1、建筑力学与结构Architecture Mechanics and Structures 四川科技职业学院建筑工程系第八章钢结构基本知识 第八章 钢结构v8-1 钢结构的特点及应用范围v8-2 结构钢材的种类与选用v8-3 钢结构的基本构件v8-4 钢结构的连接v8-5 钢屋盖1、特点、特点及及优点建筑钢材强度高，塑性韧性好 强度高大跨、高层、高负荷结构 塑性好防止脆性破坏，应力重分配 韧性好承受动力荷载，抗震性能好钢结构的重量轻，质强比小 材料的质量密度与强度f的比值（质强比）小 建筑钢材质强比：1.73.7104 木材质强比：5.4104 钢筋混凝土质强比：18104材质均匀、性能好，结构
2、可靠性高 钢材接近于各向同性的理想弹塑性体，实际受力同工程力学计算理论比较符合，因此钢结构的可靠性高钢结构施工简便，工期短，易于改造和加固 钢材可加工性能好，工业化机械化程度高，构件轻，连接简单，安装方便缺点耐腐蚀性差 使用环境，钢材极易锈蚀，需注意保护，特殊环境下不易使用钢结构耐火性差 耐热性较好（200以下钢材性质变化很小），高于200 后钢材强度下降很快，600 时钢材进入塑性状态，强度几乎降为零丧失承载力，需采取隔热防火措施钢材价格相对较高钢和混凝土容重比：钢和混凝土容重比：3.4 强度比：强度比：210136所以重量轻所以重量轻 (1)(1)便于运输和安装便于运输和安装 (2)(2)
3、可跨越更大的跨度可跨越更大的跨度容量：容量：kN/mkN/m3 3设计强度设计强度/MPaMPa拉拉压压钢材钢材76.976.9220220360360220220360360混凝土混凝土22.6 22.6 1.051.052.652.658.508.5032.532.5 钢结构钢混结构钢筋混凝土结构自重11.221.72结构自身面积0.280.371施工周期11.331.6用钢量1.451.231平均施工进度4.5天/层 7天/层几种类型结构比较2、应用范围、应用范围 承受荷载大的结构（承受荷载大的结构（工业厂房工业厂房）大跨度建筑物大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库体育馆、
4、展览馆、影剧院、会议中心、机库 高层建筑高层建筑香港汇丰银行（框支悬挂体系）轻型钢结构轻型钢结构轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：由冷弯薄壁型钢组成的结构；由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、型钢、L型型钢、钢、T型钢等）组成的结构；型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、H型钢、型钢、L型钢、型钢、T型钢等）组成的结构；型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由圆管、方管
5、、矩形管组成的结构；由薄钢板焊成的由薄钢板焊成的构件组成的结构；构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。由以上各种构件组成的结构。轻钢结构住宅 塔桅结构塔桅结构电视塔、天线、发射架、海洋平台电视塔、天线、发射架、海洋平台 可拆卸和搬迁的结构可拆卸和搬迁的结构 流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等大棚等 挡水结构、容器、大直径管道挡水结构、容器、大直径管道储油库、煤气库、高炉等各种容器储油库、煤气库、高炉等各种容器 大跨度桥梁大跨度桥梁哈尔滨康乐宫 钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构 钢构件和板件受压时必须满足稳定性要求，往往不能充分发挥它的
6、强度高的作用，而混凝土则最宜于受压不适于受拉，将钢材和混凝土并用，使两种材料都充分发挥它的长处，是一种很合理的结构 主要构件形式有钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱等常用钢混凝土组合截面讲述建筑钢材（讲述建筑钢材（Q235Q235、Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420）的主要）的主要机械性能及影响这些性能的主要因素；钢材受力的机械性能及影响这些性能的主要因素；钢材受力的两种破坏形式及防止脆性破坏的措施；介绍我国目两种破坏形式及防止脆性破坏的措施；介绍我国目前生产的建筑钢材品种及规格。前生产的建筑钢材品种及规格。8-2 结构钢材的种类与选用v1、具有较高的抗拉强度、具有较高的抗拉强
7、度 fu和屈服点和屈服点 fy(结构的承载力结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻大，所需的截面小，结构的自重轻).v 2、具有较好的塑性、韧性、具有较好的塑性、韧性(塑性好，不易发生脆塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载性破坏；韧性好，利于承受动力荷载).v 3、良好的工艺性能、良好的工艺性能(包括冷加工、热加工以及焊包括冷加工、热加工以及焊接性能接性能)v 4、容易生产，价格便宜。、容易生产，价格便宜。现行现行钢结构设计规范钢结构设计规范（GBJ50017GBJ50017）推荐承重）推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的结构的钢材宜采用碳素结构钢中的Q235Q235，及低
8、合金高，及低合金高强度结构钢中的强度结构钢中的Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420钢。钢。选用选用GB50017规范还未推荐的钢材时，需有可靠依规范还未推荐的钢材时，需有可靠依据。以确保钢结构的质量。据。以确保钢结构的质量。v 建筑用钢建筑用钢 普通碳素钢普通碳素钢 普通低合金钢。普通低合金钢。按其屈服点高低，由高到低排列，分为按其屈服点高低，由高到低排列，分为1 1号、号、2 2号、号、3 3号、号、4 4号号7 7号等，号等，钢号越高，其含碳钢号越高，其含碳量越高，强度越高，塑性越低量越高，强度越高，塑性越低。建筑钢结构中。建筑钢结构中最常用的是最常用的是3 3号钢。号钢
9、。二、结构用钢的种类二、结构用钢的种类1.化学成分化学成分普通碳素钢普通碳素钢 Q235普通低合金钢普通低合金钢 Q345、Q390、Q420平炉平炉 成本高，质量好（成本高，质量好（6小时小时100t左右）左右）氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（成本低，质量也可（15分钟分钟150t）2.炉种炉种3.脱氧程度脱氧程度沸腾钢（沸腾钢（F）脱氧较差脱氧较差镇静钢（镇静钢（Z）脱氧充分脱氧充分半镇静钢（半镇静钢（b）脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间特殊镇静钢（特殊镇静钢（TZ）4.质量等级质量等级A级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量级：保证抗拉强度、
10、屈服点和伸长率及硫、磷含量B、C、D级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击 韧性（分别为韧性（分别为20、0、-20）及碳、硅、）及碳、硅、锰、硫、磷含量锰、硫、磷含量E级：级：除满足除满足D级的要求外，还要求级的要求外，还要求-40时的冲击韧性时的冲击韧性5.钢材编号钢材编号碳素钢：碳素钢：Q质量等级（质量等级（AD）脱氧程度（）脱氧程度（F，b）低合金钢：低合金钢：Q质量等级（质量等级（AE）如如Q235-AF、Q345-C6.钢材的选择钢材的选择（1）结构或构件的重要性；）结构或构件的重要性；（2）荷载的种类（静荷载或动荷载）；）荷载的种
11、类（静荷载或动荷载）；（3）连接方法（焊接或非焊接）；）连接方法（焊接或非焊接）；（4）工作条件（温度，腐蚀等）工作条件（温度，腐蚀等）钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）规定：）规定：承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率、屈服强度屈服强度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保证，对的合格保证，对焊接结构焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。尚应具有碳含量的合格保证。焊焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材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还应具有冷冷弯试验弯试验的合格保证。需要验算的合格保证。需要验算疲劳疲劳的的焊接结构焊
12、接结构的钢材，应具有的钢材，应具有常温或负温常温或负温冲击韧性冲击韧性的合格保证。对需要验算的合格保证。对需要验算疲劳疲劳的的非焊接结非焊接结构构的钢材应具有的钢材应具有常温常温冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。(1)(1)结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的）结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的）(2)(2)荷载性质（静力荷载还是动力荷载）荷载性质（静力荷载还是动力荷载）(3)(3)连接方式（焊接还是其它连接）连接方式（焊接还是其它连接）(4)(4)工作环境（温度及腐蚀介质）工作环境（温度及腐蚀介质）1、原则：、原则：保证结构可靠安全，同时要经济合理，保证结构可靠安全，同时
13、要经济合理，节约钢材。节约钢材。2 2、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：3 3、承重钢结构用钢材的保证项目、承重钢结构用钢材的保证项目uf0180冷弯yfs冲击韧性040冲击韧性三项保证三项保证五项保证五项保证六项保证六项保证1 1、钢板、钢板(plate)(plate)（1 1）热轧钢板和钢带）热轧钢板和钢带（2 2）冷轧钢板和钢带，）冷轧钢板和钢带，（3 3）花纹涂板）花纹涂板(用作走道板和梯子踏板用作走道板和梯子踏板)，（4 4）高层建筑结构用钢板；）高层建筑结构用钢板；薄板薄板6mm,40mm40mm；常用热轧板；常用热轧板6 625mm25mm，
14、冷轧板冷轧板0.60.62mm2mm。热轧钢板：热轧钢板：120020400，如板长厚宽2 2、热轧型钢、热轧型钢(hot-rolled section)(hot-rolled section)（1）工字钢）工字钢 （普通工字钢（普通工字钢）20a H型钢型钢 HW3003001015 T型钢型钢 TW1503001015（2）槽钢）槽钢 32b（3）角钢）角钢 L12510 L1258010（4）钢管）钢管 4006（5）方管）方管 口口1005 口口1005053 3、焊接型钢、焊接型钢(welded section)(welded section)I I形，形，H H形，形，T T形，箱
15、形，十字型。形，箱形，十字型。4 4、冷弯薄壁型钢、冷弯薄壁型钢(cold-formed section)壁厚壁厚1.55mmL型钢，型钢，C型钢，型钢，Z型钢，型钢，S S型钢等。型钢等。5、压型钢板、压型钢板8-3 8-3 钢结构的基本构件钢结构的基本构件钢结构的基本构件按受力性质分主要有轴心受钢结构的基本构件按受力性质分主要有轴心受力构件，受弯构件，拉弯和压弯构件等。力构件，受弯构件，拉弯和压弯构件等。8-3-18-3-1 轴心受力构件轴心受力构件包括轴心受拉构件与轴心受压构件。当无节间荷载作用时，只受轴向拉力和轴向压力的作用。轴心受力构件的实际应用 轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受
16、压构件，主要用于承重结构，它们广泛应用于桁架网架、塔架和支撑等结构中。+b)截面型式截面型式 图图4-2 4-2 轴心受力构件截面形式轴心受力构件截面形式a)b)热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。格构式组合。一般分为两类，第一类是热轧型钢截面（一般分为两类，第一类是热轧型钢截面（a a）；第二类）；第二类是型钢组合截面（图是型钢组合截面（图b b）或格构式组合截面（）或格构式组合截面（c c）。）。图（图（a）热轧型钢截面）热轧型钢截面图（图（b）型钢组合截面）型钢组合截面图（图（c）格构式组合截面）格构式组合截面fANn式中，式中，N N荷载
17、引起的轴心拉力或压力荷载引起的轴心拉力或压力 A An n净截面面积净截面面积 f f钢材抗拉或抗压设计强度钢材抗拉或抗压设计强度一、轴心受力构件的强度一、轴心受力构件的强度要求：净截面平均应力不超过设计强度。要求：净截面平均应力不超过设计强度。验算公式：验算公式：轴心受力构件的极限状态 承载能力极限状态轴心受拉构件 只需进行强度验算轴心受压构件 除强度验算还有稳定问题二、轴心受力构件的刚度二、轴心受力构件的刚度轴心受力构件的刚度是以他的轴心受力构件的刚度是以他的长细比长细比来衡量的来衡量的 il0式中式中 构件最不利方向的长细比，一般为构件最不利方向的长细比，一般为 两主轴方向长细比的较大值
18、两主轴方向长细比的较大值.x=lox/ix，y=loy/iy lo-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 -受拉或受压构件的容许长细比。受拉或受压构件的容许长细比。三、轴心受压构件稳定性计算v实腹式受压构件主要分析它的整体稳定性和板件的局部稳定性。格构式主要分析整体稳定性和分肢稳定性。v轴心受压构件整体稳定性按下式计算：实腹式受压构件主要分析它的整体稳定性和板件的局部稳定性。格构式主要分析整体稳定性和分肢稳定性。轴心受压柱按下式计算整体稳定：式中 N 轴心受压构件的压力设计值；A 构件的毛截面面积；轴心受压构件的稳定系数；f 钢材的抗压
19、强度设计值。fAN三、轴心受压构件稳定性计算8-3-2 受弯构件的形式和应用受弯构件的形式和应用一、梁的类型一、梁的类型 普通工字钢普通工字钢,单角钢单角钢 热轧型钢梁热轧型钢梁 槽钢槽钢,H形钢形钢 型钢梁型钢梁 T形钢、箱形梁形钢、箱形梁 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 Z形钢梁形钢梁 铆接组合梁铆接组合梁 组合梁组合梁 异种组合梁异种组合梁 钢与砼组合梁钢与砼组合梁 截面沿长度变化截面沿长度变化 等截面梁等截面梁 变截面梁变截面梁 简支梁简支梁 支承情况支承情况 悬臂梁悬臂梁 连续梁连续梁 受力情况受力情况 单向受弯梁单向受弯梁 双向受弯梁双向受弯梁二、应用二、应用 工作平台梁、楼盖梁、墙架梁
20、、吊车梁、檩条工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、檩条图图51 梁的截面类型梁的截面类型 图图5 52 2钢与砼组合梁钢与砼组合梁 梁的定义梁的定义 承受横向荷载受弯的实腹钢构件。承受横向荷载受弯的实腹钢构件。梁的分类梁的分类 按计算简图分按计算简图分：简支梁、连续梁：简支梁、连续梁 悬臂梁等。悬臂梁等。按截面形式分按截面形式分：型钢梁、组合梁、：型钢梁、组合梁、梁的作用梁的作用 承受横向荷载与扭转。承受横向荷载与扭转。应用应用 受弯构件的强度与刚度受弯构件的强度与刚度（1 1）强度）强度梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用
21、处还有局部承压应力，故局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯强度、抗剪强度、局部承压强梁的强度应包括：抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度度，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。1 1）梁的抗弯强度）梁的抗弯强度钢梁在弯矩作用下，可分为三个工作阶段，即弹性、弹塑性及塑钢梁在弯矩作用下，可分为三个工作阶段，即弹性、弹塑性及塑性阶段。性阶段。弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力塑性工作阶段：弯矩达到最大极限，称为塑性弯矩塑性工作
22、阶段：弯矩达到最大极限，称为塑性弯矩M MP P。计算梁的刚度是为了保证正常使用，属计算梁的刚度是为了保证正常使用，属于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对标准荷载下的标准荷载下的最大挠度最大挠度加以限制实现。加以限制实现。ll或或标准荷载下梁的最大挠度标准荷载下梁的最大挠度受弯构件（梁）的容许挠度受弯构件（梁）的容许挠度 简支梁在均布荷载作用下简支梁在均布荷载作用下EIlqk43845梁的整体稳定梁的整体稳定一、梁整体稳定的临界弯矩一、梁整体稳定的临界弯矩MMcrcrfWMnxxEIlqk43845强度强度刚度刚度分析右边公式分析右边公式为提高强为提高强
23、度和刚度度和刚度Wnx和和Ix尽可能大尽可能大梁截面尽量梁截面尽量高、窄（高、窄（等等面积情况下面积情况下）太高太窄又太高太窄又会引起会引起失稳失稳1、梁的整体失稳现象、梁的整体失稳现象zxyP（1）当）当P较小时，偶有干扰，发生侧向弯曲和扭转，较小时，偶有干扰，发生侧向弯曲和扭转，干扰撤去，变形恢复。干扰撤去，变形恢复。梁是整体稳定的。梁是整体稳定的。（2）当）当P增大，超过某一数值（临界值），有侧向干增大，超过某一数值（临界值），有侧向干 扰引起侧向弯曲和扭转，这时候，撤去干扰也扰引起侧向弯曲和扭转，这时候，撤去干扰也 不不 能恢复变形。能恢复变形。梁是不稳定的。梁是不稳定的。如凸面上的小
24、球。如凸面上的小球。8-3-3 8-3-3 拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件 1.概述概述 结构中，压弯和拉弯构件的应用十分广泛。结构中，压弯和拉弯构件的应用十分广泛。它指的是同时承受它指的是同时承受轴向力轴向力和和弯矩弯矩的构件。弯矩的构件。弯矩可能由轴向力的偏心作用、端弯矩作用或横向可能由轴向力的偏心作用、端弯矩作用或横向荷载作用等三种因素形成，荷载作用等三种因素形成，拉弯构件拉弯构件在钢结构在钢结构中应用较少，受风荷载作用的墙架柱以及天窗中应用较少，受风荷载作用的墙架柱以及天窗架的侧立柱等等。当承受的弯矩不大，而轴心架的侧立柱等等。当承受的弯矩不大，而轴心拉力很大时，它的截面形式和一般轴心拉
25、杆一拉力很大时，它的截面形式和一般轴心拉杆一样。当承受的弯矩很大时，应在弯矩作用平面样。当承受的弯矩很大时，应在弯矩作用平面内采用较大的截面高度。内采用较大的截面高度。压弯构件压弯构件广泛的用于柱子，如工业建筑中的厂广泛的用于柱子，如工业建筑中的厂房框架柱。它们不仅要承受上部结构传下来的房框架柱。它们不仅要承受上部结构传下来的轴向压力，同时还受有弯矩和剪力。轴向压力，同时还受有弯矩和剪力。拉弯构件拉弯构件压弯构件压弯构件 与轴心受力构件一样，在进行拉弯和压弯构件与轴心受力构件一样，在进行拉弯和压弯构件设计时，应同时满足承载能力极限状态和正常设计时，应同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的
26、要求。使用极限状态的要求。拉弯构件需要计算其强拉弯构件需要计算其强度和刚度（限制长细比）；对压弯构件，则存度和刚度（限制长细比）；对压弯构件，则存在局部失稳和三种整体破坏形式：一是当杆端在局部失稳和三种整体破坏形式：一是当杆端弯矩很大或截面局部有严重削弱时的强度破坏；弯矩很大或截面局部有严重削弱时的强度破坏；二是弯矩作用平面内的弯曲失稳破坏；三是弯二是弯矩作用平面内的弯曲失稳破坏；三是弯矩作用平面外的弯曲扭转破坏。矩作用平面外的弯曲扭转破坏。2.2.拉弯和压弯构件的强度拉弯和压弯构件的强度 考虑钢材的塑性性能，考虑钢材的塑性性能，拉弯和压弯构件是以截拉弯和压弯构件是以截面出现塑性铰作为其强度极
27、限。面出现塑性铰作为其强度极限。弯矩作用在主平面的拉弯和压弯构件，弯矩作用在主平面的拉弯和压弯构件，钢钢结构设计规范结构设计规范规定按下列公式对其强度进行规定按下列公式对其强度进行验算：验算：fWMANnxxxn（3-27）承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，规范采用的承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，规范采用的强度计算公式为强度计算公式为 fWMWMANnyyynxxxn（3-28）3.3.拉弯和压弯构件的刚度拉弯和压弯构件的刚度 拉弯和压弯构件的刚度仍然采用容许长细比拉弯和压弯构件的刚度仍然采用容许长细比条件控制，即条件控制，即 （3-29）max4.4.压弯构件的整体稳定压弯构件的整体稳定 压弯构
28、件的截面尺寸通常由压弯构件的截面尺寸通常由整体稳定控整体稳定控制。制。压弯构件要分别计算弯矩作用平面内和压弯构件要分别计算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定性。弯矩作用平面外的稳定性。(1)(1)弯矩作用平面内的稳定弯矩作用平面内的稳定 钢结构设计规范钢结构设计规范规定，弯矩作用在对称轴平规定，弯矩作用在对称轴平面内（绕面内（绕x x轴）的实腹式压弯构件，其整体稳定轴）的实腹式压弯构件，其整体稳定性应按下列规定计算：性应按下列规定计算：fNNWMANExxxxmxx18.01（3-303-30）(2)(2)弯矩作用平面外的稳定弯矩作用平面外的稳定 开口薄壁截面压弯构件的抗扭刚度及弯矩作用平面
29、外的抗弯刚度通常较小，当构件在弯矩作用平面外没有足够的支承以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能因弯扭屈曲而破坏。考虑非均匀弯曲及截面形状调整，规范规范规规定的压弯构件在弯矩作用平面外稳定计算的相定的压弯构件在弯矩作用平面外稳定计算的相关公式为：关公式为：（3-32）fWMANxbxtxy18-4 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构是由钢构件经连接而成的结构钢结构是由钢构件经连接而成的结构,因此连接因此连接在钢结构总占有很重要的位置在钢结构总占有很重要的位置,它直接关系钢结构的它直接关系钢结构的安全和经济。在受力过程中，连接应有足够的强度，安全和经济。在受力过程中，连接应有足够的强度，被连接构件
30、之间应保持正确的相互位置。被连接构件之间应保持正确的相互位置。a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接连接连接方法方法优优 点点缺缺 点点 焊焊 接接对几何形体适应性强，构对几何形体适应性强，构造简单，不削弱截面，省造简单，不削弱截面，省材省工，易于自动化，工材省工，易于自动化，工效高，效高，焊接残余应力大且不易控焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大对材质要制，焊接变形大对材质要求高，焊接程序严格，质求高，焊接程序严格，质量检验工作量大量检验工作量大铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷质量易于检查，抗动力荷载好载好 费
31、钢、费工费钢、费工,逐渐被高强逐渐被高强螺栓取代螺栓取代普通螺普通螺栓连接栓连接 装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单 螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装难度较大难度较大高强螺高强螺栓连接栓连接 加工方便，对结构削弱少，加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好耐疲劳，塑性、韧性好 摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高为复杂，造价略高 焊条与局部焊件熔化、冷却，凝结成焊缝。焊条与局部焊件熔化、冷却，凝结成焊缝。是现代钢结构最主要的连接方法。是现代钢结构最主要的连接方法
32、。电弧焊电弧焊(1)(1)手工电弧焊手工电弧焊(2)(2)自动半自动埋弧电弧焊自动半自动埋弧电弧焊(3)CO(3)CO2 2气体保护焊气体保护焊以以C0C02 2为保护气体，使被熔为保护气体，使被熔 化的金属不与空气接触。化的金属不与空气接触。1、按焊缝的性质、按焊缝的性质角焊缝角焊缝被连接板件被连接板件2 2对接焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝被连接板件被连接板件1 1对接焊缝对接焊缝,角焊缝角焊缝2、按两焊件的相对位置分按两焊件的相对位置分 3 3、对接焊缝按受力与焊缝方向分、对接焊缝按受力与焊缝方向分a a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交）直缝：作用力方向与焊缝方向正交 b b）斜缝：作用力
33、方向与焊缝方向斜交）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交 3 3、角焊缝按受力与焊缝方向分、角焊缝按受力与焊缝方向分a a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行c)c)斜缝斜缝:作用力与焊缝长度方向斜交作用力与焊缝长度方向斜交角焊缝的种类角焊缝的种类Na)Nb)Nc)4 4、按焊缝连续性、按焊缝连续性a a）连续焊缝：受力较好）连续焊缝：受力较好 b b）断续焊缝：易发生应力集中）断续焊缝：易发生应力集中 5 5、按施工位置、按施工位置俯焊、立焊、横焊、仰焊俯焊、立焊、横焊、仰焊其中以俯
34、焊施工位置最好，所以焊缝质量其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。也最好，仰焊最差。a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊c)横焊横焊8-4-2 8-4-2 普通螺栓连接普通螺栓连接一、一、普通螺栓连接的构普通螺栓连接的构造造1 1、螺栓的规格、螺栓的规格(1)(1)普通螺栓的形式为六角普通螺栓的形式为六角头型。其代号用头型。其代号用M M和公称直和公称直径数表示。如径数表示。如M16M16、M20M20等。等。(3)(3)分为分为A A级、级、B B级和级和C C级三种级三种(2)常用螺栓直径为常用螺栓直径为d=16，20，24mm(4)C(4)C级为粗制螺栓，螺杆表级
35、为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm1.52mm，制作安装方便。，制作安装方便。C C级螺栓变形大，多用于围护结级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。构或次要结构连接。(3)A级和级和B级为精制螺栓，级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺级。很少用，已被高强度螺栓代替。栓代替。2 2、螺栓的排列、螺栓的排列(1)基本形式：基本形式：并列和错列并列和错列(2)排布参数：排布参数：端距，边距，中距端距，边距，中距为什么要限制中心距？为什么要限制中心距？(
36、3d(3d0 0)太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；不便施工不便施工太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。+e1 e2 e3 e4最大、最小距离限值见最大、最小距离限值见P71P71表表3.53.5。为什么限制边距、端距？为什么限制边距、端距？(2d(2d0 0、1.5d1.5d0 0、1.2d1.2d0 0)太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太大：不紧密，易锈蚀和变形。太大：不紧密，易锈蚀和变形。(3)排布尺寸要求排布尺寸要求NNb)NNa)螺栓受剪螺栓受剪c)N上两排螺栓受拉上
37、两排螺栓受拉2 2、受拉螺栓连接、受拉螺栓连接外力于栓干平行外力于栓干平行 通过螺栓抗拉保持连接。通过螺栓抗拉保持连接。1 1、受剪螺栓连接、受剪螺栓连接外力与栓杆垂直外力与栓杆垂直 以螺栓抗剪形式使连接件紧密连接。以螺栓抗剪形式使连接件紧密连接。二、普通螺栓连接的受力性能和计算二、普通螺栓连接的受力性能和计算3 3、同时受拉剪螺栓连接、同时受拉剪螺栓连接a a、螺杆被剪断、螺杆被剪断 b b、连接件半孔壁挤压破坏、连接件半孔壁挤压破坏c c、钢板拉（压）断、钢板拉（压）断 d d、钢板剪坏、钢板剪坏 e e、螺杆弯曲破坏、螺杆弯曲破坏e)Aa)ABb)BAc)Ad)3535a1A受剪螺栓连接
38、受剪螺栓连接五种破坏形式五种破坏形式8-4-2-2 8-4-2-2 高强度螺栓连接高强度螺栓连接连接板间摩擦力连接板间摩擦力 摩擦型摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，工艺保证措施：喷砂，使使=0.3=0.30.550.55。分类：分类：特点：特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达予拉力很大，依直径等级不同，可达8080355kN355kN。高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，高强螺栓是高
39、强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级强度等级10.9h10.9h和和8.88.8级。级。承压型承压型连接件间允许相互滑动连接件间允许相互滑动。传力开始传力开始时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同因此，有与普通螺栓相
40、同的极限状态的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，变形大，不适于受动荷载的连接。不适于受动荷载的连接。螺杆剪力螺杆剪力N2 2、予予拉工艺拉工艺扭螺帽扭螺帽螺栓的性能等 级螺 栓 公 称 直 径（mm）M16 M20M22M24 M27 M308.87011013515520525010.9100155190225290355高强螺栓设计予拉力P值（kN）表3-3（1 1）扭矩法）扭矩法 工具工具能显示扭矩的搬手。能显示扭矩的搬手。（2 2）转角法）转角法 先用普通扳手把连接见拧紧密，称先用普通扳手把连接见拧紧密，称初拧初拧。以初拧位置为起点，用
41、电动或风动扳手将螺帽扭以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭1/21/22/32/3圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。（3 3）扭掉螺栓尾部梅花卡法）扭掉螺栓尾部梅花卡法 8-5 8-5 钢屋盖钢屋盖 钢屋盖由屋面、屋架钢屋盖由屋面、屋架和支撑组成。和支撑组成。7.1.1 屋盖结构的组成屋盖结构的组成屋面板屋面板屋架屋架檩条檩条 其它：托架、天窗、其它：托架、天窗、檩条等。檩
42、条等。房屋横向刚度大，整体性、耐久性房屋横向刚度大，整体性、耐久性 好；屋面板自重大，屋盖及下部结构好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。用料多，对抗震不利。屋架间距灵活，构件重量轻、施工、屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多，整体刚安装方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。度差。无檩体系：无檩体系：有檩体系：有檩体系：一般用于预应力混凝土大型屋面板一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋等重型屋面，将屋面板直接放在屋架上。架上。常用于轻型屋面材料的情况。常用于轻型屋面材料的情况。3.3.满足制造、安装和运输要求满足制造、安装和运输要求 构造简
43、单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060；杆件与节点数量少；杆件与节点数量少；分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装；确定屋架形式的原则：确定屋架形式的原则：1.1.满足使用要求满足使用要求屋架外形应与屋架外形应与屋面材料的排水要求屋面材料的排水要求相适应。相适应。7.1.2 屋架的形式屋架的形式2 2.满足经济要求满足经济要求 屋架外形应尽量和屋架外形应尽量和弯矩图接近弯矩图接近，使上下弦杆，使上下弦杆 内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；腹杆的布置宜使腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉；短杆受压，长杆受拉；荷载布置在节点上，减少弦
44、杆局部受弯。荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。按腹杆布置方式不同有：按腹杆布置方式不同有：芬克式芬克式 特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应 用广泛。用广泛。1 1三角形屋架三角形屋架 杆件数量少，节杆件数量少，节点数量少，受压杆点数量少，受压杆较长，但抗震性能较长，但抗震性能优于芬克式屋架，优于芬克式屋架，适用于跨度小于适用于跨度小于18m18m的屋架。的屋架。单斜式单斜式 腹杆和节点数量较多，长腹腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，适用于下弦杆受拉，但夹角小，适用于下弦设置天棚的屋架。设置天棚的屋架。人字式人字式 适用范围：跨度小，坡
45、度大、采用轻型屋面材料适用范围：跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。的有檩体系。特点特点：外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。构造。按腹杆布置方式不同有：按腹杆布置方式不同有：人字式人字式2 2梯形屋架梯形屋架特点：腹杆总长度短，节点少。特点：腹杆总长度短，节点少。按支座斜杆与弦按支座斜杆
46、与弦杆组成的支承点杆组成的支承点在下弦或在上弦在下弦或在上弦又可分为下承式又可分为下承式和上承式两种。和上承式两种。上承式上承式下承式下承式 再分式再分式特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。单斜杆式单斜杆式 特点：多数腹杆受压，杆件数量多，总长大，特点：多数腹杆受压，杆件数量多，总长大，应用少。应用少。平面屋架在屋架平面外平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。因此，能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。屋架间设置支撑系
47、统。7.2 屋盖支撑屋盖支撑 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 垂直支撑垂直支撑 系杆系杆 组成组成檩条屋面板檩条屋面板 保证屋盖的整体性，提高空间刚度保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空的体系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系，其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，间体系，其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系
48、上，就保证了整个屋盖结构的稳定。就保证了整个屋盖结构的稳定。避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震作用等）。悬挂吊车水平荷载和地震作用等）。保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定体，在此基础上即可顺序
49、进行其他构件的安装。定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。7.2.1 支撑的作用支撑的作用7.2.2 支撑的布置支撑的布置 上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大最大间距为间距为60m60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。以支持端屋架和传递端墙风力。1 1上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑2 2下弦
50、横向水平支撑下弦横向水平支撑 当屋架间距当屋架间距12m12m时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑，时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑，一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定体系的基本组成部分。体系的基本组成部分。但当屋架跨度比较小（但当屋架跨度比较小（18m18m）又无吊车或其他振动设备）又无吊车或其他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。时，可不设下弦横向水平支撑。3 3纵向水平支撑纵向水平支撑当房屋较高、跨度较大、空间当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设有重级或间屋架的托
