第九章 钢结构

1、LOGO钢结构基本原理钢结构基本原理 土木工程学院土木工程学院第九章第九章 钢结构工程钢结构工程主讲：沙 勇201391 1、优点：、优点：1)1)强度高，重量轻。强度高，重量轻。 屋架屋架:G:G钢钢= =（1/31/31/41/4）G G钢砼钢砼2)2)塑性好，韧性好。塑性好，韧性好。3)3)材质均匀，工作可靠性高。材质均匀，工作可靠性高。4)4)工业化生产程度高，工期短。工业化生产程度高，工期短。5)5)能制成不渗漏的密闭结构。能制成不渗漏的密闭结构。6)6)耐热性能好。（温度耐热性能好。（温度200200 C C时性能变化不大）时性能变化不大）2 2、缺点：、缺点：1)1)易锈蚀。易锈

2、蚀。2)2)耐火性能差。耐火性能差。 一、钢结构连接的种类及特点一、钢结构连接的种类及特点2、铆接铆接1、焊接焊接 对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝（一）连接的种类（一）连接的种类:焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接9.1 9.1 钢结构的连接钢结构的连接3、螺栓连接螺栓连接普通螺栓：靠螺栓杆承压和普通螺栓：靠螺栓杆承压和 受剪传递荷载受剪传递荷载高强螺栓高强螺栓一、钢结构连接的种类及特点一、钢结构连接的种类及特点（二）钢结构连接的特点（二）钢结构连接的特点优点（优点（1）构造简单，制造省工；）构造简单，制造省工； （2）不削弱截面，经济；）不削弱截面，经济； （3）连接

3、刚度大，密闭性能好；）连接刚度大，密闭性能好； （4）易采用自动化作业，生产效率高。）易采用自动化作业，生产效率高。 缺点（缺点（1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆；）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2）产生焊接残余应力和残余应变；）产生焊接残余应力和残余应变； （3）裂缝易扩展，低温下易脆断。）裂缝易扩展，低温下易脆断。1 1、焊缝连接、焊缝连接（二）钢结构连接的特点（二）钢结构连接的特点优点：工艺简单优点：工艺简单，安装拆卸方便。安装拆卸方便。缺点：缺点：1)构造复杂，构造复杂， 2) 削弱截面，削弱截面， 3)工作量增加工作量增加, 4)精度要求高。精度要求高。2、螺栓连接、螺栓

4、连接3、铆钉连接、铆钉连接优点：塑性、韧性好优点：塑性、韧性好，传力可靠。传力可靠。缺点：缺点：1) 用钢量大，施工麻烦，用钢量大，施工麻烦， 2) 噪音大，劳动量大，噪音大，劳动量大， 工作条件差。工作条件差。手工电弧焊特点设备简单，操作灵活方便。手工电弧焊特点设备简单，操作灵活方便。手工电弧焊示意图手工电弧焊示意图（一）、焊接方法（一）、焊接方法1.手工电弧焊手工电弧焊:二二、 焊缝连接焊缝连接焊条应与焊件钢材相适应焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。（等强度要求）。Q235Q235E43XXE43XX焊条焊条Q345Q345E50XXE50XX焊条焊条Q390Q390（Q420)Q42

5、0)E55XXE55XX焊条焊条E E焊条；焊条； 前两位数前两位数焊缝金属的最焊缝金属的最小抗拉强度；小抗拉强度；后两位数后两位数焊接位置、电焊接位置、电流及药皮类型。流及药皮类型。埋弧自动焊示意图埋弧自动焊示意图2.自动自动、半自动埋弧电弧焊半自动埋弧电弧焊:特点是质量好特点是质量好,缺陷少缺陷少,塑性韧性好塑性韧性好,效率高效率高.适用范围适用范围: 自动电弧焊用于自动电弧焊用于较长直线型焊接较长直线型焊接;半自半自动电弧焊用于曲线或动电弧焊用于曲线或任意形状焊缝任意形状焊缝.3.气体保护焊气体保护焊:1)气体为惰性气体或气体为惰性气体或CO2 。2)特点特点: 优点优点:利于观察焊缝形

6、成利于观察焊缝形成, 速度快速度快,变形小变形小,强度高强度高. 缺点缺点:成型不整齐成型不整齐,金属飞溅金属飞溅,弧光强弧光强.（ 被连接钢材的相互位置）对接连接搭接连接T型连接角部连接焊缝连接形式 （二）形式:1、焊缝连接形式: 1、焊缝连接形式 2.2.按焊缝的截面形式分按焊缝的截面形式分对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝按按受力方向划分受力方向划分 正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 对接焊缝对接焊缝 斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线 正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝 侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于

7、力线 斜斜角焊缝角焊缝: 焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线 （二）焊缝形式二）焊缝形式3.3.焊缝的施焊方位焊缝的施焊方位平焊（俯焊）平焊（俯焊）立焊立焊横焊横焊 仰焊仰焊 （二）焊缝形式二）焊缝形式( (三三) )焊缝缺陷及质量检验焊缝缺陷及质量检验1 1、焊缝缺陷：焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷影响区钢材表面或内部的缺陷h hf f( (四四) )焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号焊缝代号- -引出线、图形符号、辅助符号、尺寸符号引出线、图形符号、辅助符号、尺寸符号角焊缝角焊缝焊缝代号焊缝代号-

8、-引出线、图形符号、辅助符号、尺寸符号引出线、图形符号、辅助符号、尺寸符号( (五五) ) 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1 1、坡口型式：、坡口型式：坡口型式：厚度很小，手工焊坡口型式：厚度很小，手工焊6mm6mm，埋弧焊埋弧焊10mm10mm时时 直边缝直边缝； 一般厚度，一般厚度，单边单边V V形或形或V V形形坡口坡口 厚度较大，厚度较大，20mm20mm，U U形、形、K K形或形或X X 形形坡口坡口 间隙间隙b=3b=36mm6mm时设垫板时设垫板mmta10)(直边坡口mmtVb2010)(形坡口单边mmtVc2010)(形坡口mmtUd20)(形坡口mmtKe20)(形坡口mm

9、tXf20)(形坡口对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式2 2、截面的改变、截面的改变 拼接处，当焊件的宽度或厚度相差拼接处，当焊件的宽度或厚度相差4mm4mm以上时，从一侧或以上时，从一侧或两侧做坡度不大于两侧做坡度不大于1 1：2.52.5 （承受动力荷载且需要进行疲劳（承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构不大于计算的结构不大于1：4）的斜角，平缓过渡。的斜角，平缓过渡。 静力荷载作用时允许不设。静力荷载作用时允许不设。当不设引弧板时，每条当不设引弧板时，每条焊缝计算长度等于实际长度减焊缝计算长度等于实际长度减2 t（t为较薄焊件厚度）为较薄焊件厚度） 3 3、引弧板、引弧板起落弧处起落弧

10、处, ,宜加宜加引弧板引弧板( (引出板引出板) )tllw2（六）对接焊缝的计算六）对接焊缝的计算 1 1、受垂直于焊缝的轴心力作用的计算受垂直于焊缝的轴心力作用的计算wcwtwfftlN 或或N N轴心拉力或轴心压力；轴心拉力或轴心压力；lwlw焊缝长度；不用引弧板施焊时，为焊缝的实际长度减去焊缝长度；不用引弧板施焊时，为焊缝的实际长度减去2t2t；t t在对接接头中为连接件的较小厚度；在在对接接头中为连接件的较小厚度；在T T形接头中为腹板的形接头中为腹板的厚度；厚度； 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，见表对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，见表9-119-11。如果经验算正焊缝的强度不足，

11、可改用斜缝对焊。规范规定：如果经验算正焊缝的强度不足，可改用斜缝对焊。规范规定：焊缝与力的夹角焊缝与力的夹角符合（符合（56）时其强度可不计算。）时其强度可不计算。wcwtff 、2、承受弯矩和剪力共同作用的计算承受弯矩和剪力共同作用的计算1) 矩形截面矩形截面:wtwwftlMWM2max6wvwwftIVSmax（六）对接焊缝的计算六）对接焊缝的计算 62maxtlyIWwwwwvwwwftIVSmaxwtf1 . 132121（六）对接焊缝的计算六）对接焊缝的计算 2、承受弯矩和剪力共同作用的计算承受弯矩和剪力共同作用的计算2) T形截面形截面:wtwftlM2max6hh0max1ww

12、wtIVS11（七）角焊缝的构造（七）角焊缝的构造1、 角焊缝的形式fh角焊缝的角焊缝的焊脚尺寸焊脚尺寸eh角焊缝的角焊缝的计算厚度计算厚度，对直角角焊缝：，对直角角焊缝：fehh7 . 0角角焊缝一般用直角角焊缝。夹角焊缝一般用直角角焊缝。夹角 的斜角的斜角角焊缝，角焊缝，不宜不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）用作受力焊缝（钢管结构除外）0060135或按截面形式划分按截面形式划分 直角角焊缝直角角焊缝角焊缝角焊缝 斜角角焊缝斜角角焊缝侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。匀，呈两端大而中间小的状态。侧面角焊

13、缝、正面角焊缝、斜焊缝侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝平行于力的作用方向平行于力的作用方向NNNNtbLLaN按受力方向划分按受力方向划分 正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力；强度高，塑性差。应力；强度高，塑性差。正面角焊缝正面角焊缝垂直于力的作用方向垂直于力的作用方向按受力方向划分按受力方向划分minmax2 .1thf2 2、最大焊脚尺寸要求最大焊脚尺寸要求对边缘角焊缝 thmmtfmax,6)21 (,6maxmmthmmtf为避免焊缝区基本金属为避免焊缝区基本金属“过热过热”，减少焊件的残，减少焊件的残

14、余应力和残余变形。余应力和残余变形。（七）角焊缝的构造（七）角焊缝的构造焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织产生淬硬组织maxmin5 .1thf对自动焊对自动焊:mmhf1min对对T型连接的单面角焊缝：型连接的单面角焊缝：mmhf1min当焊件厚度当焊件厚度thmmtfmin,4maxffminfhhh设计：3 3、最小焊脚尺寸要求最小焊脚尺寸要求4 4、侧面角焊缝最大计算长度侧面角焊缝最大计算长度fh60静力荷载静力荷载fh40动力荷载动力荷载wl侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，所侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀

15、，两端大中间小，所以一般均规定其最大计算长度。以一般均规定其最大计算长度。注：若内力沿角焊缝注：若内力沿角焊缝全长分布全长分布，则计算长度，则计算长度不不受此限受此限注意注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度：焊脚尺寸和焊缝计算长度取取mm的整的整数，小数点以后都进为数，小数点以后都进为1。)40,8max(minmmhlfw设计：设计：maxminwwwlll5 5、角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度（防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相（防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠）距太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠）1 1）在搭接连接中，搭接长度）在搭接

16、连接中，搭接长度L5L5t min min 且且25mm25mm。6 6、 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求L5tL5tmin min 且且25mm25mm。为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力3 3）围焊的围焊的转角处转角处必须必须连续施焊。连续施焊。非围焊时，可在构件转非围焊时，可在构件转角处作长度角处作长度2h 2h f f 的绕角焊的绕角焊)mmt (mm)mmt ( tb122001216或 （为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲大为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲大）2 2）当板件端部仅有两侧面角焊缝时，

17、）当板件端部仅有两侧面角焊缝时，l l wwbb（两侧焊缝距离）两侧焊缝距离）同时同时6 6、 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求190190（为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均匀为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均匀）:的关系和实际长度角焊缝的计算长度fwllfwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2. 2侧面角焊缝两面侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角焊缝形围焊：. 3不不在在内内）（绕绕角角的的侧侧面面角角焊焊缝缝绕绕角角焊焊：ffwhhll2. 4NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm的倍数，如

18、的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。l（八）直角角焊缝强度计算的基本公式八）直角角焊缝强度计算的基本公式feh.h70（1 1）侧面角焊缝的破坏大多在）侧面角焊缝的破坏大多在45450 0截面；截面；h hf fh he e受力特点：受力特点： （3 3）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差 ； （2 2）正面角焊缝应力状态）正面角焊缝应力状态复杂复杂，可能沿，可能沿45450 0截面破坏，截面破坏，也可能沿溶合边破坏；也可能沿溶合边破坏；feh.h70fheh受力特点：受力特点：（作用力平行于焊缝方向）（作用力平行于焊缝

19、方向）wfwefflhNfN NN N1 1、侧面角焊缝、侧面角焊缝（结束）（结束）2 2、正面角焊缝、正面角焊缝wfwffweffflhN22. 1当承受动力荷载时：当承受动力荷载时：0 . 1ffN NN N-正面角焊缝强度增大系数，正面角焊缝强度增大系数，1.22 1.22 。f3 .3 .斜向角焊缝斜向角焊缝ffN NN Ny y= = N Ncoscos fweyflhNwexflhNN Nx x= =N Nsin 4、角钢中承受轴力的角焊缝计算角钢中承受轴力的角焊缝计算1)1)三面围焊三面围焊端面焊缝承担的力端面焊缝承担的力N N3 333wewfflhfN肢背、肢尖焊缝承担的力肢

20、背、肢尖焊缝承担的力N N1 1、N N2 2：2321bNNebN2321NbeNNlw2w1N11ebNN2N3e22N3N2312bNNebN2312NbeNN令令beK21beK12则则2311NNKN2322NNKNK1、K2见表见表9-12wffwfhNl1117 . 0wffwfhNl2227 . 02)2)采用两面侧焊采用两面侧焊03NNKN11NKN22bN1lw1lw2N2Ne2e1wffwfhNl1117 . 0wffwfhNl2227 . 03）L形围焊时：形围焊时：（3）弯矩作用时的角焊缝计算）弯矩作用时的角焊缝计算 弯矩弯矩M单独作用的角焊缝连接中，角焊缝有效截面上

21、的单独作用的角焊缝连接中，角焊缝有效截面上的应力如同弯曲正应力，属于正面角焊缝。应力如同弯曲正应力，属于正面角焊缝。 wffwffWMNKNNNNKNNNKN2312332221202（4）弯矩、剪力、轴力共同作用时角焊缝计算）弯矩、剪力、轴力共同作用时角焊缝计算当焊件承受弯矩、剪力及轴力共同作用时，由轴力产生的正应当焊件承受弯矩、剪力及轴力共同作用时，由轴力产生的正应力与弯曲正应力相叠加。力与弯曲正应力相叠加。 wfVffNfMff22)()(高强螺栓钢衬板三、螺栓连接三、螺栓连接1.传力方式传力方式普通螺栓连接按螺栓受力情况可分为普通螺栓连接按螺栓受力情况可分为受剪受剪螺栓、螺栓、受拉受拉

22、螺栓螺栓和和拉剪拉剪螺栓连接三种。受剪螺栓连接是靠螺栓杆受剪和孔螺栓连接三种。受剪螺栓连接是靠螺栓杆受剪和孔壁挤压传力，受拉螺栓连接是靠沿杆轴线方向受拉传力，壁挤压传力，受拉螺栓连接是靠沿杆轴线方向受拉传力，拉剪螺栓连接则兼有上述两种传力方式拉剪螺栓连接则兼有上述两种传力方式,见下图。见下图。NNNNNNF（一）、普通螺栓连接（一）、普通螺栓连接9.19.1 钢结构的连接钢结构的连接 1)1)普通螺栓连接普通螺栓连接 由由235235钢制成，钢制成，根据加工精度分根据加工精度分A A、B B、C C三级三级. . A B A B级精制螺栓级精制螺栓,类孔，孔径比杆径大类孔，孔径比杆径大0.3-

23、0.5mm0.3-0.5mm，抗剪性能好抗剪性能好, , 制造安装费工，少用，性能等级为制造安装费工，少用，性能等级为8.88.8。 C C级粗制螺栓级粗制螺栓,类孔，孔径比杆径大类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm1.5-2.0mm，抗剪抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.64.6级或级或4.84.8级级 。2.螺栓连接构造螺栓连接构造2)2)高强螺栓连接高强螺栓连接 高强钢材制成：优质碳素钢：高强钢材制成：优质碳素钢：3535号、号、4545号；号； 合合 金金 钢：钢：20MnTiB20MnTiB、40B40B、35VB35VB。 性能等级：性

24、能等级：8.88.8级、级、10.910.9级。级。 摩擦型摩擦型：只靠摩擦阻力传力：只靠摩擦阻力传力, ,以剪力达到接触面的摩以剪力达到接触面的摩擦力作为承载力极限状态擦力作为承载力极限状态设计准则设计准则承压型承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力极限状态承载力极限状态设计准则设计准则2.螺栓连接构造螺栓连接构造 规格：形式为大六角头型，其代号用字母规格：形式为大六角头型，其代号用字母M与与公称直径表示。常用公称直径表示。常用M16、M20、M24、 螺栓的排列：并列、错列螺栓的排列：并列、错列3) 3) 螺栓的排列螺栓的排列螺栓的排列要

25、满足以下三个方面的要求：螺栓的排列要满足以下三个方面的要求： （1 1）受力要求：端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方）受力要求：端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向，中距过大，鼓曲。向，中距过大，鼓曲。 （2 2）构造要求：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进）构造要求：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入导致腐蚀。入导致腐蚀。 （3 3）施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便）施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于安装。于安装。 2.螺栓连接构造螺栓连接构造 规范制定出螺栓排列最大、最小容许距离（表9-13）。表表9-139-133受剪螺栓的计算受剪螺栓的计算受剪螺栓可能发生五种

26、破坏形式：栓杆剪断，孔壁受剪螺栓可能发生五种破坏形式：栓杆剪断，孔壁挤压破坏，钢板拉断，端部钢板剪断，栓杆受弯挤压破坏，钢板拉断，端部钢板剪断，栓杆受弯破坏破坏 。 9.19.1 钢结构的连接钢结构的连接（1 1）单个螺栓承载力）单个螺栓承载力1 1）受剪承载力的设计值）受剪承载力的设计值bvvbvfdnN422 2）螺栓的承压设计承载力）螺栓的承压设计承载力bcbcf tdN3 3）单个螺栓承载力设计值）单个螺栓承载力设计值bcbvbNNN,minminbNNmin13受剪螺栓的计算受剪螺栓的计算（2 2）轴向力作用下螺栓群的计算轴向力作用下螺栓群的计算单个螺栓所受的力单个螺栓所受的力N N

27、1 1, ,应满足螺栓的单栓承载力要求。应满足螺栓的单栓承载力要求。bNNnmin0115dL 对对承载力进行修正承载力进行修正7 . 01501 . 101dL70.0160dL 当当 时时bNnNNmin1即螺栓数目为：即螺栓数目为：3受剪螺栓的计算受剪螺栓的计算由于螺栓孔削弱，还要进行连接件或连接板净面积的强度验由于螺栓孔削弱，还要进行连接件或连接板净面积的强度验算：算： fANnAn的确定一般有如下几种情况：的确定一般有如下几种情况：当螺栓为并列布置时，构件的最不利截面为当螺栓为并列布置时，构件的最不利截面为截面；连截面；连接板最不利截面为接板最不利截面为截面截面,见下页图；见下页图；

28、当螺栓为错列布置时，构件可能沿当螺栓为错列布置时，构件可能沿截面破坏，还可能沿截面破坏，还可能沿截面破坏，因为此截面虽然线路长，但螺孔也较多。截面破坏，因为此截面虽然线路长，但螺孔也较多。3受剪螺栓的计算受剪螺栓的计算构件构件11截面截面 tdnbAn)(01连接板连接板33截面截面 103)(2tdnbAntdneaneAn) 1(202222122截面：截面： 3受剪螺栓的计算受剪螺栓的计算4受拉螺栓的计算受拉螺栓的计算（1）单个受拉螺栓的承载力设计值）单个受拉螺栓的承载力设计值btebtebtfdfAN42Ae、de螺栓螺纹处的有效面积、有效直径；螺栓螺纹处的有效面积、有效直径； ftb

29、螺栓的抗拉强度设计值，按表螺栓的抗拉强度设计值，按表9-14查取。查取。 （2 2）螺栓群受轴向力）螺栓群受轴向力N N作用时的受拉计算作用时的受拉计算bttNnNN所需螺栓的个数为所需螺栓的个数为: btNNn 螺栓群轴向受拉螺栓群轴向受拉4受拉螺栓的计算受拉螺栓的计算（二）、轴心受拉构件的强度计算和刚度（二）、轴心受拉构件的强度计算和刚度fANn式中式中 N轴心拉力设计值；轴心拉力设计值； An杆件净截面面积，见下图示；杆件净截面面积，见下图示； f受拉强度设计值。受拉强度设计值。1.1.强度强度9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件2.2.刚度刚度0maxil式中式中max-构

30、件最不利方向的最大长细比构件最不利方向的最大长细比；l0-构件计算长度；构件计算长度；i-截面回转半径；截面回转半径；-容许长细比，按表容许长细比，按表9-29-2、9-39-3采用。采用。（二）、轴心受拉构件的强度计算和刚度（二）、轴心受拉构件的强度计算和刚度9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件（三）、轴心受压构件的稳定（三）、轴心受压构件的稳定1.1.实腹式轴心受压构件实腹式轴心受压构件（1 1）整体稳定的计算）整体稳定的计算轴心压杆整体的稳定采用系数法进行稳定计算轴心压杆整体的稳定采用系数法进行稳定计算 fAN式中式中-轴心受压构件的稳定系数，轴心受压构件的稳定系数，规范规范

31、根据不同截面根据不同截面形式和尺寸、不同加工条件产生相应的残余应力分布，形式和尺寸、不同加工条件产生相应的残余应力分布，并考虑压杆轴线初始弯曲等进行分析，归纳为并考虑压杆轴线初始弯曲等进行分析，归纳为a a、b b、c c三类截面的关系数值表，可根据不同截面按值查出。三类截面的关系数值表，可根据不同截面按值查出。9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件(2)(2)局部稳定计算局部稳定计算由板件组成的实腹式受压构件，在构件受压时板件本身达由板件组成的实腹式受压构件，在构件受压时板件本身达到失去维持平衡稳定的平衡状态，出现翘曲或鼓曲的现象到失去维持平衡稳定的平衡状态，出现翘曲或鼓曲的现象称

32、为丧失局部稳定，见下图。称为丧失局部稳定，见下图。 （三）、轴心受压构件的稳定（三）、轴心受压构件的稳定9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件为了保证板件的局部稳定，就要限制板件的宽厚比（高厚比）。为了保证板件的局部稳定，就要限制板件的宽厚比（高厚比）。 yf).(tb23510101 1）工字型或）工字型或H H型截面翼缘（三边简支一边自由）型截面翼缘（三边简支一边自由）当当小于等于小于等于3030时，取时，取3030；当当大于等于大于等于100100，取，取100100（三）、轴心受压构件的稳定（三）、轴心受压构件的稳定2 2）工字型或）工字型或H H型截面腹板（四边简支）型截面

33、腹板（四边简支）ywf).(th23550250当当小于等于小于等于3030时，取时，取3030；当当大于等于大于等于100100，取，取100100（三）、轴心受压构件的稳定（三）、轴心受压构件的稳定(1) (1) 初选截面面积，假设初选截面面积，假设（6 60 0100100）, ,当压力大而计当压力大而计算长度小时取较小值，反之取较大值。算长度小时取较小值，反之取较大值。根据截面分类和根据截面分类和钢材级别可查得整体稳定系数钢材级别可查得整体稳定系数 值，则所需要的截面值，则所需要的截面面积为：面积为：fNATmin1.1.初选截面初选截面min具体设计步骤：（2 2）求两个主轴所需的回

34、转半径）求两个主轴所需的回转半径xxTli0yyTli021 yTTxTTibih（3 3）确定截面尺寸）确定截面尺寸: : 、 取值见附表取值见附表9-1.19.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件优先选用轧制型钢，或采用组合截面。（4 4）由由 和和 、 ，根据构造要求、局部稳定和，根据构造要求、局部稳定和钢材规格等条件，确定截面所有其余尺寸钢材规格等条件，确定截面所有其余尺寸。TAThTb22.2.验算验算（1 1）强度验算）强度验算: :fANn（2 2）整体稳定验算：）整体稳定验算：fAN9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件当截面有削弱时，需进行强度验算应对截面的

35、两个主轴方向进行整体稳定验算 （3 3）局部稳定验算）局部稳定验算yf).(tb2351010ywf).(th23550250（4 4）刚度验算）刚度验算9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件对于热轧型钢截面，由于其板件的宽厚比较小，一般能满足要求，可不验算。2格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件格构式构件由肢件和缀合柱肢的缀材组成，常用的格构式格构式构件由肢件和缀合柱肢的缀材组成，常用的格构式柱缀材分缀条和缀板两种。柱缀材分缀条和缀板两种。 格构式压杆使截面的材料面积尽量远离中性轴，可以增大惯格构式压杆使截面的材料面积尽量远离中性轴，可以增大惯性矩，提高截面抗弯刚度，节约材料用量；

36、容易实现等稳的性矩，提高截面抗弯刚度，节约材料用量；容易实现等稳的设计原则，即使截面对两个方向的惯性矩接近相等。设计原则，即使截面对两个方向的惯性矩接近相等。 格构式构件的计算包括：格构式构件的计算包括：（1）整体稳定计算）整体稳定计算（2）取两缀条或缀板间的长细比）取两缀条或缀板间的长细比对单肢进行分肢稳定验算对单肢进行分肢稳定验算（3）缀条和缀板的计算。）缀条和缀板的计算。 9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件二、受弯构件二、受弯构件受弯构件常称为梁式构件，主要承受横向荷载。钢梁在工业受弯构件常称为梁式构件，主要承受横向荷载。钢梁在工业与民用建筑中常见到的有与民用建筑中常见到的

37、有平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁以及檩条以及檩条等。一般可分为等。一般可分为型钢梁型钢梁和和组合梁组合梁，截面形式如下。，截面形式如下。 9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件受弯构件的计算包括强度、刚度、整体稳定性和局部稳受弯构件的计算包括强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性四个方面。定性四个方面。型钢不必考虑局部稳定问题型钢不必考虑局部稳定问题。 1强度计算强度计算单向受弯时单向受弯时fWMnxxxmax梁受弯时截面正应力分布梁受弯时截面正应力分布（1）抗弯强度）抗弯强度9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件双向受弯时双向受弯时fWMWMny

38、yynxxxMx、My绕截面绕截面x-x、y-y轴的弯矩设计值；轴的弯矩设计值；Wnx、Wny对对x-x、y-y轴的净截面模量；轴的净截面模量；xy截面塑性发展系数，由表截面塑性发展系数，由表9-5选用；选用； f钢材抗弯强度设计值。钢材抗弯强度设计值。（2）抗剪强度）抗剪强度vwfItVSmax9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件2.2.刚度验算刚度验算 max3. 3. 梁的整体稳定梁的整体稳定（1 1）梁整体稳定的概念）梁整体稳定的概念xtyxcrcrWlGIEIWM1梁的整体失稳梁的整体失稳9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件（2 2）梁整体稳定的保证条件）梁整

39、体稳定的保证条件1 1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上2 2） 不超过表不超过表9-79-7的规定值；的规定值；b/l1（3 3） 梁的整体稳定计算方法梁的整体稳定计算方法fWMxbxfWMWMyyYxbx最大刚度主平面内受弯时最大刚度主平面内受弯时两个主平面受弯的两个主平面受弯的工字型截面构件工字型截面构件9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件Mx、My绕截面绕截面x-x、y-y轴的弯矩设计值；轴的弯矩设计值；Wnx、Wny对对x-x、y-y轴的静截面系数；轴的静截面系数；y截面塑性发展系数，由表截面塑性发展系数，由表9-5选用；选用； f钢材抗弯强

40、度设计值。钢材抗弯强度设计值。 受弯构件绕强轴的整体稳定系数，轧制普通工字钢受弯构件绕强轴的整体稳定系数，轧制普通工字钢简支梁的可查表简支梁的可查表9-8。b当当 0.6时，用时，用 代替。代替。 可按表可按表9-9选用。选用。 b9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件bb4. 4. 局部稳定和腹板加劲肋设计局部稳定和腹板加劲肋设计（1 1）翼缘板）翼缘板不考虑截面塑性发展时：不考虑截面塑性发展时：考虑截面塑性发展时：考虑截面塑性发展时：yftb235151yftb2351319.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件（2 2） 腹板腹板为了避免梁腹板过于纤薄而导致的焊接翘曲，

41、一般宜使腹板为了避免梁腹板过于纤薄而导致的焊接翘曲，一般宜使腹板高厚比控制在：高厚比控制在：ywfth/235250/01）当）当 时，对有局部压应力的梁，宜按时，对有局部压应力的梁，宜按构造配置横向加劲肋，其间距不大于构造配置横向加劲肋，其间距不大于2h0。但对局部无压。但对局部无压应力的梁，可不配置加劲肋。应力的梁，可不配置加劲肋。 2）当）当 时，应配置横向加劲肋。加劲时，应配置横向加劲肋。加劲肋间距应按计算确定。肋间距应按计算确定。 ywfth235800ywyfthf2351702358009.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件3）当）当 时，应配置横向加劲肋和在受压区配置

42、纵向时，应配置横向加劲肋和在受压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加劲肋，加劲肋间距应按加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加劲肋，加劲肋间距应按计算确定。计算确定。 ywfth23517004)梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支撑梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支撑加劲肋。加劲肋。5）加劲肋的构造要求）加劲肋的构造要求加劲肋宜在腹板两侧加劲肋宜在腹板两侧成对配置成对配置，也可单侧配置，腹板两侧成，也可单侧配置，腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸应满足下式要求：对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸应满足下式要求： 外伸宽度外伸宽度 mm40300hb

43、s厚度厚度 15ssbt9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件腹板加劲肋布置图腹板加劲肋布置图9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲肋的截面尺寸除应满足上述规定外，其对腹板水平轴的截面肋的截面尺寸除应满足上述规定外，其对腹板水平轴的截面Iz惯性矩尚应满足下式要求：惯性矩尚应满足下式要求：303wzthI 纵向加劲肋对腹板竖直轴的截面惯性矩应满足下列公式要求：纵向加劲肋对腹板竖直轴的截面惯性矩应满足下列公式要求： 当当a/h00.85时时305 . 1wythI30200)

44、(45. 05 . 2(wythhahaI当当a/h00.85时时9.2 9.2 钢结构的基本构件钢结构的基本构件9.39.3 钢屋盖钢屋盖一、一、 屋盖结构形式和组成屋盖结构形式和组成（一）、无檩屋盖（一）、无檩屋盖采用钢筋混凝土等大型屋面板时，多用无檩体系屋架，采用钢筋混凝土等大型屋面板时，多用无檩体系屋架，将将预应力混凝土大型屋面板直接放在屋架上，预应力混凝土大型屋面板直接放在屋架上，屋面荷载直接屋面荷载直接传给屋架，整个屋架刚度较大传给屋架，整个屋架刚度较大 大型屋面板跨度大型屋面板跨度6m6m，宽度宽度1.5m1.5m、3m3m。钢屋盖包括屋架、屋盖支撑系统、檩条、屋面板，有时还钢屋

45、盖包括屋架、屋盖支撑系统、檩条、屋面板，有时还有托架和天窗架等。有托架和天窗架等。 无檩屋盖优、缺点：无檩屋盖优、缺点：缺点：屋面板自重大，荷载较大，且由于屋面板与屋架上缺点：屋面板自重大，荷载较大，且由于屋面板与屋架上弦杆的焊接难以保证，屋盖支撑不能取消，屋盖及下部结弦杆的焊接难以保证，屋盖支撑不能取消，屋盖及下部结构用料较多。构用料较多。 优点：屋盖的横向刚度大，整体性好，构造简单，构件优点：屋盖的横向刚度大，整体性好，构造简单，构件的种类和数量少；的种类和数量少；9.39.3 钢屋盖钢屋盖（二）、有檩屋盖（二）、有檩屋盖用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、用于轻型屋面材料的

46、情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。石棉瓦、瓦楞铁皮等。 优点：构件重量轻，用量省。优点：构件重量轻，用量省。 缺点：屋盖构件数量较多，构造复杂，屋盖结构横向缺点：屋盖构件数量较多，构造复杂，屋盖结构横向刚度差。刚度差。9.39.3 钢屋盖钢屋盖适用于屋面坡度适用于屋面坡度1/31/3适用于屋面坡度适用于屋面坡度1/31/3二、二、屋盖支撑系统屋盖支撑系统屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图9.39.3 钢屋盖钢屋盖（一）、屋盖支撑的作用（一）、屋盖支撑的作用 （1 1） 保证屋盖的空间几何不变性和稳定性；保证屋盖的空间几何不变性和稳定性；（2 2） 作为屋架弦杆的侧向支撑的作

47、为屋架弦杆的侧向支撑的避免压杆侧向失稳避免压杆侧向失稳， 防止拉杆产生过大的振动防止拉杆产生过大的振动；（3 3） 承受和传递屋盖的水平荷载；承受和传递屋盖的水平荷载；（4 4） 保证结构安装时的稳定和施工安全。保证结构安装时的稳定和施工安全。 9.39.3 钢屋盖钢屋盖屋盖支撑系统分屋盖支撑系统分为：为：横向水平支撑横向水平支撑纵向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑垂直支撑水平系杆水平系杆（二）、屋盖支撑系统的布置（二）、屋盖支撑系统的布置 9.39.3 钢屋盖钢屋盖1.1.上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 设置在房屋两端或横向温度区段的第一个或第二个柱设置在房屋两端或横向温度区段的第一个或第二个

48、柱间间。为了与天窗支撑配合，设在第二个柱间，但第一柱间。为了与天窗支撑配合，设在第二个柱间，但第一柱间的所有系杆均采用刚性系杆，间距不宜超过的所有系杆均采用刚性系杆，间距不宜超过60m60m。当温度当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑。区段长度较大时，尚应在中部增设支撑。 如果大型屋面板屋架的连接满足每块板有三点可靠焊如果大型屋面板屋架的连接满足每块板有三点可靠焊接连接，可考虑屋面板起到一定支撑作用，不需另设。接连接，可考虑屋面板起到一定支撑作用，不需另设。9.39.3 钢屋钢屋盖盖2.2.下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设在同一柱间内，下弦横向水平支撑与

49、上弦横向水平支撑设在同一柱间内，以便与上弦横向水平支撑组成稳定的空间结构体系。以便与上弦横向水平支撑组成稳定的空间结构体系。当屋架间距当屋架间距12m 12m 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。当当屋架间距屋架间距12m12m时，由于设置屋架下弦支撑不便，可时，由于设置屋架下弦支撑不便，可不必设置下弦支撑，而加强上弦支撑。不必设置下弦支撑，而加强上弦支撑。9.39.3 钢屋盖钢屋盖3.3.纵向水平支撑纵向水平支撑 设在屋架下弦端节点平面内，单跨厂房沿纵向柱列设置；设在屋架下弦端节点平面内，单跨厂房沿纵向柱列设置；多跨厂房，沿所有纵向柱列或部分纵向柱列设置。

50、多跨厂房，沿所有纵向柱列或部分纵向柱列设置。 屋架间距屋架间距12m 12m 时，时，纵向水平支撑通常布置纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面，但三在屋架下弦平面，但三角形屋架及端斜杆为下角形屋架及端斜杆为下降式且主要支座设在上降式且主要支座设在上弦处的梯形屋架和人字弦处的梯形屋架和人字形屋架，也可布置在上形屋架，也可布置在上弦平面内。弦平面内。 当屋架间距当屋架间距12m12m时，时，纵向水平支撑宜布置在纵向水平支撑宜布置在屋架的上弦平面内。屋架的上弦平面内。9.39.3 钢屋盖钢屋盖6 0006 0006 0006 0006 006 0006 0006 006 00ae4.4.垂直支撑垂直支撑垂直支撑位置示意图垂直支撑位置示意图9.39.3 钢屋盖钢屋盖垂直支撑的数量和屋架的跨度有关。梯形屋架：垂直支撑的数量和屋架的跨度有关。梯形屋架：l l30m30m时，除在屋架两端各设一道外，尚应在屋架跨时，除在屋架两端各设一道外，尚应在屋