鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-馬翠玲

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理南洋理工學(xué)院建工系授課老師：張德軍2016.072024/3/81第1章緒論本章問答：鋼結(jié)構(gòu)？哪里用？如何用？重點(diǎn)：掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，理解鋼結(jié)構(gòu)的計算方法。難點(diǎn)：理解鋼結(jié)構(gòu)的計算方法。2024/3/82本章提綱1.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法1.4有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范、規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)簡介1.5鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展2024/3/831.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史(了解)鋼結(jié)構(gòu)？鋼結(jié)構(gòu)是鋼材制成的工程結(jié)構(gòu)，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、桁架、柱、板等構(gòu)件組成，各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接．有些鋼結(jié)構(gòu)還部分采用鋼絲繩或鋼絲束。含碳量小于2％的鐵碳合金稱作鋼，含碳量大于2％時稱作鐵。2024/3/841.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史鋼是一種鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。最早在公元前2000年左右，在伊拉克兩河流域就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù)。

我國也是較早發(fā)明煉鐵技術(shù)的國家之一，早在戰(zhàn)國時期，我國的煉鐵技術(shù)已很盛行了。公元65年（漢明帝時代），已成功地用鍛鐵為環(huán)，相扣成鏈，建成了世界上最早的鐵鏈懸橋——蘭津橋。此后，為了便利交通，跨越深谷，曾陸續(xù)建造了數(shù)十座鐵鏈橋。其中跨度最大的為1705年（清康熙）建成的四川瀘定大渡河橋，橋?qū)?.8m，跨長100m。除鐵鏈懸橋外，我國古代還建有許多鐵建筑物，如鐵塔等，目前依然存在。所有這些都表明，我們中華民族對鐵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，曾經(jīng)居于世界領(lǐng)先地位。2024/3/851.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史歐美等國家中最早將鐵做為建筑材料的當(dāng)屬英國，但直到1840年以前，還只采用鑄鐵來建造拱橋。1840年以后，隨著鉚釘連接和鍛鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄鐵結(jié)構(gòu)逐漸被鍛鐵結(jié)構(gòu)取代，隨著1855年英國人發(fā)明貝氏轉(zhuǎn)爐煉鋼法和1865年法國人發(fā)明平爐煉鋼法，以及1870年成功軋制出工字鋼之后，形成了工業(yè)化大批量生產(chǎn)鋼材的能力，強(qiáng)度高且韌性好的鋼材才開始在建筑領(lǐng)域逐漸取代鍛鐵材料，自1890年以后成為金屬結(jié)構(gòu)的主要材料。20世紀(jì)初焊接技術(shù)的出現(xiàn)，以及1934年高強(qiáng)度螺栓連接的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。除西歐、北美之外，鋼結(jié)構(gòu)在前蘇聯(lián)和日本等國家也獲得了廣泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為全世界所接受的重要結(jié)構(gòu)體系。

2024/3/861.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史

全國重點(diǎn)保護(hù)文物－瀘定鐵索橋，建于1705－1706年，橋身共由13根鐵鏈組成；每根（鐵鏈）由862－977節(jié)鐵環(huán)相扣，每根鐵鏈重1300－1800kg。2024/3/871.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史

公元1061年（宋代）湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在。鐵塔高17.9米，八角十三級，重53.3噸，為我國現(xiàn)存最高、最重、最大的鐵塔。已有900多年的歷史。2024/3/881.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史甘露寺鐵塔位于天王殿東北，實(shí)際上是唐寶歷元年(八二五年)衛(wèi)公李德裕建，故又稱衛(wèi)公塔。宋代重鑄為鐵塔，原塔為七級。十九世紀(jì)末又因大風(fēng)疾雷，傾倒四層。2024/3/891.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史鴉片戰(zhàn)爭后，中國淪為半殖民地半封建社會，經(jīng)濟(jì)停滯不前，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展也比較緩慢。這期間建造的橋梁大多為國外修筑。值得一提的是，1937年建成的錢塘江大橋是由我國著名橋梁專家茅以升負(fù)責(zé)設(shè)計和監(jiān)督施工的。解放后，生產(chǎn)力得到大的發(fā)展，建成了大量的鋼結(jié)構(gòu)工程，其中不少在規(guī)模上和技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。橋梁方面：1957年的武漢長江大橋；1968年的南京長江大橋；1992年的九江長江大橋；1993年的上海楊浦大橋；1996年的西陵長江大橋等。公用與民用建筑：首都體育館（跨度99m平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)）；上海體育館（直徑110m平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)）；秦俑陳列館（跨度70m的三鉸拱鋼結(jié)構(gòu)）塔桅結(jié)構(gòu)：北京環(huán)境氣象桅桿（1977，325m）；上海東方明珠電視塔（1995，468m）。2024/3/8101.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史

由茅以升先生主持興建的杭州錢塘江大橋。該橋由他帶領(lǐng)一批留學(xué)生自行設(shè)計和監(jiān)造(實(shí)際施工由丹麥康益洋行承包下部結(jié)構(gòu)和沉箱基礎(chǔ)工程，上部結(jié)構(gòu)鋼梁則由英商道門朗公司承包制造和安裝)。2024/3/8111.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史廣州中山紀(jì)念堂是為了紀(jì)念孫中山先生建造的，于1931年10月竣工。廳內(nèi)容積為33300立方米，容量為5000人。建國后，廣州市的標(biāo)志性建筑，為國家一級文物。2024/3/8121.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史2024/3/8131.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史2024/3/8141.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史2024/3/8151.1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史2024/3/8161.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用(掌握)哪里用？1.2.1鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕鋼與磚石和混凝土相比，雖然密度較大，但強(qiáng)度更高，故其密度

與強(qiáng)度的比值較小，承受同樣荷載時，鋼結(jié)構(gòu)要比其他結(jié)構(gòu)輕。例如，當(dāng)跨度和荷載均相同時，鋼屋架的質(zhì)量僅為鋼混凝土屋架的1/3~1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為運(yùn)輸和吊裝提供了方便。由于鋼結(jié)構(gòu)常較柔軟細(xì)，因此穩(wěn)定問題比較突出，應(yīng)給予充分注意。2024/3/8171.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用(掌握)哪里用？鋼材比重：7850Kg/m3,抗拉設(shè)計強(qiáng)度（200～）N/mm2重量/強(qiáng)度＝40

混凝土比重：2500Kg/m3,抗拉設(shè)計強(qiáng)度（1～）N/mm2重量/強(qiáng)度＝2500

木材比重：500Kg/m3,順紋抗拉強(qiáng)度（10～）N/mm2重量/強(qiáng)度＝50強(qiáng)度高，適用于建造跨度大、承載重的結(jié)構(gòu)。2024/3/818（2）材質(zhì)均勻，且塑性韌性好鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性體，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計算結(jié)果比較符合，計算結(jié)果比較可靠，安全可靠度高。鋼材在冶煉和軋制過程中質(zhì)量可以嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動的范圍小。塑性和韌性是概念上完全不同的兩個物理量塑性——承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證。

韌性——承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能，適宜在動力荷載下工作。適用于建造重要結(jié)構(gòu)、對抗震要求較高的結(jié)構(gòu)1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用2024/3/8191.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用（3）良好的加工性能和焊接性能鋼材具有良好的冷熱加工性能和焊接性能，便于在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠大批量生產(chǎn)出精度較高的構(gòu)件，然后運(yùn)至現(xiàn)場，進(jìn)行工地拼接和吊裝，既可保證質(zhì)量，又可縮短施工周期。（4）密封性好

采用焊接連接的鋼板結(jié)構(gòu)，具有較好的水密性和氣密性，可用來制作壓力容器、管道，甚至載人太空結(jié)構(gòu)。（5）鋼材的可重復(fù)使用性鋼結(jié)構(gòu)加工制造過程中產(chǎn)生的余料和碎屑，以及廢棄和破壞了的鋼材或構(gòu)件，均可回爐重新冶煉成鋼材重復(fù)使用。因此，鋼材被稱為綠色建筑材料或可持續(xù)發(fā)展的材料。2024/3/8201.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用（6）鋼材耐熱但不耐火100℃以內(nèi)，強(qiáng)度無影響；150℃以上，必須進(jìn)行遮擋處理600℃左右，鋼材進(jìn)入塑性，無承載能力溫度在200℃以內(nèi)時，鋼材主要力學(xué)性能降低不多。溫度超過200℃后，不僅強(qiáng)度逐步降低，還會發(fā)生藍(lán)脆和徐變現(xiàn)象。溫度達(dá)600℃時，鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)不能繼續(xù)承載裸鋼的耐火極限通常只有15～30分鐘，根據(jù)我國有關(guān)建筑防火設(shè)計規(guī)范的要求，建筑的主要承重構(gòu)件，如柱、梁、墻、樓板的耐火極限的要求，分別為0.5～3.0小時。我們國家已經(jīng)明文規(guī)定必須在鋼結(jié)構(gòu)上采取防火措施，而且要達(dá)到相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)才能通過驗(yàn)收。措施：防火涂料、防火漆、外包混凝土2024/3/8211.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用（7）耐腐蝕性差

鋼材耐腐蝕的性能比較差，必須對結(jié)構(gòu)注意防護(hù)。尤其是暴露在大氣中的結(jié)構(gòu)如橋梁，更應(yīng)特別注意。這使維護(hù)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過在沒有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題并不嚴(yán)重。近年來出現(xiàn)的耐候鋼具有較好的抗銹性能，已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用。容易腐蝕，處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。

（8）鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂。2024/3/8221.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（1）大跨結(jié)構(gòu)鋼材強(qiáng)度高結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)勢正好適合于大跨構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨空間結(jié)構(gòu)和大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用如飛機(jī)庫，體育館，展覽廳，影劇院，大型交易市場等屋蓋結(jié)構(gòu)。國家體育場建筑體形上像鳥巢?？扇菁{8萬人。平面為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間有一個146m×76m的開口，這部分將設(shè)計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面，總用鋼量達(dá)16萬t。

2024/3/8231.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用位于北京人民大會堂西側(cè)，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬平方米，總投資26.88億元。該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。屋面采用鈦金屬板，整個網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計為法國巴黎機(jī)場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m。

國家大劇院

2024/3/8241.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用深圳會展中心膜結(jié)構(gòu)2024/3/8251.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（2）工業(yè)廠房

吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結(jié)構(gòu)。另外，有強(qiáng)烈輻射熱的車間，也經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式多為由鋼屋架和階形柱組成的門式剛架或排架，也有采用網(wǎng)架做屋蓋的結(jié)構(gòu)形式。如冶金工廠的平爐車間、初軋車間、混鐵爐車間等；重型機(jī)器廠的鑄鋼車間，水壓機(jī)車間、鍛壓車間等；造船廠的船臺車間飛機(jī)制造廠的裝配車間等。這些車間的主要承重骨架往往全部或部分采用鋼結(jié)構(gòu)。

2024/3/8261.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用西安變壓器廠（400t吊車）

2024/3/8271.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（3）受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)

由于鋼材具有良好的韌性，設(shè)有較大鍛錘或產(chǎn)生動力作用的其他設(shè)備的廠房，即使屋架跨度不大，也往往由鋼制成。對于抗震能力要求高的結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)也是比較宜的。（4）高聳和高層建筑高聳結(jié)構(gòu)也包塔架和桅桿結(jié)構(gòu)。如高壓輸電線路的塔架、廣播和電視發(fā)射用的塔架和桅桿等。上海的東方明珠電視塔高度達(dá)到468m，高層建筑的骨架，也是鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的一個方面，目前國內(nèi)最高的是上海環(huán)球金融中心，高度為492m。

2024/3/8281.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用金茂大廈是由中國上海對外貿(mào)易中心股份有限公司獨(dú)家投資5.6億美元建設(shè)的一座88層的超高層大廈，建筑高度420.5米，建筑面積28.9萬平方米，于1998年8月28日竣工?？傆娩摿?4000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。央視新臺址建設(shè)工程位于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中路、北京商務(wù)中心區(qū)的核心地段，占地面積18.7萬平方米，總建筑面積55萬平方米,230m。2024/3/8291.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用2024/3/8301.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（5）可拆卸的結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)不僅重量輕，還可以用螺栓或其他便于拆裝的手段來連接，因此非常適用于需要搬遷的結(jié)構(gòu)。用于裝配式活動房屋、臨時性展覽館、舞臺、施工時的臨時房屋、溫室大棚等

活動車庫活動橋

2024/3/8311.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（6）容器和其他構(gòu)筑物

冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板做成的容器結(jié)構(gòu)，包括油罐、煤氣罐、高爐、熱風(fēng)爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架、鍋爐支架等其他鋼構(gòu)筑物，海上采油平臺也大都采用鋼結(jié)構(gòu)。大連西太平洋石化有限公司CF-62鋼球罐陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐2024/3/8321.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（7）輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個很模糊的概念，沒有嚴(yán)格的定義。以下結(jié)構(gòu)都可稱為輕型鋼結(jié)構(gòu)：①由冷彎薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；④由圓管、方管、矩形管組成的結(jié)構(gòu)⑤由薄鋼板焊成的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)⑥由以上各種構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。門式剛架結(jié)構(gòu)

2024/3/8331.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（8）鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件和板件受壓時必須滿足穩(wěn)定性要求，往往不能充分發(fā)揮它的強(qiáng)度高的作用，而混凝土則最宜于受壓不適于受拉，將鋼材和混凝土并用，使兩種材料都充分發(fā)揮它的長處，是一種很合理的結(jié)構(gòu)。近年來這種結(jié)構(gòu)在我國獲得了長足的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于高層建筑(如深圳的賽格廣場)、大跨橋梁、工業(yè)廠房和地鐵站臺柱等。主要構(gòu)件形式有鋼與混凝土組合梁和鋼管混凝土柱等。2024/3/834§1.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法（難點(diǎn)）1.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法（掌握）1.結(jié)構(gòu)的功能要求可靠性指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足的功能要求可概括為：（1）安全性建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載和變形。（2）適用性結(jié)構(gòu)在正常使用過程中應(yīng)具有良好的工作性。例如，不產(chǎn)生影響使用的過大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者不安的過寬的裂縫等；（3）耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下應(yīng)有足夠的耐久性，完好使用到設(shè)計規(guī)定的年限（即設(shè)計使用年限例如一般建筑結(jié)構(gòu)可以規(guī)定為50年）。例如混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。（4）在設(shè)計規(guī)定的偶然事件(如地震、爆炸)發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性所謂整體穩(wěn)定性，系指在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。2024/3/8351.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法2.結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度是：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。規(guī)定時間，通常采用結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限；規(guī)定條件是指正常設(shè)計，正常施工，正常使用和維護(hù)的條件，不考慮人為過失影響。3.結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的可靠性是用結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)來判斷的。整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計指定的某一功能要求這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。2024/3/8361.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法(1)承載能力極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或者達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞，或產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系時，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就超過了承載能力極限狀態(tài)。超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足安全性的要求。(2)正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能中某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)影響正常使用的過大變形、裂縫過寬、局部損壞和震動時可認(rèn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過了正常使用極限狀態(tài)。超過了正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能保證適用性和耐久性的功能要求。

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計后，還應(yīng)該按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)不超過承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

把極限狀態(tài)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計原則的設(shè)計方法，就是極限狀態(tài)設(shè)計法。2024/3/8371.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法4.概率極限狀態(tài)設(shè)計原理以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法則是以結(jié)構(gòu)失效概率來定義結(jié)構(gòu)可靠度，并以與結(jié)構(gòu)失效概率相對應(yīng)的可靠指標(biāo)β來度量結(jié)構(gòu)可靠度，從而能較好地反映結(jié)構(gòu)可靠度的實(shí)質(zhì)，使設(shè)計概念更為科學(xué)和明確。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以用極限狀態(tài)函數(shù)來表達(dá)：Z＝R—S

S——荷載效應(yīng)，它代表由各種荷載分別產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的總和；R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力當(dāng)Z＝R—S>0時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z＝R—S=0時，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；當(dāng)Z＝R—S<0時，結(jié)構(gòu)處于失效(破壞)狀態(tài)。2024/3/8381.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法安全的概念是相對的，所謂“安全”只是失效概率相對較小而已，失效概率不可能為零，故不存在絕對安全的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該通過設(shè)計把失效概率控制在某一個可以接受的限制以下就可以。從結(jié)構(gòu)安全的角度，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力R，減小抗力R和荷載效應(yīng)S的離散程度，可以提高結(jié)構(gòu)的可靠程度，即提高μR－μS，減小σR、σS可使失效概率降低。

2024/3/8391.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)的可靠性具有明確的意義，但計算繁瑣，可以利用可靠度指標(biāo)β代替失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。(·)標(biāo)準(zhǔn)化正態(tài)分布函數(shù)2024/3/8401.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法在隨機(jī)變量R、S服從正態(tài)分布時，只要知道就可以求出可靠指標(biāo)。把稱為可靠指標(biāo)?？煽恐笜?biāo)可以反映失效概率的大小，和Pf之間有一一對應(yīng)關(guān)系，用可靠指標(biāo)計算更為簡便?？梢钥闯龃螅瑒t失效概率Pf小。

目標(biāo)可靠指標(biāo)[

]

為使結(jié)構(gòu)設(shè)計安全和經(jīng)濟(jì)合理，確定一個公眾所能接受的建筑結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標(biāo)，稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)(允許失效概率)相關(guān)因素：安全等級，破壞形式，極限狀態(tài)（1.3.1）2024/3/8411.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法5.極限表達(dá)式

分項(xiàng)系數(shù)是按照目標(biāo)可靠指標(biāo)β值，并考慮工程經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選確定后，將其隱含在設(shè)計表達(dá)式中，分項(xiàng)系數(shù)已起著考慮目標(biāo)可靠指標(biāo)的等價作用。實(shí)用設(shè)計表達(dá)式是多系數(shù)的極限狀態(tài)表達(dá)式，包括承載力分項(xiàng)系數(shù)和荷載分項(xiàng)系數(shù)等，其來源與目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]有關(guān)，并都由[β]值度量的，這樣可保證結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件之間的可靠度水平或各種結(jié)構(gòu)之間的可靠度水平基本上比較一致?！兑?guī)范》給出的實(shí)用設(shè)計表達(dá)式有承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式和正常使用極限狀態(tài)表達(dá)式均由此原理確定。⑴承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式

①結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

γ0它是第一層次的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級、設(shè)計使用年限并考慮工程經(jīng)驗(yàn)確定。

2024/3/8421.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，與安全等級對應(yīng)：（1）對安全等級為一級或設(shè)計使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.1；

（2）二級或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.0；

（3）等級為三級或5年及以下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于0.9。

（4）在抗震設(shè)計中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)②荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)：它是第二層次的分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)給定的目標(biāo)可靠指標(biāo)和不同的可變荷載與永久荷載比值，對不同類型的構(gòu)件進(jìn)行反算后得出相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，從中經(jīng)過優(yōu)選，確定最合適的數(shù)值。例如，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利和有利分別取1.2和1.0，可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)一般取1.4等。

2024/3/8431.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法實(shí)際上荷載效應(yīng)中的荷載有永久荷載和可變荷載，為荷載組合，并且可變荷載不止一個，同時，可變荷載對結(jié)構(gòu)的影響有大有小，多個可變荷載也不一定會同時發(fā)生，為此，考慮到兩個或兩個以上可變荷載同時出現(xiàn)的可能性較小，引入荷載組合值系數(shù)對其標(biāo)準(zhǔn)值折減。作用效應(yīng)有基本組合也有偶然組合。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，一般考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。《建筑結(jié)構(gòu)荷數(shù)規(guī)范》規(guī)定：對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的兩組組合中取最不利值確定。結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值RR=R（

R，fk，ak，….）=Rk/

R荷載效應(yīng)組合設(shè)計值SⅠ、基本組合2024/3/8441.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法由可變荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合取最不利值其中，

G—永久荷載分項(xiàng)系數(shù);

Q—可變荷載分項(xiàng)系數(shù);SGk—永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值

SQk

—可變荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值

;

ci—第i個可變荷載的組合系數(shù)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式（1.3.3）（1.3.2）2024/3/8451.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法

G

——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，一般情況下取1.0，驗(yàn)算傾覆、滑移或漂浮時取0.9；

Q1,

Qi——第1個和第i個可變荷載分項(xiàng)系數(shù)。當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時，在一般情況下應(yīng)取1.4，對標(biāo)準(zhǔn)值大于4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，應(yīng)取為0；S——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

SQ1k——在基本組合中起控制作用的第1個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；SQik——第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

ci——第i個可變荷載的組合值系數(shù)，其值不應(yīng)大于12024/3/8461.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡化規(guī)則由可變荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合取最不利值

—簡化設(shè)計表達(dá)式中采用的荷載組合系數(shù)，一般情況下可取

=0.90當(dāng)只有一個可變荷載時，取=1.0Ⅱ、偶然組合2024/3/8471.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計法偶然組合極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式確定的一般原則?。┲豢紤]一種偶然作用與其他荷載的組合ⅱ）偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)ⅲ）可變荷載可根據(jù)與偶然作用同時出現(xiàn)的可能性，采用適當(dāng)?shù)拇碇担鐪?zhǔn)永久值等ⅳ）荷載與抗力分項(xiàng)系數(shù)值,可根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度分析或工程經(jīng)驗(yàn)確定⑵正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式

允許其出現(xiàn)的概率高于承載能力極限狀態(tài)采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合

S

CC—結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形flim、裂縫寬度wlim等2024/3/8481.3.2結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗(yàn)算，僅需考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合：針對未變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡；不考慮變形對外力的影響，叫做一階分析；針對已變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡，叫做二階分析。一階分析所得變形與荷載關(guān)系是線性的，二階分析所得變形與荷載關(guān)系是非線性的，疊加原理不可用。

應(yīng)力問題一般只用一階分析，只有少數(shù)特殊結(jié)構(gòu)，如索結(jié)構(gòu)、桅桿結(jié)構(gòu)，因變形對內(nèi)力影響很大，才需用二階分析。1.3.2結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法2024/3/849§1.4有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范、規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)簡介（了解）

我國涉及鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)等從總體上可分為5個層次。屬于第一個層次的有：（1）GB50068-2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》；……屬于第二個層次的有：（1）GB2009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》；……屬于第三個層次的有：（1）GB50017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》；……2024/3/850§1.5鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展（了解）

1.5.1結(jié)構(gòu)用鋼的新發(fā)展

國內(nèi)外在高性能鋼材的應(yīng)用方面取得不少新進(jìn)展，其中包括高強(qiáng)度高性能鋼、低屈服點(diǎn)鋼和耐火鋼的開發(fā)和應(yīng)用等。

高性能鋼材是一個綜合性的相對概念。鋼材產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)中尚無明確的定義。按應(yīng)用性能不同一般可分為以下幾類：

1）綜合性能優(yōu)異的鋼材——在強(qiáng)度、延性、沖擊韌性、焊接性等各方面性能均優(yōu)于通用性能的鋼材。如建筑結(jié)構(gòu)用鋼板（GJ鋼）、低合金鋼中TMCP交貨鋼材等。

2）專用性能優(yōu)異的鋼材——滿足某一功能要求而其專用性能優(yōu)異的鋼材。如“厚度方向鋼板”、“耐候鋼”、“耐火鋼”等。

3）截面特性優(yōu)異的鋼材——因截面形狀更合理而具有更優(yōu)化截面特性的熱軋（冷彎）型材。如寬翼緣工字鋼、冷彎薄壁型鋼、蜂窩梁等。

相對來說，我國鋼材的種類和質(zhì)量均不及工業(yè)發(fā)達(dá)國家的。如何研制開發(fā)新型高效鋼材是擺在我國冶金戰(zhàn)線科技工作者面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。2024/3/851§1.5鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展1.5.2

新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展

近年來，在全國各地修建了大量的大跨空間結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式已在全國普及，張弦桁架、懸掛結(jié)構(gòu)也有很多應(yīng)用實(shí)例；直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)、變截面輕鋼門式剛架、金屬拱型波紋屋蓋等輕鋼結(jié)構(gòu)也已遍地開花；鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也在不少城市拔地而起；適合我國國情的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)也有了廣泛應(yīng)用；目前好多地方都在建造索膜結(jié)構(gòu)的罩棚和建筑小品……可以毫不夸張地說，我國已成了各種鋼結(jié)構(gòu)體系的展覽館和試驗(yàn)場。選擇先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)體系，既能滿足建筑藝術(shù)需要，又能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量就顯得非常重要。目前有一種為追求建筑造型新奇、怪異，而不惜浪費(fèi)鋼材采用最笨重的結(jié)構(gòu)形式的傾向是值得警惕的。2024/3/852§1.5鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展1.5.3設(shè)計方法的新發(fā)展目前我國采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計法的特點(diǎn)是用根據(jù)各種不定性分析所得到的失效概率(或可靠指標(biāo))去度量結(jié)構(gòu)的可靠性，并使所計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度達(dá)到預(yù)期的一致性和可比性。但是該方法還有待發(fā)展，因?yàn)橛盟嬎愕目煽慷冗€只是構(gòu)件或某一截面的可靠度而不是結(jié)構(gòu)體系的可靠度，該方法也不適用于構(gòu)件或連接的疲勞驗(yàn)算。2024/3/853第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料教學(xué)要求：

了解鋼材的生產(chǎn)及建筑鋼材的種類、規(guī)格和選用原則，掌握鋼材的主要性能及影響其性能的各種要素，熟悉鋼材的疲勞的概念及鋼材疲勞的計算方法。

重點(diǎn)：鋼材的主要性能及影響性能的各種要素難點(diǎn)：鋼材疲勞破壞的特點(diǎn)及常幅疲勞、變幅疲勞的計算原理及方法

本章內(nèi)容：2.1概述；2.2鋼材的生產(chǎn)2.3鋼材的主要性能；2.4各種因素對鋼材性能的影響；2.5鋼材的疲勞；2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用2024/3/854§2.1概述（熟悉）國民經(jīng)濟(jì)各部門大多需要鋼材，但由于各自用途不同，所需鋼材性能各異。如有的機(jī)器零件需要鋼材有較高的強(qiáng)度、耐麻性和中等的韌性；有的石油化工設(shè)備需要鋼材具有耐高溫性能；機(jī)械加工的切削工具需要鋼材有很高的強(qiáng)度和硬度；等等。因此，雖然碳素鋼有一百多種，合金鋼有三百多種，但是符合鋼結(jié)構(gòu)性能要求的鋼材只能碳素鋼及合金鋼中的少數(shù)幾種。用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具備如下性能：（1）較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fy比較高。抗拉強(qiáng)度高，可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。屈服點(diǎn)高可以減小截面，從而減輕自重，節(jié)約鋼材，降低造價。（2）足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。塑性好則結(jié)構(gòu)破壞前變形比較明顯，從而可減少脆性破壞的危險性，并且塑性變形還能調(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩。韌性好則在動荷載作用下破壞時可吸收較多的能量，同樣也降低脆性破壞的危險程度。對采用塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)和地震區(qū)的結(jié)構(gòu)而言，鋼材變形能力的大小具有特別重要的意義。2024/3/855§2.1概述（熟悉）（3）良好的加工性能。即適合冷、熱加工，同時具有良好的可焊性，不因這些加工而對強(qiáng)度、塑性及韌性帶來較大的有害影響。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，在必要時還應(yīng)該具有適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕（包括大氣銹蝕），以及重復(fù)荷載作用等的性能。在符合上述性能的條件下，同其他建筑材料一樣，鋼材也應(yīng)該容易生產(chǎn)，價格便宜。鋼鐵是怎樣煉成的？2024/3/856§2.2鋼材的生產(chǎn)（了解）煉鋼的主要任務(wù)是按所煉鋼種的質(zhì)量要求，調(diào)整鋼中碳和合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)，并使P、S、H、O、N等雜質(zhì)的含量降至允許限量之下。煉鋼過程實(shí)質(zhì)上是一個氧化過程，爐料中過剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn等氧化后進(jìn)入爐渣中。S部份進(jìn)入煉渣中，部分則生成SO2排出。當(dāng)鋼水成份和溫度達(dá)到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調(diào)整化學(xué)成份，可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。2.2.1鋼材的冶煉1．鋼鐵材料生產(chǎn)經(jīng)過下列三個階段獲得，先由鐵礦石冶煉成生鐵，再由生鐵冶煉成鋼，并鑄成鋼錠，然后經(jīng)壓力加工軋制成成型的鋼材。

2．生鐵冶煉2024/3/8572.2.1鋼材的冶煉①生鐵冶煉的原材料：鐵礦石、燃料（焦炭）、熔劑（石灰石等）；②設(shè)備：高爐；③過程概述：原材料在高爐中，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)變化過程，從鐵礦石中首先還原出固體的海綿狀態(tài)；在高爐冶煉條件下，海綿狀鐵不斷吸收焦炭中的碳，形成了含碳量高、熔點(diǎn)低的液態(tài)鐵碳合金，稱為生鐵；④高爐生鐵可分為煉鋼用生鐵和鑄造用生鐵。3．煉鋼①煉鋼的任務(wù)，就是根據(jù)所煉鋼種的要求，將生鐵中的碳和硅、錳、磷、硫等元素含量降低到規(guī)定的范圍；②如果煉制合金鋼，還需要加入所要求的合金元素，獲得所需要的合金鋼；③煉鋼過程：這主要是一個氧化過程。在1500-1700攝氏度的高溫下，通過氧化使生鐵中的雜質(zhì)進(jìn)入熔渣被排除，使過剩的碳氧化成CO2被排出。④根據(jù)鋼脫氧程度的不同，可以分為：鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼。⑤煉鋼的設(shè)備：主要有轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐三種。4．鋼的成材①鋼錠的一部分可以直接用于生產(chǎn)大型鍛件；②加工型鋼的方法：軋制、擠壓、拉拔、鍛造等；2024/3/858§2.2鋼材的生產(chǎn)冶煉：A、目的：除去有害元素，加入有利元素

B、方法：平爐，

轉(zhuǎn)爐（周期短、效率高、質(zhì)量好、成本低）澆注：A、目的：排除FeO中O

B、種類：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼軋制：使缺陷焊合，使金屬組織更致密2.2.2鋼材的組織構(gòu)造和缺陷1、鋼材的組織構(gòu)造碳素結(jié)構(gòu)鋼是通過在強(qiáng)度較低而塑性較好的純鐵中加適量的碳來提高強(qiáng)度的，一般常用的低碳鋼含碳量不超過0.25％。低合金結(jié)構(gòu)鋼則是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)添加總量不超過5％的其它合金元素，來改善鋼材的性能。固溶體（Fe中固溶著微量C）—鐵素體；化合物（Fe和C合成Fe3C）—滲碳體機(jī)械混合物（固溶體和化合物的混合物）——珠光體2024/3/859§2.2鋼材的生產(chǎn)①鐵素體:鋼材中的鐵素體系碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.02％），由此決定其塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。②滲碳體:滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。③珠光體:珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量較低(0.8%）層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。2、鋼材的鑄造缺陷鋼在冶煉和澆注過程中還會產(chǎn)生其它的冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等。所謂偏析是指化學(xué)成分在鋼內(nèi)的分布不均勻，特別是有害元素如硫、磷等在鋼錠中的富集現(xiàn)象；偏析影響鋼材的力學(xué)性能和耐蝕性能。非金屬夾雜是指鋼中含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)；鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質(zhì)。它破壞了金屬基體的連續(xù)性和各向同性性能。鋼中非金屬夾雜對鋼材的強(qiáng)度、伸長率、韌性和疲勞強(qiáng)度有不同程度的影響。2024/3/860§2.2鋼材的生產(chǎn)裂紋直接影響鋼材力學(xué)性能和耐腐蝕性能，成品鋼材不允許裂紋存在。氣孔是指由氧化鐵與碳作用生成的一氧化碳?xì)怏w，在澆注時不能充分逸出而留在鋼錠中的微小孔洞；縮孔是因鋼液在鋼錠模中由外向內(nèi)、自下而上凝固時體積收縮，因液面下降，最后凝固部位得不到鋼液補(bǔ)充而形成；縮孔殘余嚴(yán)重地破壞鋼材的連續(xù)性，是鋼材不允許存在的缺陷，軋制(鍛造)時必然在鋼坯上產(chǎn)生裂紋。

鋼材的組織構(gòu)造和缺陷，均會對鋼材的力學(xué)性能產(chǎn)生重要的影響。2.2.3鋼材的加工

鋼材的加工分為熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，產(chǎn)生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工。在常溫下對鋼材進(jìn)行加工稱為冷加工。通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝稱為熱處理。2024/3/861§2.2鋼材的生產(chǎn)1、熱加工可破壞鋼錠的鑄造組織，使金屬的晶粒變細(xì)，還可在高溫和壓力下壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學(xué)性能。熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數(shù)較多，軋制的壓縮比大，鋼材的性能改善明顯，其強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼。鋼材的強(qiáng)度按板厚分組就是這個緣故?？陕?lián)想一下?lián){面，和的次數(shù)越多，搟的遍數(shù)越多，面是不是越精斗？鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜，經(jīng)軋制之后被壓成薄片，對軋制壓縮比較小的厚鋼板來說，該薄片無法被焊合，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。分層使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化，在焊接連接處沿板厚方向有拉力作用（包括焊接產(chǎn)生的約束拉應(yīng)力作用）時，可能出現(xiàn)層狀撕裂現(xiàn)象（圖2.1），應(yīng)引起重視。圖2.1層狀撕裂示意圖2024/3/862§2.2鋼材的生產(chǎn)2、冷加工一般盤圓鋼筋都要調(diào)直，調(diào)直的過程就是冷拉。例如：一般直徑為6.5mm的盤圓冷拉后一般都變?yōu)?mm直徑，但是在計算鋼筋時，按圖紙設(shè)計計算鋼筋工程量在常溫或低于再結(jié)晶溫度情況下，通過機(jī)械的力量，使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形，獲得需要的薄板或型鋼的工藝稱為冷加工。冷加工包括冷軋、冷彎、冷拔等延伸性加工，也包括剪、沖、鉆、刨等切削性加工。冷軋卷板和冷軋鋼板就是將熱軋卷板或熱軋薄板經(jīng)帶鋼冷軋機(jī)進(jìn)一步加工得到的產(chǎn)品。對于比較重要的結(jié)構(gòu)，要盡量避免局部冷加工硬化的發(fā)生。3、熱處理鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，施以不同的加熱、保溫和冷卻措施，籍改變其內(nèi)部組織構(gòu)造，達(dá)到改善鋼材性能的一種加工工藝。鋼材的普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。2024/3/863§2.2鋼材的生產(chǎn)

退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。（1）退火：將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻)的一種金屬熱處理工藝。（2）正火：將工件加熱到一定溫度，保溫一定時間后，從爐中取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。（3）淬火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。（4）回火：將淬火鋼加熱至某一溫度保溫一定時間后，以適當(dāng)方式冷到室溫的熱處理工藝。是緊接淬火的下道熱處理工序，同時決定了鋼在使用狀態(tài)下的組織和性能，關(guān)系著工件的使用壽命，故是關(guān)鍵工序。

2024/3/864§2.3鋼材的主要性能

2.3.1鋼材的破壞形式塑性破壞：變形超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。塑性破壞前，由于總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)的時間較長，很容易及時發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。脆性破壞：破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)，斷裂從應(yīng)力集中處開始。由于脆性破壞前沒有明顯的預(yù)兆，無法及時覺察和采取補(bǔ)救措施。由于脆性破壞前沒有明顯的征兆，不能及時覺察和補(bǔ)救，破壞后果嚴(yán)重。如1972年廊坊因一個桿脆斷導(dǎo)致屋架倒塌，1999年四川綦江大橋倒塌等。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和使用中，充分考慮各方面因素，避免一切發(fā)生脆性破壞的可能性?！疤┨鼓峥颂枴背翛]：鋼材的冷脆性，即在-40℃~0℃的溫度下，鋼材的力學(xué)行為由韌性變成脆性，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的脆性斷裂。而用現(xiàn)代技術(shù)煉的鋼只有在—70℃一—60℃的溫度下才會變脆。

2024/3/865§2.3鋼材的主要性能塑性材料受單向拉伸時，在斷裂之前會發(fā)生顯著的塑性變形，這時構(gòu)件往往就失去了正常工作的能力，所以在工程意義上，這類材料的構(gòu)件發(fā)生整體的或大面積的塑性變形就算是一種破壞標(biāo)志，而不必等到出現(xiàn)斷裂。脆性材料受單向拉伸時，在斷裂之前并不發(fā)生明顯的塑性變形，所以對于這類材料斷裂是破壞的標(biāo)志。注意：這并不等于說塑性材料不會出現(xiàn)脆性斷裂(即斷裂前不發(fā)生明顯的塑性變形)，也不是說脆性材料不可能發(fā)生塑性變形。這是因?yàn)椴牧系钠茐木烤共扇『畏N形式，不但取決于材料的性質(zhì)，而且與材料所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。譬如，塑性材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下時，往往發(fā)生脆性斷裂；而脆性材料如果處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，有時也會出現(xiàn)明顯的塑性變形2024/3/866§2.3鋼材的主要性能2.3.2鋼材在單向一次拉伸下的工作性能圖2.2鋼材的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線fp—比例極限

fy—屈服強(qiáng)度(強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計依據(jù)）fu—極限強(qiáng)度(最大承載強(qiáng)度、強(qiáng)度儲備)圖2.3

碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2024/3/867§2.3鋼材的主要性能鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線提供了三個重要的力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度fu、伸長率δ和屈服點(diǎn)fy。

從拉伸曲線可以得到:鋼材的屈服強(qiáng)度fy與比例極限fp和彈性極限fe很接近，在屈服強(qiáng)度之前，鋼材應(yīng)變很小，而在屈服強(qiáng)度以后，鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形，常使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了使用上不允許的殘余變形。因此認(rèn)為：屈服強(qiáng)度是設(shè)計時鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力，鋼材可看作為理想的彈塑性?？估瓘?qiáng)度fu是鋼材破壞前能夠承受的最大應(yīng)力，屈強(qiáng)比（fy/fu）是衡量鋼材強(qiáng)度儲備的一個系數(shù)，屈強(qiáng)比愈低鋼材的安全儲備愈大，但屈強(qiáng)比過小時，鋼材強(qiáng)度的利用率太低，不夠經(jīng)濟(jì)；屈強(qiáng)比過大時，安全儲備太小而不夠安全。2024/3/868§2.3鋼材的主要性能屈服強(qiáng)度是根據(jù)依次拉伸試驗(yàn)確定的，因?yàn)殇摬南虑c(diǎn)受試件的加載速度，截面形狀和測量技術(shù)的影響較小，對同一種鋼材有較穩(wěn)定的數(shù)值，所以以下屈服點(diǎn)作為鋼材的屈服強(qiáng)度，由于鋼材載非彈性工作階段時，鋼材屈服并暫時失去繼續(xù)承受荷載的能力，伴隨產(chǎn)生很大的變形，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計常把屈服點(diǎn)作為構(gòu)件應(yīng)力可以達(dá)到的極限，即把屈服強(qiáng)度作為鋼材強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志。抗拉強(qiáng)度是鋼材破壞性能的極限，鋼材屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈服比，它表明設(shè)計強(qiáng)度的一種儲備，既要求結(jié)構(gòu)安全可靠，又要求經(jīng)濟(jì)合理,所以在要求鋼材屈服強(qiáng)度的同時，也要求鋼材具有適當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度。伸長率表明鋼材的塑性變形的發(fā)展能力，伸長率較高的鋼材對調(diào)整結(jié)構(gòu)中局部超屈服高額應(yīng)力塑性內(nèi)力重分布的進(jìn)行和減少，以及結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向性等有重要意義。2024/3/869§2.3鋼材的主要性能2.3.3鋼材的其他性能1.冷彎性能伸長率反映的是鋼材在均勻變形下的塑性。而冷彎性能是鋼材處于不利變形條件下的塑性，可揭示鋼材內(nèi)部組織是否均勻，存在內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。而這些缺陷在拉伸試驗(yàn)中常因塑性變形導(dǎo)致應(yīng)力重分布而得不到反映。冷彎性能是檢驗(yàn)鋼材彎曲變形能力或塑性性能，還是顯示鋼材內(nèi)部缺陷狀況的一項(xiàng)指標(biāo)；是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。圖2.4

鋼材冷彎試驗(yàn)示意圖2024/3/870§2.3鋼材的主要性能2、沖擊韌性：指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂是吸收機(jī)械能的一種能力，是衡量鋼材抵抗因低溫，應(yīng)力集中，沖擊荷載作用等所導(dǎo)致的斷裂能力的一項(xiàng)機(jī)械性能。圖2.5沖擊試驗(yàn)

影響因素：鋼材沖擊韌性不但和鋼材的質(zhì)量，試件缺口形狀，加載速度有關(guān)而且受溫度，特別是負(fù)溫度的影響較大，當(dāng)溫度低于某一溫度時，鋼材的沖擊韌性將急劇降低，同時沖擊韌性還和試件的厚度有關(guān)，厚度越大韌性較低。由于早年的Titanic號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。

2024/3/871§2.3鋼材的主要性能2.3.4鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件鑄鐵、石料、混凝土、玻璃等脆性材料，通常以斷裂的形式失效宜采用第一和第二強(qiáng)度理論。碳鋼、銅、鋁等塑性材料，通常以屈服的形式失效，宜采用第三和第四強(qiáng)度理論。強(qiáng)度條件：2024/3/872§2.4各種因素對鋼材性能的影響2.4.1化學(xué)成分的影響鋼的基本元素為鐵（Fe），普通碳素鋼中占99%，此外還有碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）等雜質(zhì)元素，及硫（S）、磷（P）等有害元素，這些總含量約1%，但對鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。1、碳（C）：是除鐵以外最主要的元素。碳含量增加，使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性，特別是低溫沖擊韌性下降，同時耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能也顯著下降，惡化鋼材可焊性，增加低溫脆斷的危險性。一般建筑用鋼要求碳含量在0.22%以下，焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)限制在0.20%以下。2、硅（Si）：硅作為脫氧劑加入普通碳素鋼的。適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無顯著的不良影響。

一般鎮(zhèn)靜鋼的含硅量為0.10%～0.30%，含量過高（達(dá)1%）會降低鋼材塑性、沖擊韌性、抗銹性和可焊性。3、錳（Mn）：一種弱脫氧劑。適量的錳可有效提高鋼材強(qiáng)度，消除硫、氧對鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，并改善鋼材的冷脆傾向，同時不顯著降低鋼材的塑性、沖擊韌性。2024/3/873§2.4各種因素對鋼材性能的影響4、硫（S）：硫?qū)儆谟泻υ?。硫引起鋼材熱脆，降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹性等。一般建筑用鋼含硫量要求不超過0.055%，在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)不超過0.050%。5、磷（P）：磷也屬于有害元素。磷雖可提高強(qiáng)度、抗銹性，但嚴(yán)重降低塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，尤其低溫時發(fā)生冷脆。含量需嚴(yán)格控制，一般不超過0.050%，焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.045%。為改善鋼材力學(xué)性能，可適量增加錳、硅含量，還可摻入一定數(shù)量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等合金元素，煉成合金鋼。鋼結(jié)構(gòu)常用合金鋼中合金元素含量較少，屬于低合金鋼。2.4.2鋼材的焊接性能鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響。當(dāng)含碳量在0.12％～0.20％范圍內(nèi)時，碳素鋼的焊接性能最好；含碳量超過上述范圍時，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆。碳當(dāng)量：指把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量。即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響。2024/3/874§2.4各種因素對鋼材性能的影響2024/3/875§2.4各種因素對鋼材性能的影響2.4.3鋼材的硬化

冷作硬化——當(dāng)加載超過材料比例極限卸載后，出現(xiàn)殘余變形，再次加載則屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，也稱“應(yīng)變硬化”。

時效硬化（也稱老化）

——隨著時間的增長，純鐵體中殘留的碳、氧固溶物質(zhì)逐步析出，形成自由的碳化物或氧化物微粒，約束純鐵體的塑性變形，強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降

應(yīng)變時效硬化——即應(yīng)變硬化后又加時效硬化2.4.4應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中是指當(dāng)截面完整性遭到破壞，如有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖兲?，?gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻，在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力集中與截面外形特征有關(guān)。2024/3/876§2.4各種因素對鋼材性能的影響(a)薄板圓孔處的應(yīng)力分布；(b)薄板缺口處的應(yīng)力分布；(c)厚板缺口處的應(yīng)力分布圖2.6板件在孔口處的應(yīng)力集中2024/3/877§2.4各種因素對鋼材性能的影響2.4.5荷載類型的影響荷載可分為靜力的和動力的兩大類。靜力荷載中的永久荷載屬于一次加載，活荷載可看作重復(fù)加載。動力荷載中的沖擊荷載屬于一次快速加載，吊車梁所受的吊車荷載以及建筑結(jié)構(gòu)所承受的地震作用則屬于連續(xù)交變荷載，或稱循環(huán)荷載。1、加載速度的影響沖擊載荷是指瞬時突然施加在結(jié)構(gòu)上的載荷(如飛機(jī)著陸、機(jī)炮發(fā)射等)。在鋼結(jié)構(gòu)防止低溫脆性破壞設(shè)計中，應(yīng)考慮加荷速率的影響。2、循環(huán)荷載的影響鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞，此現(xiàn)象稱為疲勞。按照斷裂壽命和應(yīng)力高低的不同，疲勞分為高周疲勞和低周疲勞兩類。2024/3/878§2.4各種因素對鋼材性能的影響2.4.6溫度的影響溫度升高，鋼材強(qiáng)度是降低、應(yīng)變增大；反之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度略有增加，塑性和韌性降低而變脆，見圖2.7。藍(lán)脆：在250度左右時，強(qiáng)度提高而伸長率和沖擊韌性降低，鋼材表面氧化膜呈藍(lán)色，此種現(xiàn)象稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。徐變：當(dāng)溫度在260—320度時，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變。當(dāng)溫度達(dá)到600度時強(qiáng)度很低，不能承擔(dān)荷載。8006004002000N/mm2Efuδfy200400600圖2.7溫度對鋼材機(jī)械性能的影響20406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)2024/3/879§2.4各種因素對鋼材性能的影響當(dāng)溫度低于常溫時，隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。

脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點(diǎn)試驗(yàn)溫度T0C沖擊斷裂功CvT1T2T0圖2.8沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線2024/3/880§2.4各種因素對鋼材性能的影響2.4.7防止脆性斷裂的方法(1)合理設(shè)計。首先，應(yīng)正確選用鋼材。隨著鋼材強(qiáng)度的提高，其韌性和工藝性能一般都有所下降。因此，不宜采用比實(shí)際需要強(qiáng)度更高的材料。同時，對于低溫下工作、受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度，(2)正確制造。應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行制作，例如不得隨意進(jìn)行鋼材代換，不得隨意將螺栓連接改為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度等等。(3)合理使用。不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或任意超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)；2024/3/881§2.5鋼材的疲勞2.5.1疲勞破壞的特征定義1、疲勞破壞：鋼材在交變荷載的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度時就發(fā)生脆性斷裂而破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。2、疲勞強(qiáng)度：鋼材在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的循環(huán)次數(shù)（周期基數(shù)）內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。3、疲勞極限強(qiáng)度：鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值。機(jī)理：在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，首先出現(xiàn)微觀裂紋；然后逐漸形成宏觀裂縫；裂縫不斷擴(kuò)展，直至突然破壞（脆性斷裂）。疲勞破壞的特點(diǎn)：（1）疲勞破壞時，應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料靜力強(qiáng)度；（2）破壞屬于突然的脆性破。疲勞破壞的原因:

缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋2024/3/882§2.5鋼材的疲勞2.5.5疲勞驗(yàn)算常幅疲勞荷載——所有應(yīng)力循環(huán)中，應(yīng)力幅保持常量變幅疲勞荷載——在應(yīng)力循環(huán)過程中，應(yīng)力幅是變量2024/3/883§2.5鋼材的疲勞進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算時，應(yīng)注意下列問題：(1)按概率極限狀態(tài)計算方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算，目前正處于研究階段，因此，疲勞強(qiáng)度計算用容許應(yīng)力幅法，荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)和動力系數(shù)，而且應(yīng)力按彈性工作計算。(2)根據(jù)應(yīng)力幅概念，不論應(yīng)力循環(huán)是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，只要應(yīng)力幅超過容許值就會產(chǎn)生疲勞裂紋。但由于裂紋形成的同時，殘余應(yīng)力自行釋放，在完全壓應(yīng)力(不出現(xiàn)拉應(yīng)力)循環(huán)中，裂紋不會繼續(xù)發(fā)展，故規(guī)范規(guī)定此種情況可不予驗(yàn)算。(3)直接承受動力荷載重復(fù)作用的構(gòu)件及連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)大于或等于5×10e4時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算（4）根據(jù)試驗(yàn)，不同鋼種的不同靜力強(qiáng)度對焊接部位的疲勞強(qiáng)度無顯著影響。只是軋制鋼材(因其殘余應(yīng)力較小)和經(jīng)焰切的鋼材和經(jīng)過加工的對接焊縫(因其殘余應(yīng)力因加工而大為改善)，疲勞強(qiáng)度有隨鋼材強(qiáng)度提高而稍有增加的趨勢，但這些連接和主體金屬一般不在構(gòu)件疲勞計算中起控制作用。故可認(rèn)為，疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無關(guān)。2024/3/884§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2.6.1建筑用鋼的種類2024/3/885§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2.6.1建筑用鋼的種類1.碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）1）.牌號表示法由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成；如：Q235－AF表示為屈服點(diǎn)不小于235MPa的A級沸騰鋼。2）.牌號共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。3）.技術(shù)要求化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB50017規(guī)定。2024/3/886§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2024/3/887§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)4）.應(yīng)用Q195、Q215，含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。Q235，含碳適中，綜合性能好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。Q255、Q275，強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1）.牌號表示方法：由代表屈服點(diǎn)的拼音字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。如Q345A表示屈服點(diǎn)不小于345MPa的A級鋼。2024/3/888§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2）.牌號共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。3）.技術(shù)要求其化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591的規(guī)定4）.應(yīng)用Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強(qiáng)度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。主要用于建筑工程中對強(qiáng)度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，綜合力學(xué)性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，強(qiáng)度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學(xué)性能。主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強(qiáng)度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。2024/3/889§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2.6.2型鋼規(guī)格

1.鋼板(plate)（1）熱軋鋼板和鋼帶（2）冷軋鋼板和鋼帶（3）花紋涂板(用作走道板和梯子踏板)（4）高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板；薄板<6mm,厚板>40mm；常用熱軋板6～25mm，

冷軋板0.6～2mm。表示方法：符號“－”＋“寬度×厚度”2024/3/890§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2、熱軋型鋼(hot-rolledsection)

工字鋼，H型鋼，T型鋼，槽鋼，角鋼，圓管，方管，圓鋼。等邊（等肢）—符號“L”＋“邊長×厚度”等邊（不等肢）—符號“L”＋“長邊寬×短邊寬×厚度”主要用來制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件工字鋼—符號“I”＋號數(shù)（截面高cm）＋類別（a、b、c腹板厚度）H型鋼—符號“HW、HM、HN”＋“高H×寬B×腹板厚t1×翼緣t2”T型鋼—符號“TW、TM、TN”＋“高H×寬B×腹板厚t1×翼緣t2”普通槽鋼：表示方法—符號“[”＋號數(shù)（截面高cm）＋類別（a、b、c腹板厚度）適于作檁條等雙向受彎的構(gòu)件，也可用其組成組合或格構(gòu)式構(gòu)件2024/3/891§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2024/3/892§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)工字鋼H型鋼2024/3/893§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)角鋼槽鋼鋼管2024/3/894§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)3.冷彎薄壁(厚度1.5～5mm)型鋼(cold-formedsection)

L型鋼，C型鋼，Z型鋼，S型鋼等。2024/3/895§2.6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用(熟悉)2.6.3選擇鋼材的原則1．結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；2．荷載情況（靜力荷載，動力荷載）；靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的Q235鋼材。動力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。3．連接方法（焊接連接、螺栓連接）；焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制C、S、P的極限含量；非焊接結(jié)構(gòu)對C的要求可降低一些。4．結(jié)構(gòu)所處的工作條件（環(huán)境溫度，腐蝕等）；低溫下工作的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)定鋼5.鋼材的厚度。厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材2024/3/896第3章連接2024/3/897第3章連接教學(xué)目標(biāo)：了解鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的種類及其特點(diǎn)，熟悉常見的焊縫及螺栓連接的構(gòu)造要求，掌握對接焊縫、角焊縫、普通螺栓及高強(qiáng)螺栓的計算原理及方法。重點(diǎn)：對接焊縫、角焊縫、單個螺栓及螺栓群的計算方法難點(diǎn)：焊接連接對構(gòu)件的影響及控制方法2024/3/898第3章連接基本內(nèi)容：3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接；3.2對接焊縫的構(gòu)造和計算；3.3角焊縫的構(gòu)造和計算；3.4焊接殘余應(yīng)力和焊接變形；3.5普通螺栓的構(gòu)造和計算；3.6高強(qiáng)螺栓連接的構(gòu)造和計算；2024/3/899§3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)是由鋼構(gòu)件經(jīng)連接而成的結(jié)構(gòu),因此連接在鋼結(jié)構(gòu)總占有很重要的位置,它直接關(guān)系鋼結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)。在受力過程中，連接應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，被連接構(gòu)件之間應(yīng)保持正確的相互位置。焊縫連接螺栓連接

鉚釘連接

2024/3/81003.1.1焊縫連接1.焊縫連接特點(diǎn)構(gòu)造簡單

—任何形狀的構(gòu)件可直接連接，無需輔助零配件省工省料

—加工方便，不需打孔鉆眼，不削弱截面施工快速

—可自動化操作連接的密閉性好，剛度大，整體性好優(yōu)點(diǎn)材質(zhì)易變脆產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形、焊接缺陷對鋼結(jié)構(gòu)疲勞、穩(wěn)定有不利影響較多地依賴焊工的技能水平質(zhì)量檢驗(yàn)要求較高時檢驗(yàn)工作量較大現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛缺點(diǎn)2024/3/81013.1.1焊縫連接2.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法(了解)⑴電弧焊

利用通電后焊接材料（焊條或焊絲）和焊件之間產(chǎn)生電弧，熔化焊接材料形成焊縫，需要使用焊條：手工電?。篞235－E43系列，Q345－E50系列Q390－E55系列不同鋼種連接時，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條－－質(zhì)量不易保證，用于現(xiàn)場焊自動（半自動）埋弧焊：

Q235－H08、H08A、H08MnA焊絲，Q345、Q390－H08A、H08E、H10Mn2－－質(zhì)量均勻，塑性、沖擊韌性好，用于規(guī)則構(gòu)件的工廠焊⑵氣體保護(hù)焊采用CO2氣體（代替焊劑）、焊絲，電弧使焊絲熔化形成焊縫，CO2氣體保護(hù)被焊金屬與空氣接觸⑶電渣焊利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱熔化填充金屬和母材，凝固后形成連接⑷氣焊利用乙炔在氧氣中燃燒形成的火焰融化焊條形成焊縫－－用于薄鋼板和小型結(jié)構(gòu)焊接⑸電阻焊利用電流通過待連接焊件的表面產(chǎn)生的熱量融化金屬、通過壓力使之熔合－－用于厚度不超過12mm鋼板和薄壁型鋼焊接2024/3/81023.1.1焊縫連接手工電弧焊采用涂有焊藥的焊條通電后，焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧高熱量使焊條熔化而形成焊縫設(shè)備簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛質(zhì)量波動大，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大導(dǎo)線2024/3/81033.1.1焊縫連接自動、半自動電弧焊采用無涂層焊藥的焊絲，埋在焊劑下通電后電弧使焊絲、焊劑熔化形成焊縫熔化后的焊劑成為焊渣，浮在金屬面上焊縫質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高需專用焊接設(shè)備，成本高半自動埋弧焊

全自動埋弧焊

2024/3/81043.1.1焊縫連接氣體保護(hù)焊采用CO2氣體（代替焊劑）、焊絲電弧使焊絲熔化形成焊縫CO2氣體保護(hù)被焊金屬與空氣接觸焊接速度快，熔化深度大可手工焊，也可自動化操作目前工廠很常用的焊接方法室外施焊要有避風(fēng)措施，防止氣孔、焊坑缺陷焊絲2024/3/81053.1.1焊縫連接電渣焊非消耗熔嘴式采用管狀焊條(熔嘴),焊絲從管內(nèi)進(jìn)入電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱，熔化焊件和焊絲形成焊縫常用于高層建筑等箱形柱內(nèi)部的橫隔板焊接有消耗和非消耗熔嘴式電渣焊之分消耗熔嘴式2024/3/81063.1.1焊縫連接氣焊采用乙炔在氧氣中燃燒的火焰來熔化焊條適用于鋼板厚度薄的連接，一般小廠家備用此焊接設(shè)備2024/3/81073.1.1焊縫連接不采用焊接材料電流通過焊件表面的電阻，產(chǎn)生熱量熔化金屬，再加壓力而焊合適宜板厚不大于12mm的焊接冷彎薄壁型鋼連接常采用此焊接方法電阻焊2024/3/81083.1.1焊縫連接3.焊縫連接形式及焊縫形式⑴焊縫連接形式（被連接鋼材的相互位置）平接（對接焊縫）搭接（角焊縫）對接焊縫角焊縫角接對接焊縫角焊縫對接連接搭接連接T型連接角部連接頂接（T型連接）2024/3/81093.1.1焊縫連接2024/3/81103.1.1焊縫連接⑵焊縫形式根據(jù)焊件相對位置根據(jù)焊縫構(gòu)造根據(jù)焊縫連續(xù)性根據(jù)施焊位置俯焊立焊橫焊仰焊平接搭接頂接對接焊縫（直縫和斜縫）角焊縫（側(cè)縫和端縫）組合形式連續(xù)焊間斷焊對接焊縫直焊縫斜焊縫用料經(jīng)濟(jì)，傳力平穩(wěn)，動力性能好較厚的板需開剖口，費(fèi)工角焊縫側(cè)焊縫（與力平行）端焊縫（與力垂直）施工簡便傳力不均，應(yīng)力集中嚴(yán)重，搭接時費(fèi)料2024/3/81113.1.1焊縫連接不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷焊縫連接間斷焊縫連續(xù)焊縫（t為較薄焊件的厚度）2024/3/81123.1.1焊縫連接俯焊橫焊立焊仰焊質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量差2024/3/81133.1.1焊縫連接4.焊縫缺陷

裂紋氣孔燒穿

夾渣

根部未焊透邊緣未熔合

焊縫層間未熔合

咬邊

焊瘤2024/3/81143.1.1焊縫連接肉眼外觀檢查檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)三級二級肉眼外觀檢查＋超聲波用于有較大拉應(yīng)力的較重要連接－－不得存在裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷一級肉眼外觀檢查＋超聲波＋X射線用于抗動力、疲勞荷載的重要連接－－不得存在未滿焊、咬邊、根部收縮、裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷用于一般連接－－所有焊縫均應(yīng)作外觀檢驗(yàn)，不允許有可見裂紋等缺陷。其它缺陷如咬邊、表面氣孔、夾渣等按規(guī)范要求；超聲波檢測設(shè)備無損檢測：一級焊縫全數(shù)檢驗(yàn)，二級焊縫抽檢20％以上2024/3/81153.1.2鉚釘和螺栓連接塑性、韌性好，動力性能好優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)費(fèi)料、加熱鉚合過程極其費(fèi)工目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用2024/3/81163.1.2鉚釘和螺栓連接工廠構(gòu)件焊接、工地節(jié)點(diǎn)螺栓連接優(yōu)點(diǎn)施工簡單，裝拆方便，對安裝工的要求高摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動力性能好耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展缺點(diǎn)費(fèi)料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高2024/3/81173.1.3輕鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接射釘、自攻螺釘?shù)奶攸c(diǎn)用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝2024/3/8118基本連接方式對比0連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對焊件幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，工效高，連接連續(xù)性強(qiáng),可達(dá)到氣密和水密要求，節(jié)點(diǎn)剛度大對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，導(dǎo)致材料脆化，對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;一旦開裂則裂縫開展較快,對焊工技術(shù)等級要求較高鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力性能好費(fèi)鋼、費(fèi)工，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱普通螺栓連接裝拆便利，設(shè)備簡單粗制螺栓不宜受剪，精制螺栓加工和安裝難度較大，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱高強(qiáng)螺栓連接加工方便，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理及安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高，對構(gòu)件截面削弱相對較小，質(zhì)量檢驗(yàn)要求高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無須預(yù)先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能承受較大集中力2024/3/81193.1.4焊縫代號、螺栓圖例1.焊縫代號:由引出線（橫線和帶箭頭的斜線）、圖形符號（單邊角焊縫、雙邊角焊縫、V型坡口焊縫、塞焊縫、圍