《钢结构》串讲资料.

1、第一章 概述一、钢结构的特点强度高，自重小；(2) 龌性、韧性好；(3) 材魇均匀，工作可靠性高；(4) 工业化生产程度高、施工速度快；(5) 密闭性好；(6) 有利于保护环境、节约资源；(7) 耐热佳能好，但耐火性能差；(8) 耐腐蚀性差。二、合理应用范围况读时注意具体应用范围，是利用钢结构的哪些忧点。(1) 重型工业厂房；(2) 大跨度结构；(3) 高耸结构及高层建筑；(4) 受动力荷载作用的结构等。第二章结构钢材及其性能、结构钢材的力学性能抗拉强度fu是钢材破坏前能够承受的最犬应力，反映了与钢材内部组织有关的极限抗拉能力，f u大可增加结构的强度储备。2.屈服强度(屈服点)fyfy作为钢

2、材强度的标淮值， 是钢结构设计可以达到的最大应力。引入材料分项系数后，即得到钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值：f hfy/VR。3 伸长率d (或% )它是反映钢材承受静力及冶金质量的综合指标。4. 冷弯性能此项指标是衡量钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。b.冲击韧性此项指标是衡量钢材承受冲击荷载作用时抵抗脆性破坏能力的指标。对于在低温环境下承受动载的结构，要提出内环境温度相应的冲击韧性保证要求。6.钢材在多轴应力作用下的工作性能卡钢材在多轴应办作用下的工作性能可用折算应力& ep衡量。钢材处于同号应力场时，直到破坏也会有明显的塑性变形，此时的破坏形式为脆性破坏， 因此，同号应力场是脆性破坏

3、的力学原因；相反，钢材处于异号应力场，或同号但应力差较大时，钢材较容易进入塑性状态，最后破坏形式为塑性破坏。二、影响钢材性能的因素1. 化学成分的影响(1) 碳元素含量提高，则强度提高；但塑性、韧性、冷弯性能：可焊性及抗锈蚀能为降 低。(2) 糍(Mn)、硅(Si)、钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)、铝(A1)、铬(Cr):镍(Ni)基本上属于有 益元素，一般都有提高钢材强度、塑性和韧性的效能。但锰或硅的含量过高。则可导致可焊 性降低。(3) 硫(s)、磷(P)、氧(0)和氮(N)基本上属于有害元素，一般都使钢材的韧性降低。硫 和氧易导致热脆，磷和氮赠易导致冷脆。2 成材过程的影响冶炼过程决定

4、了钢的化学成分和金相组织结构，因而确定了钢种和钢材牌号。(1) 冶炼过程中产生的冶金缺陷(如偏析、非金属夹杂、气孔及裂纹等)将严重降低钢 材韵冷弯、冲击韧性、疲劳强度等力学性能，使钢材抗脆性断裂的能力降低。因此，镇静钢 的性能优于沸腾钢。(2) 钢材热轧可消除冶炼过程中的部分缺陷，提高钢材的力学性能。因此，轧制压缩比 次的钢材性能优于压缩比小的钢材。轧制进程在使钢材晶粒变细和改善钢材性能的同时，亦使其产生明显的各向异性。3 影响钢材性能的其他因素(1) 钢材的硬化。钢材的硬化有冷作硬化(应变硬化)和时效硬化两种。钢材的硬化使 钢材塑性减小，脆性增加。冷加工(常温下的冷拉、冷弯。冲孔、机械剪切等

5、加工)通常使钢材产生应变硬化。随 着时间推移钢材转脆的现象，称为时效硬化。而应变硬化和时效硬化的综合效应，称为应变时效。人为避如速时效硬化的过程，称为人工时效。温度温度变化对钢材性能的影响很大。温度在200 C以下时，钢材的强度：弹性模量变化不大，随温度升高，钢材的屈服强度 降低，塑性增大，达 600 C时，屈服强度接近于零，几乎丧失承载力，因此，钢结构设计规范一规定，钢结构表面长期受150 C以上的辐射热时，应采取隔热防护措施。；当温度下降到负温某一区域时，其中击韧性急剧下隆，出现低温脆断。因此，在负温工作的结构，钢材还应具有温(-20 C或薯-40 C)冲击韧性的合格保证，以提高抗低温脆断

6、的能力。(3) 应力集中在钢构件中一般常存在孔洞、缺口，凹角、以及截面的厚度或宽度变化等，由于截面的突然改变，致使应力线曲折、密集，故在孔洞边缘或缺口尖端等处，将出现集中应力，在应 力集中处构件常处于同号的双向或三向应力场的复杂应力状态，阻碍了钢材塑性变形的发 ,促使钢材转入脆性状态，造成脆性破坏。由于应力集中主要决定于构件的构造状况，因此，在设计、制造和施工时，应尽量避免截面突变一应采用圆滑过渡，尽可能防止对构件造成刻槽等缺陷。-反之称为脆性破坏(非塑性破坏)。所有以避免产生严重的破坏后果。塑性和韧性三、钢材的塑性破坏、脆性破坏、循环加载效应和疲劳破坏 卫 塑性破坏和脆性破坏1 破坏前产生较

7、大变形的破坏，称为塑性破坏 的结构设计都应当力求在结构破坏时呈塑性破坏， 好的材料亦可发生非塑性破坏。2 循环荷载效应和疲劳破坏循环荷载常导致结构的疲劳断裂。钢材在连续循环荷载作罔下，当应力低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳现象或疲劳破坏。在循环荷载作用下，结构或构件在低于抗拉强度，甚至低于屈服强度的应力状态断裂， 称为疲劳断裂。疲劳断裂常呈脆性破坏。疲劳断裂本质上是微裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂 的过程。钢结构中除原材料的缺陷是断裂源之外，焊接缺陷经常是主要的断裂源。影响钢材疲劳破坏的因素主要有以下几个方商：(1) 应力集中在其截面中引起应力集中，最终

8、导致疲劳破坏钢材中恒存在着的构造缺陷或残余应力，产生。(2) 应力循环特征一一应力幅 Aa钢材在反复荷载作用下的应力循环用应力幅X =；max 一 二 min 表示。，对非焊接结构为最大应力)，钢材的疲 各类构件或连接产生疲劳破坏的应力循环次数(3) 应力循环次数n在应力循环的形式一定时(对焊接构件为劳破坏与应力循环的次数有关。应力辐越小，越多。当应力幅小于一定数值时，即使应力循环多次，也不致产生疲劳破坏，即达到通常的疲劳极限(最低疲劳寿命要求)。现行钢结构规范根据我国的情况、确定疲劳寿命n=5x 104 , 即应力循环次数n5 x 104时，应进行疲劳计算。四、钢材的种类适合于钢结构采用的钢

9、材只是普通碳素结构钢和低合金高强结构钢。1 碳素结构钢(1) 碳素结构钢按脱氧程度分为镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢和沸腾钢。(2) 碳素结构钢的质量等级分为A、B、C D四级。由A到D,表示质量由低到高。质量高低主要是以冲击韧性(夏比V型缺口试验)区分。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量镣缎符号、脱氯方法符号等四个部分按顺序组成，所采用的符号分别用下列字母表示：Q钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；A B、C、D一一分别为质量等级；F沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；b 半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ 特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位

10、字母。在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。根据上述牌号表示方法，如Q235-A. F 表示屈服点为 235 Nf/mmz、质量等级为 A级的沸腾钢;Q235-B表示屈服点为 235 N/mr2、质 量等级为B级的镇静钢。碳素结构钢的牌号是按强度由低到高排列的。钢材强度主要由其中碳元素含量的多少决W 低合金高强度结构钢按力学性能和化学成分是分为5种，即Q295 Q345, Q390, Q420, Q460质量等级分为A B、C D E五级，其中E级质量最好。牌号按屈服点符号、 屈服点值和质量等级排列， 符号的含义和碳素结构钢牌号的含义相同。五、钢材的选用根据规范，选用钢材时，要遵

11、照下列规定：(1) 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证(合称三项保证)。(2) 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证(合称四项保证)。(3) 对于需要验算疲劳的焊接结构应具有常温冲击韧性的合格保证(合称五项保证)。(4) 非焊接结构发生脆性断裂的危险性比焊接结构小些，对材质的要求可比焊接结构适 当放宽，但需要验算疲劳的钢材仍应具有常温冲击韧性的合格保证。六、钢材的规格1. 钢板其规格用符号“一”和厚度X宽度X长度的毫米数表示。2 .角钢角钢由两个互相垂直的肢组成，若两肢长度相等，称为等边角钢，

12、若不等则为不等边角钢。等边角钢的型号用符号“匚”和肢宽X肢厚的毫米数表示。3 .普通工字钢以截面高度(cm)编号，符号分别用“I”表示，按照腹板厚度不同分为 a、b两类或a、 )、c三类。4. 槽钢型号用符“”及号数表示，号数代表截面高度的厘米数，按照腹橡厚度不同分为 a、b、 c三类。5. 热轧H型钢热轧H型钢分为三类：宽翼缘 H型钢(HW)、中翼缘H型钢(HM)和窄翼缘H型钢(HN)。6 .热轧剖分T型钢由对应的H型钢沿腹板中部对等剖分而成。其代号与H型钢相应采用TW TM TN分别表示宽翼缘T型钢、中翼缘T型钢和窄翼缘T型钢。7 .冷弯薄壁型钢特点是壁薄，截面几何形状开展，是一种高效经济

13、的截面，多用于跨度小、荷载轻的轻 型钢结构。第三章钢结构的连接一、钢结构的连接方法1 焊接连接(1) 手工焊焊条的选择选择手工电弧焊焊条型号首先应按与主体金属强度相适应确定焊条系列，即两者强度应相等。例如 Q23s钢焊件用F43系列型焊条，Q345钢焊件用E50系列型焊条，Q390和Q420 钢焊件用E55系列型焊条。当不同强度的钢材连接时， 采用与低强度钢材相适应的焊条系列，即可满足强度等方面的要求并H较经济。手工电弧焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条，其牌号有E43型、E50型和E55型等。字母E表示焊条，其后两位数字用以表示焊条系 列。数字由熔敷金属抗拉强度的最小值决定，单位为kgf/

14、mm2。(2) 焊接方位的要求按施焊时焊缝与焊件之间的相对空间位置，焊缝连接可分为平焊、横焊、立焊和仰焊四种。平焊也称为俯焊，施焊方便，质量易保证；横焊、立焊施焊较难，质量和效率均低于平 焊；仰焊是操作最困难的，施焊位覆最差，焊缝质量不易保证。故设计时，应根据实际条件 详细考虑每条焊缝的方位，特别是工地施焊的焊缝，由于焊件不易翻转，更应注意使主要焊 缝大多数处于平焊位置，尽量避免仰焊。(3) 焊缝符号及标注焊缝符号主要由引出线和表示焊缝截面形状的基本符号组成，必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。引出线由带箭头的指引线(简称箭头线)和两条基准线(一条为细实线，另一条为细虚线)两部分

15、组成。基准线的虚线可以画在实线的上侧，也可以画在实线的下侧。基本符号用 以表示焊缝的基本截面形式，符号的线条宜粗于引出线。基本符号标注在基准线上，其相对 位置规定如下：如果焊缝在接头的箭头侧，则应将基本符号标注在基准线实线侧：如果焊缝在接头的非箭头侧，则应将基本符号标注在基准线虚线侧，如果为双面对称焊缝， 基准线可以不加虚线。箭头线相对于焊缝位置一般无特别要求，对有坡口的焊缝，箭头线应指向带有坡口的一侧。焊缝尺寸标注在基准线上。这里应注意的是，不论箭头线方向如何，有关焊缝横截面的尺寸(如角焊缝的焊角尺寸hf)则一律标在焊缝基本符号的左边，有关焊缝长度方向的尺寸(如焊缝长度)则一律标在焊缝基本符

16、号的右边。此外对接焊缝中有关坡口的尺寸应标在焊缝基本符号的上侧或下侧。辅助符号用以表示焊缝表面形状的特征，如对接焊缝表面凸出部分应加工使之与焊件表面齐平，则需在基本符号上加一短线，此短线即为辅助符号。补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，如三面围焊、周边焊缝、在工地现场施焊的焊缝和焊缝底部有垫板等。焊缝的基本符号、辅助符号、补充符号均用粗实线表示，并与基准线相交或相切。尾部符号用细实线表示，并且在基准线的尾端。(4) 焊缝缺陷及质量检验等级裂纹是焊接连接中最危险的缺陷。焊缝质量检验等级分为一、二、三级，其中三级质量要求最低。2 螺栓连接螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种

17、。(1) 普通螺栓连接普通螺栓又分为 C级螺栓和A级、B级螺栓两种。C级螺栓表面不加工， 尺寸不太准确， 只要求n类孔。成本低，栓杆直径与栓孔直径之差，设计规范未作规定，通常多取1.52. Omm A级和B级蠓栓表面须经车床加工，故尺寸准确，精度较高，要求配用I类孔。(2) 高强度螺栓连接高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式可分为摩擦型和承压型两种。摩擦型连接在受剪设计时， 以外力达到板件接触面间的最大摩擦南为极限状态，即保证连接在整个使用期间外力不超过其最大摩擦力为准则.这样，板件间不会发生相对滑移，被连接板件弹性整体受力。由于摩擦型螺栓所具有的连接紧密、受力可靠、耐疲劳、可拆换、 安装简单

18、以及动力荷载作用下不易松动等优点，目前在桥梁、工业与民用建筑结构中得到广泛应用。尤其在栓焊桁架桥、重级工作制厂房的吊车。 梁系统和重要建筑物的支撑连接中已 被证明具有明显的优越性。而承压型连接起初由摩擦传力， 在被连接件间的摩擦力被克服后则依靠栓杆抗剪和孔壁 承压传力，以杆身剪切或孔壁承压破坏，即达到连接的最大承载力作为连接受剪的极限状态。因此，其后期受力性能同普通螺栓。承压型咼强度螺栓连接，由于摩擦力被克服产生相对滑移后可以继续承载，所以其设计承载力高于摩擦型，因而可节省螺栓用量，也具有连接紧密,可拆换，安装简单等优点，但与摩擦型相比，整体性和刚度较差，变形大，动力性能差，其 实际强度储备小

19、，只限用于承受静力或间接动力荷载结构中允许发生一定滑移变形的连接。二、对接焊缝连接构造因此一对接焊缝又称坡口焊缝， 因为在施焊时，焊件间须具有适合于焊条运转的空间，代TL丄4曰/川、-h厶红+丄十It这对承 这样，起 则应在计算中将每条焊缝的丄V /rv I-T 人7J一乡氏 J |II o在对接焊缝的起弧落弧处，常出现弧坑缺陷，以致引起应力集中并易产生裂纹， 受动力荷载的结构尤为不利。为了消除焊口的缺陷，应在焊缝的两端设置引弧板， 弧落弧均在引弧板上发生。 对某些特殊情况无法采用引弧板时， 长度减去2t （此处t为较薄焊件厚度）。当对接焊缝拼接的钢板宽度不同或厚度相差4mm以上时，应在宽度或

20、厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于 1:2.5的斜坡，以使截面平缓过渡，减少应力集中。当厚度相差不大于 4mm时，可不做斜坡，因焊缝表面形成的斜度即可满足平缓过渡的要求。三、对接焊缝的计算1 轴心力（拉力或压力）作用时对接焊缝的计算当外力作用于对接焊缝的垂直方向，其合力通过焊缝的重心时，按下式计算焊缝的强度： ftw 或 fcw(3-1)NG =lw t式中：N轴心拉力或轴心压力设计值;lw 焊缝的计算长度，当采用引弧板时取焊缝的实际长度；当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t（引弧、灭弧端各t）;t在对接接头中是连接板件中的较小厚度；在T形连，接中为腹板厚度;flW、fcW 对接焊缝的

21、抗拉、抗压强度设计值。注意：对接焊缝只在三级焊缝且受拉力作用或无法采用引弧板时才需要按式上进行计算。2 弯矩和剪力共同作用时的对接焊缝计算（1）矩形截面对接焊缝同时承受弯矩和剪力时，因为最大正应力与最大剪应力不在同一点，故应分别计算正应力和剪应力。即最大正应力和剪应力应分别符合下列公式的要求：-maxWw6MiWt(3-2)maxvsw:：Iwt 一fvW(3-3)式中：M焊缝计算截面的弯矩;Ww 焊缝截面抵抗矩；Sw 焊缝截面计算剪应力处的以上部分对中和轴的面积矩;I w焊缝截面对中和轴的惯性矩;fvw 对接焊缝的抗剪强度设计值。(2) 工字形截面对接焊缝除了按照公式(3-2)、(3-3)计

22、算最大正应力和剪应力应外，在司时受有较大正应力 cr1和剪应力T1的梁腹板横向对接焊缝受拉区的端部“1 ”点，还应按下 式计算折算应力:(3-4)- 3乞 1.1ftw式中：F 腹板对接焊缝端部处的正应力，按下式计算:M hoho；-1maxWw hh1腹板对接焊缝端部处的正应力，按下式计算:max十;1乞fwwSw1 工字形截面受拉翼缘对截面中和轴的面积矩;tw 工字形截面的腹板厚度。1.1 考虑最大折算应力只发生在焊缝的局部，而焊缝强度最低值与最不利应力同时 存在几率较小，故将其强度设计值提高10%(3) 弯矩、剪力和轴力共同作用下的工字形截面对接焊缝的连接。焊缝的最大正应力最大剪应力不在

23、同一点上，应分别按下式验算工字形截面最大正应 力、最大剪应力和折算应力：式中：AwN M 乞 ftw或 fcw(3-5)T= ws f wmax| w tv(3-6)仆二 1)2 3 ： 1.1ftw(3-7)讥 6mm 时，hfnm =匕 一(1 2)mm;当 t1 6mmi时，hfmax2 焊缝计算长度限制(1) 最小计算长度无论是正面角焊缝还是僦面角焊缝，其最小计算长度不得小于且不小于40mm(2) 最大计算长度侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf。(3) 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm(4) 当角焊缝的端部在构件转角处时，为避免起落弧的缺陷发生，在

24、此应力集中较大部 立，宜作长度为2hf的绕角焊。五、角焊缝连接计算1 轴心力作用时的角焊缝计算当作用力平行于焊缝长度方向时fhjl ffWw(3-9)当作用力垂直于焊缝长度方向时匚f二hew岂：fffW(3-10)当两方向力综合作用时应分别计算该条角焊缝在两方向力作用下的-f和f，然后按式(3-11)计算其强度:(8-11)注意，考虑到每条焊缝两端起弧和落弧的缺陷,在上列各式中每条角焊缝的计算长度I为实际长度每端各减去1个焊脚尺寸，即共减去2hf。2 角钢连接的角焊缝计算(1) 用两侧缝连接时由于角钢截面重心轴线到肢背和肢尖的距离不相等,靠近重心轴线的肢背焊缝承受较大ZM =0可得:的内力。设

25、N1、N2分别为角钢肢背和肢尖焊缝承受的内力，由平衡条件(3-12)(3-13)-JN2 = K2 N式中：KK2角钢肢背与角钢肢尖焊缝的内力分配系数，实际设计时，可按教材 中表的近似值采用。算得N2后，根据构造要求确定肢背和肢尖的焊脚尺寸hf!和hf2，然后分别计算角钢肢背和肢尖焊缝所需的计算长度：Zlw1N10.7hf1fw(3-14)N2=1 2w2 0.7hf2f7(2)采用三面围焊时根据构造要求，首先选取端缝的焊脚尺寸(3-15)hf3，并计算其所能承受的内力。由平衡条件可得：N3 =2 O.7hf3b：fffw(3-16)(3-17)n2 =k2 nN32(3-18)3.在弯矩、剪

26、力和轴力同作用下的T形连接角焊缝计算”由轴力N产生的垂直于焊缝长度方向的应力为:Aw2hw(3-19)由剪力V产生的平行于焊缝长度方向的应力为:Aw2helw(3-20)由弯矩M引起的垂直于焊缝长度方向的应力为:M 6MWw2hel(3 21)将垂直于焊缝方向的应力 二fN和匚fM相加(3-22)式中：Aw 一一角焊缝的计算截面面积;Ww 角焊缝的计算截面抵抗矩。4 在扭矩和剪力共一罔作用下的搭接连接角焊缝的计算角焊缝在扭矩作用下，以焊缝的形心0为扭矩中心发生扭转，焊缝群上各点剪应力的方 向均垂直于该点与形心的连线， 大小则与该点至形心的距离 r成正比。所以焊缝的最危险点 在r最大处，该点的应

27、力按下武计算：(3-23)式中Io 角焊缝计算截面的极惯性矩。Io = lx I y,I、ly分别为角焊缝计算截面对z轴和y轴的惯性矩。把由扭矩T引起的剪应力，A分解成垂直于焊缝方向的应力分量和平行于焊方向的应力分量I；，则Am(3-24)(3-25)式中：X、ry分别为r在z轴、j，辘方向的投影长度。(3-26)由剪力引起的应力均匀分布，对应力最大点垂直与焊缝长度方向，属正面角焊缝he.w则该点焊缝强度的计算公式为:(3-27)六、焊接应力和焊接变形在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达1600 C以上，其邻近区域则温度急居下降。不均匀的温度场要求产生不均匀的膨胀和收缩。

28、而高温处钢材的膨胀积收缩要受到两侧温度较低、胀缩较小盼钢材的限制，从而使焊件内部声生残存应力并引 起变形，即通称的焊接残余应力和残余变形。l.焊接残余应办对结构卫作，的影响在静荷载作用下，焊接残余应力是不会影响结构强度，但会降低它的刚度。 有焊接残余应力的轴心压杆，冈U度的降低必定影响构件的稳定承载能力。另外，焊接结构中常有两向或三向焊接拉力场， 另外，焊接结构中常有两向或向焊接拉应力场，使材料的塑性变形不能开展，材质变脆，裂缝易发生和发展，降低疲劳强度。如果在低温下工作，则容易加速构件的脆性破坏。2 焊接残余变形的影响焊接残余变形使结构件不能保持正确的设计尺寸和位置，影响结构正常工作。严重时

29、还可使各个构件无法安装就位。3消除和减少焊接残余应力及残余变形的方法(1) 采用合理的施焊次序。(2) 尽可能的采用对称焊缝，避免厚度过大。(3) 施焊前给构一件和焊接变形相反的预变形。(4) 焊前预热，焊后缓冷等。七、普通螺栓连接1. 普通螺栓连接的构造螺栓的排列有并列和错列两种基本形式。螺栓在构件上的排列， 应保证螺栓间距及螺栓至构件边缘的距离不应太小，否则螺栓之间的钢板以及边缘处螺栓孔前的钢板可能沿作用力方向被剪断；同时，螺栓间距及边距在遗憾，也不利于扳手操作。 另一方面，螺栓的间距及边距也不应太大，否则连接钢板不易夹紧，潮气容易侵入缝隙引起钢板锈蚀。对于受压构件，距过大还容易引起钢板鼓

30、曲。2. 普通螺栓连接的形式普通螺栓连结按其传力分为：外力与螺栓杆垂直的受剪螺栓连接；外力与螺栓杆平行的受拉螺栓连接；以及同时受拉的拉剪螺栓连接。3. 抗剪螺栓的破坏形式(1) 当螺栓的直径较小而板件较厚时，螺栓杆可能被剪坏。(2) 当螺栓杆直径较大，构件相对较薄时，连接将由孔壁被挤压而产生破坏。(3) 构件本身由于截面开孔削弱过多而被拉断。由于板件端部螺栓孔端距太小而被剪坏。(5) 由于连接板叠太厚，螺栓杆太长，杆身可能发生过大的弯曲而破坏。上述五种破坏形式中，后两种可通过构造措施加以防止，使端距2d。(栓孔直径)就可避免板端被剪坏，使板叠地厚度W5d (栓杆直径)就可避免螺栓杆发生过大弯曲

31、而破坏。前三种则须通过计算加以防止，其中板件被拉的计算属于构件的计算，杆身被剪断和孔壁一个受剪螺栓的设计承载力按下列两式计算: 受剪承载力设计值：Nbv(3-28)承压承载力设计值:Ncb式中：n v螺栓受剪面数，单剪n1，双剪n. = 2，四剪n4等;(3-29)3 在同一受力方向 wJ承压构件的较小总厚度;D一一螺栓杆直径;分别为螺栓的抗剪和承压强度设计值。单个受剪螺栓的承载力设计值应取N：和N：中的较小值Nmin =minNj,Nb。为保证连接能正常工作，每个螺栓在外力作用下所受实际剪力不得超过其承载力设计值，即 Nv yi分男m为最外排螺栓机吨f排螺栓到转动轴的距离。转动轴通常取在弯矩

32、指嘲一侧最外排螺栓处； m-螺栓的纵向列数。(3) 受拉螺栓连接受偏心拉力作用的计算小偏心受拉情况-Nmin -0当偏心距e较小时，弯矩M Fe不大，连接以承受轴心拉力 N为主。这时螺栓群中所有累栓均受拉，计算M作用下的螺栓内力时， 取螺栓群的转动轴在螺栓群中心位置0处。最顶MNiMytmly2Fey!(3-34)在轴心拉力N-F作用下，各螺栓均匀N N N1n1受力0其拉力值为:(3-35)因此，螺栓群中螺栓所受最大拉力Nma （弯矩背向一侧最外排螺栓）及最小拉力Nmin（弯矩指向一侧最外排螺栓）应符合下列条件:N Nax乂勒 bn mi%(3-36)Nmin(3-37)式中：Nr犏心j力城

33、汁蠛；E 偏心拉力至輾捻群中心的距离;N 螺栓数；y1 最外排螺栓到螺栓群中心的距离;y1 第i排螺栓到螺栓群中心的距离;M螺栓的纵向列数。大偏心受拉情况-N min 0当偏心距e较大，端板底部将出现受压区，螺栓群转动轴位置下移。为便于计算, 丘似取转动轴在弯矩指向一侧最外排螺栓o 处。则：偏安Fey 1 b“呎= m=y厂 Nt(3-38)式中：F偏心拉力设计值；e 偏心拉力到转动轴的距离；y1 最外排螺栓到转动轴的距离;y i 第i排螺栓到转动轴的距离;（4）普通螺栓连接的拉剪工作性能及计算(N八箱)2 兰1(3-39) 1“兰 N；(3-40)式中：N： N：、Ntb 分别为单个螺柃的抗

34、剪、承压和抗拉承载力设计值。八、高强螺栓连接1. 高强螺栓连接构造高强度螺栓连接由摩擦型和承压型两种。摩擦型高强度螺栓在抗剪连接中，设计时以剪力达到板间接触面间可能发生的最大摩擦力为极限状态。而承压型在受剪时则允许摩擦力被克服并发生相对滑移，之后外力可继续增加，由栓杆抗剪或孔壁承压的最终破坏为极限状态。 在受拉时，两者没有区别。目前我国常用的高强度螺栓性能等级，按热处理后的强度分为10.9级和8.8级两种。其中整数部分(10和8)表示螺栓成品的抗拉强度fu不低于1000N / mm2和800N /mm2 ；小数部分(0.9和0.8)则表示其屈强比fy / fu为0.9和0.8。2 高强度螺检摩

35、擦型连接承受剪力时的计算(1) -个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值Nb =0.9 nfP(3-41)式中：n f螺栓的传力摩擦面数；P 高强度螺栓的预拉力； 卩一一摩擦衙的抗滑移系数。(2) 摩擦型高强度螺栓连接承受剪力时的计算受前摩擦型高强度螺栓连接盼受力分析方法与受剪普通螺栓连接一样，所以，受剪磨擦型。高强度螺栓连接在受轴心力作用或受偏心力作用时的计算均可利用前述普通剪力螺栓连 接的计算公式，只需将单个普通螺栓的承载力设计值Nmin改为单个受剪高强度螺栓摩擦型连接的承载力设计值 N：即可。3 高强度螺栓摩擦型连接承受拉力时的计算(1) 一个受拉摩擦型高强度螺栓的承载力设计值Ntb=0.8

36、P(3-42)(2) 受拉摩擦型高强度螺栓群连接受轴心力作用时、Nn 启 R(3-43)Nt(3) 受拉摩擦型高强度螺栓连接受弯矩作用时受拉摩擦高强度螺栓连接受弯矩M作用时，只要确保螺栓所受最大外拉力不超过Ntb =0.8P，被连接件接触面将始终保持密切贴合。因此，可以认为螺栓群在 M作用下将绕螺栓群中心轴转动。最外排螺栓所受拉力最大。,M可按算:Mt1Myimiy2 nJ =o.8P(3-44)式中：y1最外排螺栓群中心的距离;y 第i排螺栓至螺栓群中心的距离;M螺栓纵向列数。同时受剪和受拉高强度螺栓摩擦型连接的计算(3-45)N： N【1Nb Nb式中：Nv、Nt某个高强度螺栓所承受的剪力

37、和拉力;N)Ntb，单个高强度螺栓的受剪、受拉承载力设计值:5 高强度螺栓承压型连接的计算(1) 承压型高强度螺栓连，攘爨受剪力时的计算为了充分利用高强度螺栓的潜力，规范规定，每个承压型高强度螺辁的抗剪承载力普通螺栓相同。(2)承压型高强度螺栓连接承受拉力时的计算 受拉高强度螺栓承压型连接的计算方法与普通螺栓相同。 同时受剪和受拉高强度螺栓承压型连接的计算按受剪、受拉分别计算出N：、N；、No，并满足(3-46)和(3-47) 式:(3-46)且Nv 乞 Ncb/1.2(3-43)式中：n；、n：、n 一一分别为单个高强度螺栓的抗剪、承压和抗拉承载力设计值;Nv、Nt 某个高强度螺橡Jlrr承

38、受的剪力和拉力：嫂第四章轴心受力构件、轴心受力构件的强度和刚度1.轴心受力构件的强度不论是轴心受拉构件还是轴心受矸构件，其承载力极限状态是指截面的平均应力这到钢材的屈服强度，当截面局部削弱时，还应考虑集中力的影响。规范规定净截面的平均应力不应超过钢材的强度设计值。除高强度螺栓摩擦型连接处外，应按下式计算:(4-1)I式中：N轴心拉力或轴心压力;An构件的净截面面积;f 钢材的强度设计值。的高强度螺栓所对于摩擦型高强度螺栓连接处的强度，由于计算截面（最外列螺辁处）承受力的一半已通过摩擦力传递，故应按下式计算：(4-2)式中：n 在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目;一一所计算截面（最外列

39、螺栓处）上的高强度螺栓数目。按公式（4-2）验算的同时，尚应按毛截面（A）验算构件的强度：N-A2.轴心受力构件的刚度 轴心受力构件不仅要有足够的强度，还应有足够的刚度， 细比不超过允许长细比，即满足下式；丸=学兰九(4-3)规范规定,构件的计算长(4-4)式中:构件最不利方向的，长细比，一般为两主轴方向的较大值10 相应方向的构件计算长度;i 构件截面的回转半径;受拉或受压构件的容许长细比。二、轴心受压构件的整体稳定当轴心受压构件截面压力小于某一限值时，构件仅产生压缩变形； 当超过时，构件将产生不可恢复的屈曲变形， 且丧失承载能力，这现象称为轴心受拉构件丧失稳定性，该限值称 为欧拉临界力，记

40、作 Ncr，这类整体稳定称为第一类稳定性问题。轴心受压构件丧失稳定或称屈曲，可能有三种情况，第一是弯曲屈曲，杆件纵轴线发生弯曲变形；第二是扭转屈曲，杆件各截面绕纵轴轴线发生扭转变形，第三是弯扭屈曲，既有截面的扭转，又有纵轴的弯曲。普通钢结构中采用的杆件截面，如字形、H形截面，一般只发生弯曲屈曲，薄壁型钢截面弯曲屈曲和弯扭屈曲都有可能发生，而扭转屈曲只发生在某些毁特殊截面，如薄壁十字形等。1 欧拉临界力与故拉临界应欧拉临界力NcrNcr =欧拉临界应力力ccr二 2EI(4-5)二2E(4-6)Ncr-cr = A :/u2. 影响轴心受压构件稳定承载力的主要因素(1) 初偏心和初弯曲；(2)

41、残余应力；(3) 杆端约束。3 .实际轴心受压构件的实用计算方法真正的轴心受压构件实际上并不存在， 实际构件都存在诸如残余应力、 构件初弯曲、初 偏心等缺陷，它们会在一定程度上影响轴心受压构件的稳定承载能分，有的影响还很大。规f：)(Rf(4-7)轴心受压构件整体稳定系数 W主要与三个因素有关; 细比九。对于构件长细比 Z的计算，规范规定如下：截面为双轴对称或极对称的构件钢材品种，构件截面种类和梅件长-l 0 /i , y iy / iy(4-8)式中：I。、I0y构件对主轴、r和y的计算长度;范考虑了以上因素的不利影响，绘出了轴心受压构件的计算公式：i、iy构件截面对主轴 z和y的回转半径。

42、H形截面三、轴心受压构件的局部稳定 板件宽厚比的限值：(1)工字形、翼缘冷io 0.1)2；5(4-9)腹板h。丿丄、23525 + 叫2(4-10)(2)箱形截面 翼缘(4-11)乞40: fy(4-13)腹板（腹板间无支撑翼缘）(4-12)h。235四、格构式轴心受压构件格构式构件是用缀材将肢体连成一体的一种构件，通常以对称双肢组合的较多。分肢用槽钢或工字钢，缀材分缀条和缀板两种，故格构式构件又分为缀条式和缀板式两种。缀条常采用单角钢，一般与构件轴线成 a=40。70夹角斜放。缀条也可由斜杆和横杆 共同组成，缀板常采用钢板，一般等距离垂直于构件轴线横放。格构式轴心受压构件需分别验算对实轴和

43、虚轴的整体稳定性，其绕实轴的稳定计算与实腹式构件相同，但绕虚轴的整俺稳定性比相同的实腹式构件低。1 .换算长细比轴心受蕊构件整体弯曲后， 沿杆长各截面上将产生弯矩和剪力。实腹式构件抗剪刚度大，剪力引起的附加变形小， 对整然稳定性的影响忽略不计。对格构式柱，当绕虚轴失稳时，产生的横向剪力需由缀材承担， 构件的受切型形较大， 剪力造成的附加挠曲不能忽略。设计时对虚轴失稳的汁算，常以加太长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比。规范规定。双肢格构武轴心受压构件对虚轴的换算长细比kx计算公式如下：格构式缀条:(4-14)格构式缀板:(4-15)式中：丸x整个构件对 z轴的长细比；

44、A整个构件的毛截面面积；A 构件截面中垂直于 x轴的各斜缀条毛截面面积之和；1 分肢对最小刚度轴的长细比，1 =1。1门1。计算长度丨01取：焊接时为相邻两缀板间的净距离；螺栓连接时为相邻两缀板边缘螺栓间的距离；i分肢对最小刚度轴轴的回转半径。2.分肢的稳定性因此应保证它一格构式轴心受压构件的分肢可看作是一个单独的实腹式轴心受压构件，规范不先于构件整体失去承载能力。为了保证单肢的稳定性不低于构件的整体稳定性,对）1规定如下;0格构式缀条柱：人兰0.7kmax格构式缀板柱： 40,且 1冬0.5 max式中:柱绕实轴方向弯曲时的长细比y和绕虚轴方向弯曲时的换算长细比ox中的较大者，当几max 5

45、0时，取kmax =50。3 格构式轴心受压构件的横隔为了增加构件的整体刚度，防止构件截面变形，构件除在受有较大的水平力处放置横隔 外，尚应在运输单元的端部设置横隔，横隔的间距不得大于柱截面较大宽度的9倍或8m。横隔可用钢板或角钢制作。横隔分隔板和隔材两种。第五章受弯构件一、梁的强度与刚度梁的设计对承载能力极限状态，须作强度和稳定性，（包括整体稳定性和局部稳定性）的计算；对正常使用级限状态，须作刚度（挠度）计算，使所选截面符合要求。梁在承受弯矩作用时，一般还伴随有剪力作用， 故在梁的强度计算时，须包括抗弯强度; 此外对于工字形、箱形截面梁，在集中荷载处还要求腹板边缘局部压力应不超过强度设计值；

46、 最后对于梁内有弯曲正应力、剪应力及局部应力共同作用处，还应验算其折算应力。1.抗弯强度（即截面只有部分区域进入塑性区）作为设计极限规范以粱内塑性发展到一定深度 状态。梁的抗剪强度计算公式规定如下；单向弯曲时(5-1)M/f双向弯曲时Mxr WnxyWnm汀IV(5-2)式中：M弯矩;截面塑性发展系娄旺对于工字形截面-1.05, y =1.2 ；对于箱形截面*二:y =1.05 ；对其他截面按附录7选用，此处x为强轴，y为弱轴;钢材抗弯强度设计值。但是刘于下由两种情况,规范规定取 =1.0，即不允许截面有塑性发展,而以弹性 极限弯矩作为设计极限弯矩:（1） 当粱盼受虚羹缘自由外伸宽度与其厚度之

47、比；超过13235f y但不超过何$235fy时，塑性发展对翼缘局部稳定有不利影响，这时应取Yx =1.0。（2）对于需要计算疲劳的梁，考虑塑性发展会使钢材硬化，促使疲劳断裂提前出现，这时应取 7X= 7y =1.0-2 抗剪强度梁的抗剪强度按弹性设计，规范以截面最大剪应力达到所用钢材剪应力屈服点作为 抗剪承载力极限状态。由此，对于绕强轴（ x轴）受弯的梁，抗剪强度计算公式如下：vs T = fv（5-3）1 xt w式中：V计算截面沿腹板平面作用的剪力；S中和轴以上或以下截面对中和轴的面积矩，按毛截面计算；I 毛截面绕强轴（z轴）的惯性矩；tw腹板厚度；fv钢材抗剪强度设计值。轧制工字钢和槽

48、钢因受轧制条件限制，腹板厚度tw相对较大，当无较大的截面削弱（如切割或开孔等）时，一般可不计算剪应力。3 局部承压强度当梁上翼缘承受腹板平面作用的固定集中荷载（包括支座反力） 作用，且该处未设支承加劲肋时，或承受移动集中荷载（如吊车轮压）作用时，集中荷载通过翼缘传给腹板，腹板 边缘中荷载作用处， 会有很高的局部横向压应力。为保证这部分腹板不发生受压破坏，必须对集中荷载引起的腹板局部横向压应力进行计算。规范规定腹板计算高度 h0的边缘局部横向压应力 bc应满足下式要求：屮F . c =一 兰 f（5-4）twl C4. 折算应力在组合梁的腹板计算高度边缘处若同时受有较大的弯曲应力CT1、剪应力S

49、和局部压应力坊c ,或同时受有较大的弯曲应力 a 1和剪应力5如连续梁中部支座处或粱的翼缘截面改京戏处等）时，应按复杂应力状态用下式验算该处的折算应力：J町+町S叭+3详兰附（5-5）式中：11、1、b c 腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力。“竺严1=学皿=兰nt w-tw 丨 CM V验算截厩的弯矩及剪力;In 验算截面的净截面惯性矩;y1 验算点至梁中和轴的距离;S验算点以上截面对中和轴的面积矩;1 计算折算应力的强度设计值增大系数：当门与二c异号时，取-1=1.2 ;当匚1与二C同号或二C = 0时，取-1 =1.1。二1和二C以拉应力为正值，压应力为负值。5

50、. 粱的刚度梁必须具有一定的刚度才能有效地工作，若刚度不足将会出现挠度太大，会引起住者感到不适，或面板开裂；支承吊顶的粱挠度会大，引起吊顶抹灰开裂脱落；吊车梁挠度太大， 会影响吊车正常运行。因此，设计钢梁除应保证各项强度要求之外，还应满足刚度要求。梁的刚度按正常使用状态下，荷载标准值引起的最大挠度Vmax或最大相对挠度Vmax/l来衡最,(5-6)即应符合下式要求:Vmax - VVmaxlvl(5-7)式中：V梁的容许挠度。对等截面简支梁在各种荷载作fH T.b9 Wit中最大挠度掣计算公式如下:5均布荷载： v =384P/EI（其标准值为Pk）跨中一个集中荷载:V JPkl48 EI3（其标准值为Pk）二、梁的整体稳定l 、梁的失稳是从稳定平衡状态转变为不稳定平衡状态，并产生侧向弯扭屈曲。 1 影响梁整体稳定的主要因素（1）荷载类型粱在弹性范围的整体稳定临界弯矩为：jElyGltM cr = kcrll(5-8)纯弯情况k值最小，均布荷载情况状次之， 集中荷载情况k值最大。这是因为纯弯时弯 矩沿全跨均布，