1、本章主要内容本章主要内容1.1.焊缝连接的构造要求，对接焊缝与角焊缝连接的计算；焊缝连接的构造要求，对接焊缝与角焊缝连接的计算；2.2.普通螺栓连接的构造要求，普通螺栓连接的计算，高强普通螺栓连接的构造要求，普通螺栓连接的计算，高强 度螺栓连接的构造要求；度螺栓连接的构造要求；3.3.轴心受力构件的强度、刚度验算，实腹式轴心受压构件轴心受力构件的强度、刚度验算，实腹式轴心受压构件 的整体稳定性与局部稳定性验算；柱头与柱脚的构造要求的整体稳定性与局部稳定性验算；柱头与柱脚的构造要求4.4.受弯构件的强度、刚度、整体稳定性验算，受弯构件局受弯构件的强度、刚度、整体稳定性验算，受弯构件局部稳定的概念
2、、设置加劲肋的规定及构造要求；梁的拼接，部稳定的概念、设置加劲肋的规定及构造要求；梁的拼接，次梁与主梁连接的构造要求；次梁与主梁连接的构造要求；第十章第十章 钢钢 结结 构构 基基 本本 构构 件件 1.1.了解手工电弧焊、自动及半自动焊、气体保护焊的原了解手工电弧焊、自动及半自动焊、气体保护焊的原 理理；2.2.理解焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的概理解焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的概 念、特点及应用条件；念、特点及应用条件；3.3.熟悉熟悉焊缝的构造要求焊缝的构造要求。教学目标：教学目标：第一节第一节 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连
3、接三种。钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。一一、钢结构的连接种类、钢结构的连接种类 1.1.焊缝连接焊缝连接 (1)(1)优点优点 构造简单，加工方便，节约钢材，连接的刚度大，构造简单，加工方便，节约钢材，连接的刚度大，密封性能好，易于采用自动化作业。密封性能好，易于采用自动化作业。（2 2）缺点）缺点 但焊缝连接会产生残余应力和残余变形，且连接的但焊缝连接会产生残余应力和残余变形，且连接的塑性和韧性较差。塑性和韧性较差。2.2.螺栓连接螺栓连接 螺栓连接可分为螺栓连接可分为普通螺栓连接普通螺栓连接和和高强度螺栓高强度螺栓连接连接两种。两种。（1 1）普通螺栓连接）普通螺栓连
4、接 普通螺栓分为普通螺栓分为A A、B B、C C三级。三级。A A级和级和B B级为精制螺栓。其抗剪性能比级为精制螺栓。其抗剪性能比C C级螺栓好，但级螺栓好，但成本高，安装困难，故较少采用。成本高，安装困难，故较少采用。C C级螺栓为粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不很准确，只级螺栓为粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不很准确，只要求要求类孔（孔径比螺栓直径大类孔（孔径比螺栓直径大1.53mm）。）。（2 2）高强度螺栓连接）高强度螺栓连接1 1）传递剪力的机理）传递剪力的机理主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。2 2）优点）优点 施工简便、受力好、耐
5、疲劳、可拆换、工作安全可施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、工作安全可 靠。靠。3 3）应用）应用 广泛用于各种钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷广泛用于各种钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷 载的结构中。载的结构中。4 4）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式又可分）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式又可分为为摩擦型摩擦型和和承压型承压型两种：两种：摩擦型高强螺栓仅靠被连接板件间的强大摩擦阻摩擦型高强螺栓仅靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。限状态。承压型高强螺栓是靠被连接板件间的摩擦力和螺承压型高
6、强螺栓是靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。作为承载力的极限。其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。二、钢结构连接构造与计算二、钢结构连接构造与计算（一）焊接连接（一）焊接连接 1.1.焊接方法、原理与特点焊接方法、原理与特点 钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包括手工电弧钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包括手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。（1）手工电弧焊手工电弧焊 1）原理）原理如下图所示：如下图所示：其电路由焊条、焊
7、钳、焊件、电焊机和导线等组成。其电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成。2 2）焊条焊条 手工焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。手工焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。其牌号为其牌号为E43、E50和和E55型等，其中型等，其中E表示焊条，两表示焊条，两位数字表示焊条熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为位数字表示焊条熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为kgf/mm2）。）。手工焊采用的焊条应符合国家标准的规定，焊条的选手工焊采用的焊条应符合国家标准的规定，焊条的选用应与主体金属相匹配。一般情况下，用应与主体金属相匹配。一般情况下，对对Q235钢采用钢采用E43型焊条，对型焊条，对Q345钢采
8、用钢采用E50型焊条型焊条，对对Q390和和Q420钢采用钢采用E55型焊条。型焊条。3）特点）特点 手工焊具有设备简单，适用性强的优点，特别手工焊具有设备简单，适用性强的优点，特别是短焊缝或曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进行高是短焊缝或曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进行高空焊接时，只能采用手工焊接，所以它是钢结构中最空焊接时，只能采用手工焊接，所以它是钢结构中最常用的焊接方法。常用的焊接方法。但其生产效率低，劳动强度大，保证焊缝质量但其生产效率低，劳动强度大，保证焊缝质量的关键是焊工的技术水平，焊缝质量的波动较大。的关键是焊工的技术水平，焊缝质量的波动较大。（2 2）自动或半自动埋弧焊自动或
9、半自动埋弧焊 1 1）原理）原理 2）特点及应用）特点及应用 自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性和韧性好，因此其质量比手工电弧焊好。和韧性好，因此其质量比手工电弧焊好。半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊之间。半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊之间。3）应用）应用 自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。半自动埋弧焊适合于焊接曲线或任意形状的焊缝。半自动埋弧焊适合于焊接曲线或任意形状的焊缝。自动焊或半自动焊应采用与焊件金属强度相匹配的自动焊或半自动焊应采用与焊件金属强度相匹配的焊丝和焊剂。焊丝应符合焊丝和焊剂。
10、焊丝应符合焊接用钢丝焊接用钢丝GB1300-77的的规定，焊剂种类根据焊接工艺要求确定。规定，焊剂种类根据焊接工艺要求确定。2.焊缝连接的主要优缺点焊缝连接的主要优缺点优点：构造简单、加工方便、节省钢材；优点：构造简单、加工方便、节省钢材；连接刚度大、密封好、易于采用自动化作连接刚度大、密封好、易于采用自动化作业业缺点：热应力影响、残余应力、对裂纹敏缺点：热应力影响、残余应力、对裂纹敏感感 3.焊缝的形式与构造焊缝的形式与构造 焊缝连接可分为焊缝连接可分为:角接角接T形连接形连接搭接搭接 对接对接 焊缝的形式是指焊缝本身的截面形式，主要有焊缝的形式是指焊缝本身的截面形式，主要有:对接焊缝对接焊
11、缝 角焊缝角焊缝 （1 1）对接焊缝对接焊缝 1）特点及截面形式）特点及截面形式 特点特点 传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力性能较好。性能较好。但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准确，保证相连板件间有适当空隙，还需要将焊确，保证相连板件间有适当空隙，还需要将焊件边缘开坡口，制造费工。件边缘开坡口，制造费工。截面形式截面形式 I型、单边型、单边V型、型、V型、型、J型、型、U型、型、K型和型和 X型等。型等。2 2）对接焊缝的构造对接焊缝的构造 当焊件厚度很小当焊件厚度很小(t 10mm)时，可采用时，可采用I型坡口；型
12、坡口；对于一般厚度（对于一般厚度（t=1020 mm）的焊件，可采用）的焊件，可采用单边单边V型或型或V型坡口，以便斜坡口和间隙型坡口，以便斜坡口和间隙b组成一组成一个焊条能够运转的空间，使焊缝易于焊透；个焊条能够运转的空间，使焊缝易于焊透；对于厚度较厚的焊件（对于厚度较厚的焊件（t 20mm），应采用），应采用U型、型、K型或型或X型坡口。型坡口。引弧板引弧板：对接焊缝施焊时的起点和终点，常因：对接焊缝施焊时的起点和终点，常因起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极易产生裂起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极易产生裂纹和应力集中，为避免焊口缺陷，可在焊缝两纹和应力集中，为避免焊口缺陷，可在焊缝两端设引弧
13、板。端设引弧板。在对接焊缝的拼接处，当焊件的在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差宽度不同或厚度相差4 mm4 mm以上时，以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从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一侧或两侧做成坡度不大于1/41/4（对承受动荷载的结构）或（对承受动荷载的结构）或1/2.51/2.5（对承受静荷载的结构）（右（对承受静荷载的结构）（右图）。当厚度不同时，坡口型式图）。当厚度不同时，坡口型式应根据较薄焊件厚度来取用，焊应根据较薄焊件厚度来取用，焊缝的计算厚度等于较薄焊件的厚缝的计算厚度等于较薄焊件的厚度。度。（2）角焊缝）角焊缝 角焊缝位于板件边缘，传力不
14、均匀，受力情况复杂，角焊缝位于板件边缘，传力不均匀，受力情况复杂，受力不均匀容易引起应力集中；受力不均匀容易引起应力集中；但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使用灵但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使用灵活，制造方便，故得到广泛应用。活，制造方便，故得到广泛应用。1）截面形式）截面形式 角焊缝按两焊脚边的夹角可分为角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角斜角角焊缝角焊缝两种。两种。直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝 在建筑钢结构中，最常用的是直角角焊缝，斜角角焊缝在建筑钢结构中，最常用的是直角角焊缝，斜角角焊缝主要用于钢管结构中。主要用于钢管结构中。角焊缝按其与
15、外力作用方向的不同可分为平行于外角焊缝按其与外力作用方向的不同可分为平行于外力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外力作用方向的正力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外力作用方向的正面角焊缝（或称端焊缝）和与外力作用方向斜交的斜面角焊缝（或称端焊缝）和与外力作用方向斜交的斜向角焊缝三种。向角焊缝三种。2）角焊缝构造）角焊缝构造 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 ，其中为较厚焊件的板厚，单位，其中为较厚焊件的板厚，单位mm。对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1 mm；对于；对于T型连接型连接的单面角焊缝则应增加的单面角焊缝则应增加1 mm。当焊件厚度等于或小于。当焊件厚度等于或小于4 mm时
16、，则时，则 应与焊件同厚。应与焊件同厚。2min5.1thf最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 角焊缝的最大焊脚尺寸应满足：角焊缝的最大焊脚尺寸应满足：hf max1.2t1，其中，其中t1为为较薄焊件的板厚，单位较薄焊件的板厚，单位mm。当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘厚度当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘厚度t6 mm时，取时，取hf max=t；当焊件边缘厚度；当焊件边缘厚度t6 mm时，时，取取hf max=t-（12）mm。最小计算长度最小计算长度 角焊缝的最小计算长度应大于角焊缝的最小计算长度应大于8hf，且不小于，且不小于40 mm。侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计
17、算长度 侧焊缝的计算长度不宜大于侧焊缝的计算长度不宜大于60hf（静荷载）或（静荷载）或40hf（动荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时则不受此限。（动荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时则不受此限。在搭接连接中，要求搭接长度在搭接连接中，要求搭接长度l5t1，且不小于，且不小于25 mm。4.焊缝的缺陷和质量等级焊缝的缺陷和质量等级（1）焊缝的缺陷）焊缝的缺陷 裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、夹渣、咬边、未熔合、裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透、焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良未焊透、焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良（2）焊缝质量等级）焊缝质量等级 一级：一级：100%探伤检测探伤检测
18、 二级：抽检比例不小于二级：抽检比例不小于20%无损探伤无损探伤 三级：例行外观检查三级：例行外观检查（3）选用：按）选用：按钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）中的规定选用中的规定选用5.焊缝的符号及标注方法焊缝的符号及标注方法见教材见教材P116-117 表表10-1 6.6.焊缝的计算焊缝的计算 （1 1）对接焊缝）对接焊缝 1 1）轴心受力对接焊缝的计算）轴心受力对接焊缝的计算WtwwNNfAl twcf或或 2)2)轴心受力轴心受力斜对接焊缝斜对接焊缝sinWtwNfl twcf或或 coswvwNfl t 【例【例10.110.1】试验算下图所示钢板的对接焊缝强
19、度。试验算下图所示钢板的对接焊缝强度。图中图中l=550mm=550mm，t t=22mm=22mm，轴心力的设计值为，轴心力的设计值为N N=2300kN=2300kN。钢材。钢材为为Q235-BFQ235-BF，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型，焊缝质量标准三级。型，焊缝质量标准三级。附表附表15 2 2）直角角焊缝的计算公式）直角角焊缝的计算公式 在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下 当力垂直于焊缝长度方向时（正面角焊缝）当力垂直于焊缝长度方向时（正面角焊缝）当力平行于焊缝长度方向时当力平行于焊缝长度方向时（侧面角焊缝）（侧面角焊缝）(10
20、5)Wfffe wNfh l(106)wffe wNfh l 角钢连接角焊缝的计算角钢连接角焊缝的计算 采用两侧焊缝连接时：采用两侧焊缝连接时：N1=k1N，N2=k2N k 1、k 2角钢肢背与肢尖焊缝的内力分配系数。角钢肢背与肢尖焊缝的内力分配系数。角钢肢背和肢尖焊缝所需的长度：角钢肢背和肢尖焊缝所需的长度：111(10 13)0.7fwweNlh f222(10 14)0.7fwweNlh fb.采用三面围焊连接时采用三面围焊连接时 N1=k1N-N3/2 N2=k2N-N3/2c.采用采用L形围焊缝时形围焊缝时 3332(10 11)weWffNh lf N3=2 k 2N （10-1
21、5）N1=N-N3 【例【例10.2】在下图所示角钢和节点板采用两侧面焊缝】在下图所示角钢和节点板采用两侧面焊缝的连接中，的连接中，N=660k N（静荷载设计值），角钢为（静荷载设计值），角钢为211010，节点板厚度，节点板厚度t1=12mm，钢材为，钢材为Q235-A.F，焊条焊条E43型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸和焊型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度。缝长度。4.4.焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形 （1）焊接应力与焊接变形的产生）焊接应力与焊接变形的产生 焊接应力和焊接变形：焊接应力和焊接变形：在施焊过程中，焊件由于受到不在施焊过程中，焊件由于受到不均匀的
22、电弧高温作用所产生的变形和应力，称为热变形和热均匀的电弧高温作用所产生的变形和应力，称为热变形和热应力。而冷却后，焊件中所存在的反向应力和变形，称为焊应力。而冷却后，焊件中所存在的反向应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。接应力和焊接变形。（2）减少焊接应力与焊接变形的措施）减少焊接应力与焊接变形的措施 1）设计方面）设计方面 选用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长而选用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长而不用粗短焊缝。不用粗短焊缝。焊缝应尽可能布置在结构的对称位置上，以减少焊焊缝应尽可能布置在结构的对称位置上，以减少焊接残余变形。接残余变形。对接焊缝的拼接处，应做成平缓过渡，以减少连接
23、对接焊缝的拼接处，应做成平缓过渡，以减少连接处的应力集中。处的应力集中。不宜采用带锐角的板料作为肋板。不宜采用带锐角的板料作为肋板。焊缝不宜过于集中。焊缝不宜过于集中。当拉力垂直于受力板面时，要考虑板材有分层破坏的当拉力垂直于受力板面时，要考虑板材有分层破坏的可能。可能。尽量避免三向焊缝相交。应采用使次要焊缝中断尽量避免三向焊缝相交。应采用使次要焊缝中断而主要焊缝连续通过的构造。对于直接承受动荷载的吊而主要焊缝连续通过的构造。对于直接承受动荷载的吊车梁受拉翼缘处，尚应将加劲肋切短车梁受拉翼缘处，尚应将加劲肋切短50100mm，以提，以提高抗疲劳强度。高抗疲劳强度。要注意施焊方便，尽量避免采用仰
24、焊及立焊等。要注意施焊方便，尽量避免采用仰焊及立焊等。2)2)制造方面制造方面 焊前预热或焊后后热法。对于小尺寸焊件，焊前焊前预热或焊后后热法。对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至预热，或焊后回火加热至60左右，然后缓慢冷却，可左右，然后缓慢冷却，可以消除焊接应力与焊接变形。以消除焊接应力与焊接变形。选择合理的施焊次序。例如分层施焊，对角跳焊选择合理的施焊次序。例如分层施焊，对角跳焊等等。等等。施焊前给构件施加一个与焊接变形方向相反的预施焊前给构件施加一个与焊接变形方向相反的预变形，使之与焊接所引起的变形相互抵消，从而达到减变形，使之与焊接所引起的变形相互抵消，从而达到减小焊接变形的目的
25、。小焊接变形的目的。作业布置：作业布置：预预 习：螺栓连接习：螺栓连接；习习 题：题：10-20（二）（二）螺栓连接螺栓连接1.1.普通螺栓连接的计算和构造普通螺栓连接的计算和构造（1 1）普通螺栓连接的构造）普通螺栓连接的构造1 1）螺栓的规格）螺栓的规格钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字母母M和公称直径的毫米数表示。螺栓直径和公称直径的毫米数表示。螺栓直径d应根据整个结构应根据整个结构及其主要连接的尺寸和受力情况选定，受力螺栓一般采用及其主要连接的尺寸和受力情况选定，受力螺栓一般采用M16、M20、M24等。等。2）螺栓的排列）螺栓
26、的排列螺栓的排列有：螺栓的排列有：并列和错列。并列和错列。并列并列错列错列 螺栓在构件上的排列应同时考虑受力要求、构造要求及螺栓在构件上的排列应同时考虑受力要求、构造要求及施工要求。施工要求。从受力角度出发，螺栓端距不能太小，否则孔前钢板有从受力角度出发，螺栓端距不能太小，否则孔前钢板有被剪坏的可能；螺栓端距也不能过大，螺栓端距过大不仅被剪坏的可能；螺栓端距也不能过大，螺栓端距过大不仅会造成材料的浪费，对受压构件而言还会发生压屈鼓肚现会造成材料的浪费，对受压构件而言还会发生压屈鼓肚现象。象。从构造角度考虑，螺栓的栓距及线距不宜过大，否则被从构造角度考虑，螺栓的栓距及线距不宜过大，否则被连接构件
27、间的接触不紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，连接构件间的接触不紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，造成钢板锈蚀。造成钢板锈蚀。从施工角度来说，布置螺栓还应考虑拧紧螺栓时所必须从施工角度来说，布置螺栓还应考虑拧紧螺栓时所必须的施工空隙。的施工空隙。3）螺栓的其他构造要求）螺栓的其他构造要求 每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可螺栓数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。采用一个螺栓。C级螺栓宜用于沿其杆轴方向的受拉连接，在下列级螺栓宜用于沿其杆轴方向的受拉连接，在下列情况下可用
28、于受剪连接：情况下可用于受剪连接：承受静荷载或间接承受动荷载结构中的次要连接；承受静荷载或间接承受动荷载结构中的次要连接；不承受动荷载的可拆卸结构的连接；不承受动荷载的可拆卸结构的连接；临时固定构件用的安装连接。临时固定构件用的安装连接。对直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽对直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其它能防止螺帽松动的有效措施。或其它能防止螺帽松动的有效措施。（2）普通螺栓连接的计算）普通螺栓连接的计算 普通螺栓连接的受力形式分为三类：外力与栓杆垂普通螺栓连接的受力形式分为三类：外力与栓杆垂直的受剪螺栓连接；外力与栓杆平行的受拉螺栓连接；直的受剪螺栓连接；外力与栓杆平行
29、的受拉螺栓连接；同时受剪和受拉的螺栓连接。同时受剪和受拉的螺栓连接。受剪螺栓受剪螺栓受拉螺栓受拉螺栓受剪和受拉的螺栓受剪和受拉的螺栓1）受剪螺栓连接）受剪螺栓连接 受力特点受力特点受剪螺栓连接达到极限承载力时的五种破坏形式：受剪螺栓连接达到极限承载力时的五种破坏形式：受剪破坏受剪破坏挤压破坏挤压破坏拉压破坏拉压破坏冲剪破坏冲剪破坏受弯破坏受弯破坏 计算方法计算方法 a.a.受剪螺栓连接受轴心力作用时受剪螺栓连接受轴心力作用时 首先，计算出连接所需螺栓数目。由于轴心拉力通过螺首先，计算出连接所需螺栓数目。由于轴心拉力通过螺栓群中心，可假定每个螺栓受力相等，则连接一侧所需螺栓栓群中心，可假定每个螺
30、栓受力相等，则连接一侧所需螺栓数为：数为：min(1021)bNnNb.螺栓群在轴心力作用下，当构件节点处或拼接缝一侧螺栓螺栓群在轴心力作用下，当构件节点处或拼接缝一侧螺栓很多，且沿受力方向连接长度过大，应将螺栓承载力设计很多，且沿受力方向连接长度过大，应将螺栓承载力设计值乘以折减系数值乘以折减系数11.1(1020)150ldmin(1022)bNnN此时此时 其次，对构件净截面强度进行验算。构件开孔处净截面其次，对构件净截面强度进行验算。构件开孔处净截面强度应满足：强度应满足：fANnnA式中式中 连接件或构件在所验算截面处的净截面面积连接件或构件在所验算截面处的净截面面积 净截面强度验算
31、截面应选择最不利截面，即内力最大或净截面强度验算截面应选择最不利截面，即内力最大或净截面面积较小的截面。净截面面积较小的截面。N 连接件或构件验算截面处的轴心力设计值；连接件或构件验算截面处的轴心力设计值；f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。若该连接采用如下图若该连接采用如下图c c所示的螺栓错列布置时，就有所示的螺栓错列布置时，就有如下如下6 6种可能的破坏面：种可能的破坏面：应同时计算出各种可能破坏面的净截面面积，并应同时计算出各种可能破坏面的净截面面积，并分析各种可能破坏面上所受力的大小，确定最不利截分析各种可能破坏面上所受力的大小，确定最不利截面，然后将净
32、截面面积和相应验算截面处的轴心力设面，然后将净截面面积和相应验算截面处的轴心力设计值代入上式验算。计值代入上式验算。2)2)受拉螺栓连接受拉螺栓连接 受力特点受力特点在受拉螺栓连接接头中，普通螺栓所受拉力的大小与被在受拉螺栓连接接头中，普通螺栓所受拉力的大小与被连接板件的刚度有关。假如被连接板件的刚度很大，连接的连接板件的刚度有关。假如被连接板件的刚度很大，连接的竖板端受拉力竖板端受拉力2 2N Nt t，因被连接板件无变形，所以一个螺栓所受，因被连接板件无变形，所以一个螺栓所受拉力为拉力为N Nt t。但是，实际被连接板件的刚度常较小，受拉后和拉力垂但是，实际被连接板件的刚度常较小，受拉后和
33、拉力垂直的角钢水平肢会发生较大的变形，因而在角钢水平肢的端直的角钢水平肢会发生较大的变形，因而在角钢水平肢的端部因杠杆作用而产生反力部因杠杆作用而产生反力Q Q，普通螺栓所受拉力将会增大至，普通螺栓所受拉力将会增大至N Nt t+Q/2+Q/2。受拉螺栓连接受轴心力作用时的计算方法受拉螺栓连接受轴心力作用时的计算方法 由于受拉螺栓的最不利截面在螺栓削弱处，因此，计由于受拉螺栓的最不利截面在螺栓削弱处，因此，计算时应根据螺纹削弱处的有效直径算时应根据螺纹削弱处的有效直径d de e或有效面积或有效面积A Ae e来确定来确定其承载力。其承载力。一个受拉螺栓的承载力设计值为一个受拉螺栓的承载力设计
34、值为 式中式中：de、Ae分别为螺栓螺纹处的有效直径和有效分别为螺栓螺纹处的有效直径和有效面面积积21(1023)4bbbtetetNA fdf假定各个螺栓所受拉力相等，假定各个螺栓所受拉力相等，则连接所需螺栓数目为则连接所需螺栓数目为:(1024)btNnN螺栓抗拉强度设计值。螺栓抗拉强度设计值。btf概念：在例如桁架、刚架、排架、塔架及网壳等杆件概念：在例如桁架、刚架、排架、塔架及网壳等杆件体系结构中，通常假设其节点为铰接连接，当无节间荷载体系结构中，通常假设其节点为铰接连接，当无节间荷载作用时，只有轴向拉力和压力的作用，分别称为轴心受拉作用时，只有轴向拉力和压力的作用，分别称为轴心受拉构
35、件和轴心受压构件。构件和轴心受压构件。截面形式：一般分为两类，第一类是热轧型钢截面；截面形式：一般分为两类，第一类是热轧型钢截面；第二类是型钢组合截面或格构式组合截面。第二类是型钢组合截面或格构式组合截面。第二节第二节 钢结构轴心受力构件钢结构轴心受力构件 对轴心受力构件截面形式的要求：对轴心受力构件截面形式的要求：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，以满足刚度要求。对轴心受压构件而言，因为其稳定性直接取决于对轴心受压构件而言，因为其稳定性直接取决于它的整体刚
36、度，所以其截面的两个主轴方向的尺寸应宽它的整体刚度，所以其截面的两个主轴方向的尺寸应宽大。根据以上情况，轴心受压构件除经常采用双角钢和大。根据以上情况，轴心受压构件除经常采用双角钢和宽翼缘工字形截面外，有时需要采用实腹式或格构式组宽翼缘工字形截面外，有时需要采用实腹式或格构式组合截面。合截面。1轴心受力构件的计算轴心受力构件的计算 （1 1）强度计算）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平均应力达到钢材的屈服强度fy。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构件的轴心拉力或压力设计值
37、构件的轴心拉力或压力设计值；An构件的净截面面积；构件的净截面面积；f 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。(1027)nNfA（2 2）刚度验算）刚度验算当构件刚度不足时：容易在制造、运输和吊装当构件刚度不足时：容易在制造、运输和吊装过程中产生弯曲或过大的变形；过程中产生弯曲或过大的变形；在使用期间因其自重而明显下挠；在使用期间因其自重而明显下挠；在动力荷载作用下会发生较大振动；在动力荷载作用下会发生较大振动；可能使得构件的极限承载力显著降低；可能使得构件的极限承载力显著降低；初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。
38、定带来不利影响。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：0(1032)li 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 l0 相应方向的构件计算长度；相应方向的构件计算长度；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（3 3）实腹式轴心受压构件稳定性验算）实腹式轴心受压构件稳定性验算 稳定性验算的重要性：若结构或构件处于不稳定状态稳定性验算的重要性：若结构或构件处于不稳定状态时，轻微扰动就将使结构或其组成构件产生很大的变形而时，轻微扰动就将使结
39、构或其组成构件产生很大的变形而最终丧失承载能力最终丧失承载能力,这种现象称为失去稳定性。这种现象称为失去稳定性。在轴心受力构件中，对于在轴心受力构件中，对于轴心受拉构件轴心受拉构件，由于在拉力，由于在拉力作用下，构件总有拉直绷紧的倾向，其平衡状态总是稳定作用下，构件总有拉直绷紧的倾向，其平衡状态总是稳定的，的，不必进行稳定性验算不必进行稳定性验算。对于对于轴心受压构件，截面若没有孔洞削弱，一般不会轴心受压构件，截面若没有孔洞削弱，一般不会因强度不足而丧失承载能力；但当其长细比较大时，稳定因强度不足而丧失承载能力；但当其长细比较大时，稳定性是导致其破坏的主要因素。性是导致其破坏的主要因素。2 2
40、）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 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；f 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，见附表轴心受压构件的整体稳定系数，见附表1717。1040NfA（）3）局部稳定验算）局部稳定验算 概念：工字型截面轴心受压概念：工字型截面轴心受压构件，若腹板及翼缘的板件太宽构件，若腹板及翼缘的板件太宽太薄，当轴压力达到某一数值时，太薄，当轴压力达到某一数值时，板件就可能在构件丧失强度和整板件就可能在构件丧失强
41、度和整体稳定之前不能维持平面平衡状体稳定之前不能维持平面平衡状态而产生凹凸鼓出变形，这种现态而产生凹凸鼓出变形，这种现象称为板件象称为板件失去稳定失去稳定，或称，或称板件板件屈曲屈曲。实腹式轴心受压构件截面设计的步骤：先选择截面的实腹式轴心受压构件截面设计的步骤：先选择截面的形式，然后根据整体稳定和局部稳定等要求选择截面尺寸，形式，然后根据整体稳定和局部稳定等要求选择截面尺寸，最后进行强度和稳定性验算。最后进行强度和稳定性验算。2 2 轴心受压构件的构造轴心受压构件的构造（1）实腹式轴心受压柱）实腹式轴心受压柱截面形式：截面形式：型钢截面型钢截面组合截面组合截面格构式截面格构式截面 为避免弯扭
42、失稳，常采用双轴对称截面。为避免弯扭失稳，常采用双轴对称截面。单角钢截面适用于塔架、桅杆结构和起重机臂杆单角钢截面适用于塔架、桅杆结构和起重机臂杆或轻便桁架。或轻便桁架。双角钢便于在不同情况下组成接近于等稳定的压双角钢便于在不同情况下组成接近于等稳定的压杆截面，常用于由节点板连接杆件的平面桁架。杆截面，常用于由节点板连接杆件的平面桁架。H型钢的宽度与高度相同时对强轴的回转半径约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为弱轴回转半径的2倍，对于在中点有侧向支撑的独立倍，对于在中点有侧向支撑的独立柱最适合。柱最适合。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
43、，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。求可作得很薄而节约钢材，应用十分广泛。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。求可作得很薄而节约钢材，应用十分广泛。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，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。这种截面最为有利。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
44、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。轻型钢结构中，可采用各种冷弯薄壁型钢截面组成压杆，轻型钢结构中，可采用各种冷弯薄壁型钢截面组成压杆，从而获得较好经济效果。从而获得较好经济效果。设置横向加劲肋设置横向加劲肋：为了提高构件的抗扭刚度，防止构件：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形，当在施工和运输过程中发生变形，当h h0 0/t tw w8080时，应在一定位时，应在一定位置设置成对的横向加劲肋。置设置成对的横向加劲肋。设置横隔：对于大型实腹式柱，为了增加其抗扭刚度设置横隔：对于大型实腹式柱，为了增加其抗扭刚度和传布集中力作用，在受有较大水平力处，以
45、及运输单元和传布集中力作用，在受有较大水平力处，以及运输单元的端部，应设置横隔，横隔间距一般不大于柱截面较大宽的端部，应设置横隔，横隔间距一般不大于柱截面较大宽度的度的9倍或倍或8m。（2 2）格构式轴心受压柱）格构式轴心受压柱格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。缀条与缀板：缀条与缀板：缀材分缀条和缀板两种，相应地格构式构件也分为缀条缀材分缀条和缀板两种，相应地格构式构件也分为缀条式和缀板式两种。式和缀板式两种。缀板缀板缀条缀条实实轴轴虚轴虚轴肢件肢件：格构式受压构件是把肢件布置在距截面形心一定距离格构式受压构件是把肢件布置在距截面形心一定距
46、离的位置上，通过调整肢件间距离以使两个方向具有相同的的位置上，通过调整肢件间距离以使两个方向具有相同的稳定性。稳定性。肢件通常为槽钢、工字钢或肢件通常为槽钢、工字钢或H H型钢，用缀材把它们连成型钢，用缀材把它们连成整体，以保证各肢件能共同工作。整体，以保证各肢件能共同工作。槽钢肢件的翼缘可以向内，也可以向外，前者外观平槽钢肢件的翼缘可以向内，也可以向外，前者外观平整优于后者；整优于后者；工字钢作为肢件组成的格构式截面柱，适用于柱子承工字钢作为肢件组成的格构式截面柱，适用于柱子承受荷载较大的情况；受荷载较大的情况；对于长度较大而受力不大的压杆，如桅杆，起重机臂对于长度较大而受力不大的压杆，如桅
47、杆，起重机臂杆等，肢件可以由四个角钢组成，四周均用缀材连接。杆等，肢件可以由四个角钢组成，四周均用缀材连接。格构柱截面的特点格构柱截面的特点：由于材料集中于分肢，与实腹柱：由于材料集中于分肢，与实腹柱相比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度相比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度及稳定性，从而节约钢材。格构柱的横截面为中部空心的及稳定性，从而节约钢材。格构柱的横截面为中部空心的矩形，抗扭刚度较差。矩形，抗扭刚度较差。为了提高格构柱的抗扭刚度，保证柱子在运输和安装为了提高格构柱的抗扭刚度，保证柱子在运输和安装过程中的形状不变，应每隔一段距离设置横隔。过程中的形状不变，应每隔一
48、段距离设置横隔。横隔用钢板横隔用钢板交叉角钢交叉角钢（3 3）柱头）柱头轴心受压柱柱头的构造方案：轴心受压柱柱头的构造方案：梁设置于柱顶梁设置于柱顶梁设置于柱顶梁设置于柱顶梁连接于柱的侧面梁连接于柱的侧面梁连接于柱的侧面梁连接于柱的侧面梁连接于柱的侧面梁连接于柱的侧面(4)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基础，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。柱脚设计时应力求构造简单，并便于安并和基础牢固连接。柱脚设计时应力求构造简单，并便于安装固定。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。轴承式铰接柱脚
49、轴承式铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚刚接柱脚刚接柱脚平板式铰接柱脚平板式铰接柱脚第三节第三节 钢结构受弯构件钢结构受弯构件 一、受弯构件截面形式：一、受弯构件截面形式：按支承情况的不同，可以分为简支梁、悬臂梁和连按支承情况的不同，可以分为简支梁、悬臂梁和连续梁。续梁。按截面形式可以分为型钢梁和组合梁两大类。按截面形式可以分为型钢梁和组合梁两大类。此外，还可根据跨度和荷载大小的需要，采用此外，还可根据跨度和荷载大小的需要，采用蜂窝梁。蜂窝梁。根据梁截面沿长度方向有无变化，可以分为等根据梁截面沿长度方向有无变化，可以分为等截面梁和变截面梁。截面梁和变截面梁。等截面梁构造简单，制作方便，适用于跨度不大的等
50、截面梁构造简单，制作方便，适用于跨度不大的场合。场合。对于跨度较大的梁，为节约钢材，常采用变截面对于跨度较大的梁，为节约钢材，常采用变截面梁，如下图的楔形梁。梁，如下图的楔形梁。根据受力情况的不同，还可以分为单向受弯根据受力情况的不同，还可以分为单向受弯梁和双向受弯梁（斜弯曲梁）。梁和双向受弯梁（斜弯曲梁）。二、梁的强度和刚度二、梁的强度和刚度（一）钢梁的强度计算（一）钢梁的强度计算1.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：1042nMfw（）单向弯曲时：单向弯曲时：1043yxxnxynyMMfww（）双向弯曲时双向弯曲时式中式中 M弯矩；弯矩；截面塑性发展系数。对于工字形
