钢结构设计原理 课件 第3、4章 钢结构连接、轴心受力构件

钢结构设计原理3.1钢结构连接方法连接的要求：足够的承载力、刚度和延性连接方法：焊接、铆接和螺栓连接

钢结构连接方式优点：省工省材，加工方便

构造简单，不削弱截面任何形状的构件均可直接连接密封性好，刚度大缺点：材质劣化

残余应力、残余变形

一裂即坏、低温冷脆

不适合直接承担动力荷载构件焊接3.1钢结构连接方法3.1钢结构连接方法铆接

优点：塑性韧性好，传力可靠，易于检查

适用于直接承受动力荷载结构

缺点：构造复杂，用钢量大3.1钢结构连接方法普通螺栓连接

优点：施工简单，拆装方便，适合于经常需拆装结构

缺点：用钢量大高强螺栓连接

区别：普通螺栓拧紧螺帽时螺栓预拉力很小，依靠孔壁承

压和栓钉抗剪传递剪力

高强螺栓：

分摩擦型和承压型

摩擦型：利用摩擦传力，以界面相对滑移为破坏点

承压型：利用初期摩擦与后期端承传力，以螺杆拉断或栓孔破坏为界限3.2焊接方法及形式手工电弧焊钢结构最常用的焊接方式3.2.1焊接常用方法及材料选取通电后在涂有焊药的焊条和焊件间产生电弧，电弧融化焊条，滴落在焊池中形成焊缝

电弧焊：焊条与连接件强度对应关系3.2焊接方法及形式将光焊丝埋于焊剂层下，通电后电弧作用使焊丝和焊剂熔化，焊剂浮于表面保护熔化金属。自动埋弧焊：自动埋弧焊其他焊接形式：电渣焊；电阻焊；气体保护焊等3.2.1焊接常用方法及材料选取3.2焊接方法及形式焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等7.2.3焊缝缺陷气孔3.2.1焊接缺陷及焊缝等级3.2焊接连接的特性焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等7.2.3焊缝缺陷电弧擦伤3.2焊接方法及形式焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等7.2.3焊缝缺陷焊瘤+气孔+夹渣3.2焊接方法及形式焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等7.2.3焊缝缺陷夹渣+裂纹咬边3.2焊接方法及形式焊缝等级：《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2020规定 分三级：三级焊缝：外观检查二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声

波检验每条焊缝的20％长度，且不小于200mm.一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长

度，以便揭示焊缝内部缺陷。7.2.3焊缝缺陷教材问题？P543.2焊接方法及形式焊缝等级规定（GB50017）承受动力且需疲劳验算的构件焊缝质量作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时不应低于二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向焊缝不应低于二级。不需验算疲劳构件

凡要求与母材强度等强的对接焊缝受拉时不应低于二级。工作环境等于或低于-20℃，构件对接焊缝质量不得低于二级施焊条件差，高空安装施焊，强度设计值应✖0.93.2焊接方法及形式焊缝连接形式：平接、搭接、T形连接和角接焊缝连接形式7.2.4焊缝连接型式及焊缝型式用料经济，传力均匀，动力性能好板件要加工，两板间距和坡口尺寸要求严格施工方便，两板间隙无严格限制费料，传力不均匀施工方便，受压性能好受拉性能差角焊缝搭接，构造简单传力不均匀，费料T形连接，构造简单受力性能差焊透T形连接3.2.2焊接种类和焊接形式3.2焊接方法及形式焊缝形式：对接焊缝和角焊缝

焊缝形式（1）对接正焊缝

（2）

对接斜焊缝

（3）

角焊缝

（⊥正向

//侧向）3.2焊接方法及形式焊缝形式：对接焊缝和角焊缝

连续与断续角焊缝（1）连续焊缝

（2）断续焊缝

3.2焊接方法及形式施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊7.2.4焊缝连接型式及焊缝型式焊缝施焊的不同方向类型(a)平焊

(b)立焊

(c)横焊

(d)仰焊3.2焊接方法及形式基本符号：标识焊缝形状3.2.3焊缝符号表示方法：由基本符号、指引线、辅助符号、补充符号等部分组成常用焊缝基本符号3.2焊接方法及形式辅助符号：表达焊缝截面形状特征补充符号：补充说明焊缝某些特征辅助符号3.2.3焊缝符号3.2焊接方法及形式7.2.5焊缝代号补充符号3.2焊接方法及形式焊缝标准方法3.2.3焊缝符号3.3对接焊缝构造和计算坡口形式：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V形缝（Y形缝）带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝和双Y形缝等对接焊缝坡口形式3.3.1对接焊缝形式及构造3.3对接焊缝构造和计算不同宽度或厚度的钢板拼接

布置原则：钢板宽度或厚度有变化连接中，为减少应力集中，应从板一侧或两侧做成坡度≤1：2.5或1：4的斜坡，厚度相差4mm，可不做成斜坡，焊缝计算取板较小厚度

不同宽度或厚度的钢板拼接3.3对接焊缝构造和计算其他构造要求7.3.1对接焊缝的构造要求

引弧板焊透的T形连接焊缝对接焊缝起弧落弧点为消除焊口影响，可采用引弧板，焊后将引弧板切除，砂轮磨平T型接头全焊透破口采用角焊缝加强，加强焊脚尺寸不大于接头薄板厚度的一半，且最大值不超过10mm3.3对接焊缝构造和计算其他构造要求7.3.1对接焊缝的构造要求直接承受动力荷载结构中，为提高疲劳强度，应将对接焊缝表面磨平，打磨方向应与应力方向平行，垂直于受力方向的焊缝应采用焊透的对接焊缝，不应采用部分焊透的对接焊缝。3.3对接焊缝构造和计算计算原则：重要构件按一、二级标准检验构件，

焊缝与构件等强，不必另行计算（1）轴心受力的对接焊缝轴心力作用下对接焊缝连接lw--焊缝计算长度（带引弧板的取原长，不带引弧板的双侧减去2t)t-连接件中较小厚度对接焊缝抗拉（压）设计值：一、二级抗压如母材，抗拉为85%母材

（附表12）3.3.2对接焊缝计算3.3对接焊缝构造和计算（2）受弯受剪的对接焊缝受弯受剪的对接连接焊缝截面模量3.3对接焊缝构造和计算（2）受弯受剪的对接焊缝（折算应力）一、二级焊缝不必验算受弯、剪的工形截面对接焊缝A3.3对接焊缝构造和计算计算原则：按角焊缝进行计算部分焊透的对接焊缝板件较厚，板件连接受力较小时

可采用部分焊透2603053.4角焊缝构造和计算角焊缝7.4.1角焊缝的构造和强度3.4角焊缝构造和计算3.4.1角焊缝基本形式

角焊缝截面图直角角焊缝（α=90°）普通焊缝平坡凸形等边凹形斜角角焊缝（α＞90°或α＜90°）斜角锐角角焊缝斜角钝角角焊缝3.4角焊缝构造和计算应力分布

正面角焊缝应力分布（破坏强度高于侧面焊缝，但塑性变形能力差）根部应力集中3.4角焊缝构造和计算应力分布侧面角焊缝应力分布不均匀（主要承受剪力作用，弹性阶段分布不均匀）3.4角焊缝构造和计算焊脚尺寸hf

应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf应不小于，t为较厚焊件的厚度（mm）。对自动焊，可减小1mm。（不宜过小，保证承载力，防止冷却太快）hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。

（尺寸过大，产生很大焊接变形，容易脆裂烧穿）

动力荷载作用时，不得采用焊脚尺寸小于5mm的角焊缝。3.4.1角焊缝构造3.4角焊缝构造和计算对于板件边缘的焊缝：

当t≤6mm时，hf≤t；

当t

>6mm时，hf＝t－(1~2)mm。7.4.1角焊缝的构造和强度

角焊缝最大hf3.4角焊缝构造和计算焊缝长度lw也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。长度太小，起落弧较近，产生缺陷，焊缝不可靠长度太大，端部应力较大，不利于应力均匀分布3.4角焊缝构造和计算杆件与节点板连接：双面侧焊、三面围焊、L形焊接转角处必须连续施焊，避免起落弧3.4.3角焊缝计算3.4角焊缝构造和计算角焊缝应力分析角焊缝应力分析仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时3.4角焊缝构造和计算1.受轴心力焊件的拼接板连接仅侧面角焊缝：仅正面角焊缝：轴心力作用下角焊缝连接3.4角焊缝构造和计算1.受轴心力焊件的拼接板连接三面围焊时：先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。菱形拼接板：简化计算不计正面及斜焊缝的

f3.4角焊缝构造和计算2.受轴心力角钢的连接当采用侧面角焊缝连接时

肢背：

肢尖：角钢角焊缝上受力分配——两面侧焊3.4角焊缝构造和计算2.受轴心力角钢的连接当采用三面围焊连接时正面角焊缝承担的力：侧面角焊缝承担的力：

肢背

肢尖角钢角焊缝上受力分配——三面围焊3.4角焊缝构造和计算2.受轴心力角钢的连接当采用L形焊连接时正面角焊缝承担的力：

侧面角焊缝承担的力：

7.4.3常用连接方式的角焊缝计算角钢角焊缝上受力分配——L形焊3.4角焊缝构造和计算3.弯矩作用下角焊缝计算弯矩作用时角焊缝应力3.4角焊缝构造和计算焊缝承受剪力V和弯矩M=Ve弯矩M焊缝全截面承受，产生三角形分布的水平弯曲应力σf1剪力通常假定仅由腹板焊缝承受，剪应力均匀分布VeABBAh1h24.弯矩、剪力共同作用下角焊缝计算3.4角焊缝构造和计算应验算A、B点处的焊缝应力(Iw为焊缝截面惯性矩)A点：B点：AτfBBAh1h2σf1σf23.4角焊缝构造和计算5.弯矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算受弯、受剪、受轴心力的角焊缝应力3.4角焊缝构造和计算6.

扭矩作用下角焊缝计算计算假定：被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。扭矩作用时角焊缝应力3.4角焊缝构造和计算J-

极惯矩

J=Ix+IyJ—焊缝计算截面对形心极惯性矩分解为x方向和y方向的分力hbcxxyyrxrynfTr0.7hf3.4角焊缝构造和计算焊缝强度需要满足：Ahb0.7hfcxxyy剪力V作用A点引起的应力：其中：有了c值，可以计算Ix、Iy。3.4角焊缝构造和计算7.扭矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算受扭、受剪、受轴心力的角焊缝应力3.4角焊缝构造和计算8.塞焊计算

塞焊3.4角焊缝构造和计算3.5.1焊接残余应力

——纵向焊缝残余应力施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力3.5焊接残余应力与残余变形焊接过程：不均匀加热和冷却过程，不均匀温度场不均匀膨胀，导致热状态塑性压缩，不均匀冷却过程，不均匀塑性收缩。焊接残余应力：无荷载作用下的内应力，内部自平衡横向残余应力产生的原因：（1）焊接纵向收缩，在焊缝处形成横向拉应力（2）焊缝施焊过程中，先冷后热，冷却时间不同，先焊阻止后焊自由膨胀3.5焊接残余应力与残余变形3.5.1焊接残余应力

——横向焊缝残余应力厚度方向的残余应力

厚度较大试件，需多层施焊，存在厚度方向残余应力约束状态下的焊接应力7.5.1焊接残余应力的分类和产生的原因厚度方向的焊接应力约束焊接接头中的残余应力分布3.5焊接残余应力与残余变形有的焊件不能自由膨胀或收缩，受边界约束，内部会产生自平衡的残余应力分布3.5.2焊接残余变形

焊接残余变形基本形式3.5焊接残余应力与残余变形（a）纵向横向缩短（b）角变形（c）弯曲变形（d）扭转变形对结构静力强度的影响

残余应力对静力强度的影响3.5焊接残余应力与残余变形对静力强度无明显影响3.5.3焊接残余应力影响对结构刚度的影响

有残余应力时的应力与应变3.5焊接残余应力与残余变形对刚度有降低作用对压杆稳定的影响

对低温冷脆的影响对疲劳强度的影响三轴焊接残余应力3.5焊接残余应力与残余变形对稳定有降低作用阻碍塑性变形发展，加速脆性破坏对疲劳性能不利影响3.5.4减少焊接残余变形的措施设计方面：焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸焊缝不宜过分集中应尽量避免三向焊缝交叉考虑钢板分层问题施焊位置焊条是否易达到避免仰焊3.5焊接残余应力与残余变形采取合理的施焊次序施焊前加相反的预变形焊前预热，焊后回火

合理的施焊次序

反变形及局部加热3.5焊接残余应力与残余变形施工工艺措施：3.6焊接在结构中应用3.6.1焊接梁翼缘焊缝计算焊接梁板件叠合示意图工字形截面梁腹板边缘与翼缘交接点剪应力为：焊接工字钢翼缘与腹板接触面间沿梁长度的单位水平剪力Th为：翼缘焊缝的剪力分布3.6焊接在结构中应用为保证翼缘板和腹板整体工作性能，应使翼缘和腹板交接面的两侧焊缝剪应力均不超过角焊缝强度设计值ftw,即：由此可得焊缝焊脚尺寸：3.6.1焊接梁翼缘焊缝计算3.6焊接在结构中应用对于双层翼缘梁，当计算外层翼缘板与内层翼缘板之间连接焊缝时，上式中S1应取外层翼缘板对梁中和轴的面积矩；计算内层翼缘板与腹板之间连接焊缝时，S1取内外两层翼缘板面积对两中和轴的面积矩之和。对于有集中荷载的吊车梁而言，其梁翼缘上有移动集中荷载或承受有固定集中荷载而未设置加劲肋情况，则翼缘和腹板间连接焊缝不仅承受上述由梁弯曲产生的水平剪力Th作用，同时还有集中压力F所产生的垂直剪力Tv作用。双层翼缘梁双向剪力作用下翼缘3.6.1焊接梁翼缘焊缝计算3.6焊接在结构中应用3.6.2桁架节点计算节点设计一般原则：（1）双角钢截面杆件节点处以节点板相连，焊接桁架的距离调整成5mm的倍数。这样汇交的杆件给轴力带来的偏差较小，方便计算。（2）角钢切断面一般与截面垂直。需要斜切以便节点紧凑时切肢尖而不是肢背。（3）如偏心距e不超过较大焊件截面高度5%，可不考虑偏心对杆件的附加弯矩。否则按汇交点各杆件线刚度分配偏心力矩，并按偏心受力构件计算各杆强度及稳定。（4）为方便施工，避免焊缝因过分密集而变脆，节点板上各杆件之间焊缝净距不宜过小，用控制杆端间距a来保证。受静荷载时，a≥10-20mm;受动荷载时，a≥50mm；也不宜过大，因增大节点板将削弱节点平面外刚度。3.6焊接在结构中应用节点版设计：节点板拉剪破坏计算公式：单根腹杆节点板按下式计算：3.6.2桁架节点计算3.6焊接在结构中应用节点版设计：（1）对于有竖腹杆的节点板当c/t≤15（235/fy)0.5时可不计算稳定；但在任何情况下均需满足c/t≤22（235/fy)0.5，c为受压腹杆连接肢端截面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距，t为节点板厚度。（2）对于无竖腹杆节点板当c/t≤10（235/fy)0.5时，节点板稳定承载力可取0.8be*t*f；当c/t＞10（235/fy)0.5时，应进行稳定验算；在任何情况下，都应满足c/t≤10（235/fy)0.5。焊接腹杆节点3.6.2桁架节点计算3.6焊接在结构中应用节点构造和计算：（1）下弦杆普通节点肢背焊缝：肢尖焊缝：（2）上弦杆集中荷载节点角焊缝计算长度：hf1=t/2节点板缩进深度在t/2~t之间，两端内力差为ΔN=N1-N2；验算“A”焊缝两端最大合力：下弦普通节点有集中荷载的上弦节点3.6.2桁架节点计算3.6焊接在结构中应用节点构造和计算：（3）下弦杆跨中拼接节点弦杆和拼接角钢连接单侧的焊缝长度为：拼接角钢长度为：L=2l1+b,b为间隙，取10-20mm；肢背焊缝：肢尖焊缝：节点详图3.6.2桁架节点计算3.6焊接在结构中应用桁架节点计算节点构造和计算：（4）上弦杆跨中拼接节点上弦杆跨中弯折角度以热弯形成（见右侧详图）当屋面大而弯折角度较大时，可将竖肢开口弯折后对焊，拼接角钢与弦杆间焊缝算法与下弦拼接相同。计算拼接角钢长度时，屋脊节点所需空隙较大，常取b=50mm左右节点详图3.6焊接在结构中应用节点构造和计算：（5）支座节点锚栓直径一般为18-26mm，通常不小于20mm，常用4-2.5d，垫板孔径一般为d+（1~2mm）；底板计算包括面积与厚度的确定，底板所需毛面积为采用方形底板时，边长尺寸为当R不大时计算a的值较小，构造要求底板短边尺寸不小于200mm。底边边长取厘米的整数倍；板底厚度按均布荷载下板的抗弯计算：单位宽度弯矩：板底平均压应力：3.6.2桁架节点计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7.1螺栓孔径孔型螺栓孔的孔径和孔型应符合下列规定：（1）A、B级普通螺栓孔径d0较螺栓公称直径d大0.2~0.5mm，C级普通螺栓的孔径d0较螺栓公称直径d大1.0~1.5mm；（2）高强度螺栓承压型连接采用标准圆孔时其孔径d0如下；（3）采用扩大孔连接时，同一连接面只能在盖板和芯板其中之一的板上采用大圆孔或槽孔，其余的仍采用标准孔；（4)高强度螺栓摩擦型连接盖板按大圆孔、槽孔制孔时，应增大垫圈厚度或采用连续型垫板，其孔径与标准垫圈相同，对M24及以下螺栓，厚度不宜小于8mm；对M24以上螺栓，厚度不宜小于10mm。排列方式：并排或错排（钢板）、单排和双排（型钢）

钢板和角钢上的螺栓排列3.7普通螺栓连接构造与计算3.7.2螺栓的排列并排错排单排（1）受力要求：端距与栓距过大过小都不好，受压时栓距过大板件易发生凸曲，且螺栓易受力不均匀，受拉时端距或栓距过小板件易剪切破坏。（2）构造要求：栓距过大则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而发生锈蚀。（3）施工要求：保证一定空间转动扳手。螺栓和铆钉的最大、最小容许距离查表7-5~7-9确定。3.7普通螺栓连接构造与计算3.7.3螺栓连接的构造型钢（角钢、槽钢或工字钢上的螺栓排列要求）角钢：不同肢宽下d0、e、e1、e2的要求；槽钢或工字钢：不同型钢下cmin(腹板)、emin(翼缘)的要求。3.7普通螺栓连接构造与计算螺栓强度等级：3.7普通螺栓连接构造与计算A级：精密级

合金钢

强度＞900MPaB级：普通级

低碳硼钢

强度800MPaC级：较松级

软钢

强度<600MPa高强螺栓强度等级：8.8级10.9级普通螺栓强度等级：3.6级4.8级6.8级传力方式：

抗剪螺栓：通过螺栓杆承压传递剪力

外力垂直螺杆

（螺栓1）

抗拉螺栓：通过螺栓杆承受拉力

外力平行螺杆

（螺栓2）C级螺栓只能在次要连接和临时连接中

抗剪，一般正规连接，螺栓1应采用焊缝

或高强螺栓连接，螺栓2可采用C级螺栓抗剪螺栓和抗拉螺栓3.7普通螺栓连接构造与计算3.7.4普通螺栓连接计算破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁挤坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲3.7普通螺栓连接构造与计算构造避免计算避免破坏形式有：①栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆被剪断；②当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，栓杆和板件挤压是相对的，叫做螺栓承压破坏；③板件可能因螺栓孔削弱太多，导致强度不够，而被拉断；④端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏；⑤板叠厚度过大，螺栓弯曲破坏3.7普通螺栓连接构造与计算

剪力螺栓的5种破坏形式：螺栓承载力计算：防止螺杆剪断和局部承压破坏；净截面强度验算：防止净截面强度破坏；构造措施(限制端距e3≥2d0和螺杆长度l≤5d)：防止端部剪切和螺杆弯曲。

3.7普通螺栓连接构造与计算抗剪螺栓连接“解纽扣”受力状态：弹性时两端大而中间小，进入塑性阶段后，因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀。为防止“解钮扣”破坏，当连接长度l1较大时，应将螺栓的承载力乘以折减系数

。7.6.2普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能

螺栓受剪力状态3.7普通螺栓连接构造与计算当构件在节点处或接头一侧的螺栓沿受力方向的连接长度l1太长时，各螺栓受力将严重不均匀，即连接两端的螺栓受力大于中间螺栓而可能首先达到极限承载力引起破坏。l13.7普通螺栓连接构造与计算计算假定：①栓杆受剪计算时，螺栓受剪面上的剪应力是均匀分布；②孔壁承压计算时，挤压力沿栓杆直径平面均匀分布。3.7普通螺栓连接构造与计算抗剪螺栓连接计算抗剪螺栓连接计算一个抗剪螺栓的设计承载能力计算

抗剪承载力设计值：

承压承载力设计值：一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两的较小值3.7普通螺栓连接构造与计算受剪面数同方向承压构件较小总厚度附表13一个螺栓的抗剪承载力：

剪力螺栓承载力：3.7普通螺栓连接构造与计算2)当l1＞15d0时（d0为螺栓孔径），螺栓承载力设计值应按下式β

系数折减。适用于普通螺栓、高强度螺栓和铆钉连接。当l1＞60d0时3.7普通螺栓连接构造与计算如此设计后，可认为所有螺栓受力相等抗拉螺栓连接计算破坏形式：螺栓杆拉断

de——螺杆截面有效直径（附表7）7.6.2普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能

抗拉螺栓连接3.7普通螺栓连接构造与计算抗拉螺栓的工作性能：

抗拉螺栓连接中撬力的消除：

加强角钢或设置加劲肋

加强刚度消除撬力。

为考虑撬力的影响，普通螺栓抗拉强度设计值

ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值

ft的0.8倍

3.7普通螺栓连接构造与计算构件净截面强度计算：构件上开设螺栓孔后，应验算其净截面强度是否满足设计要求。对错列排列的螺栓，要考虑板件有两个破坏截面。3.7普通螺栓连接构造与计算

螺栓群的计算1.

螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算螺栓数目：板件静截面强度：力的传递及净截面面积计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7普通螺栓连接构造与计算（1）螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算平衡条件：

根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件：得：满足条件ymax＞3xmax时7.6.3螺栓群的计算3.7普通螺栓连接构造与计算(2)螺栓群在扭矩、剪力作用下的抗剪计算3.7普通螺栓连接构造与计算

竖向剪力Fy假定由全部(n个)螺栓均匀分担，每个螺栓承受的剪力为:扭矩产生的剪力：3.7普通螺栓连接构造与计算（3）螺栓群在扭、剪、拉作用下的抗剪计算

螺栓群受扭、受剪、受轴心力的计算3.7普通螺栓连接构造与计算在扭矩作用下，螺栓1受力：在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力：则螺栓1承受的最大剪力N1应满足：7.6.3螺栓群的计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7普通螺栓连接构造与计算3.7普通螺栓连接构造与计算4.

螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算5.

螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算假定：中和轴在最下排螺栓处7.6.3螺栓群的计算弯矩作用下抗拉螺栓计算3.7普通螺栓连接构造与计算6.

螺栓群同时承受剪力和弯矩的计算（单个螺栓同时承受剪力和拉力）

螺栓群同时承受剪力和弯矩3.7普通螺栓连接构造与计算螺栓同时受剪和受拉由于未用承托，竖向力Ny使连接承受剪力V＝Ny3.7普通螺栓连接构造与计算6.

螺栓群同时承受剪力和弯曲的计算支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V

保证板不发生承压破坏7.6.3螺栓群的计算3.7普通螺栓连接构造与计算单个螺栓承受的剪力和拉力单个螺栓的剪力和拉力设计值6.

螺栓同时承受剪力和拉力的计算支托承受剪力：螺栓群只承受弯矩M支托和柱翼缘的角焊缝验算为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取=1.25~1.353.7普通螺栓连接构造与计算3.8高强螺栓连接构造计算普通螺栓连接

优点：施工简单，拆装方便，适合于经常需拆装结构

缺点：用钢量大高强螺栓连接

区别：普通螺栓拧紧螺帽时螺栓预拉力很小，依靠孔壁承

压和栓钉抗剪传递剪力

高强螺栓：

分摩擦型和承压型

摩擦型：利用摩擦传力，以界面相对滑移为破坏点

承压型：利用初期摩擦与后期端承传力，以螺杆拉断或栓孔破坏为界限级别：10.9级和8.8级栓孔：钻成孔（表7-10）

（承压型：标准孔；摩擦型：标准孔、大圆孔、

槽孔）按受力特征分类：摩擦型连接、承压型连接和承拉型连接影响承载力的因素：栓杆预拉力、连接表面抗滑移系数、

钢材种类3.8高强螺栓连接构造计算高强螺栓连接性能高强度钢加工制作经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于800N/mm2和1000N/mm2

屈强比分别为0.8和0.9

等级分别称为8.8级和10.9级

3.8高强螺栓连接构造计算高强螺栓连接性能螺栓本身、螺母和垫圈均采用高强度钢材，再经热处理进一步提高强度目前我国采用8.8和10.9两种强度性能等级；其中整数部分“8”或“10”表示螺栓经热处理后的最低抗拉强度fu属于

800N／mm2(实际为830N／mm2)1000N／mm2(实际为1040N／mm2)小数点和后面数字一起“.8”或“.9”表示螺栓经热处理后屈强比＝fy／f；8.8级和10.9级螺栓经热处理后的最低屈服强度0.8×830＝660N／mm20.9×1040＝940N／mm2。3.8高强螺栓连接构造计算高强螺栓连接性能3.8高强螺栓连接构造计算8.8级螺栓常用45号钢或35号钢；10.9级螺栓常用20MnTiB钢、40B(40硼)钢或

35VB(35钒硼)钢

而其螺母常用45号钢、35号钢或15MnVB(15锰钒硼)钢垫圈常用45号钢或35号钢；螺栓、螺母和垫圈制成品均经热处理以达到规定指标要求45号钢和40B钢制成的较大直径螺栓的热处理淬透性较差，只用在d≤24mm的螺栓。3.8高强螺栓连接构造计算螺栓孔：高强螺栓承压（标准孔）

高强螺栓摩擦型（标准孔、大圆孔、槽孔）3.8高强螺栓连接构造计算高强螺栓摩擦型连接盖板按大圆孔、槽孔制孔时，应增大垫圈厚度或采用连续型垫板

厚度为M24以下的螺栓，孔径不宜小于8mm

大于M24的螺栓，孔径不宜小于10mm

高强螺栓连接性能高强螺栓连接安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力使接触面间产生摩擦力，传递外力这种连接称为高强度螺栓摩擦型连接优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好3.8高强螺栓连接构造计算(1)摩擦型高强度螺栓连接：受剪时以外剪力达到扳件接触面间由螺栓拧紧力(使板件压紧)所提供的可能最大摩擦力为极限状态，保证外剪力不超过最大摩擦力。以剪力等于滑移力为承载极限状态。(2)承压型高强度螺栓连接：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。承压型以连接件发生滑移为正常使用极限状态3.8高强螺栓连接构造计算A.承受外拉力前，螺杆中有P，板层之间压力C，而P与C平衡B.外拉力Nt，螺杆拉力增加，板件拉松，C减少；C.计算表明，Nt为预拉力P的80%时，螺杆内拉力增加很少，基本不变；D.外加拉力大于螺杆预拉力，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，

发生松弛现象；E.外拉力小于预拉力的80%时，无松弛现象发生。高强度螺栓的抗拉性能直接承受动载结构，高强度螺栓连接受拉时疲劳强度较低，高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。3.8高强螺栓连接构造计算1.预拉力建立

（1）大六角头螺栓的预拉力：①力矩法②转角法

③扭掉螺栓梅花头

（2）扭剪型高强度螺栓2.预拉力值的确定P由下式计算：3.8高强螺栓连接构造计算扭矩扭矩系数设计预拉力3.8.1高强螺栓预拉力与抗滑移系数式中：Ae——高强螺栓有效面积；

fu——高强螺栓抗拉强度。A.螺栓同时受到拉应力和剪应力作用。考虑拧紧螺栓时扭矩对螺杆的不利影响系数，取1.2；B.施工时预拉力松驰，考虑超张拉系数0.9；C.考虑材质不定性系数0.9；D.用

fu而不是

fy作为标准值的系数0.9。3.8高强螺栓连接构造计算3.高强螺栓接触表面抗滑移系数接触面处理：喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或表面不作处理。

对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈

对于摩擦型连接，对摩擦面抗滑移系数有要求3.8高强螺栓连接构造计算1.摩擦型高强螺栓受剪承载力设计值

承受剪力时设计准则：外力不超过摩擦阻力2.

高强螺栓群摩擦型连接的受剪计算所需螺栓数目：按照规范规定，孔前传力占螺栓传力的50%，截面1-1处净截面传力为：螺栓群承受扭矩和剪力时，最大受剪螺栓剪力小于或等于其抗剪承载力设计值3.8高强螺栓连接构造计算3.8.2高强螺栓摩擦型连接计算摩擦阻力受力均匀系数（一般取0.8）孔型系数（标准孔1.0，大孔取0.85，槽孔0.6-0.7）

高强摩擦型螺栓孔前传力单个高强螺栓承载力设计值：（1）高强摩擦型螺栓群受拉轴心力作用下螺栓群受拉，所需螺栓数目为n=N/Ntb个（2）高强摩擦型螺栓群受弯高强摩擦型螺栓受弯时认为绕螺栓群形心转动3.8高强螺栓连接构造计算3.8.2高强螺栓摩擦型连接计算高强摩擦型螺栓群受力分析当螺栓所受外拉力时，虽然螺杆中的预拉力P基本不变，规范规定，承载力按下式：—某螺栓所承受的剪力和拉力设计值；

—一个受剪、受拉承载力设计值。

3.8高强螺栓连接构造计算同时受拉剪高强螺栓摩擦型连接受剪承载力设计值

承压承载力设计值

与普通螺栓连接相同；应采用承压型连接高强度螺栓的强度设计值。

螺纹处抗剪承载力应按螺纹处有效截面计算。3.8高强螺栓连接构造计算同时受拉剪高强螺栓承压型连接3.8.3高强螺栓承压型连接计算承压型连接高强度螺栓沿杆轴方向受拉时，规范给出了相应强度级别的螺栓抗拉强度设计值、抗拉承载力的计算公式与普通螺栓相同：3.8高强螺栓连接构造计算预防三向应力状态失效3.8高强螺栓连接构造计算3.8高强螺栓连接构造计算3.8高强螺栓连接构造计算3.8高强螺栓连接构造计算3.8高强螺栓连接构造计算3.8高强螺栓连接构造计算钢结构设计原理第4章轴心受力构件

第三章

强度轴心受力构件：当杆长区域无节间荷载时，则杆件内力只是承受轴向拉力或压力，这类杆件称为轴心受拉构件和轴心受压构件，统称轴心受力构件。轴心受力构件广泛地应用于承重钢结构，如屋架、托架、塔架、网架和网壳等各种类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统中。支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为柱，包括轴心受压柱。4.1概述第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.1概述

强度：决定构件截面的承载能力钢结构承载能力：截面承载能力（强度）

构件承载能力

结构承载能力强度问题（取决于材料强度，应力

性质及分布）第4章轴心受力构件

第三章

强度

截面承载能力：

构件承载能力：

结构承载能力：第4章轴心受力构件

第三章

强度

刚度：决定结构的稳定能力构件整体稳定构件局部稳定稳定问题（取决于构件整体刚度）4.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.1概述第4章轴心受力构件

第三章

强度

轴力构件强度和截面选择:应用：主要承重结构如：1、平面桁架、空间桁架和网架2、工业建筑的平台3、其他结构的支柱第4章轴心受力构件

第三章

强度

轴力构件强度和截面选择:轴力构件截面形式

（实腹式）

热轧型钢截面第4章轴心受力构件

第三章

强度

轴力构件强度和截面选择:轴力构件截面形式（实腹式）

冷弯薄壁型钢截面第4章轴心受力构件

第三章

强度

轴力构件强度和截面选择:轴力构件截面形式

型钢及组合截面格构式实腹式第4章轴心受力构件

第三章

强度

轴力构件强度和截面选择:轴力构件截面形式对截面形式的要求能提供强度所需要的截面积制作简便便于和相邻的构件连接截面开展而壁厚较薄第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.2轴心受力构件的强度和刚度计算轴心受力构件的强度承载力是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为极限。轴心受力构件的强度计算式如下：

钢材的抗拉强度设计值

（屈服强度/材料分项系数）净截面面积拉/压力设计值第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.2轴心受力构件的强度和刚度计算普通螺栓连接An的确定：（1）若普通螺栓(或铆钉)为并列布置，如图(a)所示，An

按最危险的Ⅰ-Ⅰ截面计算。（2）若普通螺栓错列布置，如图(b)、(c)所示，构件既可能沿截面Ⅰ-Ⅰ破坏，也可能沿齿状截面Ⅱ-Ⅱ破坏。截面Ⅱ-Ⅱ的路径长度较大但孔洞削弱的长度也较大，其净截面面积不一定比截面Ⅰ-Ⅰ的大。所以An应通过计算比较确定，即取Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ两者较小者。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.2轴心受力构件的强度和刚度计算高强度螺栓摩擦型连接轴力N'的确定：杆端采用高强螺栓摩擦型连接，应考虑孔轴线前摩擦面传递部分力第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.2轴心受力构件的强度和刚度计算高强度螺栓摩擦型连接轴力N'的确定：验算最外排螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算：高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式(4-3)验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.2轴心受力构件的强度和刚度计算为满足结构正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件不产生过度的变形。即要求轴心受力构件的长细比不超过规范规定的容许长细比：回转半径构件的最大长细比构件的容许长细比构件的计算长度第4章轴心受力构件

第三章

强度第4章轴心受力构件

第三章

强度第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件的整体稳定临界应力和许多因素有关，一般确定方法有下列四种：1.屈曲准则；（屈曲形式：①弯曲屈曲，②扭转屈曲，③弯扭屈曲）2.边缘屈服准则；3.最大强度准则；4.经验公式。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算1.

轴心受压柱的实际承载力实际轴心受压柱不可避免地存在几何缺陷和残余应力，同时柱的材料还可能不均匀。轴心受压柱的实际承载力取决于柱的长度和初弯曲，柱的截面形状和尺寸以及残余应力的分布与峰值。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算轴心受压构件毛截面上的平均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：《钢结构设计标准》（GB50017-2017）对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列公式：式中

——轴心受压构件的整体稳定系数。整体稳定系数

值可以拟合成柏利(Perry)公式(4-7)的形式来表示，即：

0的取值为：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算长细比的确定：对于单轴对称截面，按下列换算长细比代替

：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算回转半径计算长度对于单角钢截面和双角钢组合T形截面：①等边单角钢截面：式中，b、t——角钢肢宽度和厚度。②等边双角钢截面：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算③长肢相并的不等边双角钢截面：④短肢相并的不等边双角钢截面：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件整体稳定性的计算下图为一工字形截面轴心受压构件发生局部失稳时的变形形态，其中，图(a)表示腹板失稳情况，图(b)表示翼缘失稳情况。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件局部稳定性的计算在单向压应力作用下，板件的临界应力可用下式表达：

——板边缘的弹性约束系数；

——屈曲系数；

——弹性模量折减系数，根据轴心受压构件局部稳定的试验资料，可取为：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件局部稳定性的计算局部稳定验算考虑等稳定性，保证板件的局部失稳临界应力(式4-20)不小于构件整体稳定的临界应力

即：第4章轴心受力构件

第三章

强度4.2.3轴心受压构件的稳定

轴心受压构件局部稳定性的计算第4章轴心受力构件

第三章

强度4.3实腹式轴心受压柱的设计4.3.1截面形式型钢组合截面第4章轴心受力构件

第三章

强度4.3实腹式轴心受压柱的设计

4.3.2截面设计：选择截面原则用料经济构造简单制造省工方便运输较大回转半径截面——承载力高

（宽而薄的截面）两个方向稳定系数相近——稳定性好回转半径第4章轴心受力构件

第三章

强度4.3实腹式轴心受压柱的设计

4.3.2截面设计：1.假定柱的长细比λ，求出需要的截面积A。2.求两个主轴所需要的回转半径。3.根据回转半径确定所需截面的高度h和宽度b。4.确实截面尺寸。5.构件强度、稳定和刚度验算。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.3实腹式轴心受压柱的设计

4.3.2截面设计：构件强度、稳定和刚度验算：1）当截面有削弱时，需进行强度验算。式中，An——构件的净截面面积；——强度折减系数。2）整体稳定验算。3）局部稳定验算。对于热轧型钢截面，板件的宽厚比较小，一般能满足要求，可不验算。对于组合截面，则应根据规定对板件的宽厚比进行验算。4）刚度验算。轴心受压实腹柱的长细比应符合规范所规定的容许长细比要求。第4章轴心受力构件

第三章

强度4.3实腹式轴心受压柱的设计

当实腹柱腹板的高厚比

h0/tw＞80

时，为防止腹板在施工和运输过程中发生变形、提高柱的抗扭刚度，应设置横向加劲肋。横向加劲肋的间距不得大于3h0

，其截面尺寸要求为双侧加劲肋的外伸宽度

bs应不小于(h0/30+40)mm，厚度

ts

应大于外伸宽度的1/15。轴心受压实腹柱的纵向焊缝(翼缘与腹板的连接焊缝)受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊缝尺寸，焊缝强度指标见附录1-44.3.3构造要求第4章轴心受力构件

第三章

强度第4章轴心受力构件

第三章

强度第4章轴心受力构件

第三章

强度2.热轧H型钢第4章轴心受力构件

第三章

强度3.焊接工字型钢第4章轴心受力构件

第三章

强度3.焊接工字型钢第4章轴心受力构件

第三章

强度4.4格构式轴心受压构件（柱）4.4.1截面形式格构式轴心压杆的组成在构件的截面上与肢件的腹板相交的轴线称为实轴，如图中前三个截面的y轴，与缀材平面相垂直的轴线称为虚轴，与支件腹板相交轴为实轴第4章轴心受力构件

第三章

强度4.4格构式轴心受压构件（柱）4.4.1截面形式肢件缀材第4章轴心受力构件

第三章

强度第4章轴心受力构件

第三章

强度4.4.2格构柱绕虚轴的换算长细比剪切变形对虚轴稳定性的影响：剪切变形对虚轴稳定影响不可忽略的原因VXVy虚轴方向剪力只能由缀条及缀板承担解决办法：以换算长细比替代实轴长细比换算长细比：反应构件弯曲刚度的弱化第4章轴心受力构件

第三章

强度4.4.2格构柱绕虚轴的换算长细比剪切变形对虚轴稳定性的影响：换算长细比：反应构件弯曲刚度的弱化双肢格构式构件对虚轴的换算长细比的计算公式：缀条构件缀板构件

x

整个构件对虚轴的长细比；

A

整个构件的横截面的毛面积；

A1x

构件截面中垂直于x轴各斜缀条的毛截面面积之和；

1

单肢对平行于虚轴的形心轴的长细比。第4章轴心受力构件

第三章

强度杆件的截面选择对实轴的稳定和实腹式压杆计算，即可确定肢件截面的尺寸。肢件之间的距离是根据对实轴和虚轴的等稳定条件

0x=

y确定的。可得：或4.4.2格构柱绕虚轴的换算长细比第4章轴心受力构件

第三章

强度

算出需要的

x和ix=l0x／

x以后，可以利用附表14中截面回转半径与轮廓尺寸的近似关系确定单肢之间的距离。缀条式压杆：要预先给定缀条的截面尺寸，且单肢的长细比应不超过杆件最大长细比的0.7倍。（保证分支稳定）缀板式压杆：要预先假定单肢的长细比

1

，且单肢的长细比

1不应大于40εk，且不大于杆件最大长细比的0.5倍(当

max<50时取

max=50)。4.4.2格构柱绕虚轴的换算长细比第4章轴心受力构件

第三章

强度格构式压杆的剪力规范在规定剪力时，以压杆弯曲至中央截面边缘纤维屈服为条件，导出最大剪力V和轴线压力N之间的关系，简化为：设计缀材及其连接时认为剪力沿杆全长不变化。4.4.2格构柱绕虚轴的换算长细比第4章轴心受力构件

第三章

强度缀材设计对于缀条柱，将缀条看作平行弦桁架的腹杆进行计算。缀条的内力Nt为:

Vb

分配