钢结构—辛益德

1、钢结构辛益德制作,1、什么是钢结构？一些典型的钢结构建筑,钢结构是钢材（热轧型钢、钢板、钢管或冷加工的薄壁型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓连接组成的工程结构形式。,五大结构形式：,钢筋混凝土结构 砌体结构 木结构 钢结构 组合结构,钢结构应用种类繁多，造型新颖，规模宏大。按功能分主要应用有： 会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,上海新国际博览中心

2、,湖南国际会展中心,广州会展中心,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,2008奥运会国家体育场,上海虹口足球场,上海八万人体育场,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,浦东国际机场,首都机场,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,上海大剧院,国家大剧院,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,金茂大厦 1998年建成 88层 420m 混凝土核心筒，钢巨型外伸桁架,钢骨混凝

3、土巨型柱,上海环球金融中心 原方案（97年打桩），浦东陆家嘴，460m，97层 停工5年后，于2003年推出新方案，高492m，101层，37万多m2。,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,输电塔,电视塔,通讯塔,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,轻钢厂房,大众汽车三期工程,山东省日照市双禾家纺轻钢车间,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,大连北良国储粮库 净跨60m,嘉兴电厂干煤棚,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层

4、建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,杨浦大桥,卢浦大桥,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,会展场馆 体育建筑 机场 剧院 高层建筑 塔桅结构 厂房 仓储 住宅 桥梁 储罐 其他构筑物,建筑钢材的基本要求,较高的强度 较好的塑性及韧性 良好的加工性能 良好的可焊性 较好的抗锈蚀能力,现行钢结构设计规范（GBJ50017）推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的Q235，及低合金高强度结构钢中的Q345、Q390及Q420钢。

5、,建筑钢材合格保证,承重结构采用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。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。,承重钢结构用钢材的保证项目,3、建筑钢材的规格,（1）钢板(plate),（1）热轧钢板和带钢 （2）冷轧钢板和带钢 （3）花纹涂板(用作走道板和梯子踏板)， （4）高层建筑结构用钢板； 薄板40mm；常用热轧板625mm， 冷轧板0.62mm。 钢板的表示方法为“-宽度厚度长度”， 如：“-40012800”。单位为mm。,（2） 热轧型钢(hot-rolled section) 工字钢

6、， H型钢 ， T型钢 ， 槽钢 ， 角钢 ，圆管，方管，圆钢。,（3） 焊接型钢(welded section) I形，H形，T形，箱形，十字型。,角钢（angle steel）分等边角钢和不等边角钢。不等边角钢的表示方法为，“长边宽短边宽厚度”，如“100808”，等边角钢表示为“边宽厚度”，如1008。单位为。 钢管分无缝钢管（seamless steel tube）和焊接钢管（welded steel pipe）两种，表示方法为“外径壁厚”，如1804。单位为。 槽钢（channel steel）有普通槽钢和轻型槽钢，用截面符号“”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的槽钢，还用字母

7、a、b、c表示不同的腹板厚度。如30a，称“30号”槽钢。,角钢,槽钢,钢管,型钢及规格,工字钢。用截面符号“I”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的普通工字钢，用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如I 20c，称“20号”工字钢。 H型钢是目前广泛使用的热轧型钢，与普通工字钢相比，其特点是：翼缘较宽，故两个主轴方向的惯性矩相差较小；另外翼缘内外两侧平行，便于与其它构件相连。为满足不同需要，H型钢有宽翼缘H型钢、中翼缘H型钢和窄翼缘H型钢，分别用标记HW、HM和HN表示。表示方法是：标记符号、高度宽度 腹板厚度翼缘厚度。例如，HM244175711，单位为mm。,工字钢,H型钢,型钢及规格

8、,（4） 冷弯薄壁型钢(cold-formed section),L型钢，C型钢，Z型钢， S型钢等。,（5） 压型钢板,（二）连接材料,1、焊条及焊丝 2、螺栓 3、铆钉,二、钢结构的特点,一、优点 材质均匀，和力学计算的假定比较符合。 强度高，重量轻。 塑性和韧性好，具有良好的抗震性能。 工业化程度高，工期短。 密封性好。 二、缺点 造价相对较贵 耐锈蚀性差 耐火性差,第二节 钢结构的构件类型,轴心受力构件 受弯构件 拉弯构件和压弯构件,钢结构可能的破坏形式,结构的脆性断裂 结构的塑性破坏 结构的疲劳破坏 结构的损伤累积破坏 结构的整体失稳 结构和构件的局部失稳,结构的损伤累积破坏,土木工

9、程结构在施工过程和使用期间，总会受到各种不利因素（如施工过程中的损伤，材料老化、锈蚀等）或灾害因素（如地震、强风等）的作用，使结构某一部分发生损伤。如果该结构继续使用，随着时间增长，结构的损伤不断积累而导致破坏，称为损伤累积破坏。,结构的整体失稳 结构所承受的外荷载尚未达到按强度计算得到的结构破坏荷载时，结构已不能承担荷载，并产生较大变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。 结构和构件的局部失稳 结构或构件在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构件或结构中的板件已不能承受外荷载的作用而失去稳定。 构件：受压柱、受弯梁 板件：受压翼缘、受压腹板,铆钉连接,螺栓连接,焊缝连接,钢结构的基本连接方式,

10、钢结构的基本连接方式,现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛,优点,构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件 省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面 施工快速 可自动化操作 连接的密闭性好，刚度大，整体性好,焊接的特点,螺栓连接的特点,优点,塑性、韧性好，动力性能好,缺点,费料、加热铆合过程极其费工,铆钉连接的特点,栓钉将钢板与混凝土板连接起来 栓钉承受剪力,栓（焊）钉连接的特点,射 钉 枪,用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接 可采用射枪、铆枪等专用工具安装,射钉、自攻螺钉的特点,基本连接方式对比,根据焊件相对位置 根据焊缝构造 根据焊缝连续性 根据施焊位置,平

11、接 搭接 顶接（T形） 角接 对接焊缝（直缝和斜缝） 角焊缝（侧缝和端缝） 组合形式 连续焊 间断焊 俯焊 立焊 横焊 仰焊,平接（对接焊缝）,搭接（角焊缝）,顶接 （T型连接）,对接焊缝,角焊缝,焊缝形式焊缝的不同分类,用料经济，传力平稳，动力性能好 较厚的板需开剖口，费工,施工简便 传力不均，应力集中严重，搭接时费料,焊缝形式对接焊缝与角焊缝,间断焊缝,连续焊缝,不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接,焊缝形式连续焊缝与间断焊缝,焊缝形式施焊方位,确定计算截面上的内力（荷载效应） 注意点：防止内力漏项 2. 确定焊缝质量检验等级 根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等

12、对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级 3. 确定焊缝强度设计值 抗拉强度 抗压强度 抗剪强度 4. 计算焊缝截面特性 截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等 5. 应力计算 6. 强度校核,计算步骤,N 轴心拉力或压力 tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚） lw 焊缝计算长度，有引弧板lwL， 无引弧板lwL2t（较小板厚） 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度,焊缝应力验算,式中：,典型节点（1）焊缝轴心受力直缝,直缝,普通型,深熔型,平坡型,（2）按焊缝截面形式划分,在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝宜采用平坦型，且长边沿内力方向；,（1）角焊缝焊脚尺寸 hf,角焊缝截面尺

13、寸,焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘 （焊趾）的尺寸,（2）最大焊脚尺寸hf,max,角焊缝截面尺寸,hf,max1.2t1 式中: t1-较薄焊件厚度。,对于板件边缘的角焊缝：,当 t6mm时，hf,maxt； 当 t 6mm时， hf,max t -(12)mm；,钢管构件除外,对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于 圆孔直径或槽孔短径的1/3,（3）最小焊脚尺寸hf,min,角焊缝截面尺寸,式中: t2-较厚焊件厚度。,当t24mm时, hf,min = t2(较厚焊件厚度） 另: 对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;,（4

14、）侧缝的最大计算长度,角焊缝截面尺寸,当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度； 但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。,（5）角焊缝的最小计算长度,当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！,（6）搭接连接的构造要求,角焊缝截面尺寸,板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时： A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：,B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：,不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！,普通螺栓的分类,A级B级区别：仅尺寸不同，A级d24，L 150mm；B级d24，L150mm,I 类孔：孔壁粗糙度小，孔径偏差允许 + 0

15、.25mm，对应A、B级螺栓 II类孔：孔壁粗糙度大，孔径偏差允许 + 1mm，对应C级螺栓,普通螺栓的分类,螺栓群的排列,螺栓最大和最小容许间距,螺栓群的排列,剪力螺栓 受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。 连接件有错动趋势 拉力螺栓 受力平行螺杆，螺杆承拉。 连接件有脱开趋势。,依据 受力 方式,剪力螺栓,拉力螺栓,普通螺栓的受力,（1）螺栓剪断 （板较厚，螺栓较细）,（2）钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）,普通受剪螺栓的传力机理,螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏,（1）螺栓剪断 （板较厚，螺栓较细）,（2）钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）,（3）钢板拉断 （板开孔，截面削弱）,（4）钢板剪坏 （螺栓端距过小）,（5）螺栓弯曲破坏 （板