《建 筑 结 构（第2版）》-11

第一节钢结构概述一、钢结构的类型钢结构是各类工程结构中应用比较广泛的一种建筑结构，按照使用功能及结构组成方式的不同，主要分为厂房类钢结构、桥梁类钢结构、海上采油平台钢结构及卫星发射钢塔架等，常见的为厂房类钢结构和桥梁类钢结构。１．厂房类钢结构厂房类钢结构是指主要的承重构件是由钢材组成的厂房结构，如钢柱子、钢结构基础、钢梁、钢屋架及钢屋盖等。厂房类钢结构主要包括轻型钢结构和重型钢结构。２．桥梁类钢结构桥梁类钢结构在公路、铁路领域有极广泛的应用，如板梁桥、桁架桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等。下一页返回第一节钢结构概述二、钢结构的特点（１）钢材的重量较轻，抗拉、抗压及抗剪强度相对较高，适用于跨度大、高度大、承载大的结构，也适用于抗地震、可移动、易装拆的结构。（２）钢材的塑性和韧性较高，可靠性好，不会因偶然超载或局部超载而发生断裂。（３）钢结构的密封性好，适宜气密性及水密性要求较高的高压容器、大型油库、输送管道等的建造。（４）钢结构制作简便，施工工期短，可降低投资成本。（５）钢结构面积小，则相应建筑物的使用面积大，增加了建筑物的使用价值和经济效益。（６）钢结构耐腐蚀性差，应采取防护措施。钢材在潮湿的环境中易腐蚀，需进行防腐处理，并要经常进行维护，所以会增加投资成本。上一页下一页返回第一节钢结构概述（７）钢结构耐火性差。钢材耐热而不耐火，随着温度的升高，钢结构的强度会降低，故应在钢结构表面喷涂防火材料。三、钢结构的应用范围钢结构应用范围广泛，应根据钢结构的特点并结合我国国情进行合理的选择。钢结构的应用范围主要包括以下几个方面：（１）重型钢结构。近年来，随着网架结构的应用，许多工业车间都采用了钢结构，如冶金厂房的平炉车间、转炉车间、混铁炉车间、初轧车间，重型机械厂的铸钢车间、水压机车间、锻压车间等。（２）轻型钢结构。轻型钢结构是一种新型钢结构体系，广泛应用于中小型房屋建筑、体育场看台雨篷、小型仓库等建筑结构中。上一页下一页返回第一节钢结构概述（３）大跨度钢结构。钢结构被广泛应用于飞机装配车间、飞机库、大会堂、体育馆、展览馆等大跨度结构中，其结构体系可为网架、悬索、拱架及框架等。（４）高耸钢结构。大多数高耸结构（如电视塔、通信塔、石油化工塔、火箭发射塔、钻井塔、输电线路塔、大气监测塔、旅游望塔等）均采用钢结构。（５）建筑钢结构。旅馆、饭店、办公大楼等高层建筑采用钢结构的情况越来越多，一些小高层建筑（１２～１６层）、多层建筑（６～８层）也有采用钢结构的趋势。（６）桥梁钢结构。桥梁钢结构的应用越来越多，特别是用于中等跨度和大跨度的斜拉桥。上一页下一页返回第一节钢结构概述（７）板壳钢结构。钢结构在对密闭性要求较高的容器（如大型储油库、煤气库、炉壳等）及能承受很大内力的板壳结构中都有广泛的应用。（８）移动钢结构。由于钢结构具有强度高、相对较轻的特点，在装配式房屋、水工闸门、升船机、桥式起重机及各种塔式起重机、龙门起重机、缆索起重机等移动结构中的应用也越来越多。（９）其他构筑物。钢结构还可应用于一些其他的构筑物，如栈桥、管道支架、井架和海上采油平台等。上一页返回第二节钢结构的材料一、钢材的主要性能（一）钢材的力学性能１．屈服强度钢材在单向均匀拉力作用下，根据应力应变（σ

ε）曲线图（图１１-１），可分为弹性、弹塑性、屈服、强化四个阶段。钢结构强度校核时根据荷载算得的应力小于材料的容许应力［σｓ］时，结构是安全的。容许应力［σｓ］可用下式计算：式中σｓ———材料屈服强度；K———安全系数。屈服强度是强度计算和确定结构尺寸的最基本参数。下一页返回第二节钢结构的材料２．抗拉强度钢材的抗拉强度表示能承受的最大拉应力值。在建筑钢结构中，以规定抗拉强度的上、下限作为控制钢材冶金质量的一个手段。（１）如抗拉强度太低，意味着钢的生产工艺不正常，冶金质量不良（钢中气体、非金属夹杂物过多等）；抗拉强度过高，则反映轧钢工艺不当，终轧温度太低，使钢材过分硬化，从而引起钢材塑性、韧性的下降。（２）规定了钢材强度的上、下限就可以使钢材与钢材之间、钢材与焊缝之间的强度较为接近，使结构具有等强度的要求，避免因材料强度不均而产生过度的应力集中。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（３）控制抗拉强度范围还可以避免因钢材的强度过高而给冷加工和焊接带来困难。由于钢材应力超过屈服强度后会出现较大的残余变形，结构不能正常使用，因此钢结构设计以屈服强度作为承载力极限状态的标志值，相应地在一定程度上抗拉强度即作为强度储备。其储备率可用抗拉强度与屈服强度的比值强屈比（fｕ／fｙ）表示，强屈比越大则强度储备越大。所以钢材除要符合屈服强度外，尚应符合抗拉强度的要求。３．断后伸长率断后伸长率是钢材加工工艺性能的重要指标，并显示钢材冶金质量的好坏。上一页下一页返回第二节钢结构的材料断后伸长率是衡量钢材塑性及延性性能的指标。断后伸长率越大，表示塑性及延性性能越好，钢材断裂前永久塑性变形和吸收能量的能力越强。对建筑结构钢的断后伸长率要求应在１６％～２３％之间。钢的断后伸长率太低，可能是钢的冶金质量不好所致；断后伸长率太高，则可能引起钢的强度、韧性等其他性能的下降。随着钢的屈服强度等级的提高，断后伸长率指标可以有少许降低。４．耐疲劳性钢筋混凝土构件在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于屈服点时发生突然的脆性断裂，这种现象叫作疲劳破坏。上一页下一页返回第二节钢结构的材料５．冲击韧性钢材的冲击韧性是衡量钢材断裂时做功的指标，以及在低温、应力集中、冲击荷载等作用下，衡量钢材抵抗脆性断裂的能力。钢材中非金属夹杂物、脱氧不良等都将影响其冲击韧性。为了保证钢结构建筑物的安全，防止低应力脆性断裂，建筑结构钢还必须具有良好的韧性。目前关于钢材脆性破坏的试验方法较多，冲击试验是最简便的检验钢材缺口韧性的试验方法，也是建筑结构钢的验收试验项目之一。钢材的冲击试验采用Ｖ形缺口的标准试件，如图１１-２所示。冲击韧性指标用冲击荷载使试件断裂时所吸收的冲击功AＫＶ表示，单位为Ｊ。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（二）钢材的工艺性能１．冷弯性能钢材的冷弯性能是指钢材在常温下能承受弯曲而不破裂的能力。钢材的弯曲程度常用弯心直径或弯曲角度与材料厚度的比值表示，该比值越小，钢材的冷弯性能越好。冷弯试验是测定钢材冷弯性能的重要手段。它以试件在规定的弯心直径下弯曲到一定角度不出现裂纹、裂断或分层等缺陷为合格标准。在试验钢材冷弯性能的同时，也可以检验钢的冶金质量。在冷弯试验中，钢材开始出现裂纹时的弯曲角度及裂纹的扩展情况显示了钢的抗裂能力，在一定程度上反映出钢的韧性。上一页下一页返回第二节钢结构的材料２．焊接性能钢材的焊接性能是指钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力。焊接性能好的钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力强，可用常用的焊接工艺和焊接方法进行焊接。焊接性能差的钢材焊接时，应注意焊后可能出现的变形、开裂等现象。二、钢材的品种及规格（一）钢板与钢带一般情况下，钢板是指一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。钢带一般是指长度很长，可成卷供应的钢板。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（１）根据钢板的薄厚程度，钢板大致可分为薄钢板（厚度≤４ｍｍ）和厚钢板（厚度＞４ｍｍ）两种。在实际工作中，常将厚度在４～２０ｍｍ之间的钢板称为中板；将厚度在２０～６０ｍｍ之间的钢板称为厚板；将厚度在６０ｍｍ以上的钢板称为特厚板，也统称为中厚钢板。成张钢板的规格以厚度×宽度×长度的毫米数表示。（２）钢带也可分为两种，当宽度≥６００ｍｍ时，为宽钢带；当宽度＜６００ｍｍ时，则称为窄钢带。钢带的规格以厚度×宽度的毫米数表示。（二）型钢１．型钢的种类（１）按材质的不同，型钢可分为普通型钢和优质型钢。１）普通型钢是由碳素结构钢和低合金高强度结构钢制成的型钢，主要用于建筑结构和工程结构。上一页下一页返回第二节钢结构的材料２）优质型钢也称优质型材，是由优质钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、易切削结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢等制成的型钢，主要用于各种机器结构、工具及有特殊性能要求的结构。（２）按生产方法的不同，型钢分为热轧（锻）型钢、冷弯型钢、冷拉型钢、挤压型钢和焊接型钢。１）用热轧方法生产型钢，具有生产规模大、效率高、能耗少和成本低等优点，是型钢生产的主要方法。２）用焊接方法生产型钢，是将矫直后的钢板或钢带剪裁、组合并焊接成型，不但节约金属，而且可生产特大尺寸的型材，生产工字钢材的最大尺寸目前已达到２０００ｍｍ×５０８ｍｍ×７６ｍｍ。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（３）按截面形状的不同，型钢分为圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢、不等边角钢、工字钢、槽钢和异型钢等。１）圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢及不等边角钢等的截面没有明显的凸凹分支部分，也称简单截面型钢或棒钢。在简单截面型钢中，优质钢与特殊性能钢占有相当大的比重。２）工字钢、槽钢和异型钢的截面有明显的凸凹分支部分，成型比较困难，也称复杂截面型钢，即通常意义上的型钢。异型钢通常是指有专门用途的截面形状比较复杂的型钢，如窗框钢、汽车车轮轮辋钢、履带板型钢及周期截面型钢等。周期截面型钢是指其截面形状沿长度方向呈周期性变化的型钢，如周期犁铧钢、纹杆钢等。上一页下一页返回第二节钢结构的材料２．型钢的规格（１）角钢的规格。１）常用热轧角钢有等边角钢和不等边角钢两种，如图１１-３所示，其长度一般为３～１９ｍ。２）热轧等边角钢的型号用符号“”和肢宽×肢厚（ｍｍ×ｍｍ）表示，如１００ｍｍ×１０ｍｍ为肢宽１００ｍｍ、肢厚１０ｍｍ的等边角钢。热轧等边角钢的边宽（b）、边厚（t）的尺寸允许偏差见表１１-１。３）热轧不等边角钢的型号用符号“”和长肢宽×短肢宽×肢厚的毫米数表示，如１００ｍｍ×８０ｍｍ×８ｍｍ为长肢宽１００ｍｍ、短肢宽８０ｍｍ、肢厚８ｍｍ的不等边角钢。热轧不等边角钢边宽（B、b）、边厚（t）的尺寸允许偏差见表１１-２。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（２）工字钢的规格。１）工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分，分别用符号“Ｉ”和“ＱＩ”及号数表示，号数代表截面高度的毫米数。①Ｉ２０和Ｉ３２以上的普通工字钢，同一号数中又分ａ、ｂ和ｂ、ｃ类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增２ｍｍ。如Ｉ３６ａ表示截面高度为３６０ｍｍ、腹板厚度为ａ类的普通工字钢。工字钢宜尽量选用腹板厚度最薄的ａ类，因其线密度低，而截面惯性矩相对较大②轻型工字钢的翼缘比普通工字钢的翼缘宽而薄，故回转半径相对较大，可节省钢材。工字钢由于宽度方向的惯性矩和回转半径比高度方向小得多，因而在应用上有一定的局限性，一般宜用于单向受弯构件２）工字钢通常长度见表１１-３。每米弯曲度不大于２ｍｍ，总弯曲度不大于总长度的０．２％，并不得有明显的扭曲。上一页下一页返回第二节钢结构的材料３）热轧工字钢截面尺寸的允许偏差应符合下列规定：①工字钢的高度（h）、腿宽度（b）、腰厚度（d）的尺寸允许偏差应符合表１１-４的规定②工字钢平均腿厚度的允许偏差为±０．０６t（t为工字钢脚厚度）。③工字钢的弯腰挠度不应超过０．１５d。④工字钢的外缘斜度单腿不大于１．５％b，双腿不大于２．５％b⑤相对于垂直轴的腿的不对称度，不得超过腿宽公差之半（或根据双方协议）。４）热轧工字钢定尺、倍尺长度及允许偏差见表１１-５。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（３）槽钢的规格。１）槽钢分普通槽钢和轻型槽钢两种，型号用符号“”和“Ｑ”及号数表示，号数也代表截面高度的毫米数。１４和２５号以上的普通槽钢同一号数中又分ａ、ｂ和ａ、ｂ、ｃ类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增２ｍｍ。如３６ａ表示截面高度为３６０ｍｍ、腹板厚度为ａ类的普通槽钢。同样，轻型槽钢的翼缘相对于普通槽钢的翼缘宽而薄，故较经济。２）槽钢截面的高度（h）、边宽（b）、腹板厚（tｗ）的尺寸允许偏差见表１１-６。（４）Ｈ型钢的规格。轧制Ｈ型钢的钢号可分为低碳结构钢Ｑ２３５钢、低合金钢Ｑ３４５钢和Ｑ３９０钢，并可指定其质量等级。Ｈ型钢按其截面规格可分为以下系列：上一页下一页返回第二节钢结构的材料１）宽翼缘（ＨＷ）。这一系列常用作柱及支撑，其翼缘较宽，截面宽高比为１∶１。弱轴的回转半径相对较大，具有良好的受压承载力。截面规格为１００ｍｍ×１００ｍｍ～４００ｍｍ×４００ｍｍ。２）中翼缘（ＨＭ）。这一系列可用作柱和梁，其翼缘宽度比宽翼缘（ＨＷ）窄一些，截面宽高比为１∶１．３～１∶２，截面规格为１５０ｍｍ×１００ｍｍ～６００ｍｍ×３００ｍｍ。３）窄翼缘（ＨＮ）。这一系列常用作梁，其翼缘较窄，也称梁型Ｈ型钢，截面宽高比为１∶２～１∶３，有良好的受弯承载力，截面高度为１００～９００ｍｍ。４）桩用Ｈ型钢（ＨＰ）。这一系列常用作钢桩，其宽高比为１∶１，截面规格为２００ｍｍ×２００ｍｍ～５００ｍｍ×５００ｍｍ，且大多数这类Ｈ型钢的翼缘厚度同腹板。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（三）钢管钢管是一种具有中空截面的长条形管状钢材。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯、抗扭强度相同时重量较轻，是一种经济截面钢材，故广泛用于制造结构件和各种机械零件。钢管按照横截面形状的不同，可分为圆管和异形管。（四）钢筋１．钢筋的种类（１）按化学成分分类，钢筋可分为碳素钢钢筋和普通低合金钢钢筋两种。上一页下一页返回第二节钢结构的材料１）碳素钢钢筋。碳素钢钢筋是由碳素钢轧制而成的钢筋。碳素钢钢筋按含碳量多少又分为低碳钢钢筋（Wｃ＜０．２５％）、中碳钢钢筋（Wｃ＝０．２５％～０．６０％）、高碳钢钢筋（Wｃ＞０．６０％）。含碳量越高，强度及硬度也越高，但塑性、韧性、冷弯及焊接性等均越低。２）普通低合金钢钢筋。普通低合金钢钢筋是在低碳钢和中碳钢的成分中加入少量元素（硅、锰、钛、稀土等）制成的钢筋。普通低合金钢钢筋的主要优点是强度高，综合性能好，用钢量比碳素钢钢筋少２０％左右。常用的有２４ＭｎＳｉ、２５ＭｎＳｉ、４０ＭｎＳｉＶ等品种。上一页下一页返回第二节钢结构的材料（２）按生产工艺分类，钢筋可分为热轧钢筋、余热处理钢筋、冷拉钢筋、冷拔钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋等。１）热轧钢筋是用加热钢坯轧成的条形钢筋，由轧钢厂经过热轧成材供应，钢筋直径一般为５～５０ｍｍ，分直条和盘条两种。２）余热处理钢筋又称调质钢筋，是经热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。其外形为有肋的月牙肋。３）冷加工钢筋有冷拉钢筋和冷拔钢丝两种。冷拉钢筋是将热轧钢筋在常温下进行强力拉伸使其强度提高的一种钢筋。钢丝有低碳钢丝和碳素钢丝两种。冷拔低碳钢丝由直径６～８ｍｍ的普通热轧圆盘条经多次冷拔而成，分甲、乙两个等级。上一页下一页返回第二节钢结构的材料４）碳素钢丝是由优质高碳钢盘条经淬火、酸洗、拔制、回火等工艺而制成的，按生产工艺可分为冷拉及矫直回火两个品种。５）刻痕钢丝是把热轧大直径高碳钢加热，并经铅浴淬火，然后冷拔多次，钢丝表面再经过刻痕处理而制得的钢丝。６）钢绞线是把光圆碳素钢丝在绞线机上进行捻合而成的。２．钢筋的规格（１）冷轧钢筋。１）冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋成品公称直径范围为４～１２ｍｍ，其外形尺寸、质量和允许偏差、力学性能和工艺性能应符合表１１-７和表１１-８的规定上一页下一页返回第二节钢结构的材料２）冷轧扭钢筋。冷轧扭钢筋是由普通低碳钢热轧盘圆钢筋经冷轧扭工艺制成的钢筋。其表面形状为连续的螺旋形，故它与混凝土的粘结性能很强，同时具有较高的强度和足够的塑性。如用它代替ＨＰＢ３００级钢筋，可节约钢材３０％左右，降低工程成本。冷轧扭钢筋的规格及截面参数见表１１-９。（２）热轧钢筋。１）低碳钢热轧圆盘条。①盘条的公称直径为５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、６．５ｍｍ、７．０ｍｍ、８．０ｍｍ、９．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１１．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１３．０ｍｍ、１４．０ｍｍ。根据供需双方的协议也可生产其他尺寸的盘条。上一页下一页返回第二节钢结构的材料②盘条的直径允许偏差不大于±０．４５ｍｍ，不圆度（同一横截面上最大直径与最小直径的差值）不大于０．４５ｍｍ。２）热轧光圆钢筋。钢筋的公称直径范围为６～２２ｍｍ，推荐的钢筋公称直径为６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、２０ｍｍ。３）热轧带肋钢筋。热轧带肋钢筋的公称直径范围为６～５０ｍｍ，推荐的钢筋公称直径为６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３２ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ。上一页返回第三节钢结构的连接一、钢结构的连接方法钢结构的连接方法主要有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。目前，焊接连接被广泛应用，铆钉连接已基本不采用。１．焊接连接焊接连接是通过电弧产生热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成一体。其优点是任何形式的构件一般都可直接相连，不会削弱构件截面，且用料经济，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性能好，可采用全自动或半自动作业，提高生产效率。其缺点是焊缝附近的钢材在高温作用下形成热影响区，使其金相组织和力学性能都发生变化，导致材质局部变脆；焊接过程中钢材由于受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，也使钢材的承载力、刚度和使用性能受到影响。下一页返回第三节钢结构的连接焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等方法。在电弧焊中又分为手工焊、自动焊和半自动焊三种。目前，钢结构中较常用的焊接方法是手工电弧焊。２．螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。螺栓连接的优点是施工工艺简单，安装方便，适用于工地安装连接，能更好地保证工程进度和质量。其缺点是因开孔对构件截面会产生一定的削弱，且被连接的构件需要相互搭接或另加拼接板、角钢等连接件，因而相对耗材较多，构造比较复杂。上一页下一页返回第三节钢结构的连接３．铆钉连接铆钉是由顶锻性能好的铆钉钢制成的。进行铆钉连接时，先在被连接的构件上制成比钉径大１．０～１．５ｍｍ的孔，然后将一端有半圆钉头的铆钉加热，直到铆钉呈樱桃红色时将其塞入孔内，再用铆钉枪或铆钉机进行铆合，使铆钉填满钉孔，并打成另一铆钉头。铆钉在铆合后冷却收缩，对被连接的板束产生夹紧力，这有利于传力。铆钉连接的韧性和塑性都比较好，但比较费工且耗材较多，目前只用于承受较大动力荷载的大跨度钢结构，在工厂几乎已被焊接连接所代替，在工地几乎已被高强度螺栓连接所代替。上一页下一页返回第三节钢结构的连接二、焊接连接的构造与计算（一）对接焊缝的构造与计算１．对接焊缝的构造在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差４ｍｍ以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于１∶２．５的斜角（图１１-４）；当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度相关要求取用。对于较厚的焊件（t≥２０ｍｍ，t为钢板厚度），应采用Ｖ形缝、Ｕ形缝、Ｋ形缝、Ｘ形缝。其中，Ｖ形缝和Ｕ形缝为单面施焊，但在焊缝根部还需补焊。对于没有条件补焊时，要事先在根部加垫板（图１１-５）。当焊件可随意翻转施焊时，使用Ｋ形缝和Ｘ形缝较好。上一页下一页返回第三节钢结构的连接在钢板厚度或宽度有变化的焊接中，为了使构件传力均匀，应在板的一侧或两侧做成坡度不大于１∶４的斜角，形成平缓的过渡（图１１-６）。当采用部分焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其计算厚度hｅ不得小于１．５（t为较大的焊件厚度）。在直接承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝。钢板拼接采用对接焊缝时，纵、横两个方向的对接焊缝可采用十字形交叉或Ｔ形交叉。当为Ｔ形交叉时，交叉点的间距不得小于２００ｍｍ，如图１１-７所示。上一页下一页返回第三节钢结构的连接２．对接焊缝的计算对接焊缝中的应力分布情况与焊件原来的情况基本相同。下面根据焊缝受力情况分述焊缝的计算公式。（１）轴心力作用下的对接焊缝计算。在对接接头和Ｔ形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其强度应按下式计算：式中N———轴心拉力或轴心压力；lｗ———焊缝长度；上一页下一页返回第三节钢结构的连接l———在对接接头中为连接件的较小厚度，在Ｔ形接头中为腹板的———对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。当对接焊缝和对接与角接组合焊缝无法采用引弧板或引出板施焊时，每条焊缝在长度计算时应各减去２t。（二）角焊缝的构造与计算１．角焊缝的构造角焊缝主要用于两个不在同一平面的焊件连接。角焊缝通常有三种主要截面形式，即普通式焊缝、平坡式焊缝和凹面式焊缝。（１）一般规定。钢结构角焊缝的构造应符合下列规定：上一页下一页返回第三节钢结构的连接１）在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为１∶１．５（长边顺内力方向）；对侧面角焊缝可为１∶１。２）在次要构件或次要焊缝连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝焊段的长度不得小于１０hｆ或５０ｍｍ，其净距不应大于１５t（对受压构件）或３０t（对受拉构件）（t为较薄焊件的厚度）。３）当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离；同时，两侧面角焊缝之间的距离不宜大于１６t（当t＞１２ｍｍ时）或１９０ｍｍ（当t≤１２ｍｍ时）４）当角焊缝的端部在构件转角处做长度为２hｆ的绕角焊时，转角处必须连续施焊。上一页下一页返回第三节钢结构的连接５）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。（２）尺寸要求。钢构件角焊缝的构造尺寸应符合下列规定：１）角焊缝的焊脚尺寸hｆ不得小于１．５［t为较厚焊件厚度（当采用低氢型碱性焊条施焊时，t可采用较薄焊件的厚度）］。但对埋弧自动焊，最小焊脚尺寸可减小１ｍｍ；对Ｔ形连接的单面角焊缝，应增加１ｍｍ。当焊件厚度小于或等于４ｍｍ时，最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。２）角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的１．２倍（钢管结构除外），但板件（厚度为t）边缘的角焊缝最大焊脚尺寸尚应符合下列要求：当t≤６ｍｍ时，hｆ≤t；当t＞６ｍｍ时，hｆ≤t－（１～２）ｍｍ。上一页下一页返回第三节钢结构的连接圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸不宜大于圆孔直径或槽孔短径的１／３。３）角焊缝的两焊脚尺寸一般相等。当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合最大（最小）焊脚尺寸要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合最小焊脚尺寸要求，与较厚焊件接触的焊脚边应符合最大焊脚尺寸要求。４）侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于８hｆ和４０ｍｍ５）侧面角焊缝的计算长度不宜大于６０hｆ，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布，其计算长度不受此限。（３）单面角焊缝的构造要求。为减少腹板因焊接产生变形并提高工效，当Ｔ形接头的腹板厚度不大于８ｍｍ且不要求全熔透时，可采用单面角焊缝（图１１-１１）。单面角焊缝应符合下列规定：上一页下一页返回第三节钢结构的连接１）单面角焊缝适用于仅承受剪力的焊缝；２）单面角焊缝仅可用于承受静态荷载和间接动态荷载的、非露天和不接触强腐蚀性介质的结构构件；３）焊脚尺寸及最小根部熔深应符合表１１-１０的要求；４）经工艺评定合格的焊接参数、方法不得变更；５）柱与底板的连接、柱与牛腿的连接、梁端板的连接、起重机梁及支承局部悬挂荷载的吊架等，除非设计有专门规定，不得采用单面角焊缝。２．角焊缝的计算（１）在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）上一页下一页返回第三节钢结构的连接侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）：（２）在各种力的综合作用下，σｆ和τｆ共同作用处：上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中σｆ———按焊缝有效截面（hｅlｗ）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；τｆ———按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；hｅ———角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于０．７hｆ（hｆ为焊脚尺寸）；lｗ———角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去２hｆ；

———角焊缝的强度设计值；βｆ———正面角焊缝的强度设计值增大系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，βｆ＝１．２２；对直接承受动力荷载的结构，βｆ＝１．０；被连接板件的最小厚度不大于４ｍｍ时，取βｆ＝１．０。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（３）斜角角焊缝（６０°≤α≤１３５°的Ｔ形接头）的强度应按式（１１８）～式（１１-１０）计算，但取βｆ＝１．０，计算厚度ccccc（根部间隙犫、犫１或犫２≤１．５ｍｍ）或（A、b１或b２＞１．５ｍｍ，但≤５ｍｍ）。（４）部分焊透的对接焊缝和Ｔ形对接与角接组合焊缝强度，应按式（１１８）～式（１１１０）计算；在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，βｆ取１．２２；其他受力情况βｆ取１．０。其计算厚度应采用：上一页下一页返回第三节钢结构的连接度应采用：１）Ｖ形坡口：当α≥６０°时，hｅ＝s；α＜６０°时，hｅ＝０．７５s。２）单边Ｖ形和Ｋ形坡口：当α＝４５°±５°时，hｅ＝x－３。３）Ｕ形、Ｊ形坡口：hｅ＝s。式中，狊为坡口深度，即根部至焊缝表面（不考虑余高）的最短距离（ｍｍ）；α为Ｖ形、单边Ｖ形或Ｋ形坡口角度。当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离狊时，抗剪强度设计值应按角焊缝的强度设计值乘以０．９。（５）角钢与钢板、圆钢与钢板、圆钢与圆钢之间的角焊缝连接计算１）角钢与钢板连接的角焊缝，应按表１0-１１所列公式计算。上一页下一页返回第三节钢结构的连接２）圆钢与钢板（或型钢的平板部分）、圆钢与圆钢之间的连接焊缝主要用于圆钢、小角钢的轻型钢结构中。应按下式计算抗剪强度：式中———角焊缝的强度设计值；hｅ———焊缝的计算厚度，对圆钢与钢板（或型钢的平板部分）的连接，hｅ＝０．７hｆ；对圆钢与圆钢的连接，hｅ应按下式计算：d１———大圆钢直径；d２———小圆钢直径；a———焊缝表面至两个圆钢公切线的距离。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（三）焊接应力与焊接变形焊接是一种局部加热的工艺过程。焊接过程中及焊接后，被焊构件内将不可避免地产生焊接应力和焊接变形。１．焊接应力在钢结构焊接时，产生的应力主要有以下三种：（１）热应力（或称温度应力）。这是在不均匀加热和冷却过程中产生的。它与加热的温度及其不均匀程度、材料的热物理性能以及构件本身的刚度有关。（２）组织应力（或称相变应力）。这是在金属相变时由于体积的变化而引起的应力。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（３）外约束应力。这是由于结构自身的约束条件所造成的应力，包括结构形式、焊缝的布置、施焊顺序、构件的自重、冷却过程中其他受热部位的收缩，以及夹持部件的松紧程度，都会使焊接接头承受不同的应力。通常将（１）和（２）两种应力称为内约束应力，根据焊接的先后将焊接过程中焊件内产生的应力称为瞬时应力；焊接后在焊件中留存下来的应力称为残余应力。同理，残留下来的变形就称为残余变形。２．焊接变形（１）焊接变形的分类。在焊接过程中，钢结构基本尺寸的变化主要有三种，即与焊缝垂直的横向收缩、与焊缝平行的纵向收缩和角变形（即绕焊缝线回转）。由于这三种原因的综合影响，再加上结构的形状、尺寸、周界条件和施焊条件的不同，焊接结构中产生的变形状态也很复杂。根据变形的状态，一般可做如下分类（图１１-１３）：上一页下一页返回第三节钢结构的连接１）横向收缩———垂直于焊缝方向的收缩。２）角变形（横向变形）———厚度方向的非均匀热分布造成的紧靠焊缝线的变形。３）回转变形———由于热膨胀而引起的板件在平面内的角变形。４）压曲变形———焊后构件在长度方向上的失稳。５）纵向收缩———沿焊缝方向的收缩。６）纵向弯曲变形———焊后构件在穿过焊缝线并与板件垂直的平面内的变形。７）扭曲变形———焊后构件产生的扭曲。８）波浪变形———当板件变薄时，在板件整体平面上造成的压曲变形。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（２）焊接变形的控制。虽然焊接应力和焊接变形的发生是不可避免的，但在实际中为了减少焊接应力和焊接变形引起的不利影响，结构设计时就应对焊缝的布置、数量、尺寸和形状等多予以考虑；在焊接时应合理地选择焊接的方法、顺序和预热等其他工艺措施，尽可能地把焊接应力和焊接变形控制到最低程度。１）宜按下列要求采用合理的焊接顺序控制变形：①对于对接接头、Ｔ形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。②对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝，后焊浅坡口侧部分焊缝，最后焊深坡口侧焊缝的顺序。上一页下一页返回第三节钢结构的连接③对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。２）在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。３）宜采用反变形法控制角变形。４）对一般构件可用定位焊固定的同时限制变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性。５）对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后，再进行总装焊接或连接的施工方法。上一页下一页返回第三节钢结构的连接三、螺栓连接的设计与计算（一）普通螺栓连接的计算１．普通螺栓承载力设计值（１）普通螺栓受剪连接中，单个螺栓承载力设计值按下列公式取值上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中———单个螺栓抗剪承载力设计值；

———单个螺栓承压承载力设计值；nｖ———受剪面数目；d———螺栓杆直径；Σt———在不同受力方向中一个受力方向承压构件的较小总厚度；

———螺栓的抗剪和承压强度设计值。（２）普通螺栓杆轴受拉连接中，单个螺栓承载力设计值按下式计算式中dｅ———螺栓在螺纹处的有效直径；

———普通螺栓的抗拉强度设计值。上一页下一页返回第三节钢结构的连接２．普通螺栓连接的计算公式（１）承受轴心力的抗剪连接。如图１１-１４所示，需要螺栓数的要求如下：式中Nｍｉｎ———一个螺栓受剪承载力设计值。（２）承受偏心力的抗剪连接。如图１１-１５所示，布置螺栓后，对受力最大的螺栓进行验算，其值应符合下列条件：上一页下一页返回第三节钢结构的连接当yｍａｘ＞３xｍａｘ时，可取式中e———偏心距；xi、xy———任一螺栓的坐标；n———螺栓个数。（３）承受轴心力的抗拉连接。如图１１-１６所示，所需螺栓的数目应符合下式的要求：式中———一个螺栓的受拉承载力设计值。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（４）承受偏心力的抗拉连接。如图１１-１７所示，布置螺栓后，对受力最大的螺栓进行验算，其值应符合下列条件：式中e———犖至螺栓群中心的距离；yi———任一螺栓到旋转轴的距离；n———螺栓个数。（５）同时承受拉力和剪力的螺栓连接。普通螺栓同时承受拉力和剪力时，单个螺栓承载力应分别符合下列公式要求：上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中Nｖ、Nｔ———某个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

———一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力设计值。（二）高强度螺栓连接的计算１．高强度螺栓抗剪承载力设计值（１）在抗剪连接中，单个摩擦型高强度螺栓的承载力设计值应按下式计算：上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中nｆ———传力摩擦面数目；μ———摩擦面的抗滑移系数；p———一个高强度螺栓的预拉力。在螺栓杆轴方向受拉的连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值取（２）在抗剪连接中，单个承压型高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积计算。承压型高强度螺栓的预拉力犘的计算及取值与摩擦型高强度螺栓相同。在杆轴方向受拉的连接中，单个承压型高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（３）高强度螺栓抗拉连接的受力特点是依靠预拉力使连接件被压紧传力。当连接在沿螺栓杆轴方向再承受外力时，只要螺栓承担的外拉力设计值犖ｔ不超过其预拉力犘，螺栓杆内原预拉力基本不变。但当犖ｔ＞犘时，螺栓可能达到钢材的屈服强度，卸荷后连接产生松弛现象，预拉力降低。因此，《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）偏于安全地规定一个高强度螺栓抗拉承载力设计值为：上一页下一页返回第三节钢结构的连接２．高强度螺栓连接的计算公式（１）当摩擦型高强度螺栓连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承载力应按下式计算：式中———某个高强度螺栓所承受的剪力和拉力；———某个高强度螺栓的受剪、受拉承载力设计值。（２）同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下列公式的要求：上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中———某个高强度螺栓的承压承载力设计值。（３）高强度螺栓抗拉连接时，拉力犖通过螺栓群形心时所需螺栓数为：在弯矩作用下，最上端螺栓应满足：对高强度螺栓在弯矩作用下受拉计算时，取螺栓群形心应偏于安全。上一页下一页返回第三节钢结构的连接（４）高强度螺栓群的抗剪计算。１）高强度螺栓群受轴心力作用时，对构件净截面验算，高强度螺栓承压型连接与普通螺栓相同；对于高强度螺栓摩擦型连接，孔前传力占螺栓传力的５０％，构件截面强度按下式计算：式中n１———计算截面上的螺栓数；n———连接一侧的螺栓总数。构件截面强度按下列公式计算：上一页下一页返回第三节钢结构的连接式中Aｎ———构件的净截面面积；A———构件的毛截面面积。２）扭矩作用及扭矩、剪力和轴心力共同作用时高强度螺栓的受剪计算同普通螺栓上一页返回第四节钢构件的计算一、受弯构件的计算（一）强度计算１．正应力计算承受静力荷载或间接承受动力荷载时：直接承受动力荷载时：下一页返回第四节钢构件的计算式中Mｘ、Mｙ———绕狓轴和狔轴的弯矩；Wｎｘ、Wｎｙ———对狓轴和狔轴的净截面抵抗矩；f———钢材的抗弯强度设计值；γｘ、γｙ———截面塑性发展系数。对Ｉ形截面：γｘ＝１．０５，γｙ＝１．２０；对箱形截面：γｘ＝γｙ＝１．０５；当受压翼缘的自由外伸宽度与厚度之比大于（fｙ为钢材屈服强度）而不超过时，取γｘ＝１．０。上一页下一页返回第四节钢构件的计算２．剪应力计算在主平面内受弯的实腹构件（不考虑腹板屈曲后强度），其抗剪强度应按下式计算：式中V———计算截面沿腹板平面作用的剪力；S———计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；I———毛截面惯性矩；tｗ———腹板厚度；fｖ———钢材的抗剪强度设计值。上一页下一页返回第四节钢构件的计算３．局部压应力计算当梁上翼缘受沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：式中F———集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；ψ———集中荷载增大系数，对重级工作制起重机梁，ψ＝１．３５；对其他梁，ψ＝１．０；lｚ———集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度；a———集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的轮压可取５０ｍｍ；上一页下一页返回第四节钢构件的计算hｙ———自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离；hＲ———轨道的高度，对梁顶无轨道的梁，hＲ＝０；f———钢材的抗压强度设计值。４．折算应力计算在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受较大的正应力和剪应力（如连续梁中部支座处或梁的翼缘截面改变处等），其折算应力应按下式计算：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中σ、τ、σｃ———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，τ和σｃ应按式（１１-３５）和式（１１-３６）计算；σ和σｃ以拉应力为正值，压应力为负值；σ应按下式计算：Iｎ———梁净截面惯性矩；y１———所计算点至梁中和轴的距离；β１———计算折算应力的强度设计值增大系数；当σ与σｃ异号时，取β１＝１．２；当σ与σｃ同号或σｃ＝０时，取β１＝１．１。上一页下一页返回第四节钢构件的计算（二）整体稳定性计算梁的整体稳定性计算是使梁的最大弯曲纤维压应力小于或等于使梁侧扭失稳的临界应力，从而保证梁不致因侧扭而失去整体稳定性。符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性：（１）有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。（２）Ｈ型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度犾１与其宽度犫１之比不超过表１１-１２所规定的数值时。（３）箱形截面简支梁截面尺寸满足h／b０≤６，l１／b０≤９５（２３５／fｙ）时。上一页下一页返回第四节钢构件的计算除上述情况外，在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算：式中Mｘ———绕强轴作用的最大弯矩；Wｘ———按受压纤维确定的梁毛截面模量；φｂ———梁的整体稳定系数，参见《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）附录Ｂ进行确定。上一页下一页返回第四节钢构件的计算在两个主平面受弯的Ｈ型钢截面或Ｉ形截面构件，其整体稳定性应按下式计算：式中aｘ、aｙ———按受压纤维确定的对狓轴和狔轴毛截面模量；φｂ———绕强轴弯曲所确定的梁的整体稳定系数。上一页下一页返回第四节钢构件的计算（三）局部稳定性计算１．不考虑腹板屈曲后强度的受弯构件设计（１）不考虑屈曲后强度组合梁腹板配置加劲肋应符合下列规定：１）当

时，对有局部压应力（σｃ≠０）的梁，应按构造配置横向加劲肋；但对无局部压应力（σｃ＝０）的梁，可不配置加劲肋。２）当时，应配置横向加劲肋。其中，当

（受压翼缘扭转受到约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时）或（受压翼缘扭转未受到约束时），或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。上一页下一页返回第四节钢构件的计算任何情况下，h０／tｗ均不应超过２５０。此处，h０为腹板的计算高度（对单轴对称梁，当确定是否要配置纵向加劲肋时，h０应取腹板受压区高度hｃ的２倍），tｗ为腹板厚度。３）梁的支座处和上翼缘有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋（２）仅配置横向加劲肋的腹板，其各区格的局部确定应按下式计算式中σ———所计算腹板区格内，由平均弯矩产生的腹板计算高度边缘的弯曲压应力；上一页下一页返回第四节钢构件的计算τ———所计算腹板区格内，由平均剪力产生的腹板平均剪应力，应按τ＝V／（hｗtｗ）计算（hｗ为腹板高度）；σｃ———腹板计算高度边缘的局部压应力，应按式（１１-３６）计算，但取式中的ψ＝１．０；σｃｒ、τｃｒ、σｃ，ｃｒ———各种应力单独作用下的临界应力，按下列方法计算：式中λｂ———用于腹板受弯计算时的通用高厚比。上一页下一页返回第四节钢构件的计算当梁受压翼缘扭转受到约束时：当梁受压翼缘扭转未受到约束时：式中hｃ———梁腹板弯曲受压区高度，对双轴对称截面，２hｃ＝h０。式中λｓ———用于腹板受剪计算时的通用高厚比。上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中λｃ———用于腹板受局部压力计算时的通用高厚比。当０．５≤a／h０≤１．５时：上一页下一页返回第四节钢构件的计算当１．５≤a／h０≤２．０时：（３）同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板，其局部稳定性应按下列公式计算。１）受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格：２）受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中σ２———所计算区格内由平均弯矩产生的腹板在纵向加劲肋处的弯曲压应力；σｃ２———腹板在纵向加劲肋处的横向压应力，取０．３σｃ。２．考虑腹板屈曲后强度的受弯构件设计（１）腹板仅配置支承加劲肋（或尚有中间横向加劲肋）而考虑屈曲后强度的Ｉ形截面焊接组合梁，应按下列公式验算抗弯和抗剪承载能力：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中M、V———梁的同一截面上同时产生的弯矩和剪力设计值；计算时，当V＜０．５Vｕ时，取V＝０．５Vｕ；当M＜Mｆ时，取M＝Mｆ；Mｆ———梁两翼缘所承担的弯矩设计值；Aｆ１、h１———较大翼缘的截面面积及其形心至梁中和轴的距离；Aｆ２、h２———较小翼缘的截面面积及其形心至梁中和轴的距离；Mｅｕ、Vｕ———梁抗弯和抗剪承载力设计值。上一页下一页返回第四节钢构件的计算１）Mｅｕ应按下列公式计算：式中αｅ———梁截面模量考虑腹板有效高度的折减系数；Iｘ———按梁截面全部有效算得的绕狓轴的惯性矩；hｃ———按梁截面全部有效算得的腹板受压区高度；γｘ———梁截面塑性发展系数；ρ———腹板受压区有效高度系数。上一页下一页返回第四节钢构件的计算用于腹板受弯计算的通用高厚比λｂ按下列公式计算：当梁受压翼缘扭转受到约束时：当梁受压翼缘扭转未受到约束时上一页下一页返回第四节钢构件的计算２）Vｕ应按下列公式计算：式中λｓ———用于腹板受剪计算时的通用高厚比。当组合梁仅配置支座加劲肋时，取式（１１-４８）中的h０／a＝０（２）当仅配置支承加劲肋不能满足式（１１-５１）的要求时，应在两侧成对配置中间横向加劲肋。中间横向加劲肋和上端受有集中压力的中间支承加劲肋，其截面尺寸应按轴心受压构件参照《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）第４．３．７条计算其在腹板平面外的稳定性轴心压力应按下式计算：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中hｗ———腹板高度；F———作用于中间支承加劲肋上端的集中压力。当腹板在支座旁的区格利用屈曲后强度即λｓ＞０．８时，支座加劲肋除承受梁的支座反力外，尚应承受拉力场的水平分力犎，按压弯构件计算强度和在腹板平面外的稳定性：对设中间横向加劲肋的梁，a取支座端区格的加劲肋间距；对不设中间加劲肋的腹板，a取梁支座至跨内剪力为零点的距离。上一页下一页返回第四节钢构件的计算犎的作用点在距腹板计算高度上边缘h０／４处。此压弯构件的截面和计算长度同一般支座加劲肋。当支座加劲肋采用图１１-２０所示的构造形式时，可按下述简化方法进行计算：加劲肋１作为承受支座反力犚的轴心压杆计算，封头肋板２的截面面积不应小于按下式计算的数值：腹板高厚比不应大于２５０。考虑腹板屈曲后强度的梁，可按构造需要设置中间横向加劲肋。中间横向加劲肋间距较大（a＞２．５犺０）和不设中间横向加劲肋的腹板，当满足式（１１-４２）时，可取H＝０。上一页下一页返回第四节钢构件的计算二、轴心受力构件计算（一）强度计算轴心受拉构件和轴心受压构件的强度，除高强度螺栓摩擦型连接处外，应按下式计算：式中N———轴心拉力或轴心压力；Aｎ———净截面面积。高强度螺栓摩擦型连接处的强度应按下列公式计算：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中n———在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目；n１———所计算截面（最外列螺栓处）上高强度螺栓数目；A———构件的毛截面面积。（二）整体稳定性计算１．实腹式轴心受力构件的稳定性计算实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算：式中φ———轴心受压构件的稳定系数（取截面两主轴稳定系数中的较小者）。构件长细比λ应根据构件可能发生的失稳形式采用绕主轴弯曲的长细比或构件发生弯扭失稳时的换算长细比，取其较大值。上一页下一页返回第四节钢构件的计算２．格构式轴心受力构件的稳定性计算（１）当构件绕实轴（y—y）失稳时，其稳定性的计算方法与实腹式轴心受力构件相同。（２）当构件绕虚轴（x—x）失稳时，其稳定性的计算公式同上所述，长细比应按如下方法计算。１）双肢组合构件。当缀件为缀板时：当缀件为缀条时：上一页下一页返回第四节钢构件的计算式中λｘ———整个构件对狓轴的长细比；λ１———分肢对最小刚度轴１—１的长细比，其计算长度：焊接时，为相邻两缀板的净距离；螺栓连接时，为相邻两缀板边缘螺栓的距离；A１ｘ———构件截面中垂直于狓轴的各斜缀条毛截面面积之和。２）由三肢或四肢组成的格构式轴心受压构件，其对虚轴的换算长细比可参考规范的有关条文。上一页返回第五节钢屋盖的设计一、屋架（一）屋架的分类与形式１．梯形屋架梯形屋架（图１１-２１）通常用于屋面坡度较为平缓的大型屋面板或长尺压型钢板的屋面，跨度一般为１５～３６ｍ，柱距为６～１２ｍ，跨中高度为（１／１０～１／８）l。与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（１／１６～１／１２）l，通常取２．０～２．５ｍ；与柱铰接的梯形屋架，端部高度通常取１．５～２．０ｍ，此时，跨中高度可根据端部高度和上弦坡度确定。在多跨房屋中，各跨屋架的端部高度应尽可能相同。下一页返回第五节钢屋盖的设计２．三角形屋架三角形屋架（图１１-２２）通常用于屋面坡度较陡的有檩条体系屋盖，屋面材料为波形石棉瓦、瓦楞铁或短尺压型钢板，屋面坡度一般为１／３或１／２．５。上弦节间长度通常为１．５ｍ。３．平行弦屋架平行弦屋架的上、下弦是平行的，可用于各种坡度屋面，由于其节间划分统一，制作简便，因此应用较多，如图１１-２３所示。（二）屋架外形的选择（１）应根据建筑的外观要求及排水要求选择屋架的形式，以满足房屋的使用要求。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计（２）根据施工要求进行选择，屋架中杆件的规格及数量不宜过多，各杆之间的夹角应控制在３０°～６０°且节点的构造应简单。（３）应使屋架杆件受力均匀，荷载应尽量布置在节点上且屋架的高度应满足刚度的要求。（三）屋架的尺寸要求１．跨度屋架跨度的确定应满足房屋的工艺和使用要求，同时应考虑结构布置的合理性，并符合建筑模数的要求。常见的屋架跨度（标志跨度）为１８ｍ、２１ｍ、２４ｍ、２７ｍ、３０ｍ、３６ｍ等。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计屋架的计算跨度（屋架两端支座反力的间距）应按下列公式确定：l０＝l－（３００～４００）（封闭结合）（１１-７１）

l０＝l（非封闭结合）（１１-７２）式中l———屋架跨度（标志跨度）。２．高度屋架高度应满足建筑高度、刚度要求，结合屋面坡度以及满足运输界限确定。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计各种形式屋架的高度应满足下列要求：三角形屋架的高度:平行弦屋架的高度：梯形屋架的端部高度：屋架的跨度和高度确定后，各杆件的轴线可根据几何关系求得。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计二、托架（一）托架的结构类型根据截面形式，托架可分为单壁式和双壁式（图１１-２４）。通常多采用单壁式托架，当需要抵抗扭转以及跨度和荷载均较大时，可采用双壁式。托架跨度一般为１２～３６ｍ，与柱连接一般为上弦端节点铰接支撑的连接（上承式连接）。（二）托架的设计（１）托架一般设计为平行弦桁架，腹杆常采用带竖杆的人字式。其支座斜杆多用下降式，以保证托架支撑柱的稳定性。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计（２）当托架的跨度和荷载都较大（跨度大于２４ｍ）时，为了减小用钢量及增加纵向柱列刚度，亦可设置八字撑作为托架的附加支点。此时托架应按超静定结构计算，并应使起重机梁制动结构及连接能承受八字撑传来的附加水平拉力，同时还应控制地基差异沉降在允许的范围之内。（３）有时为了使屋架连接方便，托架与中间屋架相连处的竖腹杆，亦可采用中间分离的组合腹杆或为了托架端部连接构造统一，腹杆也可采用劲性短柱构造与屋架连接。（４）托架高度应根据所支撑的屋架端部高度、刚度要求，允许净空及构造要求等确定，一般为其跨度的１／１０～１／５，跨度大时取较小值，跨度小时取较大值。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计三、天窗架（一）天窗架的类型１．多竖杆式天窗架多竖杆式天窗架（图１１-２５）由上弦杆、支撑于屋架节点上的竖向压杆及斜腹杆组成。这种天窗架构造简单，传递给屋架的荷载较分散，安装时可与屋架在现场拼装后再整榀吊装，适用于高度和跨度均不太大的天窗。２．三支点式天窗架三支点式天窗架（图１１-２６）由侧柱和三角形桁架组成。这种天窗架与屋架连接节点少，常与屋架分别进行吊装，施工安装简便。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计３．三铰拱式天窗架三铰拱式天窗架（图１１-２７）由两个三角形桁架组成。它与屋架的连接点最少，制造简单，运输方便。但由于有顶铰存在，安装时稳定性较差；当天窗跨度较大时，对屋架的集中荷载较大。（二）天窗架的设计要求（１）天窗架的跨度和高度应根据房屋的通风及采光要求确定。（２）天窗架上弦坡度与节间划分一般与屋架上弦相同。（３）天窗架的侧柱与中间竖杆应支于屋架的节点上。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计四、檩条（一）檩条的形式１．实腹式檩条实腹式檩条包括热轧工字钢檩条、槽钢檩条、高频焊接轻型Ｈ型钢檩条、冷弯薄壁卷边槽钢檩条、冷弯薄壁Ｚ形钢檩条等，其截面形式如图１１-２８所示。２．空腹式檩条空腹式檩条的用钢量小，但拼装及焊接的工作量大，主要由角钢焊接的上、下弦和缀板组成。３．桁架式檩条当跨度及荷载较大时，可采用桁架式檩条，其跨度一般为６～１２ｍ，常采用平面桁架式和空间桁架式。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计（二）檩条的尺寸要求（１）檩条的截面高度一般应符合下列要求：式中l———檩条的跨度。（２）檩条的截面宽度应根据截面高度所选用的型钢规格来确定。（３）桁架式檩条的上弦杆节间长度应根据上弦的弯矩值确定。一般上、下弦杆节间长度取４００～８００ｍｍ。上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计五、屋盖支撑系统（一）屋盖支撑系统的布置１．横向支撑（１）在通常情况下，无论有檩体系屋盖或无檩体系屋盖，均应设置垂直支撑以及屋架上弦和天窗架上弦的横向支撑。（２）当屋架间距＜１２ｍ时，除屋架跨度＜１８ｍ又无起重机或其他振动设备外，尚应在屋架下弦设置横向支撑。（３）凡属下列情况之一者，宜设置屋架下弦横向支撑：１）房屋较高，风力较大，端墙风力宜由屋架下弦平面传至柱顶时；２）房屋内设有１０ｔ及以上桥式起重机时；上一页下一页返回第五节钢屋盖的设计３）屋架下弦杆可能出现压力，需设置系杆时；４）屋架下弦有通长纵向支撑时。２．纵向支撑有下列情况之一时，宜设置纵向支撑：（１）屋架间距≥１２ｍ时。（２）厂房内有特重级桥式起重机（如夹钳、刚性料耙、抓斗、磁力等起重机）、壁行起重机或双层桥式起重机时。（３）有中、重级桥式起重机，符合表１１-１３的条件时