、屋架、、托架和天天窗架等構構件組成。。根據(jù)屋面面材料和屋屋面結(jié)構布布置情況不不同，可分分為無檁屋屋蓋結(jié)構體體系和有檁檁屋蓋結(jié)構構體系，如如圖14.28所示。圖14.28屋屋蓋結(jié)構的的組成形式式無檁屋蓋結(jié)結(jié)構體系中中屋面板常常采用預應應力混凝土土大型屋面面板。屋面面荷載直接接傳給屋架架，整體性性能好。屋屋架間距與與屋面板的的長度通常常一致，為為6m。無檁體系系屋蓋屋面面構件的種種類和數(shù)量量少，構造造簡單，且且屋蓋剛度度大，耐久久性高，但但屋面自重重大，常要要增大屋架架桿件和下下部結(jié)構的的截面，對對抗震亦不不利。鋼屋蓋蓋有檁屋蓋結(jié)結(jié)構體系常常用于輕型型屋面材料料的情況，，如壓型鋼鋼板等。屋屋面荷載通通過檁條傳傳給屋架，，整體剛度度較差，常常用于中小小型廠房。。屋架間距距較靈活，，通常也為為6m。有檁體系系屋蓋可供供選用的屋屋面材料多多、屋架間間距和屋面面布置較靈靈活，自重重輕，用料料少，但構構件種類和和數(shù)量多，，構造較復復雜。二、屋蓋支撐體體系為增強屋架架平面?zhèn)认蛳虻膭偠群秃头€(wěn)定性，，形成空間間幾何不變變體系，承承受水平荷荷載，須在在屋架間設設置支撐體體系。屋蓋蓋支撐由上上弦橫向水水平支撐、、下弦橫向向水平支撐撐、下弦縱縱向水平支支撐、垂直直支撐和系系桿組成，，如圖14.29所示。圖14.29屋屋蓋支撐布布置示意圖圖1—上弦橫橫向支撐；；2—下弦弦橫向支撐撐；3—下下弦縱向支支撐；4——垂直支撐撐；5—剛性系系桿；6——柔性系桿桿鋼屋蓋蓋(1)上弦橫向水水平支撐。。上弦橫向向水平支撐撐一般布置置在屋蓋兩兩端或縱向向溫度區(qū)段段兩端的兩兩榀相鄰屋屋架的上弦弦桿之間，，位于屋架架上弦平面面沿屋架全全跨布置。。其弦桿即即屋架的上上弦桿，腹腹桿由交叉叉的斜桿及及縱桿組成成。當屋架架有檁條時時，縱桿由由檁條兼任任。(2)下弦橫向水水平支撐。。下弦橫向向水平支撐撐布置在與與上弦橫向向水平支撐撐同一開間間的屋架下下弦平面。。其形式和和構造與上上弦橫向水水平支撐相相同。橫向向水平支撐撐間的距離離不宜大于于60mm，當溫度區(qū)區(qū)段長度較較長時，應應在中部增增設上下弦弦橫向水平平支撐。(3)下弦縱向水水平支撐。。一般情況況下，屋架架可不設置置下弦縱向向水平支撐撐，但當房房屋較高、、跨度較大大、空間剛剛度要求較較高時，或或設有較大大起重量的的橋式吊車車、壁行吊吊車或有鍛鍛錘等較大大振動設備備時，均應應在屋架端端節(jié)間平面面內(nèi)設置縱縱向水平支支撐?？v向向水平支撐撐與橫向水水平支撐形形成封閉體體系可大大大提高房屋屋的縱向剛剛度。(4)垂直支撐。。垂直支撐撐位于上、、下弦橫向向水平支撐撐同一開間間內(nèi)。其上上下弦桿即即為上、下下弦橫向水水平支撐的的豎桿，其其端豎桿即即屋架豎桿桿。當有要要求時，除除在屋架端端部設置垂垂直支撐外外，尚應按按規(guī)定在跨跨度中央設設置垂直支支撐。鋼屋蓋蓋(5)系桿。桿分分為剛性系系桿(既能受拉也也能受壓)和柔性系