《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)》 課件 第七章　鋼結(jié)構(gòu)

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)概述第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)材料第七章鋼結(jié)構(gòu)512第四節(jié)軸心受力構(gòu)件第五節(jié)鋼梁了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和合理應(yīng)用范圍；熟悉鋼結(jié)構(gòu)中常用鋼材的種類、規(guī)格、性能和質(zhì)量要求，能正確選用鋼材；了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類及特點(diǎn)；掌握焊接連接和螺栓連接的質(zhì)量要求和構(gòu)造規(guī)定；了解鋼結(jié)構(gòu)中基本構(gòu)件的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。學(xué)習(xí)目標(biāo)513514鋼結(jié)構(gòu)是指以鋼板、鋼管、熱軋型鋼或冷加工成型的型鋼通過(guò)焊接、鉚釘或螺栓連接而成的結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)層數(shù)和跨度的不同，鋼結(jié)構(gòu)可分為單層鋼結(jié)構(gòu)、多層鋼結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)和大跨度鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系主要有排架、門式剛架、框架、框架-剪力墻板、筒體、框架-筒體、筒中筒、巨型框架、巨型支撐及桁架、網(wǎng)架、實(shí)腹鋼拱、網(wǎng)殼、懸索結(jié)構(gòu)、索桁架結(jié)構(gòu)等。本章主要介紹鋼結(jié)構(gòu)最基本的構(gòu)造知識(shí)。鋼結(jié)構(gòu)概述第一節(jié)515516一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中的主要結(jié)構(gòu)類型之一。與其他結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)。1.?強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重小由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小，結(jié)構(gòu)自重小，約為混凝土結(jié)構(gòu)的一半，因此鋼結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)能承受更大的荷載，跨越更大的跨度。5172.?塑性和抗震性能好鋼結(jié)構(gòu)破壞前一般都會(huì)產(chǎn)生顯著的變形，易于被發(fā)現(xiàn)，可及時(shí)采取補(bǔ)救措施，避免重大事故發(fā)生。鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的吸能能力，抗震性能優(yōu)越。3.?均質(zhì)、各向同性鋼材具有理想的均質(zhì)與各向同性的性質(zhì)，鋼材在使用階段接近理想彈塑性體，這使得理論計(jì)算與實(shí)際情況相吻合。與其他結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果最為準(zhǔn)確和可靠。5184.?制作、安裝的工業(yè)化程度高，施工工期短鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般在專業(yè)工廠制造，構(gòu)件制造完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝成結(jié)構(gòu)。制作、安裝的工業(yè)化程度高，且不受氣候影響，施工工期短，可盡快發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益。5.?密閉性好，不滲漏鋼材本身組織致密，因而具有良好的氣密性和水密性。6.?耐腐蝕性差鋼材容易在潮濕和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中銹蝕，所以鋼結(jié)構(gòu)必須采取防護(hù)措施，避免鋼材腐蝕。新建的鋼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行油漆、噴鋁、鍍鋅等防銹涂裝，已建成的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)定期維護(hù)，所以維修費(fèi)用較高。5197.?耐熱，但不耐火鋼材在表面溫度不超過(guò)200℃時(shí)其性能變化很小，具有較好的耐熱性能。溫度超過(guò)200℃以后，強(qiáng)度和彈性模量顯著下降。達(dá)600℃時(shí)，鋼材的承載力幾乎完全喪失，所以說(shuō)鋼材不耐火。當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長(zhǎng)期受輻射熱達(dá)150℃以上或短時(shí)間內(nèi)可能受到火焰作用時(shí)，應(yīng)采用有效的防護(hù)措施（如加隔熱層或水套等）。8.?低溫冷脆增大在負(fù)溫度區(qū)，鋼材的塑性和韌性隨著溫度降低而變差。520二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，目前鋼結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用范圍如下。1.?大跨度結(jié)構(gòu)隨著結(jié)構(gòu)跨度增大，結(jié)構(gòu)自重在全部荷載中所占比重也就越大，減小自重可獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。這類結(jié)構(gòu)有大會(huì)堂、體育館、劇院、飛機(jī)庫(kù)、車站以及橋梁等。2.?高層建筑當(dāng)房屋高度的增加和自重的增大造成設(shè)計(jì)與施工困難時(shí)，高層建筑的骨架宜采用鋼結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)自重減小，降低基礎(chǔ)工程的造價(jià)。5213.?高聳結(jié)構(gòu)電視塔、發(fā)射塔、氣象塔、無(wú)線電桅桿等高聳結(jié)構(gòu)的高度大，橫截面尺寸較小，風(fēng)荷載、地震作用及自重對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大，因此常采用鋼結(jié)構(gòu)。4.?可移動(dòng)、可拆卸的結(jié)構(gòu)各種起重運(yùn)輸機(jī)械和大型建筑機(jī)械的承重骨架、水工閘門、流動(dòng)式展覽館、移動(dòng)式平臺(tái)等多采用鋼結(jié)構(gòu)，用螺栓或扣件相連。5.?輕型結(jié)構(gòu)當(dāng)使用荷載較小時(shí)，小跨度結(jié)構(gòu)的自重是作用在結(jié)構(gòu)上的主要荷載，在這種情況下，采用冷彎薄壁型鋼或小型鋼制成的輕型鋼結(jié)構(gòu)較為合理。5226.?工業(yè)建筑當(dāng)工業(yè)建筑的跨度和柱距較大，或者設(shè)有大噸位吊車，或結(jié)構(gòu)需承受大的動(dòng)力荷載時(shí)，往往部分或全部采用鋼結(jié)構(gòu)，如重型工業(yè)廠房、維修車間等。7.?對(duì)密閉性要求高的結(jié)構(gòu)儲(chǔ)液（氣）罐、輸油（氣）管道、水工壓力管道、高壓容器等常采用鋼結(jié)構(gòu)。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)是在各種工程中廣泛采用的一種重要的結(jié)構(gòu)形式。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和鋼產(chǎn)量的提高，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)揮日益重要的作用。鋼結(jié)構(gòu)材料第二節(jié)523524一、建筑鋼材的力學(xué)性能鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中會(huì)受到各種作用，因此選用的鋼材必須具備抵抗各種作用的能力。力學(xué)性能良好的鋼材，抵抗各種作用的能力較強(qiáng)。建筑鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)共有五項(xiàng)：屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）fy、抗拉強(qiáng)度f(wàn)u、伸長(zhǎng)率δ、冷彎性能、沖擊韌性αk。通過(guò)三種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)（標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)、冷彎試驗(yàn)、沖擊韌性試驗(yàn)）測(cè)得。5251.?屈服強(qiáng)度從標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)所繪制的低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變圖可知，鋼材的屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）fy——應(yīng)力應(yīng)變曲線開(kāi)始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。雖然鋼材的斷裂在應(yīng)力-應(yīng)變圖的最高點(diǎn)而不在屈服點(diǎn)，但仍以屈服點(diǎn)作為建筑鋼材靜力強(qiáng)度承載力極限狀態(tài)的依據(jù)，這是因?yàn)殇摬那髴?yīng)變急劇增加，從而使結(jié)構(gòu)的變形迅速增加，以致不能正常使用。526低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變圖5272.?抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn)u——應(yīng)力-應(yīng)變圖最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，是衡量鋼材極限抗拉能力的指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值稱為強(qiáng)屈比，強(qiáng)屈比增加，鋼材的安全儲(chǔ)備就會(huì)增加，鋼材的利用率降低。3.?伸長(zhǎng)率試件斷裂時(shí)的絕對(duì)變形值與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比稱為伸長(zhǎng)率，用δ表示。5284.?冷彎性能冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。冷彎試驗(yàn)的方法是在材料試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)冷彎沖頭加壓，當(dāng)試件彎成180°后，若試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即試件冷彎性能合格。5.?沖擊韌性沖擊韌性是衡量鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞的能力，其指標(biāo)用沖擊值αk來(lái)表示。沖擊韌性由沖擊韌性試驗(yàn)確定。529二、建筑鋼材的種類、規(guī)格及選用1.?建筑鋼材的種類鋼結(jié)構(gòu)中常用的建筑鋼材基本上都是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號(hào)由四部分組成，依次是屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在冶煉碳素結(jié)構(gòu)鋼時(shí)加入一種或幾種適量的合金元素而成的鋼。5302.?建筑鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用建筑鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼，如圖所示。熱軋鋼板、型鋼和冷彎薄壁型鋼a）鋼板b）角鋼c）槽鋼d）工字鋼e）H型鋼f）鋼管g）薄壁型鋼531（1）熱軋鋼板熱軋鋼板有薄鋼板（厚度0.35～4mm）、厚鋼板（厚度4.5～60mm）、特厚板（板厚>60mm）和扁鋼（厚度4～60mm，寬度為12～200mm）等，如圖a所示。（2）熱軋型鋼1）角鋼。角鋼分為等邊和不等邊角鋼兩種，如圖b所示。2）槽鋼。槽鋼分為普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，如圖c所示。3）工字鋼。工字鋼分為普通工字鋼和輕型工字鋼兩種，如圖d所示。4）H型鋼。H型鋼比工字鋼的翼緣寬度大并且兩者為等厚度，截面抵抗矩較大且質(zhì)量較小，便于與其他構(gòu)件連接。5）鋼管。鋼結(jié)構(gòu)中常用熱軋無(wú)縫鋼管和焊接鋼管，如圖f所示。532（3）冷彎薄壁型鋼薄壁型鋼通常是用2～6mm厚的薄鋼板冷加工而成，如上圖g所示，因其壁薄，截面幾何形狀開(kāi)展，與相同截面積的熱軋型鋼相比，其截面抵抗矩大，鋼材用量可顯著減少，是一種高效經(jīng)濟(jì)的截面。缺點(diǎn)是板壁較薄，對(duì)銹蝕影響較為敏感，故多用于跨度小、荷載小的輕型鋼結(jié)構(gòu)中。5333.?建筑鋼材的選擇（1）鋼材的選擇原則鋼結(jié)構(gòu)選材應(yīng)遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度、價(jià)格和工作環(huán)境等因素，選用合適的鋼材牌號(hào)和材性。（2）鋼材選擇的基本要求鋼結(jié)構(gòu)用鋼材應(yīng)為按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的性能、技術(shù)與質(zhì)量要求生產(chǎn)的鋼材。鋼結(jié)構(gòu)連接第三節(jié)534535一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)連接通常有焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接三種方式，如圖所示。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法a）焊接連接b）螺栓連接c）鉚釘連接536焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式。它的優(yōu)點(diǎn)是：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)約鋼材，制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高，連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)是：焊接會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，使焊縫附近的材質(zhì)變脆。螺栓連接是鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式。它的優(yōu)點(diǎn)是：便于拆卸，施工工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，施工進(jìn)度和質(zhì)量容易保證，特別適用于工地安裝連接及需要拆卸結(jié)構(gòu)的連接。缺點(diǎn)是：需要在板上開(kāi)孔使構(gòu)件截面削弱，構(gòu)造較煩瑣且浪費(fèi)鋼材。鉚釘連接是將鉚釘插入鉚孔后施壓使鉚釘端部鉚合，常用加熱鉚合，也可在常溫下鉚合。537二、焊接連接1.?焊接方法鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊、氣體保護(hù)焊等。（1）手工電弧焊利用手工操作的方法，以焊接電弧產(chǎn)生的高溫使焊條和焊件熔化，冷卻后凝固成焊縫的工藝過(guò)程，稱為手工電弧焊，如圖所示。538手工電弧焊手工電弧焊的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適用性強(qiáng)，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)高空焊接和曲折焊縫等。缺點(diǎn)是：生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量取決于焊工的工作狀態(tài)與技術(shù)水平，質(zhì)量波動(dòng)大。539（2）自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊的主要設(shè)備是自動(dòng)電焊機(jī)，如圖所示。自動(dòng)焊的引弧、焊絲送下、焊劑堆落和焊絲沿焊縫方向的移動(dòng)都是自動(dòng)完成。它的優(yōu)點(diǎn)是：勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠，焊接速度快，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是：靈活性差，施焊位置受到限制，設(shè)備投資大。自動(dòng)埋弧焊540（3）氣體保護(hù)焊利用噴槍噴出的惰性氣體或二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)介質(zhì)，將焊接熔池與大氣隔離，使焊縫金屬不受空氣中有害物的侵蝕。它的優(yōu)點(diǎn)是：電弧加熱集中，焊接速度快，熔化深度大，焊縫強(qiáng)度高，塑性好，抗銹能力強(qiáng)。一般用于厚鋼板或特厚鋼板的焊接。5412.?焊條我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)常用的焊條有碳鋼焊條和低合金鋼焊條。碳鋼焊條有E43××和E50××兩個(gè)系列，低合金鋼焊條有E50××-××和E55××-××等系列。其中E表示焊條，前兩位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（N/mm2），后兩位數(shù)字表示適用的焊接位置、藥皮類型和電流種類，低合金鋼焊條短畫線后面的符號(hào)表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào)。焊條應(yīng)和焊件的強(qiáng)度和性能相適應(yīng)，焊接Q235鋼材時(shí)宜采用E43型焊條、焊接Q345鋼材時(shí)宜采用E50型焊條、焊接Q390和Q420鋼材時(shí)宜采用E55型焊條等。5423.?焊縫焊縫有對(duì)接焊縫和角焊縫兩種形式。（1）對(duì)接焊縫連接位于同一平面的構(gòu)件采用對(duì)接焊縫。對(duì)接焊縫按所受力的方向分為對(duì)接直焊縫和對(duì)接斜焊縫，如圖所示。對(duì)接直焊縫和對(duì)接斜焊縫a）直焊縫b）斜焊縫543對(duì)接焊縫的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊縫，如圖所示。對(duì)接焊縫的坡口形式a）直邊坡口b）單邊V形坡口c）V形坡口d）U形坡口e）K形坡口f）X形坡口544在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1∶2.5的斜角，如圖所示；當(dāng)厚度不同時(shí)，焊縫坡口形式應(yīng)根據(jù)較薄焊件厚度選用坡口形式。直接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的結(jié)構(gòu)，斜角坡度不應(yīng)大于1∶4。不同寬度或厚度鋼板的拼接545在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可設(shè)置引弧板和引出板，如圖所示，焊后將它們割除。引弧板546對(duì)接焊縫可視為構(gòu)件截面的延續(xù)組成部分，焊接中的應(yīng)力分布情況基本與原有構(gòu)件相同，所以在垂直于焊縫的軸向力作用下，可按軸向拉壓桿的強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算焊縫應(yīng)力。驗(yàn)算公式為：式中，N——軸向拉力或軸向壓力；

lw——焊縫長(zhǎng)度，為實(shí)際焊縫長(zhǎng)度減去10mm；

t——在對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；

f——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。547（2）角焊縫在相互搭接或T形連接構(gòu)件的邊緣所焊截面為三角形的焊縫，稱為角焊縫，如圖所示。角焊縫548角焊縫按外力作用方向可分為平行于力作用方向的側(cè)焊縫和垂直于力作用方向的正面焊縫或稱端焊縫。側(cè)焊縫與正面焊縫a）側(cè)焊縫b）正面焊縫549角焊縫按截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。兩焊腳邊的夾角為直角的稱為直角角焊縫，如圖所示；夾角為銳角或鈍角的稱為斜角角焊縫，如圖所示。鋼結(jié)構(gòu)中最常用的是等腰式直角角焊縫，如圖a所示。在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面焊縫通常焊成平坡式，如圖b所示，側(cè)面焊縫則焊成凹面式，如圖c所示。斜焊縫常用于鋼管結(jié)構(gòu)中，對(duì)于夾角大于135°或小于60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。550直角角焊縫a）等腰式直角角焊縫b）平坡式直角角焊縫c）凹面式直角角焊縫551斜角角焊縫a）銳角角焊縫b）、c）鈍角角焊縫5524.?焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)（1）焊縫缺陷鋼結(jié)構(gòu)在施焊過(guò)程中，因受焊接環(huán)境、焊接工藝及鋼材化學(xué)成分等的影響，通常會(huì)在焊縫及其附近熱影響區(qū)的鋼材內(nèi)部或表面產(chǎn)生缺陷。常見(jiàn)的焊縫缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透及焊縫尺寸偏差等，如圖所示。以上缺陷均會(huì)對(duì)焊縫的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，尤其是裂紋缺陷對(duì)焊縫的受力危害最大，因此，若發(fā)現(xiàn)焊縫有裂紋，應(yīng)徹底鏟除后補(bǔ)焊。553焊縫缺陷554（2）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般可用外觀檢查及內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)、X射線或γ射線透照或拍片，其中X射線應(yīng)用較廣。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB50205—2020）規(guī)定，焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。5555.?焊縫符號(hào)及標(biāo)注方法（1）焊縫符號(hào)焊縫符號(hào)由引出線、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。（2）標(biāo)注方法鋼結(jié)構(gòu)施工圖中焊縫的標(biāo)注方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50105—2010）和《焊縫符號(hào)表示法》（GB/T324—2008）的規(guī)定執(zhí)行。5566.?焊接應(yīng)力與焊接變形鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，由于鋼材局部受到劇烈的溫度作用，構(gòu)件中會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力與焊接變形。焊接應(yīng)力會(huì)使結(jié)構(gòu)的剛度、整體穩(wěn)定性和耐疲勞性降低，同時(shí)增加了鋼材低溫脆斷傾向。焊接變形影響構(gòu)件的尺寸和外形美觀，使構(gòu)件裝配困難，過(guò)大的變形將顯著降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引起事故。557為了減小和限制焊接應(yīng)力和焊接變形，可以采取以下措施：（1）在保證安全的前提下，盡量減小焊縫的厚度、長(zhǎng)度和數(shù)量，避免焊縫過(guò)于集中和交叉，焊縫在構(gòu)件上盡量對(duì)稱布置。（2）采用合理的施焊順序?？刹捎梅侄瓮撕?、分層焊、跳焊、分塊拼接等，如圖所示。合理的施焊順序558（3）采用反變形處理。施焊前對(duì)構(gòu)件實(shí)施反變形以抵消焊后的焊接變形，如圖所示。（4）小尺寸焊件，應(yīng)采用焊前預(yù)熱或焊后回火、錘擊等方法處理。焊前反變形559三、螺栓連接1.?螺栓連接的種類和特性螺栓連接分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。（1）普通螺栓連接普通螺栓由Q235鋼制成，強(qiáng)度性能等級(jí)為4.6、4.8、5.6、8.8級(jí)。性能等級(jí)的含義：如4.6級(jí)中，4表示螺栓材料的抗拉強(qiáng)度≥400N/mm2，0.6表示屈強(qiáng)比為0.6。普通螺栓的外形為大六角頭型，如圖a所示。代號(hào)用字母M與公稱直徑的毫米數(shù)表示，如M16、M18、M20、M22、M24、M27、M30。560大六角頭螺栓和扭剪型螺栓a）大六角頭螺栓b）扭剪型螺栓c）螺栓實(shí)物圖1—螺栓2—墊圈3—螺母4—螺絲5—橫口561普通螺栓連接分為A、B、C三級(jí)。A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，經(jīng)車削加工精制而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，要求Ⅰ類孔，其螺栓孔徑d0比螺栓直徑d僅大0.2～0.5mm，受力性能較C級(jí)螺栓好，但制作和安裝復(fù)雜，成本高，在鋼結(jié)構(gòu)中已很少被采用；C級(jí)為粗制螺栓，用圓鋼制成，桿身粗糙，尺寸不夠準(zhǔn)確，只要求Ⅱ類孔，其螺栓孔徑d0比螺栓直徑d大1.0～1.5mm，便于制作和安裝，成本低，但連接變形大，工作性能較差，一般用于沿其桿軸方向受拉的連接及次要的抗剪連接和安裝的臨時(shí)固定。562（2）高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。它具有施工簡(jiǎn)單、連接緊密、耐疲勞，在動(dòng)載作用下不松動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前景的連接方式。高強(qiáng)度螺栓由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理，其強(qiáng)度性能等級(jí)為8.8級(jí)、10.9級(jí)。螺栓的直徑規(guī)格同普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓連接分為摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接和承壓型高強(qiáng)度螺栓連接。前者通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為摩擦力被克服；后者依靠螺栓桿與孔壁承壓傳力，以螺栓桿被剪壞或孔壁被壓壞作為承載能力的極限狀態(tài)。承壓型的承載力比摩擦型高得多，但變形大，不適用于承受動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)。我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)中常用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接。563摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接需用特制扳手以較大的扭矩?cái)Q緊螺帽，使螺桿受到拉伸作用而產(chǎn)生巨大的預(yù)拉力，通過(guò)預(yù)拉力將被連接板件夾緊，使板件接觸面上產(chǎn)生較大的摩擦力，板件便不會(huì)滑移，連接就不會(huì)受到破壞，這就是摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的原理。為了提高摩擦力，對(duì)構(gòu)件的接觸面應(yīng)進(jìn)行除銹和噴砂處理。高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P直接影響連接的承載力，為了保證能通過(guò)摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P的準(zhǔn)確控制非常重要。5641）大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法。①轉(zhuǎn)角法。先用普通扳手初擰至不動(dòng)，使板件緊貼，再以初擰位置為起點(diǎn)，改用長(zhǎng)扳手再擰過(guò)一定的角度（一般為120°～180°），完成終擰。此法無(wú)須專用扳手，簡(jiǎn)單、適用，所需費(fèi)用少，但不夠精確。②力矩法。先用普通扳手初擰至擰緊力矩的30%～50%，使板件緊貼，然后按100%擰緊力矩用電動(dòng)扳手終擰。擰緊力矩可由試驗(yàn)確定，務(wù)必使施工時(shí)控制的預(yù)拉力為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的1.1倍。此法簡(jiǎn)單、有效，但要注意防止欠擰、漏擰和超擰。5652）扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）。利用特制電動(dòng)扳手的內(nèi)外套，分別套住螺桿尾部的卡頭和螺母，通過(guò)內(nèi)外套的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，對(duì)螺母施加扭矩，最后螺桿尾部的梅花卡頭被剪斷扭掉，即達(dá)到規(guī)定的預(yù)拉力。此法施工簡(jiǎn)單，技術(shù)要求低，易實(shí)施，質(zhì)量易保證。5662.?螺栓的排列（1）排列形式分類螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而又緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。螺栓排列的方式a）并列b）錯(cuò)列567（2）螺栓排列的要求1）受力要求。在平行于受力方向：螺栓的端距不能過(guò)小，否則板端有剪斷或撕裂的可能；構(gòu)件受壓時(shí)，螺栓的中距不能過(guò)大，否則被連接板件間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。在垂直于受力方向：各排螺栓的中距及邊距不能過(guò)小，否則會(huì)使鋼板的截面削弱過(guò)多，構(gòu)件有沿直線或折線破壞的可能。2）構(gòu)造要求。螺栓的邊距和中距不宜過(guò)大，中距過(guò)大，連接板件間不密實(shí)，潮氣容易侵入，造成板件銹蝕。3）施工要求。要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動(dòng)扳手，擰緊螺母。568根據(jù)上述要求，規(guī)范規(guī)定了螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚≡试S距離，見(jiàn)表。螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小允許距離5693.?螺栓連接的構(gòu)造要求螺栓連接除了滿足上述螺栓排列的容許距離外，根據(jù)不同情況還應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求。（1）螺栓孔孔型尺寸1）B級(jí)普通螺栓的孔徑d0比螺栓公稱直徑d大0.2～0.5mm，C級(jí)普通螺栓的孔徑d0比螺栓公稱直徑d大1.0～1.5mm。2）承壓型高強(qiáng)度螺栓連接采用標(biāo)準(zhǔn)圓孔，其孔徑d0可按表采用。3）摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接可采用標(biāo)準(zhǔn)孔、大圓孔和槽孔，孔型尺寸可按表采用。同一連接面只能在蓋板和芯板其中之一采用相應(yīng)的擴(kuò)大孔，其余仍采用標(biāo)準(zhǔn)孔。570高強(qiáng)度螺栓連接的孔型尺寸匹配

mm571（2）C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，在下列情況下可用于受剪連接：1）承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中的次要連接。2）承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接。3）臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。（3）對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓受拉連接應(yīng)采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動(dòng)的有效措施。例如采用彈簧墊圈，或?qū)⒙菝被蚵輻U焊死等方法。572（4）當(dāng)型鋼構(gòu)件采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件。（5）為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端，永久性的螺栓數(shù)不宜少于2個(gè)。對(duì)組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用1個(gè)螺栓。軸心受力構(gòu)件第四節(jié)573574一、軸心受力構(gòu)件的截面形式及特點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)中，軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛，如桁架、網(wǎng)架、塔架、網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)中的桿件，因兩端均假設(shè)為鉸接，且荷載作用在節(jié)點(diǎn)上，故這些構(gòu)件均為軸心受壓或軸心受拉構(gòu)件。軸心受力構(gòu)件的截面形式可分為型鋼截面和組合截面，如圖所示。575軸心受力構(gòu)件的截面形式a）熱軋型鋼截面b）冷彎薄壁型鋼截面c）實(shí)腹式組合截面d）格構(gòu)式組合截面576二、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度軸心受力構(gòu)件在荷載作用下必須滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。軸心受拉構(gòu)件的承載力應(yīng)由截面強(qiáng)度決定；軸心受壓構(gòu)件的承載力應(yīng)由截面強(qiáng)度和構(gòu)件穩(wěn)定性的較低值決定。1.?軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力構(gòu)件，當(dāng)端部連接（及中部拼接）處組成截面的各板件都由連接件直接傳力時(shí)，除采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接者外，其截面強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：577毛截面屈服：σ=N/A≤f?凈截面斷裂：σ=N/An≤0.7fu

式中，N——軸心拉力或軸心壓力設(shè)計(jì)值，N；

A——構(gòu)件的毛截面面積，mm2；

An——構(gòu)件的凈截面面積，mm2，當(dāng)構(gòu)件多個(gè)截面有孔時(shí)，取最不利的截面；

f?——鋼材抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；

fu

——鋼材極限抗拉強(qiáng)度最小值，N/mm2。578用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件，其截面強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）當(dāng)構(gòu)件為沿全長(zhǎng)都有排列較密螺栓的組合構(gòu)件時(shí)，其截面強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

σ=N/An≤f

（2）除第1款的情形外，其毛截面強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)采用式，凈截面強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：式中，n——在節(jié)點(diǎn)或拼接處，構(gòu)件一端連接的高強(qiáng)度螺栓數(shù)目；

n1——所計(jì)算截面（最外列螺栓處）上高強(qiáng)度螺栓數(shù)目。5792.?軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算構(gòu)件的剛度隨長(zhǎng)細(xì)比的增加而降低。當(dāng)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大時(shí)，會(huì)使構(gòu)件在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的彎曲變形、在使用過(guò)程中因自重而發(fā)生撓曲變形、在動(dòng)力荷載作用下發(fā)生較大的振動(dòng)。因此，為了保證構(gòu)件具有足夠的剛度，必須限制構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比。即：式中，λ——構(gòu)件的最大長(zhǎng)細(xì)比；

l0——構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度，取決于其兩端支承情況；

i——截面回轉(zhuǎn)半徑；

［λ］——容許長(zhǎng)細(xì)比，見(jiàn)表。580受拉構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比581受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比582三、軸心受力構(gòu)件的穩(wěn)定性1.?軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定細(xì)長(zhǎng)的軸心受壓構(gòu)件通常在截面還未達(dá)到強(qiáng)度破壞之前，便發(fā)生側(cè)向的屈曲破壞，此破壞稱為整體失穩(wěn)。583多數(shù)情況下，軸心受壓構(gòu)件的承載力都會(huì)受到穩(wěn)定的控制，其整體穩(wěn)定按下式計(jì)算：

N≤φAf式中，N——軸心壓力設(shè)計(jì)值，N；

A——構(gòu)件的毛截面面積，mm2；

f?——鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；

φ——軸心受力構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比、鋼材屈服強(qiáng)度和截面分類確定。5842.?實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定為了增加實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性，通常選用寬而薄的鋼板組成比較開(kāi)展的截面（如H形截面）。因鋼板過(guò)寬、過(guò)薄，可能在構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定之