第十三章-钢结构.ppt

13.3.1钢结构连接的种类及其特点,焊条与局部焊件熔化、冷却，凝结成焊缝。是现代钢结构最主要的连接方法。,13.3.2焊缝连接,一、焊接方法,电弧焊,(1)手工电弧焊,(2)自动半自动埋弧电弧焊,(3)CO2气体保护焊以C02为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触。,手工焊原理自动焊原理,二、焊缝连接的形式,1、按焊缝的性质,被连接板件2,对接焊缝,角焊缝,2、按两焊件的相对位置分,3、对接焊缝按受力与焊缝方向分,a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交,3、角焊缝按受力与焊缝方向分,a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行c)斜缝:作用力与焊缝长度方向斜交,4、按焊缝连续性,a）连续焊缝：受力较好b）断续焊缝：易发生应力集中,5、按施工位置,俯焊、立焊、横焊、仰焊其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。,三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别,1、焊缝连接的缺陷,常见的缺陷形式：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透,焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检验、X射线检验。,2、焊缝质量检验,3、焊缝质量等级,焊缝质量分三级:一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。,四、焊缝的符号及标注方法,13.3.3对接焊缝连接,一、对接焊缝的形式和构造,对接焊缝坡口的型式,对接焊缝的形式,应用：板厚为tt10mm时，用a）、b)工字形t=1020mm时，用c）、d)单边V、V字形t20mm时，用g)、f)、h)X、K、U字形,为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板,（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。,对接焊缝的构造处理,（2）变厚度板或变宽度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力集中。,二、对接焊缝连接的计算,轴心受力的对接焊缝,（1）正焊缝验算截面矩形，只有正应力。,焊缝抗拉强度质检分级由“钢结构工程施工及验收规范”规定，分I、II、III级。达到I、II级质量时（x光射线检查），焊缝抗拉设计强度和母材相同，III级质量（只外观检查）的抗拉设计强度约为I、II级的0.85。,或,对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。只有以下两种情况，才需对正焊缝进行抗拉强度验算：a.未使用引弧板施焊；b.III级焊缝质量。此时，正焊缝长度不够（b/0.85=1.18b），需改用斜焊缝增加焊缝长度。,（2）斜焊缝验算截面矩形，有、。,或,焊缝长度方向与作用力方向间夹角。斜焊缝计算长度。对接焊缝抗剪设计强度。“规范”规定时，不检算焊缝强度。,13.3.4角焊缝连接,角焊缝的形式和构造,1、角焊缝的形式(按两焊脚边的夹角分),（1）直角焊缝,（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝,一般采用（a）。但（a）应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（b）、（c）。,a),c),b),直角焊缝：=900,普通焊缝：两焊脚尺寸都等于hf，常用。但应力集中较严重（a、b处材料突变严重）。,平焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5hf而成。易焊，应力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。,凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。,图中，hf焊脚尺寸，he焊缝有效厚度。并有，he=0.7hf，he总是450斜面上的最小高度。,（2）斜角角焊缝,主要用于钢管连接中,我们主要讨论直角焊缝,侧焊缝（a图）：外力与焊缝轴线平行，端焊缝（b图）：外力与焊缝轴线垂直，斜焊缝（c图）：外力与焊缝轴线斜交。,按照作用力和焊缝关系，直角角焊缝分为：,2.角焊缝的构造要求,13.3.5普通螺栓连接,一、普通螺栓连接的构造,1、螺栓的规格,(1)普通螺栓的形式为六角头型。其代号用M和公称直径数表示。如M16、M20等。,(3)分为A级、B级和C级三种,(2)常用螺栓直径为d=16，20，24mm,(4)C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm，制作安装方便。C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,(3)A级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,2、螺栓的排列,(1)基本形式：并列和错列,(2)排布参数：端距，边距，中距,为什么要限制中心距？(3d0)太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；不便施工太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。,最大、最小距离限值见P71表3.5。,为什么限制边距、端距？(2d0、1.5d0、1.2d0)太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太大：不紧密，易锈蚀和变形。,(3)排布尺寸要求,二、高强度螺栓连接的计算,摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，使=0.30.55。,分类：,特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达80355kN。,高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级10.9h和8.8级。,承压型连接件间允许相互滑动。传力开始时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载的连接。,抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性能。,13.4梁,1、梁的定义承受横向荷载受弯的实腹钢构件。2、梁的分类按计算简图分：简支梁、连续梁悬臂梁等。按截面形式分：型钢梁、组合梁、3、梁的作用承受横向荷载与扭转。,4、截面形式,5、应用,13.5轴心受力构件,1.结构及受力特点,（1）作用在构件上的荷载是轴心压力或轴心拉力；（2）构件理想的直；（3）构件无初应力；（4）节点铰支。,主要用于承重结构，如：桁架、网架、塔架和支撑结构等。,2.应用,3.截面型式,图4-2轴心受力构件截面形式,热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。,13.6拉弯构件和压弯构件,一、类型,二、应用,偏心受压柱厂房柱有横向荷载作用抗风柱有柱端弯矩框架柱,三、截面形式,按截面组成方式分为型钢（a、b），钢板焊接组合截面型钢（c、g），组合截面（d、e、f、h、i）按截面几何特征分为开口截面，闭口截面（g、h、i、j）按截面对称性分为单轴对称截面（d、e、f、n、p），双轴对称截面（其余各图）按截面分布连续性分为实腹式截面（ag）格构式截面（kp）,13.7钢屋盖结构,13.7.1钢屋盖结构的形式、组成及布置,一、无檩屋盖结构体系,1.形式和布置,2.组成：屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板,3.传力路线：屋面荷载大型屋面板屋架（或天窗架）4.特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。,二、有檩屋盖结构体系,1.形式和布置2.组成：轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架3.传力路线：屋面荷载屋面板檩条屋架4.特点：屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。,有檩屋盖的单层厂房的吊装过程动画,13.7.2钢屋盖支撑,一、支撑作用,由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方向以半波的形式鼓曲（图），此外端墙传来的风荷载，仅靠屋架的弦杆承受和传递是不够的。,l保证结构的空间作用l增强屋架的侧向稳定l传递屋盖的水平荷载l便于屋盖的安全施工,二、支撑布置,1、上弦横向水平支撑,组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：（1）端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和风荷载传递。（有时因天窗架从第二开间起设。）,（2）横向支撑间距大于60m时，中间增设。（3）屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是设上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架时，上弦横向支撑仍需布置。,2、下弦横向水平支撑,组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。,3、下弦纵向水平支撑,组成：系杆、斜杆作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。,布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系。屋架跨度大于18m时，屋架下弦设有悬挂吊车时，抗风柱支承在屋架下弦时，屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。,布置：屋架两边，与横向支撑形成封闭框。有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车时，有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时，房屋跨度较大、空间刚度要求较高时，均需设置下弦纵向水平支撑。,4、竖向支撑,组成：系杆、斜杆作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。布置位置：设有上弦横向支撑的开间内,5、系杆,作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。系杆分刚性和柔性布置：竖向支撑平面内设通长系杆。水平横向支撑设在第二开间时，端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。,什么是轻钢结构？,轻型钢结构通常是指用冷轧薄壁型钢或是用断面较小的型钢(如角钢、钢筋、扁钢等)组成骨架，并用彩色压型钢板或其它轻型材料做成围护结构的结构体系。特点、自重轻，能够建成大跨度的结构形式，更能充分利用空间，也使建筑物的布局更加灵活、外观造型美观轻巧，建筑表现能力强、能够实现工业化生产，质量能够得到很好的保证、施工周期短，使业主的投资在短期内得到回报、经济性好，尤其对于大跨度结构和软弱地基，其经济性能够得到更加充分的体现,13.8轻钢结构简介,应用范围1、新技术开发区项目，特别是高新技术企业，为树立企业形象，多采用轻钢结构2、仓储(粮棉库、车库、储备库)，配送转运中心(工业、商业)3、各类(小吨位吊车)轻型工业厂房4、商场、展厅、体育馆、候车室、飞机库、摄影棚等大跨度公共建筑5、多层住宅，多层工业厂房6、学校、医院、办公、娱乐等多层公共建筑7、超市、零售、百货等商业建筑8、旧建筑物改扩建、翻修、加层,现状及前景展望由于历史的原因，我国钢结构大多应用于重型冶金厂房、大跨度桥梁和大跨度公共建筑，归口管理部门也由原冶金工业部负责随着钢结构，特别是轻钢结构在民用建筑中的大量应用，作为主管的建设部也意识到必须规范建筑钢结构市场和发展民族建筑钢结构，1996成立在中国建筑金属结构协会下设立了建筑钢结构委员会，鼓励和推动钢结构的应用，组织制定了轻钢结构设计规程，2000年又成立了建设部与冶金局的钢材应用协调组，以指导、协调工程中钢结构及钢材的应用。目前我国已生产出自己的轻型型钢，鞍山一轧、莱芜钢厂上马的小规格热轧型生产线也已投产或即将投产，年设计能力有50-60万吨，轻型钢结构因其商品化程度高、施工速度快、周期短、综合经济效益高，市场需求大，发展十分迅猛，是我国各类钢结构中近年来发展最快的。轻钢结构制造厂在数量上和规模上近年都有较大发展。国家