教学课件《钢结构基本原理》

Chapter1第一章Introduction绪论《钢结构基本原理》工程结构钢筋砼结构砌体结构组合结构钢结构木结构1-generalsituationofsteelstructure钢结构的概况钢结构–––是钢材制成的工程结构，通常由型钢和钢板等制成的梁、桁架、柱、板等构件组成，各部分之间用焊缝、螺栓或铆钉连接。代表性的工程结构霁虹桥全景大渡河泸定桥南京长江大桥九江长江大桥用柔性拱加劲

的主联(三跨)合拢情景上海南浦大桥上海锅炉厂重型容器车间广州白云机场大型客机检修库上海体育馆比赛馆网架北京国家奥林匹克体育中心游泳馆北京京广大厦深圳地王商业中心上海金茂大厦上海环球金融中心法国埃菲尔铁塔西尔斯大厦

马来西亚石油双塔大厦台北大厦101拜迪“七星级酒店”迪拜塔630/800米为世界最高建筑上海中心设计方案101日本富士山大厦§2钢结构的特点和应用范围一、钢结构的特点1.强度高2.材质均匀3.塑性韧性好4.工业化程度高5.拆迁方便6.密闭性好7.耐腐蚀性差8.耐火性差二、钢结构的应用范围1.重型厂房结构及受动力荷载作用的厂房结构2.大跨度结构3.多层、高层及超高层建筑4.塔桅结构5.容器、管道等6.可拆卸、装配式房屋7.其他构筑物网架结构拱结构桥梁天津体育场千年穹顶西班牙迪加航空港上海会展中心单层厂房多层工业厂房2.工业厂房金陵石化总厂3.承受动力荷载及地震作用的结构帝王大厦4.高层建筑与高耸结构金茂大厦88层420米北京财富中心5.道路、桥梁结构沈阳长青桥6.水利、水工结构海上石油平台(1).波纹拱壳结构7.轻型房屋钢结构(2)门式刚架结构活动车库8.可拆卸、移动房屋及移动结构9.构筑物10.建筑小品一、钢结构设计方法的演变1.容许应力方法

从20世纪初到20世纪5O年代，钢结构采用安全系数法设计，即:N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征；F--钢材的最大强度；K--大于1的安全系数；[σ]--钢材的容许应力。§3钢结构的设计方法2.概率极限状态设计方法(1)极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。(2)

极限状态分为两类：

b.正常使用极限状态:

包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。a.承载能力极限状态:

包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。

(3)根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：

半概率极限状态设计方法;

近似概率极限状态设计方法（现行设计方法）;

全概率设计方法。

a.半概率极限状态设计方法;1).三系数法（当时称为计算极限状态法）

:1957年至1973年我国钢结构设计采用半概率的分项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即:

荷载分项系数--考虑荷载的不定性;

材料分项系数--考虑材料的不均性;

工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。2)

半经验半概率极限状态设计法(容许应力法）

N--构件截面的内力；

A--构件截面几何特征；

K1--荷载系数；

K2--材料系数;K3--调整系数；

fyk--钢材的屈服强度标准值；

[σ]--钢材容许应力b、近似概率极限状态设计法

（现行钢结构设计规范(GB50017－2003)）

结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述：

Z＝g（X1，X2，…，Xn）

（1－3）

式中：

g（·）--结构的功能函数；

Xi(i＝1，2,…,n)--影响结构可靠性的各物理量。

将各因素概括为两个综合随机变量--结构的抗力R、

作用效应S，则公式（1-3）可以写成：

Z＝g（R，S）＝R－S

（1-4）在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：

Z＞0表示结构处于可靠状态；

Z＝0表示结构处于极限状态

Z＜0表示结构处于失效状态；

判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态，为此，通常将下式：

Z＝g(R，S)＝R－S＝0

(1-5)

称为极限状态方程。结构能完成预定功能的概率(可靠度)用Ps表示，则：Ps＝P{Z≥0}

（1-6）结构不能完成预定功能的概率(失效概率)用Pf表示，则：Pf＝P{Z<0｝（1-7）由于事件｛Z≥0｝与事件{Z＜0｝是对立事件，所以结

构的可靠度与结构的失效概率满足:Ps＋Pf＝1

或

Ps＝1-Pf

（1-8）

因为R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布，由概率论原理知功能函数Z=R-S也服从正态分布,则:f(z)PfμzZ的概率密度曲线Z=R-S

令：Z、R、S的平均值分别为

μz、μR、μs，标准差分别为σz、σR、σs，则:

因σz＞0，故：

f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S因服从标准正态分布，故上式又可写成：式中:

φ(·)--标准正态函数；φ-1(·)--标准正态函数的反函数。从图中可以看出β与失效概率Pf间存在着一一对应关系,即:1).β减小时，阴影部分的面积增大，即失效概率Pf增大；

2).β增大时，阴影部分的面积减少，亦即失效概率Pf减小。说明β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标。β—可靠度指标f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S标准正态分布时与的对应值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的计算:

将式(1-10)、(1-11)代入β的定义式得：

c.全概率设计法对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。三、钢结构设计表达式

a.采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(疲劳问题除外)，用分项系数的表达式进行计算；

b.结构的可靠度用可靠度指标来度量，并以分项系数的形式考虑。

（一）按承载能力极限状态设计应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合，采用下列表达式设计：式中：γo--结构重要性系数；

S--荷载效应（组合）的设计值；

R--钢结构构件或连接材料抗力的设计值。荷载效应组合如下：2.由永久荷载效应控制的组合：3.荷载分项系数取值如下：1.由可变荷载效应控制的组合：（1）永久荷载分项系数当其效应对结构不利时

--对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;--对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;

当其效应对结构有利时

--一般情况下应取1.0；

--对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。（2）可变荷载的分项系数

--一般情况下应取1.4；

--对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载标准值应取1.3。

对于钢结构这种单一材料，可以将荷载效应表达式用应力形式表示。可变荷载起控制作用时：永久荷载起控制作用时：式中：4、钢结构构件承载能力极限状态设计表达式--钢材或连接材料强度设计值。--钢材或连接材料强度标准值。--钢材或连接材料抗力分项系数，对于Q235钢γR=1.087;Q345、Q390、Q420钢γR=1.111

。钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。(二)正常使用极限状态1.

对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值。νGk

--永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的变形值；νQ1k--第1个可变荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值（该值使计算结果为最大）；

νQik--其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值。

[ν]--结构或结构构件的容许变形值。(315页附录2)

2.

对于受压、受拉构件，规范规定应限制其长细比，即:

λ≤[λ](1-24）式中：λ--受压、受拉构件的计算长细比；

[λ]--规范规定的受拉、受压构件容许长细比，按规范采用。§3钢结构的发展研究方向

研制高强度钢材

轧制新品种型钢H型钢、T型钢压型钢板薄壁型钢

改进设计方法、优化设计

采用新型结构大跨度结构组合结构轻型钢结构一、材料方面发展高强度钢材和新品种型钢，如强度更高的钢材、耐候钢（抗腐蚀）以及提高厚板材的质量（抗层状撕裂）。二、结构设计计算方法的研究三、新结构的推广应用四、高层建筑

五、结构优化原理的研究和应用六、国产化§4本课程的主要内容第一章绪论第二章钢结构的材料第三章钢结构的连接第四章轴心受力构件第五章受弯构件一、本课程的主要内容第六章拉弯、压弯构件第二章钢结构的材料塑性破坏脆性破坏钢材的破坏一、强度强度

–––钢材抵抗荷载的能力。钢材的机械性能

–––是钢材在各种作用下反映的各种特性，包括强度、塑性和韧性等方面的内容。§1钢材的机械性能图2.1碳素结构钢静力拉伸曲线(Q235钢)1.弹性阶段：式中：fp

–––比例极限2.弹塑性阶段：式中：fy

–––屈服点3.屈服阶段：4.强化阶段：式中：fu–––抗拉强度5.颈缩阶段：下降迅速当<fy

时–––材料为完全弹性体当fy

时–––材料为完全塑性体(忽略应变硬化作用)0fy图2.2理想弹塑性体的应力－应变曲线定义钢材强度的两项重要指标：fy

和

fu屈强比fy

/

fu–––钢材强度储备的参数，fy

/

fu，强度储备二、塑性塑性

–––指钢材破坏前产生塑性变形的能力。衡量标准–––伸长率式中：l0–––试件原标距长度，l0=5d0或l0=10d0；l1–––试件拉断后标距的长度。三、冷弯性能冷弯性能

–––衡量钢材在常温下冷加工弯曲时产生塑性变形的能力。图2.3冷弯性能试验四、韧性韧性

–––衡量钢材抵抗脆性破坏的机械性能指标，其物理意义是构件在脆断时所吸收的冲击功(J)。图2.4冲击韧性试验及试件缺口形式一、化学成分的影响钢的基本元素Fe(占99%)C和其它元素§2影响钢材机械性能的因素C：对钢材的强度、塑性、韧性和可焊性有决定性的影响。随含C量增加，钢材抗拉强度和屈服强度提高，但其他性能均降低。Si：是一种脱氧剂，适量的Si可提高强度，但对塑性、韧性、冷弯性能及可焊性无不良影响。Mn：脱氧剂，适量时可有效提高钢材强度，并提高热脆性能。S：有害元素，在高温下(800~1200℃)时使钢材变脆，称为热脆。P：有害元素，虽然不提高钢材强度和抗锈蚀能力，但严重降低钢材的塑性、韧性，且在低温时使钢材变脆，称为冷脆。O,N：有害元素，O的影响与S相似，N的影响与P相似。二、冶炼、浇注和轧制的影响1.冶炼方法碱性平炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法钢材质量大体相当碱性侧吹转炉炼钢法–––钢材质量较差，

已不用于承重结构2.浇注方法沸腾钢半镇静钢镇静钢脱氧程度钢材质量价格3.轧制–––可使钢材结晶致密，消除冶炼过程中的部分缺陷，质量较高。三、钢材的硬化时效硬化冷作硬化(应变硬化)1.时效硬化时效硬化–––钢材随时间进展将使屈服强度和抗拉强度提高，伸长率和冲击韧性降低，这种现象称时效硬化。2.冷作硬化冷作硬化–––钢材在弹塑性阶段或塑性阶段卸荷后再重复加载时，其屈服点将提高，即弹性范围增大，而塑性和韧性降低，这种现象称为冷作硬化。四、温度的影响图2.5温度对钢材机械性能的影响400500600300200100040506030201000–100100200300400500600fufyE(%)fu、fy(N/mm2),E(kN/mm2)250℃–––fu提高而塑性和韧性下降(蓝脆现象)；300℃–––fy、fu、E显著下降；600℃–––钢材承载能力几乎为零。五、复杂应力作用的影响图2.6复杂应力作用状态定义：eq

<fy

–––弹性状态eq

fy

–––塑性状态图2.7平面应力状态2112yxyxyxxxyxyy

平面应力状态

普通梁中，只有和作用，即x=，xy

=和y=0

纯剪时式中：fv–––钢材抗剪强度设计值。i=0(i=x,y,z)六、应力集中影响(a)图2.8应力集中对钢材性能的影响(b)(c)

在静力荷载作用下，对截面强度无影响。应力集中处使材料处于复杂应力状态，降低其塑性。

应力集中程度取决于物件的形状变化。§3钢材的种类和选用一、钢材的种类

按用途分结构钢工具钢特殊用钢

按化学成分分碳素钢合金钢低碳钢(C0.25%)中碳钢(0.25%<C0.6%)高碳钢(C>0.6%)低合金钢中合金钢高合金钢

按浇注方法沸腾钢半镇静钢镇静钢二、钢材的牌号1.碳素结构钢Q–––·–––脱氧方式屈服点的“屈”字的首写拼音字母钢材的屈服点质量等级分A,B,C,D四个等级，(质量D级最好)沸腾钢(F)半镇静钢(b)镇静钢(z)(通常省略不写)如：Q235－A·F，Q235－C2.低合金结构钢合金元素符号平均含碳量的万分数合金元素的平均含量(小于1.5%时可不标出，高于1.5%标出其百分数的整数，如2、3等)。如：16Mn，15MnV三、钢材的选用1.结构的重要性2.荷载特征3.连接方法4.工作条件四、钢材的规格(一)钢板表示方法：–––宽度厚度

如：–––30010厚钢板：厚度4.5~60mm,宽度600~3000mm,长度4~12m薄钢板：厚度0.35~4.0mm,宽度500~1500mm,长度0.5~4m扁钢：宽度两边均为轧制边的钢板型式，宽度10~20mm,厚度3~30mm。(二)热轧型钢角钢、槽钢、工字钢、H型钢。1.角钢分等边和不等边两种。等边：宽厚如：

906不等边：长宽厚如：1258082.工字钢分普通工字钢和轻型工字钢两种。如I36a普通工字钢：I截面高度的厘米数截面类型(a,b两类)如QI50a轻型工字钢：QI截面类型(a,b,c三类)3.H型钢如：HK320a表示方法：截面公称高度以mm计规格以a,b,c…表示宽翼缘H型钢(HK)窄翼缘H型钢(HZ)H型钢桩(HU)热轧H型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢，它们的代号分别为HW、HM和HN。标注方法与槽钢相同，但代号“[”应改变为”H”，例如HW260a、HM360、4.槽钢普通槽钢和轻型槽钢。表示方法：截面高度的厘米数截面类型分a,b两类截面类型分a,b,c三类普通槽钢：如32a轻型槽钢：Q如Q32a(三)钢管热轧无缝钢管焊接钢管表示方法：外径壁厚(四)冷弯薄壁型钢表示方法：B+形状符号+长边宽短边宽卷边宽厚度如：B12050202.5六、我国目前建筑钢材存在的主要问题1．厚板可焊性差，Q345等厚板焊接时，易出现层状撕裂。应采用Z向钢，即《厚度方向性能钢板GB5313》，要求沿厚度方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定。应生产优质特厚钢。2．高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好，不能满足轻型房屋钢结构的需要。主要应解决其冲压性差的问题。3．我国现只能生产镀锌钢板，不能生产抗腐蚀性能更好的镀铝锌钢板，需引进生产线或专利来解决。六、我国目前建筑钢材存在的主要问题4．型材品种规格还不能满足建筑需要。要开发生产薄壁热轧H型钢等。5．建筑用高强度低合金结构钢品种太少，应用比重较低。生产耐火钢。第六节国外钢材品种和钢号简介各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：字首符号钢材的强度值钢材质量等级字首符号：

美国采用A(Alloy)；日本采用SS（一般结构用轧制钢材，第一个S为Steel的第一个字母）、SM（焊接结构用轧制钢材）、SMA（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用St（德文钢Stahl）；意大利采用Fe；法国采用A、E等；俄罗斯采用C（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。第六节国外钢材品种和钢号简介各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：字首符号钢材的强度值钢材质量等级字首符号：钢材的强度值：

单位一般为N/mm2

，但美国为Ksi(千磅／英寸2)。强度值有的采用fu，有的采用fy

。ISO国际标准、欧共体各国、日本等采用fu，美国、独联体各国等采用fy。钢材质量等级：分为A、B、C、D、E等。

各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品种之间的相应关系，正确做法是检查它们提供的质保书(化学成分和机械性能)，以确定该钢种与我国哪个钢种是可代替的。以强度为依据的各国钢材与我国钢材相应关系列于下表。各国钢材品种与我国钢材品种对应表中国美国

日本英国法国德国俄罗斯235A36SS400SM400SMA40040E24St37C235Q345A572-50SM490YASM490YBSM52050DE36St44C345Q390A572-60SM57050FA50St50C390Q420A572-65A60St60C440第三章钢结构的连接图3.1钢结构的连接方法§1钢结构的连接方法图3.22

图3.1b钢结构的连接方法图3.1b螺栓连接焊接：构造简单，节省材料，操作简便省工，生产效率高，在钢结构连接中应用较广。栓接：普通螺栓连接

(Q235钢)精制螺栓连接：A，B级粗制螺栓连接：C级高强度

螺栓连接摩擦型高强度螺栓连接：用于直接承受动力荷载的结构。承压型高强度螺栓连接：用于承受静力或间接动力的结构。铆接：传力可靠，塑性、韧性较好，但制造费工费料，且劳动强度高，目前已使用极少。§2焊缝的形式、质量等级及检查方法一、焊接的形式1.根据焊件的接头位置可分为对接接头–––对接焊缝角接接头搭接接头–––角焊缝T形接头对接焊缝角焊缝图3.2焊接接头及焊缝的形式2.根据施焊的位置可分为平焊立焊横焊仰焊(a)(b)(c)(d)(e)图3.3焊缝的施焊位置二、焊缝的表示方法焊缝符号表3.1hfhf

E50daaaahfhf

hf

hf

aaaad角焊缝单面焊缝双面焊缝安装焊缝相同焊缝型式标注方法对接焊缝塞焊缝三面围缝E50为对焊条的辅助说明三、焊缝的质量等级及检查1.焊缝的缺陷常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等。图3.4焊缝缺陷2.焊缝的质量等级及检查依据标准：《钢结构工程施工及验收规范》(GB502－95)III级：外观检查II级：外观检查+超声波I级：外观检查+超声波+射线质量等级增高（1）对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝3.3对接焊缝的构造和计算3.3.1焊缝的形式3.3对接焊缝的构造和计算3.3.2对接焊缝的构造（p49）1常见的坡口型式：I型、V型、U型、X型、单边V型、K型、单边U型。2焊件尺寸不同时的处理方法1）板宽不同时2）板厚不同时的处理方法3.3.3对接焊缝的计算2计算的基本假设：2）焊缝中应力分布情况基本与焊件原有相同。1）

焊缝视为焊件截面的延续部分；1对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；部分焊透不能垂直受力承受动载NNt3.3.3.1轴心力作用式中：lw––焊缝的计算长度，当有引弧板时取

l

无引弧板时取l-2t

t––焊件中较薄焊件的厚度

；

T形连接中为腹板厚度––对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。lNNt当计算不满足时怎么办？当计算不满足时改为斜对接焊缝NNtBθNsinθNcosθlw另:当tanθ≤1.5时,不用验算!NNlwtAtMMmaxmax3.3.3.2弯矩和剪力共同作用时1.矩形截面1）正应力计算2）剪应力计算式中：Ww–––焊缝截面抵抗矩；–––对接焊缝抗剪强度设计值。Sw–––焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；Iw–––焊缝截面惯性矩；2.“I”字形截面除按矩形截面验算max、max点外，尚须补充：式中为何引用系数1.1？考虑折算应力只在局部发生，因而将焊缝强度提高。MV1焊缝截面σmaxτσ1τ1τmax[例1]两块钢板连接，采用对接焊缝。已知F=950kN(设计值)，板宽600mm，板厚为8mm，钢材Q235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板。NNlwtA问焊缝承受的最大应力是多少？3.4.1角焊缝的构造P3.4.1.1角焊缝的形式按焊缝长度与外力作用方向关系不同可侧面角焊缝正面角焊缝3.4角焊缝的构造和计算角焊缝的形式：侧面角焊缝和正面角焊缝按角焊缝截面形式普通型凹面型平坦型(a)普通型(b)平坦型hf

(c)凹面型3.4.1.2角焊缝的构造要求1.最小焊脚尺寸(mm)tmax

–较厚焊件厚度当tmax

4mm时，hf,min=tmax2.最大焊脚尺寸tmin

–较薄焊件的厚度(mm)tmin

6mm：hf,maxtmin对板件边缘角焊缝：tmin

>6mm：hf,maxtmin

–(1~2)mm3.角焊缝最大计算长度和最小计算长度lw,min

8hf

和40mmlw,max

60hf

(静力或间接动力荷载)40hf

(直接动力荷载)3.4.2角焊缝的计算3.4.2.1角焊缝强度表达式假设角焊缝的破坏面均位于45º喉部截面，其焊缝有效面积为Ae

=0.7hflw。应力在截面上是均匀分布的。角焊缝的强度设计值统一采用，不区别抗拉、抗压和抗剪。1基本假设：2角焊缝的应力分析P(b)(c)(a)由Nx

f式中：he

–––焊缝有效厚度，he

=0.7hf。3公式推导过程自学教材P由Ny

ff

–––正面角焊缝的强度增大系数，对于承受静力或间接动力的结构取1.22，对于承受直接动力荷载的结构取1.0。4角焊缝基本计算公式3.4.2.2角焊缝的计算P1.轴心力作用时角焊缝的计算A.正面或侧面角焊缝式中：f

–––正面角焊缝取1.22；

侧面角焊缝取1.0。B.两个方面力综合作用时式中：(对竖直焊缝)(对水平焊缝)C.当用角钢连接时(1)采用两面侧焊时两面侧焊M=0：式中：b

–––角钢肢宽；Z0

–––角钢形心矩；1,2

–––角钢肢背、肢尖焊缝内力分配系数。角钢两侧角焊缝的内力分配系数表3.2角钢类型等边不等边不等边连接情况分配

系数角钢肢背1角钢肢尖20.700.300.750.250.650.35(2)当采用三面围焊时三面围焊假设hf

3，M=0：再假设hf

1，hf

2(通常取hf

1=hf

2=hf

3)，则有图3.16角钢与连接板的角焊缝连接(c)L形围焊(3)采用L围焊时由三面围焊结论：令上式为零，则：[例2]如图所示双角钢支撑拉杆，承受轴心拉力N=700kN(设计值，间接动力荷载)，试设计其与节点板的连接角焊缝。已知钢材为Q235－A·F，焊条E为43型。[分析]设计角钢连接角焊缝的型式，因此有三种不同型式可供采用：

两面侧焊； 三面围焊； L形围焊。通常解此类题型是先假设焊脚尺寸后，再求焊缝的长度。[已知条件]荷载设计值及其性质；

连接板及角钢的尺寸。解：一、按构造要求，确定角焊缝焊脚尺寸范围已知：节点板t=14mm,角钢t1=10mmhf,max

=t1–1=9mm(角钢尖和角钢端部)。二、角焊缝设计1.用侧面角焊缝等边角钢，正反面角焊缝，每面需要：实用角焊缝已标于图中：角钢背：12–200(12190=2280mm2>2188mm2)角钢尖：6–170(6160=960mm2>938mm2)。如题中未给出焊脚尺寸，则设角钢背焊脚尺寸为12mm，长lw1，设角钢尖焊脚尺寸为6mm，长lw2考虑无引弧板：N3=20.78901601.22=196.76kN2.采用三面围焊设全部角焊缝焊脚尺寸为8mm实用：l1=lw1+5=214mm，取215mml2=lw2+5=68mm，取70mml3=b=90mm3.L形围焊因内力较大，需hf3过大，不能采用L形围焊。3.4.2.3弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算

矩形截面将综合作用分解为各力单独作用之和有：3.4.2角焊缝的计算3.4.2.3弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊缝强度计算h1σfAσfBτf对于A点：式中：Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；

h1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxhh2BB’Ah1MeFVM对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度；

he,2—腹板焊缝截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVMyeNxVFAOA三、扭矩、剪力和轴力共同作用图3.21扭矩、剪力和轴心力共同作用时搭接接头的角焊缝=yT=VeOxyyxNVO假定:A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比；C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。3T、V共同作用下将F向焊缝群形心简化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：该连接的设计控制点为A点和A’点xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:A点平行于焊缝长度方向的应力为:强度验算公式：思考:以上计算方法为近似计算，为什么?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe根据角焊缝强度的基本公式：[例3]试设计图示柱牛腿与柱的连接角焊缝。已知F=250kN(设计值，直接动力荷载)，

e=0.4m，钢材Q235－B，焊条E4316型。图3.20[已知条件]荷载设计值及性质；焊缝形状及尺寸；[求解]焊脚厚度hf

。解：M=Fe=2500.4=100kN·mV=F=250kN一、求等效荷载：二、计算焊缝截面几何特征计算时注意无引弧板If=

0.7hf(23003/12+21901622+4901502)

=15.80106hf

mm4Aw=

20.7hf300mm2设焊缝焊脚尺寸为hfA点：B点：动力荷载Bf=1.0计算假定：N、V由焊缝全截面均匀承担。连接为绝对刚性，焊缝处于弹性工作状态；根据假设，焊缝群最不利点是A点式中：r–––A点的半径IP

=Ix+Iy

–––角焊缝有效截面的极惯性矩。[例4]试设计图示厚度为12mm的支托板和柱搭接的角焊缝，作用力F=100kN(设计值，静力)至柱翼缘边距离为200mm，钢材Q235，焊条E43系列。图3.22–12–20200100F220x0y95假设焊脚尺寸为hf一、计算形心O的位置根据材料力学，在忽略焊脚尺寸的影响后有：[已知条件]：荷载设计值及性质，焊缝形式及尺寸；[求解]：焊脚尺寸。二、计算有效焊缝截面几何特征三、焊脚尺寸计算§3.4残余应力和残余变形3.4.1产生的原因钢结构在焊接过程中，局部区域受到高温作用，引起不均匀的加热和冷却，使构件产生焊接变形焊接残余应力有纵向、横向和沿厚度方向之分。纵向横向焊接残余应力沿厚度方向焊接残余应力3.4.2焊接残余应力影响（1）对结构静力强度的影响。钢材有一定塑性，在静荷载作用下，焊接残余应力不影响结构的静力强度，对承载能力没有影响。（2）对结构刚度的影响。构件上的焊接残余应力会降低结构的刚度。（3）对低温冷脆的影响。焊接残余应力对低温冷脆的影响经常是决定性的，必须引起足够的重视。（４）对疲劳强度的影响。焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。焊接残余变形3.4.4减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法1、合理的焊缝设计合理地选择焊缝的尺寸和形式尽可能减少不必要焊缝合理地安排焊缝的位置尽量避免焊缝的过分集中和交叉尽量避免在母材厚度方向的收缩应力2合理的工艺措施采用合理的焊接顺序和方向采用反变形法减小焊接残余变形或焊接残余应力锤击或辗压焊缝，使焊缝得到延伸，从而降低焊接应力小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火接残余应力和焊接残余变形。§5普通螺栓连接的构造和计算3.5.1普通螺栓连接的构造1普通螺栓的规格表示方法：标准螺栓直径：M12、(14)、16、(18)、20、(22)、24、27、30mm等A、B、级5.6或8.8级do--d＝0.3～0.5mmC级4.6或4.8级do--d＝1～3mmM+公称直径分为:A、B、C三个级别高强度螺栓规格（简介）材料由45号、40B和20MnTiB钢热处理45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级

（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓2螺栓的排列形式1.受力要求2.构造要求3.施工要求3.5.1普通螺栓连接的构造A并列中距中距边距边距端距B错列边距中距中距边距端距中距中距边距边距端距中距acacee2e1e2e1(a)(b)螺栓的排列图3.22

图3.22

3.5.2、普通螺栓连接的受力性能和计算传力方式受剪螺栓连接：靠栓杆受剪，孔壁承压传力。受拉螺栓连接：靠栓杆沿杆轴方向受拉传力。拉剪螺栓连接：兼有两种形式。FNF1受剪螺栓连接破坏形式（1）螺栓杆被剪坏栓杆较细而板件较厚时N/2NN/2NNNN（2）孔壁的挤压破坏栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断截面削弱过多时

以上破坏形式予以计算解决。（4）板件端部被剪坏(拉豁)

端矩过小时；端矩不应小于2dONN（5）栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d这两种破坏构造解决N/2NN/2(1)栓杆剪断(2)孔壁挤压坏(3)钢板拉断(4)端部钢板剪断(5)柱杆受弯破坏计算满足构造保证2.计算方法(1)单个受剪螺栓的承载力设计值

抗剪承载力设计值假定：螺栓受剪面上的剪应力为均匀分布式中：nv

–––受剪数目，单剪nv

=1，双剪nv

=2。N/2NN/2(a)(b)t5t3t1t2t4(c)承压承载力设计值假定：承压应力沿螺栓直径的投影面均匀分布式中：t

–––在同一受力方向的承压构件中的较小总厚度。d(2)螺栓群的受剪螺栓连接计算

轴心力作用时图3.25螺栓群受轴心力作用时受剪螺栓NNNNbt1t1l1tIIIIIIIIIIII(a)A.确定螺栓需要数目B.验算钢板净截面强度式中：An–––构件或连接板的净截面积。

并列布置：构件截面：An=(b–n1d0)t连接板截面：An=2(b–n1d0)t1

A并列中距中距边距边距端距

错列布置：IIIeeeee1e1baNNNNt1tt1III(b)1’1’11

受偏心力作用时yeFOxxxT=Feyyx1y1OO假定：刚性，弹性体，受扭所有螺栓均绕螺栓群形心O旋转。TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F

受剪时1受拉螺栓连接1）受力性能和破坏形式3.5.2、普通螺栓连接的受力性能和计算2.计算方法(1)单个受拉螺栓的承载力设计值式中：Ae,de–––螺栓螺纹处有效面积和直径。dedndmd受偏心力作用时N1maxN2N3NiN1maxy1y1y2yiFNeMV11刨光顶紧支托OA.小偏心(2)螺栓群的受拉螺栓连接计算受轴心拉力作用时受弯时中和轴位于螺栓群形心O处式中：m–––螺栓列数。受拉时每个螺栓均匀受力：B.大偏心N1maxN2Niynyiy2y1eFO11V中和轴位于最下一排螺栓处，则中和轴位于最下一排螺栓处，则(三)拉剪螺栓连接重要连接–––用支托板承受剪力。次要连接–––满足相关方程。3.5.2、普通螺栓连接的受力性能和计算图3.31[例5]试设计一C级螺栓的搭接接头。作用力设计值F=230kN，偏心距e=300mm。材料Q235钢。图3.27[解]试选M20螺栓，d0=21.5mm，纵向排列，采用比中距最小容许距离3d0稍大的尺寸，以增长力臂。单个受剪螺栓的抗剪和承压承载力设计值：因y1=30cm>3x1=35=15cm，得[例6]试设计一屋架下弦端板和柱翼缘板的C级螺栓连接。竖向剪力V=250kN由支托承受，螺栓只承受水平拉力F=420–200=220kN。420kNN1max580=400e=320e=120320kN250200OO图3.30[解]初选12个M20螺栓，d0=21.5mm。并按图中所示尺寸排列，中距比最小容许距离3d0稍大。e=12cm。先按小偏心情况计算。单个螺栓的抗拉承载力设计值。须改按大偏心情况计算，即假定中和轴在最上一排螺栓轴线O处，e=32cm。§3－6

高强度螺栓连接计算3.6.1、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力

1、按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：

摩擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力，

破坏准则为克服摩擦力；

承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。2、高强度螺栓预拉力的确定

高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数0.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0.9。因此，预拉力：Ae—螺纹处有效截面积；fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，

10.9级，取fu=1040N/mm23、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数μ

；板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数μ,如下表4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)抗剪连接工作性能受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：摩擦传力的弹性阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段、弹塑性阶段。但比较两条N—δ曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。abNN/2N/2abNN/2N/2式中：0.9—抗力分项系数γR的倒数(γR=1.111);

nf—传力摩擦面数目;

μ--摩擦面抗滑移系数;P—预拉力设计值.（2）抗剪连接单栓承载力（摩擦型）单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：（2）抗剪连接单栓承载力（承压型）5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力NPCP+△P=PfC-△C=CfNtA、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：B、承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓杆的有效截面面积；

de--螺栓杆的有效直径；

ftb—高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与0.8P相差不多。（1）高强度螺栓摩擦型连接6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和单栓承载力（2）高强度螺栓承压型连接

对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。二、高强度螺栓群的抗剪计算1、轴心力作用假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于承压型连接：NNNNbtt1b1

高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算.A、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为1-1截面。11考虑孔前传力50%得：1-1截面的内力为：2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下

计算方法与普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下每个螺栓受力：三、高强度螺栓群的抗拉计算1、轴心力作用假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：N2、弯矩作用下

由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体,所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受压区中和轴由力学可得：因此，设计时只要满足下式即可：3、偏心拉力作用下

偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法）计算:Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接计算NV单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的拉力：1234NVN作用下V作用下§6高强度螺栓连接的计算·S表示高强度螺栓公称抗拉强度f0.2与fu之比的10倍公称抗拉强度

fu的1/100性能等级按热处理后强度划分为10.9S8.8S摩擦型高强度螺栓承压型高强度螺栓受剪螺栓连接受拉螺栓连接拉剪螺栓连接传力方式受力特点一、摩擦型高强度螺栓连接1.受剪高强度螺栓连接的受力性能和计算(1)受力情况连接弹性性能好，在相对滑移前承载力高，且剪切变形小，耐疲劳。承载能力极限状态

–––摩阻力刚被克服，连接即将产生相对滑移。(2)计算方法单个高强度螺栓的抗剪承载力设计值式中：–––摩擦面的抗滑移系数；nf–––传力摩擦面数目；P–––螺栓予拉力。螺栓群的受剪高强度螺栓连接计算与普通螺栓受剪连接计算完全一样，只需将换成即可。图3.31毛截面：第一净截面：[例7]如图所示，摩擦型高强螺栓连接。钢材为Q235－A，8.8级M20螺栓。孔径d0=21.5mm。摩擦面为喷丸后生赤锈。承受恒载标准值PGK=35kN，活载标准值PQK=210kN。设计此螺栓连接。120306030454560图3.22N–16120–8120–8120[解]一、求单个螺栓抗剪承载力二、承受荷载设计值三、需要螺栓数目按构造要求排列如图所示。取边距为1.5d030mm，螺栓距3d060mm，端距2d045mm。四、净截面强度验算2.受拉高强度螺栓连接的计算(1)单个高强度螺栓的抗拉承载力设计值(2)螺栓群的受拉高强度螺栓连接计算受轴心荷载时(与普通螺栓群完全一样)受偏心荷载作用时，不区分大、小偏心，一律按普通螺栓连接时小偏心的情况计算，即取中和轴位于螺栓群形心O处。3.拉剪高强度螺栓连接的计算(1)单个拉剪高强度螺栓的抗剪承载力设计值式中：Nt

0.8P(2)螺栓群的拉剪高强度螺栓连接计算图3.33M=FeV=FFy2y1Nt1Nt2[例8]试设计一梁和柱的摩擦型高强度螺栓连接，承受的弯矩和剪力设计值为M=105kN·m、V=720kN。构件材料Q235钢。图3.34[解]试选12个20MnTiB钢M22螺栓(10.9级)，并采用图中的尺寸排列。构件接触面的处理方法采用喷砂后生赤锈。不满足。由比例关系可得：二、承压型高强度螺栓连接1.受剪高强度螺栓连接承载力极限状态

–––摩擦力被克服，连接产生滑移后，由栓杆受剪和孔壁承压直至破坏。单个承压型高强度螺栓抗剪承载力设计值2.受拉高强度螺栓连接3.拉剪高强度螺栓连接分章页3----－－4Chapter4

第四章轴心受力构件§1-轴心受力构件的类型轴心受力构件轴心受压构件轴心受拉构件轴心受力构件截面形式：§2轴心受力构件的强度和刚度一、轴心受力构件的强度计算对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。其计算公式为An取值：

当轴心受力构件采用普通螺栓（或锚栓）连接时，若螺栓（或锚栓）为并列布置［图４-４（ａ）］，Aｎ按最危险截面Ⅰ—Ⅰ计算。若螺栓错排布置［图４-４（ｂ）］，构件可能沿正交截面Ⅰ—Ⅰ破坏，也可能沿锯齿状截面Ⅱ—Ⅱ破坏。Aｎ应通过计算比较确定，即取截面Ⅰ—Ⅰ和截面Ⅱ—Ⅱ两者较小者为净截面面积。An取值：对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力（图４-５）。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按式（４-２）和式（４-３）计算二、轴心受力构件的刚度计算按正常使用极限状态的要求，轴心受力构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。当轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。轴心受力构件对主轴x轴、y轴的长细比λｘ和λｙ应满足下列要求:一、整体稳定的计算1.整体稳定的临界应力确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法一般有下列四种。§3轴心受压构件的整体稳定a.屈曲准则弯曲屈曲扭转屈曲弯扭屈曲一、整体稳定的计算1.整体稳定的临界应力§3轴心受压构件的整体稳定b.边缘准则实际的轴心压杆与理想柱的受力性能之间是有很大差别的，这是因为实际轴心压杆是带有初始缺陷的构件。边缘屈服准则以有初偏心和初弯曲等的压杆为计算模型，截面边缘应力达到屈服点即视为压杆承载能力的极限。一、整体稳定的计算1.整体稳定的临界应力c.最大强度准则最大强度准则仍以有初始缺陷（初偏心、初弯曲和残余应力等）的压杆为依据，但考虑塑性深入截面，以构件最后破坏时所能达到的最大轴心压力值作为压杆的稳定极限承载力。压杆失稳时临界应力σｃｒ与长细比λ之间的关系曲线称为柱子曲线。我国现行《钢结构设计规范》所采用的轴心受压柱子曲线是按最大强度准则确定的，计算结果与国内各单位的试验结果进行了比较，较为吻合，说明了计算理论和方法的正确性。现行《钢结构设计规范》在上述计算资料的基础上，结合工程实际，将这些柱子曲线合并归纳为四组，取每组中柱子曲线的平均值作为代表曲线，即图４-１１中的ａ、ｂ、ｃ、ｄ四条曲线。在λ＝４０～１２０的常用范围，柱子曲线ａ比曲线ｂ高出４％～１５％，而曲线ｃ比曲线ｂ低７％～１３％，ｄ曲线则更低，主要用于厚板截面。2.轴心受压构件的整体稳定计算轴心受压构件所受应力应不大于整体稳定的临界应力，考虑抗力分项系数γＲ后，即为《钢结构设计规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式:整体稳定系数φ值应根据表４-３、表４-４的截面分类和构件的长细比，按附表７-１～附表７-４查出整体稳定系数φ值应根据表４-３、表４-４的截面分类和构件的长细比，按附表７-１～附表７-４查出构件长细比应按照下列规定确定：(1)截面为双轴对称或极对称的构件(2)截面为单轴对称的构件对双板Ｔ形和槽形等单轴对称截面进行弯扭分析后，认为绕对称轴（设为狔轴）的稳定应取计及扭转效应的下列换算长细比代替。二、轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件都是由一些板件组成的，一般板件的厚度与板的宽度相比都较小，设计时应考虑局部稳定问题1.工字形截面稳定计算（１）翼缘（２）腹板2.Ｔ形截面（２）腹板（１）翼缘3.箱形截面稳定计算（１）受压翼缘（２）腹板2.圆钢管截面§4实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件一般采用双轴对称截面，避免弯扭失稳。常用截面形式有型钢截面和组合截面两种形式。进行实腹式轴心受压构件的截面设计时，根据内力大小、计算长度、加工量、材料供应等情况综合进行考虑。进行截面设计时，应采取的原则包括：面积的分布尽量开展；两个主轴方向尽量等稳定性；便于与其他构件进行连接；尽可能构造简单，制造省工，取材方便。一、实腹式轴心受压构件的截面设计设计步骤（１）假定构件的长细比，求出需要的截面面积A。（２）求两个主轴所需要的回转半径（３）由面积、回转半径优先选用轧制型钢。一般假定λ＝５０～１００（４）由所需要的A、h、b等，考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。（５）构件强度、稳定和刚度验算。§5格构式轴心受压构件的截面设计格构式轴心受压构件一般由两个肢件组成，例如用两根槽钢或Ｈ型钢作为肢件，肢件间用缀条或缀板连成整体。在柱的横截面上穿过肢件腹板的轴称为实轴；穿过两肢之间缀材面的轴称为虚轴。缀条一般用单根角钢做成，而缀板通常用钢板做成。一、格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比格构式构件绕实轴的稳定计算要求和步骤与实腹式构件相同。格构式构件绕虚轴的稳定计算：绕虚轴的整体稳定临界力比长细比相同的实腹式轴心受压构件低。１．缀条式格构式构件的换算长细比２．缀板式格构式构件的换算长细比3．四肢格构式构件的换算长细比4．三肢格构式构件的换算长细比二、格构式轴心受压构件的缀材设计１．格构式轴心受压构件的横向剪力２．缀条的设计3．缀板的设计缀板柱可视为一多层框架，整体挠曲时假定各层分肢中点和缀板中点为反弯点。取出脱离体，可得缀板内力为剪力：弯矩（与肢件连接处）：三、格构式构件的构造要求格构式构件横截面中部空心，抗扭刚度较差。为了提高其抗扭刚度，保证构件在运输和安装过程中的截面形状不变，应每隔一段距离设置横隔。横隔的间距不得大于构件较大宽度的９倍或８ｍ，且每个运送单元的端部均应设置横隔。设计步骤（１）按对实轴（y—y轴）的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹式构件的计算相同。（２）按对虚轴（x—x轴）的整体稳定确定两分肢的距离。（３）验算构件对虚轴的整体稳定性，不合适时应调整犫再进行验算（４）计算缀条或缀板（包括与分肢的连接）。四、格构式轴心受压构件的设计步骤为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即λｘ＝λｙ。缀条柱（双肢）缀板柱（双肢）§6轴心受压柱的柱头和柱脚一、轴心受压柱柱头柱的顶部与梁（桁架）连接的部分称为柱头，作用是通过柱头将上部结构的荷载传到柱身。柱下端与基础连接的部分称为柱脚，作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。梁与轴心受压柱铰接时，梁可支承于柱顶上，亦可连于柱的侧面。梁支于柱顶时，梁的支座反力通过柱顶板传给柱身。顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取１６～２０ｍｍ。为了便于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。二、轴心受压柱柱脚柱脚的构造应使柱身的内力可靠地传给基础，并和基础牢固地连接。轴心受压柱的柱脚主要传递轴心压力，与基础的连接一般采用铰接。图４-２７（ｃ）所示为格构式柱柱脚。图４-２７（ｄ）所示为在靴梁外侧设置肋板，底板做成正方形或接近正方形。1.柱底板的计算（１）底板的平面尺寸。所需要的底板净面积Aｎ应满足:混凝土局部承压时的强度提高系数；:基础混凝土的轴心抗压强度设计值，应考虑基础混凝土局部承压时强度提高系数。根据构造要求确定底板宽度为:（２）底板的厚度。底板的厚度由板的抗弯强度决定。（２）底板的厚度。底板的厚度由板的抗弯强度决定。底板可视为一支承在靴梁、隔板和柱端的平板，承受基础传来的均匀反力。靴梁、肋板、隔板和柱端面均可视为底板的支承边，将底板分隔成不同的区格，有四边支承、三边支承、两相邻边支承和一边支承等区格。在均匀分布的基础反力作用下，各区格板单位宽度上的最大弯矩。１）四边支承区格２）三边支承区格和两相邻边支承区格３）一边支承区格（悬臂板）几部分板承受的弯矩一般不相同，取各区格板中的最大弯矩Mｍａｘ来确定板的厚度t２．靴梁的计算３．隔板与肋板的计算靴梁的高度由其与柱边连接所需的焊缝长度决定，此连接焊缝承受柱身传来的压力N。靴梁的厚度比柱翼缘厚度略小。靴梁按支承于柱边的双悬臂梁计算，根据所承受的最大弯矩和最大剪力值，验算靴梁的抗弯和抗剪强度。隔板可视为支承于靴梁上的简支梁，荷载可按承受图４-２９中阴影面积底板反力计算，按此荷载所产生的内力验算隔板与靴梁的连接焊缝以及隔板本身的强度。注意隔板内侧的焊缝不易施焊，计算时不能考虑受力。肋板按悬臂梁计算，承受的荷载为图４-２９所示的阴影部分的底板反力。肋板与靴梁间的连接焊缝以及肋板本身的强度均应按其承受的弯矩和剪力来计算。Chapter5

第五章受弯构件§1受弯构件的类型和应用受弯构件

–––指主要承受横向荷载的构件。钢结构中最常用的受弯构件是钢梁。按使用功能分工作平台梁吊车梁楼盖梁墙梁檩条按截面形式分型钢梁组合梁按支承情况分简支梁连续梁伸臂梁框架梁按荷载作用情况分单向受弯梁双向受弯梁1.型钢梁2.组合梁3.单向弯曲梁与双向弯曲梁2.组合梁强度抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力§2梁的强度和刚度1.梁的计算内容正常使用极限状态刚度承载能力极限状态强度抗弯强度抗剪强度局部压应力折算应力整体稳定局部稳定1.抗弯强度<fyfyfyfy塑性塑性弹性全部塑性M=MpMe<M

<MpM=MeM<MemaxVmaxMmax

弹性极限弯矩：Me=fy·Wn式中：Wn–––净截面弹性抵抗矩。

塑性极限弯矩：式中：S1n,S2n–––中和轴以上和中和轴以下净截面对中和轴的面积矩；Wpn–––净截面塑性抵抗矩。Mp=fy(S1n+S2n)=fyWpn

–––塑性发展系数或形状系数，它只取决于截面几何形状，与材料强度无关。如矩形截面

=1.5，工字形截面(对强轴)

=1.7~1.1。《规范》在对梁抗弯强度计算时，考虑部分截面发展塑性，用

来控制：

对于承受静力或间接动力荷载：单向弯曲梁：双向弯曲梁：

直接承受动力荷载：2.抗剪强度梁的抗剪强度按弹性设计，以截面的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点作为抗剪承载力的极限状态，即：式中：V

–––计算截面沿腹板平面作用的剪力；I

–––毛截面惯性矩；S

–––计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；tw–––腹板厚度。3.梁的局部承压强度图局部承压强度式中：F

–––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，

=1.35；对其它梁

=1.0；计算公式：lz–––荷载假定按45º扩散在腹板计算高度上边缘的分布长度，lz=a+2hy；a–––集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮可取为50mm；hy–––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。4.折算应力图梁截面的、、c应力分布式中：1、1、c–––腹板计算高度边缘同一点上相应的应力。1、c以受拉为正，受压为负。1–––计算折算应力强度设计值增大系数；当1、c

异号时，取1=1.2；当1、c

同号时或c

=0时，取f=1.1。计算公式：5.2、梁的刚度梁的刚度问题满足正常使用极限状态的问题。式中：[]

–––梁的允许挠度；l–––梁的跨度。对于的算法可用材料