《鋼結(jié)構(gòu)》工程計算講義

CC《鋼結(jié)構(gòu)》串講講義

應考指導

一、考試相關(guān)情況說明

（一）課程基本情況

《鋼結(jié)構(gòu)》是全國高等教育自學考試土木建筑類建筑工程專業(yè)的專業(yè)課，是

為培養(yǎng)和檢測自學應考者在建筑鋼結(jié)構(gòu)方面的基本理論知識和應用設(shè)計能力而

設(shè)置的一門課程。本課程的指定教材是全國高等教育自學考試指導委員會組編，

鐘善桐主編：《鋼結(jié)構(gòu)》，武漢大學出版社2005年版。本教材系統(tǒng)闡述和介紹了

鋼結(jié)構(gòu)的材料性能、連接計算方法和軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件和拉壓彎構(gòu)件、屋

架等基本構(gòu)件的設(shè)計原理和方法。從自學者角度來說，本課程難點知識雖較多，

但學習起來如果方法得當，輔之以老帥講授則可以較容易通過考試。

（二）題型與分值

從題型與分值來看，本課程共有五種題型模式：單項選擇，填空，計算，分析和

綜合。題型與分值情況如下：單選（共20小題，每題2分，共40分）；填空（共

10小題，每題1分，共10分）；計算（共5小題，每題6分，共30分）；分析

（共1小題，每題8分，共8分）；綜合（共1小題，每題12分，共12分）。

（三）知識點分布

從知識點分布來看，本課程試題覆蓋了教材7章的全部內(nèi)容。單項選擇和填空覆

蓋面比較廣，主要是考杳學生掌握基本概念的能力，基本上每章都能涉及。計算

題主要考查學生解決一般應用問題的能力，共5小題，一般是第三章2題，第四、

五、六章各1題。分析和綜合主要考查學生解決較復雜應用問題的能力，考查點

一般也是出現(xiàn)在第三、四、五、六章。

（四）試題難度

從試題難度來看,試題絕大部分屬于計算題型。對于重點題型每年都會重復出現(xiàn)。

難點是分析題，所占比例不高。總體而言，試題較為容易。

（五）重難點分析

第一章概述

本章重點：鋼結(jié)構(gòu)的特點和合理應用范圍、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

典型例題：鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強的特點是指（B）

A.鋼材的重量輕，強度高B.鋼材所制成的結(jié)構(gòu)重量輕，承載能

力強

C.鋼材所制成的結(jié)構(gòu)重量輕，抗沖擊荷載的能力強D.鋼材的重量輕，抗拉強度高

解析：本題考查的是鋼結(jié)溝特點之一輕質(zhì)高強，屬于本章重點知識。另外，在這一章中，涉

及到的鋼結(jié)構(gòu)的其他特點和相應的應用范圍，也需要扎實掌握住，這是歷年考試的重要考點。

第二章結(jié)構(gòu)鋼材及其性能

本章重點：結(jié)構(gòu)鋼材一次拉伸時的力學性能，結(jié)構(gòu)鋼材的力學性能指標，多軸應力狀態(tài)下鋼

材的屈服條件，應力集中，鋼材的種類和規(guī)格。

本章難點：鋼材的疲勞強,度

典型例題：伸長率是反映鋼材產(chǎn)生巨大變形時（A）

A.抵抗斷裂能力的指標B.所具有的承載能力的指標

C.抵抗脆性破壞能力的指標D.抗沖擊荷我能力的指標

解析：本題考查的是結(jié)構(gòu)鋼材的力學性能指標，屬于本章重點知識。從歷年考試的情況來看,

關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼材的力學性能指標的知識點是母年必考，，因此特別提醒大家注意.

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

本章重點：采用對接焊縫的對接連接、T形連接和采用角焊縫的對接、搭接和T形連接的強

度承載力計算，普通螺栓和高強螺栓受剪、受拉、同時承受剪力和拉力的計算。

本章難點：焊接應力和焊接變形，連接的疲勞。

典型例題：圖示三面圍焊的角鋼與鋼板連接中，N=667kN,角鋼為2L100X10,鋼板厚

t=8m,Q235鋼，=1600N/mm2,試確定所需焊腳尺寸及焊縫長度。

,t=8nm

解：最小焊腳尺寸：人.訪=1?5〃=1-5廂=4.7〃?加

最大焊腳尺寸：肢尖力/max=l0—(I?2)=8?9加用，肢背〃/*=1.2X8=9.6〃〃〃

取hf=8mm

hJ，

-0.7-f?^/u3?/7=1,22X0.7X8X(2X100X160)=218.6X10N

肢背：NhN&=0.7X667-=357.6kN

02

N、357.6x103

Zz-i=—=-------------=399mm

h,f；v0.7x8x160

組=0.3X667-辿住=90.8kN

肢尖：N2=k2N

22

z2^_=90.8x103=ioi^?

hj;0.7x8x160

角鋼肢背和肢尖的每條側(cè)面角焊縫實際長度為:

/.=Z/d+5=—+5=204.5/w/w取205mm

122

/-,=+5=+5=55.5mm按構(gòu)造要求取+5=69mm故取70mm

227

第四章軸心受力構(gòu)件

本章重點：軸心受壓構(gòu)件的剛度和整體穩(wěn)定，實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定，等穩(wěn)定設(shè)計

概念。

本章難點：軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。

典型例題：如圖所示為一軸心受壓柱的工字形截而，該柱承受軸心壓力設(shè)計值N=4500kN,計

算長度為二7〃7,2“=3.5〃]，鋼材為Q235BF,f=2G5Nhnm?,臉算該柱的剛度和整體

29s4

穩(wěn)定性。A=27500/WW,ZA=1.5089X10W,ZV.=4.1667x10/HZH[4]=150。

丸15202530354045

q>0.9830.9700.9530.9360.9180.8990.878

解:i、

(1)剛度驗算：4=&=22"=29.94=占=生"=28.4

'ix234.2，zr123.1

29.9<R1=150

(2)整體穩(wěn)定算：當4=29.9時，(p=0.936

N4500X10-1GO7Xf/2r”〈入//2

——=-------------=192.3N/mm<f=205N/mm

(pA0.936x27500

第五章受彎構(gòu)件

本章重點：受彎構(gòu)件的強度、剛度、整體穩(wěn)定，腹板和受壓翼緣板的局部穩(wěn)定。

本章難點：梁的整體穩(wěn)定和腹板及受壓翼緣板的局部穩(wěn)定。

典型例題：一工字形截而梁繞強軸受力，截面尺寸如圖，當梁某一截面所受彎矩M=400kN-m、

剪力V=580kN時，試臉算梁在該截面處的強度是否滿足要求。已知鋼材為Q235B,

f=215N/mn2,f=125N/mm2o

20

解：4=2x20x2+50xl=13(W

lx50712i2x2x20x262=64497cm4

S,=20x2x26+1x25x12.5=1352.5。/

64497

S.=2x20x26=1040C〃?3JV=工=2389c/

1X27

632

截面邊緣纖維最大正應力：o-=M/Wx=400x10/(2389x]0)=167N/nmi

<f=2]5N/mm2滿足要求

腹板上邊緣處：

正應力：(T,=500O-/540=154.6N/mm2

_580X105X1040X103

剪應力:93.5N/〃?"J

7^7-64497X104X10

折算應力：Jcrj+3芍2=V154.62+3X93.52=223.9N/nun2<236.5N/mm2

第六章拉彎和壓彎構(gòu)件

本章重點：拉彎和壓方構(gòu)件的強度，實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)、外的穩(wěn)定和局部穩(wěn)

定。

本章難點：實腹式壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定。

典型例題：驗算圖示雙軸對稱工字形截面壓彎桿件在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定

性。已知E=206X103N/mm2,f^215N/mm2,N=800kN,Q=160kN（均為設(shè)計值），

N作用在截面形心，Q作用在梁的跨中。提示：—+-------昆曲-------Wf

6A九幽?-0.8N/N"）

jr-FA

NEX=^PP,nx=l-0.2N/NExo

A-x

210203040

0.9920.9700.9360.899

-250x12

L760X12

22

解：Zr=2x25xl.2x38.6+1.2x76/l2=89398+43898=133296cw

匕、=ZJ39.2=3400c/?/3

4=2x25x1.2+76x1.2=151.25/

===1000----=337查表得=092]

AJl33296/151.2

7T2EI^-2X2.06X105X133296X104.刀

N八=-=----------------；---------=2.7lx1a07=2.71x10W

七,I2100002

pnlx=1-0.2N/N蜃=1-0.2x800/27100=0.994

3

MA=Ql/4=160xl0xl0000/4=4x10,N?mm

N?氏M

9/八%(1-0-8N/N&)

800000__________0.994x4u10*__________

0.921x151.2x10：1.05x3400x103x(1-0,8x800/27100)

=57.45+111,4=168.9N/mm2</=215N/mm

滿足要求。

第七章屋蓋結(jié)構(gòu)

本章重點：屋蓋結(jié)構(gòu)中各種支撐的布置，屋架腹桿的布置和主要尺寸的確定，屋架桿件計算

長度的確定。

本章難點：屋架桿件計算長度的確定。

典型例題：兩端簡支且跨度為24m的梯形屋架，當下弦無折線時宜起拱，適合的起拱高度為

(C)

A.30mmB40mm

C.50mmD60mm

解析：本題考查屋架起拱高度的確定，屬于重點知識。跨度L224nl的梯形屋架和L215nl

的三角形屋架，當下弦無折線時宜起拱，起拱高度一般為L/500。對于此類知識點，必須要

準確掌握。

(六)命題特點

從整體來看，題型結(jié)構(gòu)分為5大部分，涵蓋了教材所有章節(jié)的重要知識點，

始終以考查基本概念為出發(fā)點，知識點內(nèi)容的考查會反復出現(xiàn)，考點來自于教材,

但不拘泥于教材，同時對于重要公式的主要參數(shù)也會進行不同程度的考查。比如

說，鋼材的力學性能中關(guān)于伸縮率、抗拉強度，屈服點、冷彎性能、沖擊韌性；

鋼材在復雜應力條件下的屈服狀態(tài)；鋼材中化學成分對其性能的影響；溫度對鋼

材性能的影響；建筑用鋼的種類和鋼材牌號的表達方法等，都是歷年考試的重點。

對同一知識點也會從不同的方位進行反復的考查，因此要對知識點進行全面掌握

理解，并能做到舉一反三。這樣我們在答題時才能做到有的放矢，提高答題為準

確率和速度，才能以更加平穩(wěn)的心態(tài)正常發(fā)揮。

二、本課程的學習建議

根據(jù)自己的實際情況制定一個切實可行的學習計劃，合理安排時間，鑒于本課程

的特殊性，需要結(jié)合工程力學進行復習；

三、本課程的學習方法

1.緊扣大綱復習，以真題為練習。歷年考查重點基本不變，做真題，有助于把握

復習重點。

2.復習過程中加強練習。做題是為了有助于理解和記憶教材的知識點，檢查自己

對知識的掌握情況，同時分析出題的思路，所以做完題要注意分析總結(jié)。

3.將做錯的試題重點劃出來，認真查找錯誤原因所在。認真鉆研解題技巧，要認

真領(lǐng)會，揣摩并加以熟練掌握。

四、復習技巧

學完本課程后，進入復習階段，一般說來至少要留出一個月的復習時間。在復習

期間，考生應注意：

1.樹立考試成功的信心，不打“退堂鼓”

每年都會有一部分考生在聽完輔導或自學完教材后，進入復習階段時感到心中沒

底，加之時間緊，就放棄了。進入復習階段，考生應多給自己鼓鼓勁，樹立“我

能行”的信心。

2.制定詳細的復習計劃，按部就班地復習，提高效率

在復習時更應注意經(jīng)常翻閱和回憶教材內(nèi)容，強化記憶；分析整理知識點、出題

點、出題角度、解題方法等；做模擬題和考試真題，熟悉考點以及出題思路，熟

練、鞏固和檢驗所學知識，把握教材中的耍點。

3.注意概括總結(jié)，濃縮所學知識

在復習階段，要善于概括總結(jié)，提煉要點，以便記憶。

五、考試過程中的注意事項

L排除一切思想雜念，一心一意答題。

2.拿到試卷后，迅速瀏覽試卷。同時要快速瀏覽考題和相應的分值，按難易程度

確定做題的順序，首先做最熟悉的題目和內(nèi)容；主觀題中如有得心應手題，應先

做，然后再按順序答題，遇到一時難答的題果斷跳過，答后面的題，以防在某道

題上耽擱時間，影響后面的答題。

3.答完卷后別忘記重新考慮最初沒確定答案的那些題，另外要至少全部檢查一遍

看有沒有因疏忽而出錯的地方。

4.不要盲目提前交卷，在確保沒有漏題的情況下經(jīng)過兩遍檢查方可交卷。

六、各類題型的特點和答題技巧

（一）單項選擇題和填空題

單項選擇題和填空題通常是考核教材中的基本知識點，絕大部分知識點屬于

識記和領(lǐng)會層次。因此，要想在這兩部分拿高分，甚至拿滿分的話，就必須熟練

地掌握教材內(nèi)容。從近三年的試題情況來看，這部分考查的知識點比較細，需要

大家在仔細閱讀教材的過程中將一些特殊內(nèi)容標現(xiàn)出來，專門記憶。從難度來看,

單選題的難度是所有題型中最容易的，應該說只要熟練掌握教材，不會有不會做

的題。

（二）計算題

計算題主要是考查基本公式的應用，本題型的歷年考杳知識點基本不變，但

是考查的公式多，范圍廣。因此對重要公式的應用和參數(shù)的選取要熟練掌握。

（三）分析題

本題型相對計算題來說具有一定的難度和深度，主要是考查考生對教材知識

點在理解的基礎(chǔ)上的靈活運用能力。

（四）綜合題

本題作為壓軸題具有難度大、得分率不高的特點，但是考查的知識點還是來

源于教材，主要是考查綜合運用的能力。

綜上，要在考試中取得好成績，需要做到對基本概念和重要知識點的全面掌

握，對重點考查的知識點做到熟練掌握，加強公式的記憶和理解，針對教材例題

反復練習，做到舉一反三，這樣才能取得好成績。

第一章概述

一、復習建議

本章在歷年考試中，以選擇和填空的形式出現(xiàn)，一股數(shù)量為3個左右，并且比較簡單。

建議學員對重要知識點復習即可。

二、本章重要知識點

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展狀況

學員了解即可。

第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點和合理應用范圍

（-）鋼結(jié)構(gòu)的特點

1.鋼結(jié)構(gòu)自重輕而承載力高（輕質(zhì)高強）

2.鋼材的塑性和韌性好

3.鋼材具有良好的焊接性能一鋼材在焊接過程中和焊接后，都能保持焊接部分不開裂的

完整性的性質(zhì)。

4.鋼材耐腐蝕性差一鍍鋅

5.鋼結(jié)構(gòu)耐熱性好，防火性能差

（二）鋼結(jié)構(gòu)的合理應用范圍

1.大跨度結(jié)構(gòu)一一白重輕而承載力高

2.高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑一一自重輕而承載力高

第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

（一）結(jié)構(gòu)的可靠性

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時司內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。是結(jié)構(gòu)安全性、適

用性和耐久性的概稱，用來度量結(jié)構(gòu)可靠性的指標稱可靠指標。

（二）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法支

近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法

1.承載能力極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承教能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形時的極限狀態(tài)，它包括強度、

穩(wěn)定計算。采用荷載的設(shè)計值。

【例題】鋼結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)是指（）

A.結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈振動

B.結(jié)構(gòu)的變形已不能滿足使用要求

C.結(jié)構(gòu)達到最大承載力產(chǎn)生破壞

D.使用已達五十年

【答案】C

【解析】鋼結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)達到最大承載力時的極限狀態(tài)。

2.正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用的某項規(guī)定極限值時的極限狀態(tài)。包括剛度計算。采用荷載的

標準值。

(三)可靠指標B和失效概率R之間的關(guān)系

P,越小，B越大，結(jié)構(gòu)越可靠。

【例題】已知某一結(jié)構(gòu)在B=3時，失效概率為=0.001,若B改變，準確的結(jié)論是

()

A.B=2.5,Pf<0.001,結(jié)構(gòu)可靠性降低

B.B=2.5,Pf>0.001,結(jié)構(gòu)可靠性降低

C.3=3.5,Pf>0.001,結(jié)構(gòu)可靠性提高

D.8=3.5,Pf<0.001,結(jié)構(gòu)可靠性降低

【答案】B

【解析】P1越大，B越小，結(jié)構(gòu)越可靠

第四節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

學員了解即可。

第二章結(jié)構(gòu)鋼材及其性能

一、復習建議

本章在歷年考試中，以選擇和填空的形式出現(xiàn)，一般選擇題數(shù)量為3-5個左右，填空題

數(shù)量在1-2個，主要考查基本概念，比較簡單。建議學員對重要知識點重點復習。

二、本章重要知識點

笫一節(jié)結(jié)構(gòu)鋼材一次拉仲時的力學性能

（一）結(jié)構(gòu)鋼材一次拉伸試驗歷經(jīng)四個階段

（1）彈性階段

（2）彈塑性階段

（3）塑性階段

（4）強化階段

/；,作為鋼材強度承載能力極限。

（二）塑性破壞的特征

破壞前出現(xiàn)極易被人們察覺的變形，破壞后保留很大的殘余變形，破壞延續(xù)時間較長，非

突發(fā)性。

第二節(jié)結(jié)構(gòu)鋼材的力學性能指標

（一）單向應力狀態(tài)下的靜力力學性能指標支

L屈服點力.；鋼材強度承載能力極限，為鋼材的強度標準值，除以材料分項系數(shù)加后,

即得強度設(shè)計值/=。

【例題】己知某鋼材的屈服強度標準值為25ON/mm2,抗拉強度最小值為390N/mm?,

材料分項系數(shù)為1.087,則鋼材的強度設(shè)計值應為（）

A.360N/mm2B.270N/mm2

C.250N/mm2D.230N/mm2

【答案】D

【解析】強度設(shè)計值/=/「//=250/1.087=230/mm2

2.抗拉強度fu；抗拉強度工,是衡量鋼材抵抗拉斷佗性能指標，是鋼結(jié)構(gòu)的強度儲備。

3.伸長率5；衡量鋼材塑性性能的一個指標，反映鋼材產(chǎn)生巨大變形時，抵抗斷裂的能

力。

4、彈性模量E；

5、冷彎180°：

冷彎180。表示鋼材塑性變形能力的綜合指標，直接反應材質(zhì)的優(yōu)劣。

6、Z向收縮率。

防止鋼材在焊接時或承受厚度方向的拉力時，發(fā)生層狀撕裂，對鋼材的Z向收縮率進行

測試。

（二）多軸應力狀態(tài)下鋼材的屈服條件★

按材料力學的能量強度理論（或第四強度理論）用折算應力b”達到屈服點?為強度極

限狀態(tài)：0叩=—J+（%+（6=fy

（1）當處于同號應力場時，鋼材易產(chǎn)生脆性破壞，當處于異號應力場時，鋼材將發(fā)生

塑性破壞。

（2）剪切屈服點JJ=0.584,抗剪強度/,=//G=0.58/

【例題】結(jié)構(gòu)鋼材最易發(fā)生脆性破壞的應力狀態(tài)為（）

A.三向同號等值拉應力作用B.兩向異號等值正應力作用

C.單向拉應力作用1＞三向等值剪應力作用

【答案】A

【解析】當處于同號應力場時.，且差值不大時，鋼材易產(chǎn)生脆性破壞。

（三）鋼材的韌性指標

鋼材韌性是衡量鋼材承受動力荷載作用時抵抗脆性破壞的性能，用AKV表示。

（四）鋼材的疲勞強度

疲勞破壞：鋼材在連續(xù)常幅循環(huán)荷載作用下，當循環(huán)次數(shù)達某一定值時，鋼材發(fā)生破壞

的現(xiàn)象，屬于突然發(fā)生的脆性斷裂。

1.鋼材疲勞強度的影響因素

＜I＞作用的應力幅Ab△b=bniax-bmin

(2)構(gòu)造狀況(包括應力集中和殘余應力)

(3)循環(huán)荷載重復的次數(shù)

(4)與鋼材的靜力強度無關(guān)

2.鋼材疲勞強度的計算

當構(gòu)件所受的應力變化循環(huán)次數(shù)為〃}5xIO"時應進行疲勞強度計算。

n次循環(huán)的容許應力幅為[Ab]=(c/“/

式中：c,B一系數(shù)，與構(gòu)件連接類別有關(guān)。

保證構(gòu)件和連接不發(fā)生疲勞破壞時，應按下式進行疲勞計算：

ACJ<[Ac/]

(五)化學成分與軋制工藝與鋼材性能的關(guān)系

1.碳(C)

含碳量增加，鋼材的強度提高，但塑性和韌性降低。

2.硫(S)

硫是有害元素，高溫時，硫化鐵熔化使鋼材變脆，因而在進行焊接或熱加工時，可能出

現(xiàn)熱裂紋，這種現(xiàn)象稱為綱材的“熱脆”。

3.磷(P)

磷是有害元素。磷可以提高鋼材的強度，但在低溫下使鋼材變脆，不利于鋼材進行冷加

工，這種現(xiàn)象稱為鋼材的“冷脆”。

4.硅(Si)

硅是一種有益元素，適量的硅可以提高鋼材強度。

5.鐳(Mn)

鐳是一種弱脫氧劑。適量的鎰含量可以顯著提高鋼材強度，而又不顯著降低鋼材的塑性

和韌性。

6.氧（0）和氮（N）

氯和氮都是有害元素。氧的作用與硫相似，使鋼材熱脆，氮作用和磷相似，使鋼材冷脆。

7.帆（V）

機是鋼材中的合金元素?？梢蕴岣咪摬牡膹姸?，而不顯著降低鋼材塑性。

【例題】鋼材所含化學成分中，需嚴格控制含量的有害元素為（）

A.碳、錦B.帆、鋅

C.硫、氮、氧D.鐵、硅

【答案】C

【解析】硫、氧使鋼材熱脆，磷、氮使鋼材冷脆，為有害元素。

第三節(jié)結(jié)構(gòu)鋼材的脆性破壞

（一）脆性破壞的特征

破壞前沒有明顯的變形和征兆，斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀，破壞往往發(fā)生在瞬時，因

而危險很大。

（二）鋼材產(chǎn)生脆性破壞的原因

1.化學成分、冶金缺陷，

2.溫度變化

鋼材在高溫下，強度下降為零（高溫軟化）；在負溫下發(fā)生脆性斷裂（低溫冷脆）。

3.時間和間歇加載

（1）冷作硬化

鋼材在彈性工作階段，間歇重復加載并不影響鋼材的性能。但是，進入彈塑性階段和塑

性階段時，間歇重復加載，使彈性范圍擴大，而塑性和韌性降低，鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為

冷作硬化。

（2）時效硬化

隨著時間的增加，鋼材的強度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為時效硬化。

4.不合理構(gòu)造一應力集中

在構(gòu)件形狀突然改變或材料不連續(xù)的地方，應力分布很不均勻，出現(xiàn)應力局部增大的

現(xiàn)象，就是應力集中。應力集中提高了鋼材的屈服強度；產(chǎn)生同號應力場，使鋼材變脆；降

低構(gòu)件的疲勞強度。

第四節(jié)鋼材的種類和規(guī)格

（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法★

由四部分組成：

屈服點的字母+屈服點數(shù)值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法組成

①。一一代表屈服點的字母；

②屈服點的數(shù)值——235、345、390等；

③質(zhì)量等級符號一一A、B、C、D四個等級（普通碳素鋼）

——A、B、C、D、E五個等級（普通低合金鋼）

④脫氧方法符號一一F代表沸騰鋼、b代表半鎮(zhèn)靜鋼、z代表鎮(zhèn)靜鋼、Tz代表特殊鎮(zhèn)靜

鋼。

（二）鋼材的規(guī)格

1、熱軋鋼板“一”寬度X厚度X長度（mm）

2、熱軋型鋼

（1）熱軋角鋼

等肢角鋼L肢寬X肢厚（mm）

不等肢角鋼L長肢寬X短肢寬X肢厚

（2）熱禮工字鈉（1+截面高度（cm））

20號以上的工字鋼，按腹板厚度又分a、b、c三類。

（3）H型鋼

f寬翼緣H型鋼

［窄翼緣H型鋼

中翼緣H型鋼

（4）T型鋼半個H型鋼。

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

一、復習建議

本章在歷年考試中，處于相當重要的地位，各種題型均有可能出現(xiàn)，特別是計算題。建議

學員對本章做重點復習。

二、本章重要知識點

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接的種類和特點

（一）鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

焊接連接和螺栓連接

（二）焊條選擇

選擇手工電弧焊使用的焊條，宜使焊縫金屬與主體金屬的強度相適應。如Q235鋼焊件采用

E43型焊條，Q345鋼焊件采用E50型焊條。

（三）焊縫的方位和要求

焊縫按施焊位置分為平焊、立焊、橫焊和仰焊。平焊也稱俯焊，其施焊方便,

質(zhì)量容易保證；仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證。

（四）焊縫缺陷

裂紋一焊縫連接中最危險的缺陷。

（五）焊縫質(zhì)量檢驗等級

焊縫的質(zhì)量檢驗標準分為一級、二級和三級。三級只要求作外觀檢查并符合

焊縫外觀質(zhì)量標準；一級和二級質(zhì)量檢驗是在符合焊縫外觀質(zhì)量標準的前提下，

采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗，二級需探傷20%,一級需探傷100機

（六）螺栓連接

普通螺栓連接和高強螺栓連接

第二節(jié)對接焊縫及其連接

(-)軸心力(拉力、壓力)作用時的對接焊縫計算

軸心力作用下的對接焊縫，其強度按卜式計算：

N

。4或/」

lw-t

式中：N一軸心拉力或軸心壓力；

lw-焊縫長度。當采用引弧板時，取焊縫的實際長度；當未采用引弧板時，

取焊縫的實際長度減2t；

/-拼接中為連接板件的較小厚度，在T形連接中為腹板的厚度；

￡"'、/?'一對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。

只有三級檢驗的焊縫才進行抗拉強度計算。如果直縫不能滿足要求時，可采用斜縫，當

焊縫軸線與作用力間的夾角o滿足收。4.5時，斜焊縫的強度不會低于母材的強度，可不必

進行計算。

(-)彎矩、剪力共同作用時的對接焊縫計算

按下列公式計算：

b哈"”「=衿””

式中：匕，,一焊縫計算截面的抵抗矩；

/“，一焊縫計算截面對中和軸的慣性矩；

s”,一焊縫計算截面在計算剪應力處以上部分對中和軸的面積矩；

工“一對接焊縫的抗拉強度設(shè)計值；

/;一對接用逢的抗剪強度設(shè)計值。

另外，工字形截面的對接焊縫，除應分別驗算最大正應力和最大剪應力外，對于翼緣和

腹板相交處，同時受有較大的正應力6和較大的回應力可，還應按下式驗算折算應力：

4+3.2.1］力W

第三節(jié)角焊縫及其連凌

（-）角焊縫的構(gòu)造要求★

1.焊腳尺寸

%21.5府，t2為較厚焊件的厚度；

h,W1.25L為較薄焊件的厚度。

當貼著板邊緣施焊時。最大焊腳尺寸應滿足當焊件邊緣厚度t〈6mm時，hfmx=t;當焊

件邊緣厚度t>6mm時，hfmax=t-（l?2）mm。

2.計算長度

角焊縫的計算長度不應小于8勺和40mm；在動荷載作用下，側(cè)面角焊縫的計算長

度不宜大于40%：在靜荷載作用下，側(cè)面角焊縫的計算長度不宜大于60h,。

（二）角焊縫連接的計算

1.角焊縫連接的基本計算公式

式中：".一正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。對承受靜力荷載和間接承受動力荷載

的結(jié)構(gòu)，2,-=1.22:對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，儲=1.0。

2.軸心力作用時蓋板連接的角焊縫計算十

（1）側(cè)面角焊縫連接

「一N—N

廠兒??廠0加/4（!-25一九

（2）正面角焊縫連接

N_N

仆2?「。?7力廠2卜-2分）

（3）三面圍焊縫連接

正面角焊縫所能承受的內(nèi)力為:

N'=2/7也.介?/；’

側(cè)面角焊縫的強度為：

N—MN-N'

【例題】圖示連接中，焊腳尺寸hfmm,鋼材為Q235B,f=215N/mm，手工焊，焊條為

E4303,/；=160N/mm2,蓋板厚10mm,主板厚18mm，試計算此連接的承載能力.

【解析】焊縫的承載能力：

MWZ夕〃，/；=[（4X0.7X8X（320—8）+2X1.22X0.7X8X250]x160

=1675.5左N

板件承載能力：

因為A產(chǎn)2X10X250<A2=300X18

所以他“*=2x10x250x215=1O75WV

因此此連接的承載能力取小值，為1075kN。

3.軸心力作用時角鋼連接的角焊縫計算★

(1)當采用側(cè)面角焊縫連接時

N、=a、N%=%乂

名和％是肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)。

角鋼角焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)

分配系數(shù)

角鋼類型連接情況

角鋼肢背角鋼肢尖。2

等邊用鋼0.70.3

不等邊角鋼長肢相拼0.650.35

不等邊角鋼短肢相拼0.750.25

求出各焊縫所受的內(nèi)力后，可按下式計算角鋼肢背與肢尖焊縫的強度:

___叢___<fw

0.7%

___*___<fw

式中：加和〃。分別是皮背焊縫和肢尖焊縫的焊腳尺寸。

(2)當采用三面圍焊時,

先求出正面角焊縫所分擔的軸心力M=2X0.7〃/364ff

N]=a、N空

2

【例題】試設(shè)計角鋼與連接板的連接角焊縫，采用側(cè)面角焊縫連接。軸心力設(shè)計值

N=830KN(靜力荷載)，角鋼為2L125x80xl(),長肢相拼，采用連接板厚t=12mm,鋼材為

Q235B,焊條E43型，手工焊。

【解析】焊腳尺寸〃/max=t-(1~2)mm=10-(1-2)mm=8~9mm

/7/min=1.5A/7=1.5\[\2=5.2mm取力,=8mm

肢背和肢尖焊縫分擔的力為：

Ni=%N=0.65x830=539.5kN

N2=CI2N=0.35x830=290.5kN

則肢背和肢尖焊舞的實際長度為:

N\539.5x1()3

+2h=+16=317mm取320mm

2x0.7〃〃/；'f2x0.7x8x160

JJJ

N290.5x1()3

------------+2/?+16=178mm取180mm

2x0.7〃2x0.7x8x160

4.穹矩、剪力、軸心力共同作用時的角焊縫計算★

一T形連接的角縫同時承受彎矩M、剪力V和軸心力No計算時先確定焊縫可能的最

危險點，求出該點在M、V和N單獨作用下產(chǎn)生的應力.在M和N作用下產(chǎn)生的垂直于焊

縫長度方向的應力為：

Wf2x0.7/。?/.

Af2X0.7/7Zlw

式中：力,和4分別為角焊縫有效截面的抵抗矩和面積。

在V作用下產(chǎn)生的平行于焊縫長度方向的應力為:

Af2x0.7/?

在M、V和N共同作用時，焊縫上端點處最危險。該點焊縫應滿足：

【例題】計算圖示角焊籟連接能承受的最大靜力設(shè)計荷戴P。已知：鋼材為Q235BF.焊

條為E43型，.//=]604/加機2

1

-pxlO3

——=—---------=0.25p

4，2x0.7x6x290

3

-/?xl20xl03

5

cr=-M--=-----------------

W1i

/2x-x0.7x6x2902

6

d'y+（」）2二1（弓33；；；6里）2+（0.25尸）2?/；=160N/,m2

PK197.50V故角焊縫連接能承受的最大靜力設(shè)計荷戴P=197.5ZN

第四節(jié)焊接應力和焊接變形

焊接殘余應力對結(jié)構(gòu)工作的影響：

（1）不影響構(gòu)件的靜力強度（2）降低了構(gòu)件的剛度

（3）降低了構(gòu)件的稔定性（4）降低了構(gòu)件的疲勞強度。

第五節(jié)普通螺栓連接

（一）螺栓的排列和構(gòu)造

1.螺栓的排列要求:

（1）受力要求

（2）構(gòu)造要求

（3）施工要求

2.螺栓受剪破壞時的破壞形式★

（1）栓桿被剪斷

（2）板件被擠壓破林

（3）構(gòu)件被拉斷破壞

（4）構(gòu)件端部被汨剪破壞一-端距22“

（5）栓桿受彎破壞-----板件總厚度5d

前三種破壞需通過計算來保證，而后兩種破壞需采取構(gòu)造措施。

（二）普通螺栓連接受剪時的計算

1.單個受剪螺栓的承載力設(shè)計值

①抗剪承載力設(shè)計值。

Mi，?了/

式中：&一個螺栓的受剪面數(shù)，單剪〃、,=1,雙剪勺=2；

d—螺栓桿的直徑；

一螺栓的抗剪強度設(shè)計值。

②承壓承載力設(shè)計值。

式中：￡一在同一受力方向承壓構(gòu)件的較小總厚度（取2。和t2中的較小值）;

一螺栓的承壓強度設(shè)計值。

2.抗剪螺栓群在軸心力作用下的計算

受軸心力作用的螺栓連接的雙蓋板對接連接。其計算公式為:

n

連接一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為：

n>、—N—

NMmin

3.抗剪螺栓群在扭矩作用下的計算

在扭矩T的作用下，計算每個螺栓的受力時，假設(shè)受扭矩T作用時，所有螺栓均繞螺

栓群形心0旋轉(zhuǎn)。各螺栓所受力的大小與該螺栓至形心距離,成正比，其方向與連線「垂

直,1號螺栓受力最大。

7.勺二二6

犯=EL?Min

4.抗剪螺栓群在軸心力、剪力、扭矩共同作用下的計算

下圖（a）為偏心力V作用的螺栓連接。偏心力的作用線至螺栓中心線的距離為c,將

力向螺栓群的形心0簡化后，可與圖（b）（c）所示的剪力V及扭矩T=V-e共同作用的結(jié)

果等效。

在剪力V的作用下，每個螺栓的受力為：

V

n

在扭矩T的作用卜，計算每個螺栓的受力時，假設(shè)受扭矩T作用時，所有螺栓均繞螺

栓群形心O旋轉(zhuǎn)。各螺栓所受力的大小與該螺栓至形心距離，.成正比，其方向與連線.垂

直,1號螺栓受力最大。

將其分解得：區(qū)=仁2,12

N-___'“__

故在扭矩T和軸心力V的共同作用下，受力最大的螺栓“1”承受的合力應滿足下式:

+（N；；+M；J<<in

若連接在承受以上偏心力作用的同時，沿X-X軸承受軸力N,且力N通過螺栓群形心0,

則螺栓“1”承受的合力應滿足：

【例題】上圖（a）所示的普通螺栓連接。M22螺栓,孔徑為23.5mm,荷載設(shè)計值F=17KN,

柱翼緣板厚度為12mm,拼接板厚度為10mm,偏心距e=300mm,材料Q235。

【解析】單個螺栓的抗剪和承壓承載力設(shè)計值為:

1,d，7ix222

N"=%/=lxxl40=53.2KN

~1~4

M"=22x10x305=67.3

Yx/+ZX=10x62+4xl62+4x82=1640C/H2

140x300x160

二41KN

c=1640xIO2

140x300x60

=154KN

1640xlO2

V_

N；y==14KN}

n10

2

M=J（M1）2+（，％+%；）=也12+（15.4+14）2=5O.5KN

<Cn=53.2KN

（三）普通螺栓連接受拉時的計算

1.單個受拉螺栓的抗拉承載力設(shè)計值

2.抗拉螺栓群在彎矩作用下的計算

螺栓群的旋轉(zhuǎn)中心在彎矩指向的最外一排螺栓的軸線上。

受力最大的螺栓需滿足的條件為:

N1

其中必一最外排螺栓到旋轉(zhuǎn)中心的距離；

上一每排螺栓到旋轉(zhuǎn)中心的距離；

加一螺栓的列數(shù)。

第六節(jié)高強度螺栓連凄

（一）高強度螺栓連接受剪時的工作性能★

高強度螺栓連接的承載力比普通螺栓高得多，剪切變形小。摩擦型高強度螺栓連接是以

板件之間出現(xiàn)滑動，即摩擦阻力剛被克服作為承載能力極限狀態(tài)。承壓型高強度螺栓連接受

剪是以螺栓桿被剪壞或螺拴孔壁擠壓破壞為極限狀態(tài)。

（二）高強度螺栓連接摩擦面的抗滑移系數(shù)

高強度螺栓應嚴格按照施工規(guī)程操作，不得在潮濕或淋雨狀態(tài)下進行拼裝，不得在摩擦

面上涂紅丹、油漆等，保證連接處摩擦面干燥、清潔。

（三）高強度螺栓連接的計算

1.高強度螺栓連接受剪時的計算

（1）高強度螺栓抗剪承載力設(shè)計值

1）一個摩擦型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為：

式中：一傳力摩擦面數(shù)目：

//一摩擦面抗滑移系數(shù)；

P——個高強度螺栓的設(shè)口預拉力；

2）一個承壓型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為：

①抗剪承載力設(shè)計值

②承壓承載力設(shè)計值N：=d￡.f；

（2）螺栓群在軸心力作用下的計算

每個螺栓的受力是相等的

乂旦孤

n

連接一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為：

N

n>——

（3）抗剪螺栓群在扭矩作用下的計算

在扭矩T的作用下，計算每個螺栓的受力時，假設(shè)受扭矩T作用時，所有螺栓均繞螺

栓群形心0旋轉(zhuǎn)。各螺栓所受力的大小與該螺栓至形心距離，.成正比，其方向與連線〃垂

直」號螺栓受力最大。

N：=4股

（4）抗剪螺栓群在軸心力、剪力、扭矩共同作用卜的計算

受力最大的螺栓“I”承受的合力應滿足下式：

【例題】圖示為摩擦型高強螺栓的對接接頭，鋼板材料為Q235B,用8.8級高強

螺栓M20,孔徑為21.5mm,預拉力P=110kN,接觸面噴砂處理U=0.45,求接頭

所能承受的最大拉力N?

—)

工

二^

-rT

-+tr

-_a-工

?

—_

<kI-—

【解析】此=0.9%〃尸=0.9x2x0.45x110=89ZN

NIT.laXI=8?N?=8x89=712kN

鋼板毛截面面積：

A=(2x60+3x80)xl0=3600，””廣

Nmax2=Af=3600X215=77W

鋼板凈截面面積：

4,=(2x60+3x80-4x21.5)xl0=274()W

N，=1—0.52)N=(l—0.51)N=0.75N

吊N'一用0.75N…

由一=f得：------=215

An2740

“二喂等外kN所以最大拉力N=712QV

2.高強度螺栓連接受拉時的計算

（1）高強度螺栓抗拉承載力設(shè)計值

1）一個摩擦型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為：=0.8P

2）一個承壓型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為:

,卜兀.d,

（2）螺栓群在軸心力作用下的計算

每個螺栓的受力是相等的

N,=—<^

n

連接一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為:

n4

（3）螺栓群在彎矩作用下的計算

在彎矩作用下，螺栓群的旋轉(zhuǎn)中心位于螺栓群的形心

3.高強度螺栓連接同時承受拉力和翦力時的計算★

（1）摩擦型高強度螺栓連接，需滿足條件:

<1

MN；

（2）承壓型高強度螺栓連接，需滿足條件:

此

N、、&

1.2

【例題】驗算如圖所示摩擦型高強螺栓連接是否安全，已知：荷載N=300kN,螺栓

M20J0.9級，u=0.5,預緊力P=155kNo

【解析】螺栓群形心O處的內(nèi)力有：

軸心拉力：T=3N/5=3K300/5=180/W

剪力：V=4^/5=4x300/5=240W

彎矩：M=7e=180x35=6300^-mm

在N、M作用下，最上面一排螺栓最不利，每個螺栓所受的最大拉力為:

TMy1806300x(35+65)

1x

-j-'''=''-j"''''=365kN

n2^y-82X(2X352+2X1002)

N=-=—=30kN

N：=0.%//P=0.9xlx0.5xl55=69.75AN

N-=0.8。=0.8x155=124雨

J3036.5

------1-----=0.72<l

N；69.75124

所以此螺栓連接安全。

第七節(jié)連接的疲勞計算

高強螺栓摩擦型連接按毛截面計算應力幅，高強螺栓承壓型連接按凈截面計

算應力幅。

第四章軸心受力構(gòu)件

一、復習建議

本章在歷年考試中，各種題型都有可能出現(xiàn)，特別是近幾年考試中，本章所占內(nèi)容有增

加趨勢，并且可能結(jié)合其他章節(jié)進行考核。建議學員對全面掌握，重點及習。

二、本章重要知識點

第一節(jié)軸心受力構(gòu)件的特點和截面形式

學員掌握軸心受力構(gòu)件兩種極限狀態(tài)的設(shè)計內(nèi)容即可。

第二節(jié)軸心受拉構(gòu)件

承載能力極限狀態(tài)以屈服點為極限，只有強度承載力計算，計算公式為：

N/《

▼

正常使用極限狀態(tài)用以限制長細比來保證的，即：

4=2千］

i

第三節(jié)實腹式軸心受壓溝件

（一）軸心受壓構(gòu)件計算

（1）承載能力極限狀態(tài)包括強度承載力和穩(wěn)定承載力

強度承載力以屈服點為極限狀態(tài)，計算公式為:

4

穩(wěn)定承載力以臨界力為極限狀態(tài)，計算公式為:

式中：吁軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，W

fy

(2)正常使用極限狀態(tài)用以限制長細比來保證的，即：

4=儲團

i

(二)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性

1.三種屈曲形式喪失穩(wěn)定

(1)彎曲屈曲

雙軸對稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。

(2)扭轉(zhuǎn)屈曲

十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲。

(3)彎扭屈曲

單軸對稱截面構(gòu)件

2.初始缺陷對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的影響

初彎曲、荷載初偏心和殘余應力等初始缺陷,降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。

3.穩(wěn)定性的計算

(1)等穩(wěn)定設(shè)計概念

構(gòu)件在兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力相等。兩主軸方向的穩(wěn)定系數(shù)不屬于同一類截面時,

等穩(wěn)定的條件為%=9,.。兩方向的穩(wěn)定系數(shù)屬于同一類截面時，等穩(wěn)定的條件為4=4。

(2)截面為雙軸對稱

(3)截面單軸對稱的構(gòu)件

用繞對稱軸的換算長細比九產(chǎn)代替冬

【例題】圖示為一軸心受壓柱的工字形截面，該柱承受軸心壓力設(shè)計值N=4500kN,計算長度

為配=7m4y=3.5項鋼材為Q235BF,f=205N/m而,驗算該柱