1、1 钢结构钢结构29 钢结构钢结构目 录39 钢屋盖1掌握钢材的主要力学性能及影响因素；掌握钢材的主要力学性能及影响因素；2掌握钢结构的连接方法及受力特点；掌握钢结构的连接方法及受力特点；3掌握钢结构基本受力构件的构造要求；掌握钢结构基本受力构件的构造要求；4掌握钢屋盖结构的组成与结构形式；掌握钢屋盖结构的组成与结构形式；5了解门式刚架的组成与构造。了解门式刚架的组成与构造。49.1钢结构的材料钢结构的材料5 钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢材仅是其中的一小部分。用作钢结构的钢材必须具备下列性能：较高的强度，较强的变形能力，良好的加工性能。此外，根据结构的具体工作条件，还要求钢材具
2、有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。同时，钢结构中使用的钢材还应价格便宜，以降低工程造价。9.1.1 钢材的主要力学性能及影响因素钢材的主要力学性能及影响因素9.1 钢结构的材料6 9.1.1.1 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能 钢材的主要力学性能反映了钢材的内在质量及受力后的特性，需经拉伸试验、冷弯试验和冲击韧性试验测定。（1）强度和塑性）强度和塑性 强度是材料受力时抵抗破坏的能力。图9.1为低碳钢在常温、静载条件下，单向拉伸试验时的应力应变曲线。拉伸试验提供三项机械性能指标：屈服点、抗拉强度和伸长率。9.1 钢结构的材料7图图9.1 钢材的一次拉伸应力钢材的一次拉伸应力-应变曲线应变
3、曲线 9.1 钢结构的材料8 屈服点屈服点fy 钢材的屈服点（屈服强度）是衡量结构承载能力和确定强度设计值的指标。如图9.1所示，当应力达到屈服点之后，钢材便产生了较大且明显的应变，使结构的变形迅速增加而不能继续使用。因而，设计时取屈服点fy作为确定材料强度设计值的依据。抗拉强度抗拉强度fu 抗拉强度是应力-应变曲线上的最高点对应的应力值，是钢材能够达到的最大应力值。屈服强度与抗拉强度的比值能够反映钢材的强度储备。9.1 钢结构的材料9伸长率伸长率伸长率是反映钢材塑性性能的重要指标，伸长率用试件被拉断时的最大伸长值（塑性变形值）与原标距之比的百分数表示，即：式中l1试件拉断后的标距长度；l0试
4、件原标距长度，一般取5d 或10d（d为试件直径）；伸长率，对不同标距用下标区别，如5、10。伸长率越大，说明材料破坏前产生的变形越大，塑性性能越好。100001lll(9.1)9.1 钢结构的材料10（2）冷弯性能）冷弯性能 冷弯试验如图9.2所示。在试验机上，按规定的弯心直径d将试件冷弯180，观察试件外表面有无裂纹、分层等。冷弯性能是衡量钢材在常温下经受冷加工的能力，是衡量钢材质量的综合指标。9.1 钢结构的材料11图图9.2 钢材冷弯试验钢材冷弯试验 9.1 钢结构的材料12（3）冲击韧性）冲击韧性 冲击韧性反映钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度。冲击韧性值受
5、温度影响较大，温度过低其值剧降。冲击韧性是衡量钢材强度和塑性的综合性能指标。9.1 钢结构的材料13（4）可焊性）可焊性 钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能获得良好的焊接接头的性能。可焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后，焊接金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并且它们的机械性能不低于母材。9.1 钢结构的材料14 9.1.1.2 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素 影响钢材性能的因素有很多，其中以钢材的化学成分影响最大，而冶炼、轧制、冷加工、热处理、温度等的影响也不能忽视，现分述如下：（1）化学成分）化学成分 钢材的基本化学元素是铁。钢结构所用钢材包括碳素结构钢中的
6、低碳钢和低合金钢。碳素结构钢由纯铁及其他元素组成，其中纯铁占99%，碳及其他元素仅占1%左右，其他元素包括硅（Si）、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。9.1 钢结构的材料159.1 钢结构的材料低合金钢中除上述元素外，还有一些约占3%的合金元素，如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。碳和其他元素所占比例虽然不大，却对钢材性能起决定性作用。碳含量对钢材强度、塑性、韧性和可焊性有极大影响。含碳量提高，钢材的强度增加，但塑性、冲击韧性下降，可焊性和抗锈蚀性能变差。锰和硅是有益元素，是炼钢的脱氧剂。适量的锰和硅可提高钢材强度，对塑性和韧性无明显的不良影响。
7、16 钒和钛作为合金元素添加到钢中，可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力，而不显著降低塑性。硫和磷是钢中的有害元素，尤其是硫。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。硫使钢材在高温（8001000）下变脆，称为“热脆”；磷使钢材低温时变脆，称为“冷脆”。但是，磷可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力。氧和氮属有害元素，但含量较少。氧的作用类似于硫，使钢材产生热脆；氮的作用与磷相似，使钢材产生冷脆。9.1 钢结构的材料17（2）钢材的缺陷）钢材的缺陷 钢材在冶炼、浇铸和轧制过程中会产生偏析、非金属夹杂、裂纹、气孔和分层等缺陷。上述缺陷降低了钢材的塑性、韧性、可焊性和抗锈蚀性。（3）钢材的硬化）钢材的硬化
8、钢材硬化使钢材强度提高，但塑性和韧性降低。硬化有三种情况：时效硬化、冷作硬化和应变时效。9.1 钢结构的材料18 时效硬化就是钢材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化，导致钢材在放置后比放置前变硬的现象。冷作硬化是钢材在常温或在结晶温度以下进行加工后，强度和硬度显著提高，塑性和冲击韧性降低的现象。应变时效是钢材在应变力作用下，材料的组织性能随时间发生变化，从而导致钢材强度提高，塑性和韧性急剧下降的现象。9.1 钢结构的材料19（4）温度的影响）温度的影响 钢材的机械性能随温度变化将有所改变。钢材有一定的耐高温性能，但是耐火性差。钢材的性能随温度的升高呈强度降低、变形增大趋势。当温度在200以
9、内时，钢材的性能变化不大。温度超过350后，钢材的强度开始大幅度下降，变形急剧增加。当达到600时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量几乎均降至零。9.1 钢结构的材料20 当温度从常温开始下降时，随着温度的降低，钢材的屈服强度和抗拉强度略有提高，但塑性、韧性下降，材料逐渐变脆。当温度降至某一特定值（转变温度）时，材料将会发生脆性断裂，称为低温冷脆现象。9.1 钢结构的材料21 9.1.1.3 钢材强度设计指标钢材强度设计指标 钢材的强度设计值见表9.1。9.1 钢结构的材料22钢 材抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压(刨平顶紧)fce牌号厚度或直径(mm)Q235钢1621512532516
10、40205120406020011560100190110Q345钢163101804001640295170406026515560100250145Q390钢163502054151640335190406031518060100295170Q420钢163802204401640360210406034019560100325185表表9.1 钢材的强度设计值（钢材的强度设计值（N/mm2）注：附表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。9.1 钢结构的材料23 9.1.2.1钢材的规格钢材的规格 钢结构所用的钢材品种主要有热轧钢板和型钢（图图9.3
11、），以及冷弯薄壁型钢和压型钢板。图图9.3 型钢的规格型钢的规格(a)钢板；(b)等边角钢；(c)不等边角钢；(d)钢管；(e)槽钢；(f)工字钢;(g)H型钢;(h)T型钢 9.1.2 钢材的规格、品种及选用钢材的规格、品种及选用9.1 钢结构的材料24（1）钢板）钢板 钢板有薄钢板、厚钢板和扁钢。钢板用“宽厚长”或“宽厚”表示，单位为mm，如45083100，4508。（2）型钢）型钢 角钢：分等肢（边）角钢和不等肢（边）角钢两种。等肢角钢的表示方法：“肢宽肢厚”。如1108，表示肢宽110mm、肢厚8mm的等肢角钢。不等肢角钢的表示方法：1008010，表示长肢宽100mm、短肢宽80m
12、m、肢厚10mm的不等肢角钢。9.1 钢结构的材料25 槽钢槽钢：分普通槽钢和轻型槽钢两种。普通槽钢用代表槽钢的符号及截面高度的厘米数表示：如30a表示截面高度300mm，肢板厚度较薄的普通槽钢；轻型槽钢的表示方法是在前述普通槽钢符号后加“Q”，即表示轻型槽钢。如25Q表示截面高度为250mm的轻型槽钢。因轻型槽钢腹板均较薄，故不再按厚度划分。工字钢工字钢：工字钢也分普通工字钢和轻型工字钢两种。其表示方法与槽钢类似。如32a表示截面高度为320mm、腹板较薄的普通工字钢。32Q表示截面高度为320mm的轻型工字钢。9.1 钢结构的材料26 H型钢型钢：H型钢是世界各国广泛使用的热轧型钢，与普通
13、工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相连。它分为宽翼缘H型钢（代号HW）、中翼缘H型钢（代号HM）和窄翼缘H型钢（代号HN）。各种H型钢均可剖分为T型钢使用，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和T型钢的表示方法：高度H宽度B腹板厚度t1翼缘厚度t2。如HM340250914，其剖分T型钢为TM170250914，单位均为mm。钢管钢管：分无缝钢管及焊接钢管两种。以“”后面加“外径厚度”（mm）表示，如4006，表示外径为 400mm、厚度为6mm的钢管。9.1 钢结构的材料27（3）冷弯薄壁型钢和压型钢板）冷弯薄壁型钢和压型钢板 薄壁型钢是用156mm薄钢板经冷弯或模压而成型的。压型
14、钢板（图9.4）是薄壁型钢的一种形式，用厚度为0.42mm的薄钢板、镀锌钢板或表面涂有彩色油漆的彩色涂层钢板经冷轧（压）成型，是近年发展起来的一种新型板材，多用做轻型屋面板等构件。薄壁型钢和压型钢板自重轻，节省材料，十分经济，但薄壁对锈蚀的影响比较敏感。9.1 钢结构的材料28图图9.4 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢（a）等边角钢；（b）卷边等边角钢；（c）Z形钢；（d）卷边Z形钢；（e）槽钢；（f）卷边槽钢；（g）向外卷边槽钢（帽形钢）；（h）方管；（i）圆管；（j）压型板 9.1 钢结构的材料29 9.1.2.2 钢材的品种钢材的品种 钢材的种类繁多，按化学成分可分为碳素钢和低合金钢；按用途可
15、分为结构钢、工具钢和特殊用途钢；按冶炼方法可分为平炉钢、氧气转炉钢等；按浇铸方法可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。我国建筑结构用钢中常见的钢材是碳素结构钢和低合金钢。碳素结构钢的牌号由屈服点的汉语拼音开头字母Q、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧方法符号四个部分按顺序组成，如Q235-AF代表屈服点为235N/mm2、质量等级为A级的沸腾钢；Q235-B代表屈服点为235N/mm2、质量等级为B级的镇静钢。9.1 钢结构的材料30 9.1.2.3 钢材的选用钢材的选用 钢材选用的原则是：结构安全可靠，用材经济合理。一般应考虑以下几点：结构的重要性。结构的重要性。重要结构
16、或构件对钢材要求高。荷载的特征。荷载的特征。承受动力荷载的结构对钢材要求较高。连接方法。连接方法。焊接结构要求钢材具有可焊性。工作条件。工作条件。如环境温度对钢材的要求。钢材厚度。钢材厚度。钢材机械性能一般随厚度增大而降低，钢材经多次轧制后，钢的内部组织更为紧密，强度更高，质量更好。9.1 钢结构的材料31 一般钢结构的构件，多选用Q235钢，对荷载和跨度较大、低温环境以及承受较大动力荷载的构件，可选用Q345或Q390钢。建筑结构中通常采用Q235沸腾钢便可满足要求，但低温条件和较大动力荷载下不宜用沸腾钢。结构用钢至少必须有屈服强度、抗拉强度和伸长率三项机械性能指标合格保证（统称三项保证），
17、同时还应有硫、磷含量的合格保证。焊接结构还需碳含量的合格保证。9.1 钢结构的材料32 对某些重要结构的钢材，如吊车梁、大跨度厂房的屋架、托架和柱等，应有冷弯试验的合格保证（与前三项保证合称四项保证）。对重级工作制和吊车起重量大于等于50t的中级工作制吊车梁等构件的钢材，应具有常温（20）冲击韧性的合格保证（与前四项保证合称五项保证）。低温工作时，还需有0、-20和-40时低温冲击韧性的合格保证（与前五项保证合称六项保证）。9.1 钢结构的材料339.2钢结构的连接钢结构的连接34 钢结构连接的作用就是通过一定的方式将钢板或型钢组合成构件，或将若干个构件组合成整体结构，以保证其共同工作。因此，
18、连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。钢结构的连接必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。连接接头应有足够的强度，要有实施连接的足够空间。9.2.1 钢结构的连接方法及受力特点钢结构的连接方法及受力特点9.2 钢结构的连接35 钢结构的连接方法可分为焊接、铆钉连接和螺栓连接（图图9.5）。图图9.5 钢结构的连接钢结构的连接（a）焊缝连接；（b）铆钉连接；（c）螺栓连接 9.2 钢结构的连接36 焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法。它的优点是：不削弱焊件截面，连接的刚性好，构造简单，便于制造，并且可以采用自动化操作。它的缺点是：会产生残余应力和残余变形，连接的
19、塑性和韧性较差。铆钉连接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动力荷载结构的连接，如铁路桥梁。其缺点是构造复杂，用钢量多，目前已很少采用。9.2 钢结构的连接37 螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。普通螺栓连接的优点是施工简单、拆卸方便，缺点是用钢量多，适用于安装连接和需要经常拆卸的结构。普通螺栓又分为C级（粗制）螺栓和A级、B级（精制）螺栓。A级与B级为精制螺栓，螺栓表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。由于精度较高，因而受剪性能较C级螺栓好。但由于其制作和安装复杂，价格较高，很少使用。C级为粗制螺栓，由未经加工的圆钢压制而成，表面粗糙。9.2 钢结构的连接
20、38 由于栓杆与栓孔间的间隙较大，受剪力作用时，变形较大，工作性能差，但安装方便，且能有效地传递拉力，故一般可用于沿螺栓杆受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是：普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计。普通螺栓连接抗剪时是依靠孔壁承压和螺杆抗剪来传力。9.2 钢结构的连接39 高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工时还给螺杆施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此，板面之间垂直于螺杆方向受剪时有很大的摩擦力。高强度螺栓依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。高强度
21、螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接。前者以滑移作为承载能力的极限状态，后者的极限状态和普通螺栓连接相同。9.2 钢结构的连接40 高强度螺栓摩擦型连接只利用摩擦传力这一工作阶段，具有连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单以及动力荷载作用下不易松动等优点，在钢结构中得到广泛应用。高强度螺栓承压型连接，起初由摩擦传力，后期则依靠螺杆抗剪和承压传力，其承载能力比摩擦型的高，可以节约钢材，也具有连接紧密、可拆换、安装简单等优点，但这种连接的剪切变形较大，不能用于直接承受动力荷载的结构。9.2 钢结构的连接41 9.2.2.1 焊接方法焊接方法 电弧焊是最常用的一种焊接方法，俗称电焊。它是利用
22、金属焊条与焊接件之间所形成的电弧产生高温，使焊件局部金属熔化（一般有12mm深，称为熔深），同时把熔化了的焊条金属熔滴，填充到两焊件之间的缝隙中，这样，冷却后两个构件便结成一个整体。一般常用的电焊有手工电弧焊（图9.6）、自动（或半自动）埋弧焊（图9.7）以及气体保护焊。9.2.2 焊接焊接9.2 钢结构的连接42图图9.6 手工电弧焊手工电弧焊1电源；2导线；3夹具；4焊条；5药皮；6焊件 9.2 钢结构的连接43图图9.7 自动或半自动埋弧焊自动或半自动埋弧焊1焊丝转盘；2转动焊丝的电动机；3焊剂漏斗；4电源；5熔化的焊剂；6焊缝金属；7焊件；8焊剂；9移动方向 9.2 钢结构的连接44
23、9.2.2.2 焊接结构的特点焊接结构的特点 焊缝连接有下列特点：（1）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工省时，又不使材料的截面积受到减损，使材料得到充分利用，节约钢材；（2）任何形状的构件都可以直接连接，一般不需要辅助零件，使连接构造简单，传力路线短，适应面广；（3）焊接连接的气密性和水密性都好，结构刚性也较大，结构的整体性较好；9.2 钢结构的连接45（4）由于高温作用在焊缝附近形成热影响区，钢材的金属组织和机械性能发生变化，材质变脆；（5）焊接的残余应力会使结构发生脆性破坏和降低压杆稳定的临界荷载，同时残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化；（6）焊接结构具有连续性，局部裂缝一经发生便容易扩展
24、到整体，造成整体破坏。9.2 钢结构的连接46 9.2.2.3 焊缝和焊缝连接形式焊缝和焊缝连接形式 焊缝连接的形式可按不同的归类方式进行分类。按被连接构件之间的相对位置，可分为平接（又称对接）、搭接、顶接（又称T形连接）和角接四种类型。按焊缝的构造不同，可分为对接焊缝和角焊缝两种形式。9.2 钢结构的连接47 按受力方向，对接焊缝又可分为正对接缝（正缝）和斜对接缝（斜缝）；角焊缝可分为正面角焊缝（端缝）和侧面角焊缝（侧缝）等基本形式 （图图9.8）。图图9.8 对接焊缝与角焊缝对接焊缝与角焊缝1对接正焊缝；2对接斜焊缝；3正面角焊缝；4侧面角焊缝 9.2 钢结构的连接48 按照施焊的位置不同
25、，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种（图图9.9）。其中平焊施焊条件最好，质量易保证，因此质量最好；仰焊的施焊条件最差，质量不易保证，在设计和制造时应尽量避免采用。图图9.9 焊缝施焊位置焊缝施焊位置（a）平焊；（b）立焊；（c）横焊；（d）仰焊 9.2 钢结构的连接49 9.2.2.4 焊接质量检查焊接质量检查 钢结构工程施工质量验收规范规定，焊缝按其检验方法和质量要求分三级。其中三级焊缝只要求对全部焊缝做外观检查；二级焊缝要求在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条焊缝的20长度，且不小于200mm；一级焊缝要求在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。9
26、.2 钢结构的连接50 9.2.2.5 焊缝符号焊缝符号 焊缝符号是用于表明焊缝形式、尺寸和辅助要求，由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。图9.10为单面焊缝的标注，图9.11为双面焊缝的标注。9.2 钢结构的连接51图图9.10 单面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法 9.2 钢结构的连接52图图9.11 双面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法 9.2 钢结构的连接53 9.2.2.6 焊缝的构造焊缝的构造（1）对接焊缝的构造要求）对接焊缝的构造要求 对接焊缝的形式有I形缝、单边V形缝、双边V形缝（Y形缝)、U 形缝、K形缝、X 形缝等（图9.12）。当焊件厚度t很小时（t 6mm）可采用直
27、边缝。对于厚度一般（t620mm）的焊件，一般可以采用有斜剖口的单边V形焊缝或双边V形焊缝。对于较厚的焊件（t20mm），则应采用V形缝、U 形缝、双边V形缝、双Y形缝。其中V形缝和U 形缝为单边施焊，但在焊缝根部还需补焊。当没有条件补焊时，要事先在根部加垫板（图9.12中（g）、（h）、（i），以保证焊透。9.2 钢结构的连接54图图9.12 对接焊缝坡口形式对接焊缝坡口形式（a）I形缝；（b）单边V形缝；（c）Y形缝；（d）U形缝；（e）K形缝（f）X形缝；（g）、（h）、（i）加垫板的I形、单边V形和Y形缝 9.2 钢结构的连接55 对接焊缝的优点是用料经济，传力平顺均匀，没有明显的应力
28、集中，对于承受动力荷载的焊接结构，采用对接焊缝最为有利。但对接焊缝的焊件边缘需要进行剖口加工，焊件长度必须精确，施焊时焊件要保持一定的间隙。对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现凹形焊口，受力后易出现裂缝及应力集中。为消除焊口影响，焊接时可将焊缝的起点和终点延伸至引弧板（图9.13）上，焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。除了受动力荷载的结构外，一般不用引弧板，而是在计算时扣除焊缝两端各2t长度（此处t为较薄焊件厚度）。9.2 钢结构的连接56图图9.13 引弧板引弧板 9.2 钢结构的连接57 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 2.
29、5（承受静力荷载者）或1 4（需要计算疲劳者）的斜坡（图图9.14），形成平缓的过渡。如板厚相差不大于4mm时，可不做斜坡 （图图9.14（c）。图图9.14 不同宽度或厚度的钢板拼接不同宽度或厚度的钢板拼接(a)钢板宽度不同；(b)钢板厚度不同；(c)板边不加工 9.2 钢结构的连接58（2）角焊缝的构造要求）角焊缝的构造要求 角焊缝按其长度方向和作用力的相对位置不同可分为正面角焊缝（端缝）、侧面角焊缝（侧缝）、斜焊缝、围焊缝等几种（图9.15）。角焊缝中垂直于作用力的焊缝称为正面角焊缝，简称端缝；平行于作用力的焊缝称为侧面角焊缝，简称侧缝；倾斜于作用力的焊缝称为斜缝。侧缝主要受剪力作用，破
30、坏常发生在最小的受剪面上，即在有效厚度he=0.7hf所在的截面上。端缝则同时受到较大的剪力、弯矩和轴心力作用，而且在截面突变、力线密集的焊缝根部存在很大的应力集中现象，所以破坏常从根部开始。9.2 钢结构的连接59图图9.15 角焊缝的种类角焊缝的种类（a）矩形拼接板三面围焊连接；（b）菱形拼接板围焊缝连接 9.2 钢结构的连接60 角焊缝的连接构造如处理得不正确，将降低连接的承载能力。所以，还应注意以下几个构造问题：角焊缝的焊脚尺寸hf不宜太小，对于手工焊为，对于自动焊为，对于T形连接的单面角焊缝为 ，以上t是较厚焊件的厚度；当焊件厚度等于或小于4mm时，则最小焊脚尺寸与焊件厚度相同。th
31、f5.1mmthf15.1mmthf15.19.2 钢结构的连接61 角焊缝的焊脚尺寸hf亦不宜太大，以免烧伤和穿透较薄的焊件，在板边缘的角焊缝，如果hf太大，还可烧伤板边，产生咬边现象。所以最大焊脚尺寸应满足如下要求：焊缝不在板边缘时应有，t是较薄焊件的厚度（钢管结构除外）。焊缝若在板件（厚度为t）边缘，则最大焊件尺寸应符合下列要求：当t6mm 时，；当t6mm时，hft-12mm。thf2.1thf9.2 钢结构的连接62 当两焊件的厚度相差较大，且采用等焊脚尺寸无法满足最大和最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸，即与较厚焊件接触的焊脚尺寸满足 （mm），与较薄焊件接触的焊脚尺寸符合（
32、mm）的要求。在侧缝连接中，侧缝的计算长度在承受静力荷载或间接承受动力荷载时不宜大于60hf，在承受动力荷载时不宜大于40hf。当大于上述数值时，其超出部分在计算中不予考虑。若内力沿侧缝全长分布，其计算长度不受此限制。max5.1thfmin2.1 thf9.2 钢结构的连接63 角焊缝的计算长度不宜太短，侧缝或端缝的计算长度不得小于8hf和40mm。当角焊缝的端部在构件转角处时，宜连续作长度为2hf的绕角焊，以免起落弧位于应力集中较大的转角处，当钢板只用两条侧焊缝连接时 （图9.16），lw不宜小于b，同时宜使b16t(t12mm)或b200mm(t12mm)，b是两侧缝之间的距离，t是较薄
33、焊件的厚度。这是为了避免焊缝横向收缩引起板件过大的拱曲变形。如果采用上述焊缝不能满足强度要求，可采用三面围焊。9.2 钢结构的连接64图图9.16 两侧焊缝连接构造两侧焊缝连接构造 9.2 钢结构的连接65 在仅用正面焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍和25mm，以减小因焊件收缩而产生的残余应力，以及因传力而产生的附加应力。在角焊缝连接中，为了减少焊接应力和焊接变形，应采取一些设计方面和工艺方面的措施。不要任意加大焊缝，避免焊缝的密集和交叉等。9.2 钢结构的连接66 9.2.2.7 焊缝强度设计指标焊缝强度设计指标 焊缝的强度设计值见表9.2。9.2 钢结构的连接67焊接方
34、法和焊条型号构件钢材对接焊缝角焊缝牌号厚度或直径(mm)抗压fcw焊接质量为下列等级时，抗拉ftw抗剪fvw抗拉、抗压和抗剪ftw一级、二级三级自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢162152151851251601640205205175120406020020017011560100190190160110自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢163103102651802001635295295250170355026526522515550100250250210145自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q390钢163503503002052201635335
35、335285190355031531527018050100295295250170Q420钢163803803202202201635360360305210355034034029019550100325325275185表表9.2 焊缝的强度设计值（焊缝的强度设计值（N/mm2）9.2 钢结构的连接68 注：自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂（GB/T 5293）和低合金钢埋弧焊用焊剂（GB/T 12470）中相关的规定。焊缝质量等级应符合现行国家标准钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205）的规定。其中厚度小于8m
36、m钢材的对接焊缝，不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取 ，在受拉区的抗弯强度设计值取 。表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。wcfwtf9.2 钢结构的连接69 9.2.2.8 对接焊缝在轴心力对接焊缝在轴心力N作用下的计算作用下的计算 当轴心力垂直于焊缝时(图9.17（a）、（b），焊缝内的应力可看做是均匀分布的，故焊缝的验算公式为：式中N轴心拉力或压力；lw焊缝的计算长度，当未采用引弧板施焊时，每条焊缝取 实际长度减去2t，即lw=l-2t；当采用引弧板时，取焊缝 的实际长度；t 在平接（对接）中为连接构件的较小
37、厚度，在T形连接 中为腹板厚度（图9.17(b)）；Aw焊缝的计算截面面积，Aw=lwt；对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。WcWtWWfftlNAN或wcfwtf（9.2）9.2 钢结构的连接70图图9.17 轴心受力构件的对接焊缝轴心受力构件的对接焊缝（a）对接焊缝；（b）T形焊缝；（c）斜焊缝 9.2 钢结构的连接71 当采用正对接焊缝强度不能达到强度要求时，可改用斜对接焊缝（图9.17（c）。斜缝与作用力之间的夹角一般应符合tan1.5，此时焊缝的强度能达到要求，故焊缝强度可不必验算。但斜对接焊缝比正对接焊缝费料，不宜多用。9.2 钢结构的连接72【例9.1】验算图9.18所示的钢板对接
38、焊缝，钢板截面500mm10mm，轴向拉力N=1000kN，钢材为Q235-AF，焊条E43型，焊缝质量为三级，施工中未采用引弧板。9.2 钢结构的连接73图图9.18 轴心力作用时的对接焊缝轴心力作用时的对接焊缝 9.2 钢结构的连接74 9.2.2.9 角焊缝在轴心力角焊缝在轴心力N作用下的计算作用下的计算 当垂直于焊缝长度方向的轴心力作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：当平行于焊缝长度方向的轴心力作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：当具有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力同时作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：（9.3）（9.4）wffwefflhNWfWefflhN9.2 钢结构的连接75 式中N轴
39、心拉力、压力或剪力；he角焊缝的有效厚度，对于直角角焊缝，he=0.7hf，hf为焊脚尺寸；lw角焊缝的计算长度总和，施焊时有引弧板时为实际焊缝长度，无引弧板时对每条焊缝取其实际长度减去2hf；f角焊缝中的正应力；f角焊缝中的剪应力；f正面直角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，f=1.22；对直接承受动力荷载的结构，f=1.0；对于斜角角焊缝，不论静力荷载或动力荷载，一律取f=1.0；角焊缝的强度设计值。wffWfffff22（9.5）9.2 钢结构的连接76【例9.2】如图9.19所示拼接板的平接连接，若连接板截面为40014,承受轴心力设计值N=920kN
40、（静力荷载），钢材为Q235，采用E43型系列焊条，手工焊。试设计拼接板尺寸，采用两种方案：（a）用侧面角焊缝，（b）用三面围焊，试设计焊缝。9.2 钢结构的连接77图图9.19 例例9.2图图 9.2 钢结构的连接78 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强螺栓连接两种。普通螺栓通常采用Q235钢材制成，安装时用普通扳手拧紧；高强螺栓则用高强度钢材经热处理制成，用能控制扭矩或螺栓拉力的特制扳手拧紧到规定的预拉力值，把被连接件夹紧。9.2.3 螺栓连接螺栓连接9.2 钢结构的连接79 9.2.3.1 螺栓的排列螺栓的排列 螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图9.2
41、0）。并列式比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。错列式可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列式紧凑，连接板尺寸较大。螺栓在构件上的布置、排列应满足受力要求、构造要求和施工要求。9.2 钢结构的连接80图图9.20 钢板上的螺栓（铆钉）排列钢板上的螺栓（铆钉）排列(a)并列式；(b)错列式 9.2 钢结构的连接81（1）受力要求）受力要求 在受力方向，螺栓的端距过小时，钢板有冲剪破坏的可能。当各排螺栓距离过小时，构件有沿直线或折线破坏的可能。对受压构件，当沿作用力方向的螺栓距过大时，在连接的板件间易发生张口或鼓曲现象。因此，从受力的角度规定了最大和最
42、小的容许间距。9.2 钢结构的连接82（2）构造要求）构造要求 当螺栓距及线距过大时，被连接的构件接触面就不够紧密，潮气容易侵入缝隙而产生腐蚀，所以应规定螺栓的最大容许间距。（3）施工要求）施工要求 为了施工方便，便于转动螺栓扳手，规定了螺栓最小容许间距。螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表9.3。9.2 钢结构的连接83名称位置和方向最大容许距离（取两者的较小值）最小容许距离中心间距外排（垂直内力方向或顺内力方向）8d0或12t3d0中间排垂直内力方向12d0或18t顺内力方向构件受压力16d0或24t构件受压力4d0或8t沿对角线方向中心至构件边缘的距离顺内力方向4d0或8t2d0垂直
43、内力方向剪切边或手工气割边1.5d0轧制边、自动气割或锯割边高强度螺栓其他螺栓或铆钉1.2d0注：d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。表表9.3 螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离 9.2 钢结构的连接84 9.2.3.2 普通螺栓的工作性能普通螺栓的工作性能 普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓承受剪力、螺栓承受拉力、螺栓承受拉力和剪力的共同作用（图9.21）。受剪螺栓连接达到极限承载力时，螺栓连接破坏时可能出现五种破坏形式（图9.22）：（1）螺栓杆剪断；（
44、2）孔壁挤压(或称承压)破坏；（3）钢板净截面被拉断；（4）钢板端部或孔与孔间的钢板被剪坏；9.2 钢结构的连接85（5）螺栓杆弯曲破坏。以上五种破坏形式的前三种通过相应的强度计算来防止，后两种可采取相应的构造措施来防止。一般当构件上的螺栓孔端距大于2d0时，可以避免端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径5倍时，则可防止螺栓杆产生过大的弯曲变形。在受拉螺栓连接中，螺栓承受沿螺杆长度方向的拉力，螺栓受力的薄弱处是螺纹部分，破坏产生在螺纹部分。9.2 钢结构的连接86图图9.21 普通螺栓按受力方式分类普通螺栓按受力方式分类（a）抗剪连接；（b）抗拉连接；（c）同时抗拉、抗剪连接 9.2 钢结构
45、的连接87图图9.22 受剪螺栓连接的破坏形式受剪螺栓连接的破坏形式（a）螺栓杆剪断；（b）孔壁被挤压破坏；（c）净截面被拉断；（d）钢板端部被剪坏；（d）螺栓杆弯曲破坏 9.2 钢结构的连接88 9.2.3.3 高强度螺栓的工作性能高强度螺栓的工作性能 高强度螺栓采用强度高的钢材制作，所用材料一般有两种，一种是优质碳素钢，另一种是合金结构钢，性能等级有8.8级（35号钢、45号钢和40B钢）和10.9级（有20MnTiB钢和36VB钢）。级别划分的小数点前的数字是螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是材料的屈强比。高强度螺栓连接是依靠构件之间很高的摩擦力传递全部或部分内力的，故必须用特
46、殊工具将螺帽旋得很紧，使被连接的构件之间产生预压力（螺栓杆产生预拉力）。同时，为了提高构件接触面的抗滑移系数，常需对连接范围内的构件表面进行粗糙处理。9.2 钢结构的连接89 高强度螺栓连接虽然在材料、制作和安装等方面都有一些特殊要求，但由于它有强度高、工作可靠、不易松动等优点，故是一种广泛应用的连接形式。高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的。一般采用扭矩法和扭剪法。扭矩法是采用可直接显示扭矩的特制扳手，根据事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系施加扭矩，使之达到预定预拉力。扭剪法是采用扭剪型高强度螺栓，该螺栓端部设有梅花头，拧紧螺帽时，靠拧断螺栓梅花头切口处截面来控制预拉力值。9.2 钢结构的
47、连接90 高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连接相同的排列布置要求外，尚须注意以下两点：（1）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接件宜采用钢板，以使被连接部分能紧密贴合，保证预拉力的建立。（2）在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。9.2 钢结构的连接919.3钢结构构件钢结构构件 按受力特点，钢结构构件可分为受弯构件、轴心受力构件（拉、压杆）、偏心受力构件（拉弯和压弯构件）等。92 轴心受力构件是指承受通过构件截面形心的轴向力作用的构件。轴心受力构件是钢结构的基本构件，广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。9.
48、3.1 轴心受力构件的构造轴心受力构件的构造9.3 钢结构构件93 这类构件在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载，杆件受轴心力作用。根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。轴心受压柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。柱头支撑上部结构，柱脚则把荷载传给基础。轴心受力构件可分为实腹式和格构式两大类 （图9.23）。9.3 钢结构构件94图图9.23 柱的形式和组成柱的形式和组成（a）实腹柱；（b）缀板式格构柱；（c）缀条式格构柱 9.3 钢结构构件95 轴心受力构件常见的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图9.24(a)
49、中的工字钢、H型钢、槽钢、角钢、T型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图9.24(b)中的冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图9.24(c)所示的实腹式组合截面和图9.24(d)所示的格构式组合截面等。进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度、刚度要求；轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。截面选型应满足用料经济、制作简单、便于连接、施工方便的原则。9.3 钢结构构件96图图9.24 轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式(a)热轧型钢截面；(b)冷弯薄壁型钢截面；(c)实腹式组合截面
50、；(d)格构式组合截面9.3 钢结构构件97 受弯构件是钢结构的基本构件之一，在建筑结构中应用十分广泛，最常用的是实腹式受弯构件。钢梁按制作方法不同可以分为型钢梁和组合梁两大类,型钢梁构造简单，制造省工，应优先采用。9.3.2 受弯构件的构造受弯构件的构造9.3 钢结构构件98 型钢梁有热轧工字钢、热轧H型钢和槽钢三种，其中H型钢的翼缘内外边缘平行，与其他构件连接方便，应优先采用。宜选用窄翼缘型H型钢（HN型）。荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢的尺寸、规格不能满足梁承载力和刚度的要求，就必须采用组合梁。9.3 钢结构构件99 当荷载和跨度较大时，型钢梁受到尺寸和规格的限制，常不能
