1、第六章 钢 结 构国家大剧院国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2020席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。上海环球金融中心
2、上海环球金融中心 由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工阶段。轻型钢结构轻型钢结构陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62钢球罐n密闭性好n稳定问题突出n耐腐蚀性差n耐火性差四、钢材的种类四、钢材的种类按冶炼方法分类按
3、冶炼方法分类1.平炉钢：生产周期长，成本高，质量好平炉钢：生产周期长，成本高，质量好2.转炉钢：转炉钢：氧气转炉钢：氧气转炉钢：生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近空气转炉钢：空气转炉钢：质量较差，只能用于次要构件质量较差，只能用于次要构件按脱氧程度分类按脱氧程度分类1.沸腾钢沸腾钢F：脱氧剂为脱氧剂为锰铁；锰铁；脱氧不完全，质量较差，成本低脱氧不完全，质量较差，成本低2.半镇静钢半镇静钢b：介于两者之间介于两者之间3.镇静钢镇静钢Z：脱氧剂为脱氧剂为锰铁加硅铝锰铁加硅铝；脱氧较完全，质量好，成本高；脱氧较完全，质量好，成本高4.特殊镇静钢特殊镇静钢TZ1、
4、钢材的种类、钢材的种类按化学成分分类按化学成分分类1.碳素结构钢：碳素结构钢：标号：标号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275Q235-AF，表示屈服强度为，表示屈服强度为235N/mm2A级沸腾钢级沸腾钢2.低合金钢：低合金钢：16Mn，表示平均含碳量，表示平均含碳量0.16%含锰的钢含锰的钢 标号：标号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q4603.优质碳素结构钢优质碳素结构钢如：Q235A F，Q235C“屈”字的首写拼音字母Q 脱氧方式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)特殊镇静钢(TZ)(通
5、常省略)“屈”字的首写拼音字母如：Q345A，Q390CQ 钢材的屈服点质量等级分A、B、C、D、E五个等级。(质量E级最好)镇静钢(z)(通常省略)特殊镇静钢(TZ)(通常省略)脱氧方式承重结构的钢材，宜选用承重结构的钢材，宜选用Q235、16Mn，16Mnq等等不宜使用不宜使用Q235-AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低于于-20的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于-20的的重级工作制结构重级工作制结构如 I 36a普通工字钢：I 截面高度的厘米数截面类型(a,b两类不同腹板厚
6、度)如 QI 50a轻型工字钢：QI 截面类型(a,b,c三类)如：H350250810表示方法：高度宽度腹板厚翼缘厚宽翼缘H型钢(HW)中翼缘H型钢(HM)H型钢柱(HP)H B t1 t2 （单位：mm）H型钢分类窄翼缘H型钢(HN)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Q 32a4、钢材机械性能、钢材机械性能强度（强度（屈服点、抗拉强度屈服点、抗拉强度）、）、塑性（塑性（伸长率伸长率）、）、冷弯性能、冷弯性能、冲击韧性冲击韧性。五、钢结构计算方法五、钢结构计算方法以概率论为基础的极限状态设计法以概率论为基础的极限状态设计
7、法六、钢结构的设计指标六、钢结构的设计指标钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力分项系数，应根据钢材厚度或直径查表分项系数，应根据钢材厚度或直径查表轴心受力构件拉弯构件：承受非结点荷载的桁架下弦杆。压弯构件：框架柱、单层厂房的柱子。轴心受拉构件：支撑拉杆，桁架下弦杆轴心受压构件：桁架上弦杆，柱1、轴心受力构件和拉弯、压弯构件的种类2、截面形式型钢截面：圆钢、钢管、方钢管、角钢组合截面实腹式格构式（二）、轴心受力构件（二）、轴心受力构件包括包括轴心受拉构件轴心受拉构件和和轴心受压构件。轴心受压构件。A.强度强度fANn%15减减值。对单角钢构
8、件，折值。对单角钢构件，折钢材抗拉抗压强度设计钢材抗拉抗压强度设计净截面尺寸净截面尺寸 fAnB.刚度（长细比）刚度（长细比）AIiAIiililyyxxyyyxxx,00方向计算长度方向计算长度和和构件构件yxlloyox,C.整体稳定性整体稳定性fAN 911 系数，查表系数，查表轴心受压构件整体稳定轴心受压构件整体稳定 验算钢屋架的受压腹杆见图。验算钢屋架的受压腹杆见图。N=148.5kN,计算长度计算长度lox=2291mm,loy=2864mm,A=1473.4mm2,ix=23.3mm,iy=33.7mm。钢材。钢材Q235。1.强度（略）强度（略）yyxxy82.刚度刚度 150
9、857332864150398323229100 .il.ilyyyxxx566.03.98max 类截面，类截面，查表，按查表，按b3.整体稳定性整体稳定性，满足，满足223/215/1784.1473566.0105.148mmNfmmNAN 截 面 形 式 和 对 应 轴截 面 形 式 和 对 应 轴bxxh轧制，b/h0.8，对x轴轧制，对任意轴类别类别a 类bhyy轧制，b/h0.8，对y轴bhyyxx轧制，b/h0.8，对x、y轴b 类yyxxxxyy轧制，对x、y轴xxxx焊接，翼缘为轧制或剪切边，对x轴xx xxyyyy焊接，翼缘为焰切边，对x轴xxyyyxxy轧制，对x、y轴
10、xxyy轧制，(等边角钢)，对x、y轴xxyy焊接，对任意轴截 面 形 式 和 对 应 轴截 面 形 式 和 对 应 轴类别类别b 类c 类xxyyxxyyxxyyxxyyxxyyxxyyxxyy焊接，对x、y轴yyyy轧制或焊接，对y轴xx轧制或焊接，对x轴xxyyxxyyxxyyxxyy格构式，对x、y轴yyyy焊接，翼缘为轧制或剪切边，对y轴yy轧制或焊接，对y轴xx xx轧制或焊接，对x轴无任何对称轴的截面，对任意轴板件厚度大于40mm的焊接实腹截面，对任意轴表5.2(b)按截面形式分型钢梁组合梁按荷载作用情况分单向受弯梁双向受弯梁按支承情况分简支梁连续梁伸臂梁框架梁按使用功能分工作平
11、台梁吊车梁楼盖梁墙梁檩条受弯构件受弯构件A.抗弯强度抗弯强度fWMnxxx B.抗剪强度抗剪强度VWfItVS D.整体稳定性整体稳定性fWMxx C.刚度刚度 lvlv max Fmax E.局部稳定性：用局部稳定性：用高厚比高厚比限定限定为提高构件局部稳定性，可按规定设置为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋加劲肋，包括横向加劲肋和纵，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。向加劲肋。拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件包括包括强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性验算验算1、梁的强度强度抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力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
12、：单向弯曲梁：fWMnxxx双向弯曲梁：fWMWMnyyynxxx 直接承受动力荷载：0.1yx取2、梁的刚度梁的刚度问题 满足正常使用极限状态的问题。max llmax 或式中：梁的允许挠度；l 梁的跨度。梁局部稳定的概念梁局部稳定 当组合梁腹板高厚比或翼缘宽厚比过大时，在荷载作用下，有可能会出现偏离其平面位置的波状屈曲。图4.6 梁翼缘和腹板的失稳变形铰接柱脚刚接柱脚1、焊接的方法常用焊接方法电弧焊气焊（适用于薄钢板或 小型结构）手工电弧焊电阻焊（适用于薄壁型钢）自动电弧焊2、焊接的形式 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3.11 角
13、焊缝的形式(a)普通型(b)平坦型图3.12 直角角焊缝截面形式hf(c)凹面型maxmin,5.1thfminmax,2.1 thf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。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)图3.22 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。一、焊接连接一、焊接连接包括包括气焊、接触焊气焊、接触焊和和电弧焊
14、电弧焊A.焊缝的形式与构造焊缝的形式与构造1.对接焊缝对接焊缝2.角焊缝角焊缝杆件与节点板连接方式有杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、两面侧焊、三面围焊、L型围焊型围焊二、焊缝的计算二、焊缝的计算A.对接焊缝计算对接焊缝计算wcwtworfftlN NNmmlw10焊缝长度减去焊缝长度减去焊缝长度，无引弧板为焊缝长度，无引弧板为 1.N作用作用2.M、V共同作用共同作用max max WVWWWtwftIVSfWM Wtf1.1322 即，即，算腹板和翼缘交接处算腹板和翼缘交接处验算前两项外，还要验验算前两项外，还要验对工字形截面焊缝，除对工字形截面焊缝，除VVMMmax 1 max
15、1 VVMM1验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材，钢材Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。1.钢板承载能力验算钢板承载能力验算NN5008满足满足,700000860002158500NNAf 满足满足）（,/185/6.17881050070000022mmNfmmNtlNwtw 2.焊缝承载能力验算焊缝承载能力验算B.角焊缝计算角焊缝计算22.17.0 ffeewffwefhhhflhN 焊缝有效计算高度，焊缝有效计算高度，1.正面角焊缝：正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向外力方向与焊
16、缝长度方向垂直垂直的焊缝的焊缝2.侧面角焊缝：侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向外力方向与焊缝长度方向平行平行的焊缝的焊缝wfwefflhN C.角钢连接角钢连接三、螺栓连接（普通螺栓连接）三、螺栓连接（普通螺栓连接）抗剪螺栓计算抗剪螺栓计算螺栓杆剪断螺栓杆剪断螺栓抗剪强度计算螺栓抗剪强度计算板件挤压破坏板件挤压破坏螺栓抗压强度计算螺栓抗压强度计算板件削弱处拉断板件削弱处拉断净截面计算计算净截面计算计算板件端部剪坏板件端部剪坏构造保证：控制端部最小距离构造保证：控制端部最小距离栓杆弯曲变形破坏栓杆弯曲变形破坏构造保证：杆长与杆径小于等于构造保证：杆长与杆径小于等于5等级表示：如等级表示：如4.
17、6级指最低抗拉强度为级指最低抗拉强度为400N/mm2,屈强比为屈强比为0.6的螺栓的螺栓连接方式：连接方式：C级粗制螺栓和级粗制螺栓和A、B级精制螺栓级精制螺栓抗拉螺栓计算抗拉螺栓计算螺栓杆拉断螺栓杆拉断螺栓抗拉强度计算螺栓抗拉强度计算一、钢屋架类型一、钢屋架类型钢屋盖结构由钢屋盖结构由屋面、屋架屋面、屋架和和支撑支撑三部分组成三部分组成据屋面材料和屋架间距不同分：据屋面材料和屋架间距不同分：有檩屋盖有檩屋盖和和无檩屋盖无檩屋盖常用屋架有：常用屋架有：三角形、梯形三角形、梯形等等二、常见杆件截面形式二、常见杆件截面形式常用双角钢常用双角钢T型，其余见型，其余见P193表表11-16三、屋架节点构造三、屋架节点构造基本规定基本规定1.节点处各杆件节点处各杆件重心线交于一点重心线交于一点2.节点板形状规整、简单节点板形状规整、简单3.板厚一般为板厚一般为1012mm
