第二十一章钢结构简介

1、建筑力学与结构 第二十一章第二十一章 钢结构简介钢结构简介 建筑力学与结构 一、材料选用一、材料选用 1 1、钢材的种类、钢材的种类 按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢；按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢； 结构钢分为：建筑用钢和机械用钢；结构钢分为：建筑用钢和机械用钢； 按治炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉钢）、平炉钢；按治炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉钢）、平炉钢； 按脱氧方法分：沸腾钢（按脱氧方法分：沸腾钢（F F）、半镇静钢（）、半镇静钢（b b）、）、 镇静钢（镇静钢（Z Z）、特殊镇静钢（）、特殊镇静钢（TZTZ）；）； 按成型方法分：轧制钢（冷轧、热轧）锻钢、铸钢；按成型方法分：轧制钢

2、（冷轧、热轧）锻钢、铸钢； 按化学成分分：碳素钢、合金钢；按化学成分分：碳素钢、合金钢； 建筑上采用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结建筑上采用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结 构钢构钢。 第一节第一节 钢结构材料钢结构材料 建筑力学与结构 碳素结构钢碳素结构钢 碳素钢按屈服点数值分为五个牌号：碳素钢按屈服点数值分为五个牌号：Q195Q195、Q215Q215、Q235 Q235 、 Q255Q255、Q275Q275。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q Q、屈服点、屈服点 值（值（N/mmN/mm2 2）、质量等级符和脱氧方法符

3、号等四个部分序组成）、质量等级符和脱氧方法符号等四个部分序组成 Q Q - - . . 脱氧方法：脱氧方法：FF沸腾钢沸腾钢 bb半镇静钢半镇静钢 Z Z镇静钢镇静钢 TZTZ特殊镇静钢特殊镇静钢 质量等级：质量等级：Q235Q235分分A A、B B、C C、D D Q345 Q345分分A A、B B、C C、D D、E E 屈服点数值屈服点数值 建筑力学与结构 例如例如: : Q235Q235AF AF 表示屈服强度为表示屈服强度为235N235Nmmmm2 2的的A A级沸腾钢；级沸腾钢； Q235-Bb Q235-Bb 表示屈服强度为表示屈服强度为235N235Nmmmm2 2的的B

4、 B级半镇静钢；级半镇静钢； Q235-C Q235-C 表示屈服强度为表示屈服强度为235N235Nmmmm2 2的的C C级镇静钢。级镇静钢。 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金钢是在冶炼过程中添加一种或几种少量合金元素，其总量低合金钢是在冶炼过程中添加一种或几种少量合金元素，其总量 低于低于5 5的钢材。的钢材。 低合金高强度结构钢有低合金高强度结构钢有Q295Q295、Q345 Q345 、Q390 Q390 、Q420 Q420 、 Q460Q460； 常用的低合金钢有常用的低合金钢有Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420等。等。 低合金钢的牌号与碳素结构钢牌

5、号的表示方法相同。低合金钢的牌号与碳素结构钢牌号的表示方法相同。 低合金钢的脱氧方法为镇静钢或特殊镇静钢。低合金钢的脱氧方法为镇静钢或特殊镇静钢。 建筑力学与结构 碳素结构钢和低合金钢都可以采取适当的热处理碳素结构钢和低合金钢都可以采取适当的热处理( (如调质处理如调质处理) ) 进一步提高其强度。进一步提高其强度。 例如用于制造高强度螺栓的例如用于制造高强度螺栓的4545号优质碳素钢以及号优质碳素钢以及4040硼（硼（40B40B）、）、 2020锰钛硼（锰钛硼（20MnTiB20MnTiB）就是通过调质处理提高强度的。）就是通过调质处理提高强度的。 注：注： 碳素结构钢分：碳素结构钢分：A

6、 A、B B、C C、D D 四级，含所有脱氧方法；四级，含所有脱氧方法； 低合金结构钢分：低合金结构钢分：A A、B B、C C、D D、E E五级，只有镇静钢和特殊镇五级，只有镇静钢和特殊镇 静钢。静钢。 建筑力学与结构 2 2、钢材的规格、钢材的规格 钢结构所用钢材主要为热轧成型的钢结构所用钢材主要为热轧成型的钢板钢板、型钢型钢，以及，以及冷弯成型的冷弯成型的 薄壁型钢薄壁型钢等。等。 钢板钢板 薄钢板：厚度薄钢板：厚度0.350.354mm,4mm,宽度为宽度为5005001500mm,1500mm,长长0.50.5 4m 4m 厚钢板：厚度厚钢板：厚度4.5 4.5 60mm60mm

7、；宽度为；宽度为6006003000mm3000mm，长，长4 4 12m12m。 特厚板：板厚特厚板：板厚60mm60mm； 扁钢：厚度扁钢：厚度4 4 60mm60mm，宽度为，宽度为1212 200mm200mm，长，长3 3 9m9m ； 钢板用钢板用“宽宽厚厚长长”或或“宽宽厚厚”表示，单位为表示，单位为mmmm； 如：如：4504508 83100 3100 、4504508 8。 建筑力学与结构 型钢型钢 钢结构常用的型钢是角钢、工字型钢、槽钢和钢结构常用的型钢是角钢、工字型钢、槽钢和H H型钢、钢管等。型钢、钢管等。 除除H H型钢和钢管有热轧和焊接成型外，其余型钢均为热轧成型

8、。型钢和钢管有热轧和焊接成型外，其余型钢均为热轧成型。 角钢角钢 等边角钢等边角钢 L+L+肢宽肢宽肢厚肢厚 不等边角钢不等边角钢 L +L +长肢长肢短肢短肢肢厚肢厚 如如:L100:L10010; 10; L100 L10080808 8 角钢角钢 建筑力学与结构 工字钢工字钢 包括普通工字钢、轻型工字钢、包括普通工字钢、轻型工字钢、H H型钢。型钢。 工字钢工字钢：用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数，：用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数，2020号以号以 上的工字钢，同一号数有三种不同的腹板厚度分别为上的工字钢，同一号数有三种不同的腹板厚度分别为a a、b b、c c三类，三类，

9、 长度为长度为5 519m19m。 建筑力学与结构 H H型钢型钢：HWHW（宽）、（宽）、HMHM（中）、（中）、HNHN（窄）（窄）T T 表示方法：高度表示方法：高度H H宽度宽度B B腹板厚度腹板厚度t1t1翼缘厚度翼缘厚度t2t2 例：例：HM340HM3402502509 914 14 TM170 TM1702502509 91414 H H型钢型钢 建筑力学与结构 槽钢槽钢：普通槽钢、轻型槽钢：普通槽钢、轻型槽钢 a a 、b b、c c表示腹板厚，从表示腹板厚，从14a14a、（、（b b）以）以14cm14cm起有不同腹板起有不同腹板 厚，用其截面高度的厚，用其截面高度的cm

10、 cm 数表示，长度为数表示，长度为5 519m19m。 槽钢槽钢 建筑力学与结构 钢管钢管：无缝钢管、焊接钢管无缝钢管、焊接钢管 表示方法：用表示方法：用“”后面加后面加“外径外径厚度厚度”； 例：例：3003006 6 无缝钢管：外径无缝钢管：外径3232351mm351mm，壁厚，壁厚2.52.516mm16mm； 有缝钢管：外径有缝钢管：外径3232352mm352mm，壁厚，壁厚25.5mm25.5mm。 建筑力学与结构 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧制成。其壁厚一般为冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧制成。其壁厚一般为1.5-12mm1.5-12mm，但承，但承 重结

11、构受力构件的壁厚不宜小于重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm2mm。薄壁型钢能充分利用钢材的强度。薄壁型钢能充分利用钢材的强度 以节约钢材，在轻钢结构中得到广泛应用。常用冷弯薄壁型钢截面型式以节约钢材，在轻钢结构中得到广泛应用。常用冷弯薄壁型钢截面型式 有等边角钢、卷边等边角钢、有等边角钢、卷边等边角钢、Z Z型钢、卷边型钢、卷边Z Z型钢、槽钢、卷边槽钢（型钢、槽钢、卷边槽钢（C C 型钢）、钢管等。型钢）、钢管等。 建筑力学与结构 3 3、钢材的选用、钢材的选用 选用钢材的原则选用钢材的原则是是: :既能使结构安全可靠地满足使用上的要求既能使结构安全可靠地满足使用上的要求，又要又要 尽最大可

12、能节约材料尽最大可能节约材料，降低造价。选用钢材时需要考虑的如下因素：降低造价。选用钢材时需要考虑的如下因素： 结构的类型及重要性结构的类型及重要性 荷载的性质荷载的性质 连接方法连接方法 结构的工作温度结构的工作温度 构件的受力性质构件的受力性质 建筑力学与结构 选用要求选用要求 承重结构钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含承重结构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，量的合格保证， 对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证（即不得使用对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证（即不得使用Q235AQ235A）; ; 主要焊接结构不能使用主要焊接结构不能使用Q235Q23

13、5A A级钢，因为级钢，因为Q235Q235A A级钢的碳含级钢的碳含 量不作为交货条件，即不作为保证，即使生产厂提供碳含量，也只能量不作为交货条件，即不作为保证，即使生产厂提供碳含量，也只能 视为参考，不能排除离散性大，质量不稳定等，因此如发生事故，生视为参考，不能排除离散性大，质量不稳定等，因此如发生事故，生 产厂在法律上不负任何责任产厂在法律上不负任何责任; ; 二、设计指标二、设计指标 建筑力学与结构 一、钢结构的连接方法一、钢结构的连接方法 钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。 图图3-1 3-1 钢结构的连接方式钢结构的连

14、接方式 （a a）焊接连接；（）焊接连接；（b b）铆钉连接；（）铆钉连接；（c c）螺栓连接）螺栓连接 第二节第二节 钢结构的连接钢结构的连接 建筑力学与结构 钢钢 结结 构构 的的 连连 接接 方方 法法 连连 接接 方方 法法 优优 点点 缺缺 点点 焊焊 接接 构造简单，用料经济，构造简单，用料经济， 制作方便，密闭性好制作方便，密闭性好 焊缝附近热影响区内，易导致材质变脆；焊缝附近热影响区内，易导致材质变脆； 焊接残余应力和残余变形会使构件的刚焊接残余应力和残余变形会使构件的刚 度降低；对裂纹敏感，一旦出现裂纹易度降低；对裂纹敏感，一旦出现裂纹易 延伸到整体。延伸到整体。对材质要求高

15、，焊接程序对材质要求高，焊接程序 严格，质量检验工作量大。严格，质量检验工作量大。 铆铆 接接 传力可靠，韧性和塑传力可靠，韧性和塑 性好，质量易于检查，性好，质量易于检查， 抗动力荷载好抗动力荷载好 构造复杂，既费材料又费工构造复杂，既费材料又费工 普通螺栓普通螺栓 连接连接 装卸便利，装卸便利， 设备简单设备简单 螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时 加工和安装难度较大加工和安装难度较大 高强螺栓高强螺栓 连接连接 加工方便，对结构削加工方便，对结构削 弱少，可拆换，能承弱少，可拆换，能承 受动力荷载，耐疲劳，受动力荷载，耐疲劳， 塑性、韧性好塑性、韧性好

16、摩擦面处理，安装工艺略为复杂，摩擦面处理，安装工艺略为复杂， 造价略高造价略高 建筑力学与结构 二、钢结构的焊接二、钢结构的焊接 1 1、焊接方法、焊接方法 钢结构常用的焊接方法有钢结构常用的焊接方法有: : 电弧焊、电渣焊、气体保电弧焊、电渣焊、气体保 护焊、电阻焊护焊、电阻焊 焊接方法焊接方法 操作方式操作方式 适应范围适应范围 质量状况质量状况 电电 弧弧 焊焊 手工焊手工焊 全手动全手动 工位复杂，形状工位复杂，形状 复杂之焊缝复杂之焊缝 比自动焊略差比自动焊略差 自动焊自动焊 全自动全自动 长而简单的焊缝长而简单的焊缝 质量均匀、塑性、韧质量均匀、塑性、韧 性好，抗腐蚀性强性好，抗腐

17、蚀性强 半自动焊半自动焊 人工操作前进人工操作前进 任意焊缝任意焊缝 质量均匀、塑性、韧质量均匀、塑性、韧 性好，抗腐蚀性强性好，抗腐蚀性强 电电 阻阻 焊焊 通电、加压、机械通电、加压、机械 薄板点焊薄板点焊 一般用作构造焊缝一般用作构造焊缝 气气 焊焊 手工手工 薄板、小型、不薄板、小型、不 同材质结构中同材质结构中 一般用作构造焊缝一般用作构造焊缝 建筑力学与结构 2 2、焊缝连接形式、焊缝连接形式 焊缝连接形式按构件的相对位置分焊缝连接形式按构件的相对位置分: :平接、搭接、平接、搭接、T T形形 连接和角接。连接和角接。 对接焊缝按受力与焊缝方向分：直缝、斜缝；对接焊缝按受力与焊缝方

18、向分：直缝、斜缝； 角焊缝按受力与焊缝方向分：端缝、侧缝；角焊缝按受力与焊缝方向分：端缝、侧缝； 按焊缝连续性分：按焊缝连续性分： 连续焊缝、连续焊缝、 断续焊缝；断续焊缝； 按施工位置：按施工位置： 俯焊、立焊、横焊、仰焊；俯焊、立焊、横焊、仰焊； 建筑力学与结构 （a a）对接焊缝的平接连接）对接焊缝的平接连接 （b b）用拼接板和角焊缝的平接连接）用拼接板和角焊缝的平接连接 （c c）用顶板和角焊缝的平接连接）用顶板和角焊缝的平接连接 （d d）用角焊缝的搭接连接）用角焊缝的搭接连接 建筑力学与结构 （e e）用角焊缝的）用角焊缝的T T形连接形连接 （f f）焊透的）焊透的T T形连接

19、形连接 （g g）用角焊缝的角接连接）用角焊缝的角接连接 （h h）用对接焊缝的角接连接）用对接焊缝的角接连接 建筑力学与结构 1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 焊缝中可能存在裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、焊缝中可能存在裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、 咬边、焊瘤等缺陷。咬边、焊瘤等缺陷。 3 3、焊缝缺陷和焊缝等级、焊缝缺陷和焊缝等级 (a) (a) 热裂纹；热裂纹； (b) (b) 冷裂纹冷裂纹 建筑力学与结构 (i) (i) 咬边咬边 (j) (j) 焊瘤焊瘤 ( (c c) ) 气孔气孔 ( (d d) ) 烧穿烧穿 ( (e e) ) 夹渣夹渣 (f) (f) 根部未焊透根部未焊透 (g

20、) (g) 边缘未熔合边缘未熔合 (h) (h) 层间未熔合层间未熔合 建筑力学与结构 2 2）焊缝等级）焊缝等级 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范（GB50205GB50205）规定，焊缝依其质）规定，焊缝依其质 量检查标准分为三级。量检查标准分为三级。 三级焊缝只要求通过外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设三级焊缝只要求通过外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设 计要求和有无看得见的裂纹，咬边等缺陷。对于重要结构或要求焊缝计要求和有无看得见的裂纹，咬边等缺陷。对于重要结构或要求焊缝 金属强度等于被焊金属强度的对接焊缝，必须进行一级或二级质量检金属强度等于被焊金属强度的

21、对接焊缝，必须进行一级或二级质量检 验，即在外观检查的基础上再做无损检验；验，即在外观检查的基础上再做无损检验； 二级要求用超声波检验每条焊缝的二级要求用超声波检验每条焊缝的2020长度，且不小于长度，且不小于200mm200mm； 一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺 陷陷。 4 4、焊缝代号、焊缝代号 焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。 建筑力学与结构 5 5、对接焊缝的构造、对接焊缝的构造 1 1）对接焊缝按坡口形式分为以下几种：）对接焊缝按坡

22、口形式分为以下几种： （a a）I I形缝形缝 （b b）带钝边单边）带钝边单边V V形缝形缝 （c c）Y Y形缝形缝 （d d）带钝边）带钝边U U形缝形缝 （e e）带钝边双单边）带钝边双单边V V形缝形缝 （f f）双）双Y Y形缝形缝 建筑力学与结构 直边缝：适合板厚直边缝：适合板厚t t 10mm 10mm 单边单边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm 双边双边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm U U形：适合板厚形：适合板厚t 20mm t 20mm K K形：适合板厚形：适合板厚t 20mm t 20mm X X形：适合

23、板厚形：适合板厚t 20mmt 20mm （g g）、（）、（h h）、（）、（i i）加垫板的）加垫板的I I形缝、带钝边单边形缝、带钝边单边V V形缝和形缝和Y Y形缝形缝 建筑力学与结构 2 2）对接焊缝的构造处理）对接焊缝的构造处理 起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧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 长度两端各减去长度两端各减去5mm5mm。 变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1 1： 4 4的斜面，避

24、免应力集中。的斜面，避免应力集中。 变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1 1： 4 4的斜边，避免应力集中。的斜边，避免应力集中。 建筑力学与结构 6 6、角焊缝的截面、角焊缝的截面 角焊缝两边夹角一般为角焊缝两边夹角一般为90900 0（直角角焊缝），夹角大于（直角角焊缝），夹角大于1351350 0或小于或小于 60600 0的斜角交焊缝，除钢管结构外，一般不宜用作受力焊缝。的斜角交焊缝，除钢管结构外，一般不宜用作受力焊缝。 角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角 的截面，破坏往往从这个的截面，破坏往往从这个

25、截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚 度度h he e： 当当 9090o o 时，时，h he e0.7 0.7 h hf f； 当当 9090o o 时，时，h he eh hf fcos(cos( /2) /2)。 建筑力学与结构 （a a）、（）、（b b）、（）、（c c）、（）、（d d）直角角焊缝；）直角角焊缝； （e e）、（）、（f f）、（）、（g g）斜角角焊缝）斜角角焊缝 角焊缝截面图角焊缝截面图 建筑力学与结构 2）角焊缝的尺寸限制角焊缝的尺寸限制 焊脚尺寸焊脚尺寸h hf f h h

26、f f应与焊件的厚度相适应，不宜过大或过小。 应与焊件的厚度相适应，不宜过大或过小。 对手工焊，对手工焊，h hf f应不小于应不小于 ，t t为较厚焊件的厚度（为较厚焊件的厚度（mmmm），）， 对自动焊，可减小对自动焊，可减小1mm1mm； h hf f应不大于较薄焊件厚度的应不大于较薄焊件厚度的1.21.2倍。倍。 对于板件边缘的焊缝：对于板件边缘的焊缝： 当当t t 6mm6mm时时，h hf f t t ； 当当t t 6mm6mm时时，h hf ft t(1-2)mm(1-2)mm。 焊缝长度焊缝长度l lw w l lw w也不应太长或太短，其计算长度不宜小于也不应太长或太短，其

27、计算长度不宜小于8 8h hf f 或或40mm 40mm ，且不宜大于，且不宜大于6060h hf f 。 t5 . 1 建筑力学与结构 图图 角焊缝最大焊脚尺寸角焊缝最大焊脚尺寸 建筑力学与结构 三、普通螺栓连接三、普通螺栓连接 1.1.螺栓的规格与表示螺栓的规格与表示: : 钢结构一般选用钢结构一般选用C C级（粗制）六角螺母螺栓，标识用级（粗制）六角螺母螺栓，标识用M M 和工程直径（和工程直径（mmmm）表示，例如）表示，例如M16M16、M20M20等等; ; 建筑工程中常采用建筑工程中常采用M16M16、M20M20和和M24M24等。等。 螺栓的制图符号见教材。螺栓的制图符号见

28、教材。 建筑力学与结构 螺栓的排列螺栓的排列 2 2）螺栓的排列）螺栓的排列 螺栓的排列有并列和错列两种基本形式。螺栓的排列有并列和错列两种基本形式。 并列较简单，但对栓孔有削弱（图并列较简单，但对栓孔有削弱（图a a）；）； 错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图b b）。）。 建筑力学与结构 螺栓在构件上的排列时应考虑下列要求螺栓在构件上的排列时应考虑下列要求: : 1 1受力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距和线距不应过小，否受力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距和线距不应过小，否 则对钢板截面削弱太多，构件有可能沿直线或折线发生净截面破坏。则对

29、钢板截面削弱太多，构件有可能沿直线或折线发生净截面破坏。 对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距不应过大，否则被连接的板件对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距不应过大，否则被连接的板件 间容易发生凸曲现象。因此，从受力角度应规定螺栓的最大和最小容间容易发生凸曲现象。因此，从受力角度应规定螺栓的最大和最小容 许间距。许间距。 2 2构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮 气易于侵入缝隙而产生腐蚀，所以，构造上要规定螺栓的最大容许间气易于侵入缝隙而产生腐蚀，所以，构造上要规定螺栓的最大容许间 距。距。 3 3施工要求：为便于转动螺栓扳手，

30、就要保证一定的作业空间。施工要求：为便于转动螺栓扳手，就要保证一定的作业空间。 所以，施工上要规定螺栓的最小容许间距。所以，施工上要规定螺栓的最小容许间距。 根据以上要求，规范规定螺栓的最大和最小容许间距。根据以上要求，规范规定螺栓的最大和最小容许间距。 建筑力学与结构 四、高强度螺栓连接四、高强度螺栓连接 1 1）按受力特性分：摩擦型高强螺栓与承压型螺栓）按受力特性分：摩擦型高强螺栓与承压型螺栓; ; 摩擦型螺栓摩擦型螺栓: :抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状 态；态； 承压型螺栓承压型螺栓: :允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪

31、与孔壁承压破坏为允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为 承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。 高强螺栓采用高强螺栓采用级孔，便于施工。级孔，便于施工。 受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距1.5d1.5d0 0外其它同普外其它同普 通螺栓。通螺栓。 2 2）高强螺栓的材料与强度等级）高强螺栓的材料与强度等级 由高强材料经热处理制成，按强度等级分由高强材料经热处理制成，按强度等级分10.910.9与与8.88.8级。级。 10.910.9级一般为级一般为20MnTiB20MnTi

32、B、40Cr40Cr等材料，等材料，f fu u1000N/mm1000N/mm2 2，fu/fy0.9fu/fy0.9； 8.88.8级一般为级一般为4545号钢制成，号钢制成， f fu u800N/mm800N/mm2 2，fu/fy0.8fu/fy0.8。 建筑力学与结构 一、轴心受力构件一、轴心受力构件 轴心受力构件轴心受力构件: :只有轴向力的作用，称为轴心受力构件只有轴向力的作用，称为轴心受力构件。 轴心受拉构件：只有轴向拉力的作用。轴心受拉构件：只有轴向拉力的作用。 轴心受压构件：只有轴向压力的作用。轴心受压构件：只有轴向压力的作用。 应用实例：桁架、刚架、排架、塔架及网壳等杆

33、件体系结构等，应用实例：桁架、刚架、排架、塔架及网壳等杆件体系结构等， 通常假设其节点为铰接连接，无节间荷载作用，可视为轴心受拉构件和通常假设其节点为铰接连接，无节间荷载作用，可视为轴心受拉构件和 轴心受压构件。轴心受压构件。 第二节第二节 钢结构构件钢结构构件 建筑力学与结构 图图 轴心受力构件在工程中的应用轴心受力构件在工程中的应用 (a) (a) 桁架；桁架；(b)(b)塔架；塔架；(c)(c)网架网架 建筑力学与结构 1 1、轴心受力构件的截面形式、轴心受力构件的截面形式 一般分为两类，第一类是热轧型钢截面（一般分为两类，第一类是热轧型钢截面（a a）；第二类是型钢组合）；第二类是型钢

34、组合 截面（图截面（图b b）或格构式组合截面（）或格构式组合截面（c c）。）。 图（图（a）热轧型钢截面）热轧型钢截面 图（图（b）型钢组合截面）型钢组合截面 图（图（c）格构式组合截面）格构式组合截面 建筑力学与结构 图（图（a a）热轧型钢截面，一般用于受力较小的杆件。）热轧型钢截面，一般用于受力较小的杆件。 其中圆钢回转半径最小，多用作拉杆，作压杆时用于格构其中圆钢回转半径最小，多用作拉杆，作压杆时用于格构 式压杆的弦杆。钢管的回转半径较大、对称性好、材料利式压杆的弦杆。钢管的回转半径较大、对称性好、材料利 用率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压杆。型钢的用率高，拉、压均可。大口径

35、钢管一般用作压杆。型钢的 回转半径存在各向异性，作压杆时有强轴和弱轴之分，材回转半径存在各向异性，作压杆时有强轴和弱轴之分，材 料利用率不高，但连接较为方便，单价低。料利用率不高，但连接较为方便，单价低。 图（图（b)b)型钢组合截面，改善了单型钢截面的稳定各向型钢组合截面，改善了单型钢截面的稳定各向 异性特征，受力较好，连接也较方便异性特征，受力较好，连接也较方便 图（图（c) c) 类为格构式截面，其回转半径大且各向均匀，类为格构式截面，其回转半径大且各向均匀， 用于较长、受力较大的轴心受力构件，特别是压杆。但其用于较长、受力较大的轴心受力构件，特别是压杆。但其 制作复杂，辅助材料用量多。

36、制作复杂，辅助材料用量多。 建筑力学与结构 H H型钢的宽度与高度相同时对强轴的回转半径约为弱型钢的宽度与高度相同时对强轴的回转半径约为弱 轴回转半径的轴回转半径的2 2倍，对于在中点有侧向支撑的独立柱最适倍，对于在中点有侧向支撑的独立柱最适 合。合。 焊接工字形截面制造简单，其腹板按局部稳定的要焊接工字形截面制造简单，其腹板按局部稳定的要 求可作得很薄而节约钢材，应用十分广泛。为使翼缘与腹求可作得很薄而节约钢材，应用十分广泛。为使翼缘与腹 板便于焊接，截面的高度和宽度应大致相同。板便于焊接，截面的高度和宽度应大致相同。 十字形截面在两个主轴方向的回转半径是相同的，十字形截面在两个主轴方向的回

37、转半径是相同的， 对于重型中心受压柱，当两个方向的计算长度相同时，这对于重型中心受压柱，当两个方向的计算长度相同时，这 种截面最为有利。种截面最为有利。 方管或由钢板焊成的箱形截面，承载能力和刚度都方管或由钢板焊成的箱形截面，承载能力和刚度都 较大，但连接构造复杂，常用作高大的承重支柱。较大，但连接构造复杂，常用作高大的承重支柱。 建筑力学与结构 确定轴心受力构件截面形式的原则：确定轴心受力构件截面形式的原则： 能提供强度所需要的截面面积；能提供强度所需要的截面面积； 制作简便；便于和相邻构件连接；制作简便；便于和相邻构件连接； 截面宽大而壁厚较薄，以满足刚度要求。截面宽大而壁厚较薄，以满足刚

38、度要求。 建筑力学与结构 2 2、轴心受力构件强度计算、轴心受力构件强度计算 轴心受力构件的强度承载能力极限状态是截面的平均应力轴心受力构件的强度承载能力极限状态是截面的平均应力 达到钢材的屈服强度达到钢材的屈服强度 y y。 轴心受力构件的强度按下式验算：轴心受力构件的强度按下式验算： 式中式中 N N构件的轴心拉力或压力设计值；构件的轴心拉力或压力设计值； A An n构件的净截面面积；构件的净截面面积； 钢材的抗拉或抗压强度设计值。钢材的抗拉或抗压强度设计值。 f A N n 建筑力学与结构 3 3、刚度验算、刚度验算 轴心受力构件的刚度是以其长细比来衡量的。轴心受力构件的刚度是以其长细

39、比来衡量的。 轴心受力构件的刚度按下式验算：轴心受力构件的刚度按下式验算： 式中式中 构件最不利方向的长细比；构件最不利方向的长细比； I I 相应方向的截面回转半径；相应方向的截面回转半径； 构件的容许长细比。构件的容许长细比。 i l0 建筑力学与结构 f A N 式中式中N N 轴心受压构件的压力设计值；轴心受压构件的压力设计值； A A 构件的毛截面面积；构件的毛截面面积； 钢材的抗压强度设计值；钢材的抗压强度设计值； 轴心受压构件的整体稳定系数。轴心受压构件的整体稳定系数。 4 4、整体稳定验算、整体稳定验算 轴心受压构件的整体稳定性按下式验算轴心受压构件的整体稳定性按下式验算: :

40、 建筑力学与结构 概念：如图所示的工字型截概念：如图所示的工字型截 面轴心受压构件，若腹板及翼缘面轴心受压构件，若腹板及翼缘 的板件太宽太薄，当轴压力达到的板件太宽太薄，当轴压力达到 某一数值时，板件就可能在构件某一数值时，板件就可能在构件 丧失强度和整体稳定之前不能维丧失强度和整体稳定之前不能维 持平面持平面平衡状态而产生凹凸鼓出平衡状态而产生凹凸鼓出 变形，这种现象称为板件失去稳变形，这种现象称为板件失去稳 定，或称板件屈曲。因板件是组定，或称板件屈曲。因板件是组 成构件的一部分，故又把这种屈成构件的一部分，故又把这种屈 曲现象称为构件失去局部稳定或曲现象称为构件失去局部稳定或 局部屈曲。

41、局部屈曲。 5 5、局部稳定验算、局部稳定验算 建筑力学与结构 1）横向加劲肋的设置横向加劲肋的设置 为了提高构件的抗扭刚度，防为了提高构件的抗扭刚度，防 止构件在施工和运输过程中发生变止构件在施工和运输过程中发生变 形，当形，当h h0 0/ /t tw w8080时，应在一定位置时，应在一定位置 设置成对的横向加劲肋（图设置成对的横向加劲肋（图5.15.1） 。横向加劲肋的间距不得大于。横向加劲肋的间距不得大于3 3h h0 0， 其外伸宽度其外伸宽度b bs s不少于不少于 mmmm，厚度，厚度t ts s应不小于应不小于 b bs s/15/15。 40 30 h 6 6、轴心受力构件

42、的构造、轴心受力构件的构造 建筑力学与结构 2 2）、柱头）、柱头 柱头设计要求传力可柱头设计要求传力可 靠，构造简单和便于安装，靠，构造简单和便于安装， 柱头的构造是与梁的端部柱头的构造是与梁的端部 构造密切相关的。构造密切相关的。 轴心受压柱柱头的铰轴心受压柱柱头的铰 接构造方案：接构造方案： 将梁设置于柱顶将梁设置于柱顶 （图（图a a、b b、c c）；）； 将梁连接于柱的侧面将梁连接于柱的侧面 （图（图d d、e e）。）。 建筑力学与结构 3 3）柱脚）柱脚 轴心受压柱柱脚的作用是将柱身的压力均匀地传给轴心受压柱柱脚的作用是将柱身的压力均匀地传给 基础，并和基础牢固连接。柱脚设计时

43、应力求构造简单，基础，并和基础牢固连接。柱脚设计时应力求构造简单， 并便于安装固定。并便于安装固定。 轴心受压柱的柱脚分为：铰接柱脚和刚性柱脚。轴心受压柱的柱脚分为：铰接柱脚和刚性柱脚。 建筑力学与结构 二、受弯构件二、受弯构件 概念：受弯构件主要是指承受横向荷载而受弯的实腹概念：受弯构件主要是指承受横向荷载而受弯的实腹 钢构件，即钢梁。钢构件，即钢梁。 1 1、分类：、分类： 1 1）钢梁按支承情况的不同，可分为简支梁、悬臂梁）钢梁按支承情况的不同，可分为简支梁、悬臂梁 和连续梁。钢梁一般采用简支梁，它不仅制造简单，安装和连续梁。钢梁一般采用简支梁，它不仅制造简单，安装 方便，而且可以避免支

44、座沉陷所产生的不利影响。方便，而且可以避免支座沉陷所产生的不利影响。 2 2）根据受力情况的不同，还可分为单向受弯梁和双）根据受力情况的不同，还可分为单向受弯梁和双 向受弯梁（斜弯曲梁）。向受弯梁（斜弯曲梁）。 3 3）钢梁按截面构成方式的不同分为实腹式和格构式，）钢梁按截面构成方式的不同分为实腹式和格构式， 实腹式又分为型钢梁和组合梁两大类，如图所示。实腹式又分为型钢梁和组合梁两大类，如图所示。 建筑力学与结构 建筑力学与结构 此外，还可根据跨度和荷载大小的需要，采用如图所示的蜂此外，还可根据跨度和荷载大小的需要，采用如图所示的蜂 窝梁，它是将工字钢或窝梁，它是将工字钢或H H形钢的腹板沿图

45、所示折线切开后焊接而形钢的腹板沿图所示折线切开后焊接而 成的梁。成的梁。 建筑力学与结构 2 2、梁强度计算、梁强度计算 梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷 载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯 强度、抗剪强度、局部承压强度，在弯应力、剪应力及强度、抗剪强度、局部承压强度，在弯应力、剪应力及 局部压应力共同作用处还应验算折算应力。局部压应力共同作用处还应验算折算应力。 1 1）抗弯强度）抗弯强度 钢梁在弯矩作用下，可分为三个工作阶段，即弹性、钢梁在弯矩作用下，可分为三个工作阶段，即

46、弹性、 弹塑性及塑性阶段。弹塑性及塑性阶段。 弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力 弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力 建筑力学与结构 梁的抗弯强度按下列公式计算：梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时：单向弯曲时： 双向弯曲时：双向弯曲时： 式中式中M M 弯矩；弯矩； 截面塑性发展系数。截面塑性发展系数。 对于工字形截面对于工字形截面 x x=1.05=1.05，y y=1.2=1.2； 对于箱形截面对于箱形截面x x=y y=1.05=1.05； 此处此处x x为强轴，为强轴，y y为弱轴。为弱轴。 f w M n f

47、w M w M nyy y nxx x 建筑力学与结构 2 2）抗剪强度）抗剪强度 规范以截面最大剪力达到所用钢材剪应力屈服点作为抗剪承载力极规范以截面最大剪力达到所用钢材剪应力屈服点作为抗剪承载力极 限状态。于是梁的抗剪强度计算公式为限状态。于是梁的抗剪强度计算公式为 式中式中V V 计算截面沿腹板平面作用的剪力；计算截面沿腹板平面作用的剪力； I I 梁的毛截面惯性矩；梁的毛截面惯性矩； S 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；中和轴以上或以下截面对中和轴的面积矩，按毛截面计算； t tw w腹板厚度；腹板厚度； f fv v钢材抗剪强度设计值。钢材抗剪强度设计值。 对

48、于轧制工字钢和槽钢因受轧制条件限制，腹板厚度对于轧制工字钢和槽钢因受轧制条件限制，腹板厚度t tw w相对较大，当相对较大，当 无较大截面削弱时，可不必验算抗剪强度。无较大截面削弱时，可不必验算抗剪强度。 V wx f tI VS 建筑力学与结构 3 3）腹板局部压应力）腹板局部压应力 当梁的上翼缘有沿腹板平面作用的固定集中荷载而未当梁的上翼缘有沿腹板平面作用的固定集中荷载而未 设支承加劲肋，或受有移动集中荷载（如吊车轮压）作设支承加劲肋，或受有移动集中荷载（如吊车轮压）作 用时，可认为集中荷载从作用处以用时，可认为集中荷载从作用处以4545角扩散，均匀分角扩散，均匀分 布于腹板边缘，腹板计算

49、高度上边缘的局部承压强度按布于腹板边缘，腹板计算高度上边缘的局部承压强度按 下式计算：下式计算： f lt F zw c 建筑力学与结构 F 集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数； 集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁=1.35=1.35； 对其它梁对其它梁 =1.0。 lz集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下 式计算：式计算： lz=a+2hy a 集中荷载沿梁跨方向的支承长度，对吊车梁取集中荷载沿梁跨方向的支承长度，对吊车梁取50mm50mm； hy自吊车梁轨顶

50、或其它梁顶面至腹板计算高度上边缘的自吊车梁轨顶或其它梁顶面至腹板计算高度上边缘的 距离。距离。 在梁的支座处，当不设置加劲肋时，也应计算腹板计算在梁的支座处，当不设置加劲肋时，也应计算腹板计算 高度下边缘的局部压应力，但高度下边缘的局部压应力，但取取1.01.0。支座反力的假定分。支座反力的假定分 布长度，应根据支座具体尺寸计算。布长度，应根据支座具体尺寸计算。 建筑力学与结构 4 4）折算应力）折算应力 在组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力在组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力 和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力，应验算其折算应力，和局

51、部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力，应验算其折算应力， 如图所示。如图所示。 折算应力验算公式为：折算应力验算公式为： 两两同号取同号取1.11.1， 异号取异号取1.21.2 f cceq1 222 3 图图 折算应力验算截面折算应力验算截面 建筑力学与结构 3 3、梁的刚度、梁的刚度 控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制） 梁的挠度梁的挠度v v（按一般材料力学公式计算）或相对挠度（按一般材料力学公式计算）或相对挠度v v / /l l 应满足下式应满足下式 v v 或或 v /lv / l 式中式中 v v 梁的容许挠度。梁的容

52、许挠度。 梁的刚度属正常使用极限状态，故计算时应采用荷载梁的刚度属正常使用极限状态，故计算时应采用荷载 标准值，且不考虑螺栓孔引起的截面削弱，对动力荷载标标准值，且不考虑螺栓孔引起的截面削弱，对动力荷载标 准值也不乘动力系数。准值也不乘动力系数。 建筑力学与结构 4 4、梁的、梁的梁的整体稳定梁的整体稳定 梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会 发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就 形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面那的弯曲变形，形成截面的扭转变形，同时还

53、有弯矩作用平面那的弯曲变形， 故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失 稳。稳。 从以上失稳机理从以上失稳机理 来看，提高梁的整稳承来看，提高梁的整稳承 载力的有效措施应为提载力的有效措施应为提 高梁上翼缘的侧移刚度，高梁上翼缘的侧移刚度， 减小梁上翼缘的侧向计减小梁上翼缘的侧向计 算长度算长度. . 建筑力学与结构 1 1）梁的整体稳定保证措施）梁的整体稳定保证措施 提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的 抗侧移及扭转刚度。在实际工程中，梁的整体稳定常由铺板抗侧移及扭

54、转刚度。在实际工程中，梁的整体稳定常由铺板 或支撑来保证，梁常与其它构件相互连接，有利于阻止梁丧或支撑来保证，梁常与其它构件相互连接，有利于阻止梁丧 失整体稳定。规范规定，当符合下列情况之一时，都不必计失整体稳定。规范规定，当符合下列情况之一时，都不必计 算梁的整体稳定性：算梁的整体稳定性： 有铺板（各种钢筋混凝土板或钢板）密铺在梁的受压翼缘有铺板（各种钢筋混凝土板或钢板）密铺在梁的受压翼缘 上并与其牢固相连，能阻止梁的受压翼缘的侧向位移时；上并与其牢固相连，能阻止梁的受压翼缘的侧向位移时； 工字形截面简支梁受压翼缘自由长度工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l l1 1与其宽度与其宽度b b1 1之比不之比不 超过规定的数值时。超过规定的数值时。 箱形截面梁，其截面尺寸满足箱形截面梁，其截面尺寸满足h/b