钢结构基本知识

1、1. 钢结构的特点及应用钢结构的特点及应用2.钢结构的建造过程和内在缺陷钢结构的建造过程和内在缺陷3. 钢材的机械性能钢材的机械性能4.钢结构设计方法钢结构设计方法5.钢材的规格与选用钢材的规格与选用6.钢结构的发展钢结构的发展7.钢结构钢结构课程基本内容课程基本内容第一讲第一讲 钢结构基本知识回顾钢结构基本知识回顾轻质高强系数轻质高强系数材料的质量密度与强度的比值材料的质量密度与强度的比值 、 越小越好越小越好Q235钢钢C30混凝土混凝土 另外：航天材料、军事工程材料等另外：航天材料、军事工程材料等fmf/103 . 34mf/10174（1）轻质高强）轻质高强Q235钢钢 密度密度：78

2、50kg/m3 强度强度：235N/mm2 C30混凝土混凝土 密度密度：2450kg/m3 强度强度：14.3N/mm2 1.钢结构的特点和应用钢结构的特点和应用1.1钢结构的特点钢结构的特点（2）塑性、韧性好）塑性、韧性好塑性和韧性是概念上塑性和韧性是概念上完全不同完全不同的两个物理量的两个物理量塑性塑性承受承受静力荷载静力荷载时，材料吸收变形能的能力，不可时，材料吸收变形能的能力，不可恢复的变形。恢复的变形。塑性好塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证超载而突然断裂，给人以安全保证 韧性韧性承受承受动力荷载动力荷载时，材料吸收

3、能量的多少。时，材料吸收能量的多少。韧性好韧性好，说明材料具有良好的，说明材料具有良好的动力工作动力工作性能。性能。 （3）材质均匀，性能稳定，符合力学假定）材质均匀，性能稳定，符合力学假定（4）制作简便，施工工期短）制作简便，施工工期短 2010: 远大远大6天建好天建好15层长沙新方舟宾馆层长沙新方舟宾馆 新方舟宾馆：新方舟宾馆：2010年年6月竣工，整体搭建使用了月竣工，整体搭建使用了46个小个小时，装修用时时，装修用时90个小时，有个小时，有600多间房屋，面积多间房屋，面积9861.09平平米，高度为米，高度为50米。该楼采用模块化钢结构建筑技术，据称米。该楼采用模块化钢结构建筑技术

4、，据称楼盘的抗震能力更可以达到楼盘的抗震能力更可以达到9度。度。2011: 远大远大15天天30层楼层楼T30酒店酒店 T30酒店：酒店：360小时建成小时建成30层楼主层楼主体工程，体工程，450个房间、个房间、692个床位的个床位的五星酒店，从开工到入住仅用五星酒店，从开工到入住仅用48天。天。采用全钢结构，墙体是水泥纤维，采用全钢结构，墙体是水泥纤维，窗户有三层。地板瓷砖在工厂贴好，窗户有三层。地板瓷砖在工厂贴好，电线藏在天花板里。大楼实现了电线藏在天花板里。大楼实现了“5倍节能、倍节能、9度抗震、度抗震、20倍空气净化、倍空气净化、只产生只产生1%建筑垃圾及建筑垃圾及93%工厂化制工厂

5、化制造造”，用钢量比常规少，用钢量比常规少10%-20%，混凝土少混凝土少80%-90%，建筑成本比常，建筑成本比常规建筑低规建筑低10%-30%，施工现场无火，施工现场无火无水无尘。无水无尘。 据称这栋据称这栋T30的设计寿命是的设计寿命是500年。年。未来未来: 远大远大J220-天空城市天空城市 J220-天空城市计划：总建筑面积天空城市计划：总建筑面积120万，由一座万，由一座220层、层、总高总高838米、米、105万的主楼，万的主楼，4座座3至至7层总高层总高23米、米、3.5万万的附楼及的附楼及4层层13万的地下室组成，是一个供万的地下室组成，是一个供3万多人工万多人工作、生活的

6、功能齐全的竖向城市。比迪拜塔还高，而且两作、生活的功能齐全的竖向城市。比迪拜塔还高，而且两个月建成，迪拜塔建了个月建成，迪拜塔建了6年。年。 迪拜塔迪拜塔162层，总高层，总高828米的米的摩天大楼。摩天大楼。 （5） 密闭性好，具有可焊性：容器、管道、闸门密闭性好，具有可焊性：容器、管道、闸门（6）耐腐蚀性差：防腐防锈措施耐腐蚀性差：防腐防锈措施（7） 耐热不耐火耐热不耐火100以内以内，强度无影响，强度无影响 150以上以上，必须进行遮挡处理，必须进行遮挡处理600左右左右，钢材进入塑性，无承载能力，钢材进入塑性，无承载能力措施措施：防火涂料、防火漆、外包混凝土：防火涂料、防火漆、外包混凝

7、土（8） 低温冷脆低温冷脆 钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，这应引起设计者的特别注意。断裂，这应引起设计者的特别注意。1.2 钢结构的应用范围钢结构的应用范围（1）重：重：重工业厂房重工业厂房（2）大：大：大跨度结构大跨度结构（3）高：高：高层建筑、高耸结构高层建筑、高耸结构（4）动：动：受动荷载作用的结构受动荷载作用的结构（5）轻：轻：荷载较小的轻钢结构荷载较小的轻钢结构（6）拆：拆：可拆装的结构可拆装的结构重重型工业厂房型工业厂房大大跨结构：体育馆、会议厅、剧院等跨结构：体育馆、会议厅、剧院等中央电视台大楼中央电视台大楼：234m从最初的从

8、最初的50亿工程预算，亿工程预算，最后最后近近200亿亿，支付给设计方大都会建筑支付给设计方大都会建筑事务所高达事务所高达3.5亿的设计费用，平亿的设计费用，平均达均达630元每平方米元每平方米。广州东塔广州东塔：广州周大福金融中心广州周大福金融中心建筑总高度建筑总高度530米，已于米，已于2014年年10月月28日举行了封顶仪式日举行了封顶仪式。广州广州西西塔塔：广州国际金融中心项目于广州国际金融中心项目于2007年年1月月31日开工，于日开工，于2010年年10月月竣工。主塔楼地上竣工。主塔楼地上103层，层，432m。建建成时是华南地区第一高楼成时是华南地区第一高楼。世界最世界最高高钢结

9、构电视塔钢结构电视塔中中原福塔，总高原福塔，总高388米米世界最世界最高高塔塔广州新电视塔广州新电视塔610米米 （454+156），比目前世界上最），比目前世界上最高的加拿大多伦多电视塔（高的加拿大多伦多电视塔（553.34米）要高出米）要高出50多米。多米。世界最世界最高高钢结构电视塔钢结构电视塔中中原福塔，总高原福塔，总高388米米世界最世界最高高塔塔广州新电视塔广州新电视塔610米米 （454+156），比目前世界上最），比目前世界上最高的加拿大多伦多电视塔（高的加拿大多伦多电视塔（553.34米）要高出米）要高出50多米。多米。西宁电视塔西宁电视塔 188米米 1889埃菲尔铁塔埃菲

10、尔铁塔 300米米 多层多层轻轻钢结构住宅钢结构住宅 拱型屋盖结构拱型屋盖结构（轻）（轻）2. 钢结构的建造过程和内在缺陷钢结构的建造过程和内在缺陷2.1钢结构的建造过程钢结构的建造过程u 建造的两个主要步骤：建造的两个主要步骤：工厂制造、工地安装工厂制造、工地安装 (1) 工厂制造的工序：工厂制造的工序： 钢材的进货、验收、整理、保管钢材的进货、验收、整理、保管 按图放样按图放样 加工如切割、冲孔等加工如切割、冲孔等 构件整平构件整平 构件装配构件装配 变形矫正变形矫正 除锈涂漆除锈涂漆 (2) 工地安装的工序：工地安装的工序： 现场的扩大拼装现场的扩大拼装 子结构吊装就位子结构吊装就位 精

11、确就位后固定精确就位后固定焊接焊接H H型钢的生产流程型钢的生产流程 ESABESAB六米数控切割机六米数控切割机 W43-24X1000W43-24X1000板条矫平机板条矫平机 HG-1500HG-1500组立焊组立焊 ME-1-1000ME-1-1000门型自动埋弧焊门型自动埋弧焊 精工精工-型矫正机型矫正机 美国抛丸机美国抛丸机 2.2钢结构的内在缺陷钢结构的内在缺陷u 钢结构的两种缺陷：钢结构的两种缺陷：几何缺陷、材料缺陷几何缺陷、材料缺陷(1) 几何缺陷：构件的几何偏差等几何缺陷：构件的几何偏差等(2) 材料冶金缺陷材料冶金缺陷 在冶炼、轧制过程中常常出现的缺陷有偏析、非金在冶炼、

12、轧制过程中常常出现的缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。属夹杂、气孔、裂纹和分层。 冶炼（脱氧）冶炼（脱氧） 钢锭剖面钢锭剖面(a)沸腾钢 (b)镇静钢注意：薄钢板的强注意：薄钢板的强度比厚钢板的强度度比厚钢板的强度高。高。 轧制轧制轧棍钢的轧制使晶粒细化钢的轧制使晶粒细化0.0350.0400.0300.0350.0250.0300.0250.0250.0300.090.100.080.090.070.080.060.070.0550.060.050.0550.0450. 050.040.0450.0350.040.030. 0350.0250.030.025钢锭中硫的偏析钢锭中硫的偏

13、析(a)镇静钢锭(b)沸腾钢锭钢液含硫0.032%钢液含硫0.04% 型钢硫的偏析型钢硫的偏析使偏析区钢材的塑性、韧使偏析区钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。性及可焊性变坏。偏析：偏析：钢中化学成分分布不均匀，钢中化学成分分布不均匀，主要的偏析是硫、磷主要的偏析是硫、磷非金属材料：非金属材料：钢材中存在非金属化合物（硫化物、钢材中存在非金属化合物（硫化物、氧化物），使钢材性能变脆。氧化物），使钢材性能变脆。裂纹、分层：裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂物在轧制中可浇注时的非金属夹杂物在轧制中可能造成钢材的分层，影响钢材的冷弯性能。能造成钢材的分层，影响钢材的冷弯性能。 3. 钢材的机械性能与化学成分钢

14、材的机械性能与化学成分（1） 屈服强度与抗拉强度屈服强度与抗拉强度建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力应变曲线。出应力应变曲线。如图所示，为低碳钢的应力应变曲线。如图所示，为低碳钢的应力应变曲线。 3.1 钢材的机械性能钢材的机械性能低碳钢单向拉伸应

15、力应变图 当应力超过当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达后，应变比应力增加得快，到达b点后，点后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈服阶段，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈服阶段，应力应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，应力应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，c点对应的应力点对应的应力fy称为屈服强度。称为屈服强度。 没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余变形为变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点f0.2。 屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强

16、化阶段，屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化阶段，直至曲线最高点即抗拉强度直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此时变形剧，出现颈缩，此时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。增，应力下降，最后试件断裂。 抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为但是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮备。强度贮备。 fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用；愈小则安全储备愈大。利用；愈小则安全储备愈大。 （2 2） 塑性塑性钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生钢材的塑性

17、是指应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉伸时的伸长率来衡量。试件静力拉伸时的伸长率来衡量。伸长率为图所示试件拉断后，原标距的伸长伸长率为图所示试件拉断后，原标距的伸长值与原标距比值的百分数，即值与原标距比值的百分数，即 100100%lll 亦可用截面收缩率来表示，即亦可用截面收缩率来表示，即 %100010AAA静力拉伸标准试件 （3 3） 冷弯性能冷弯性能 冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工），对产生裂缝的抵抗能力。加工），对产生裂缝的抵抗能力。 冷弯试验方法是在材料试验

18、机上，通过冷冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压，将厚度为弯冲头加压，将厚度为a a、宽度为、宽度为b b的板材按规的板材按规定的弯心直径定的弯心直径d d弯曲弯曲180180，以弯曲处，以弯曲处无裂纹、无裂纹、不起层不起层为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂质分布等），鉴定（颗粒组织、结晶情况、杂质分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标。的综合性指标。 冷弯试验示意图 （4 4） 冲击韧性冲击韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸钢材的韧性是钢材在塑性变

19、形和断裂过程中吸收能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵收能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。抗脆性破坏的能力。冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在冲击试验时，采用截面为在冲击试验时，采用截面为10mm10mm10mm10mm，长度为，长度为55mm55mm，中间开有小槽的长方形试件，放在摆锤式，中间开有小槽的长方形试件，放在摆锤式冲击试验机上冲断，可从试验机刻度盘上读出冲冲击试验机上冲断，可从试验机刻度盘上读出冲击功击功A Ak k( (单位单位J)J)。冲击韧性试验及试件缺口形式 （a） 试验示意图；(b) 梅氏U形缺口

20、；(c) 夏比氏夏比氏V形缺口（标准）形缺口（标准） 钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性能。钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性能。 钢的基本元素是铁（钢的基本元素是铁（Fe），它在碳素结构钢中含量约），它在碳素结构钢中含量约占占99%，其余是碳（，其余是碳（C）、锰（）、锰（Mn）、硅（）、硅（Si）以及冶）以及冶炼中不易除净的有害元素硫（炼中不易除净的有害元素硫（S）、磷（）、磷（P）、氧（）、氧（O）、）、氮（氮（N）等。）等。 在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改善钢在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改善钢材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等元素，材的机

21、械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等元素，则对某些性能的改善更显著。则对某些性能的改善更显著。 钢结构所用各类钢材的化学成分应当符合相应的要求。钢结构所用各类钢材的化学成分应当符合相应的要求。 3.2 钢材料的化学成分钢材料的化学成分Q235钢的化学成分（钢的化学成分（%） Q345和和Q390钢的化学成分（钢的化学成分（%） Q420钢的化学成分（钢的化学成分（%） 3.3 其他因素对钢材性能的影响其他因素对钢材性能的影响钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢两种，钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢两种，两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基本一致，而两者在化学成分、机械性能和工艺性

22、能上基本一致，而转转炉钢成本较低炉钢成本较低，宜优先采用。，宜优先采用。 钢按脱氧情况的不同，可分为钢按脱氧情况的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、半镇沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。静钢。 钢锭是在钢锭是在1200120013001300高温下，经多次热轧而成材的。高温下，经多次热轧而成材的。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除部分缺陷，热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除部分缺陷，提高了力学性能。提高了力学性能。钢锭厚度与型钢钢锭厚度与型钢或钢板或钢板厚度之比称为压厚度之比称为压缩比，压缩比愈大，质量愈好。缩比，压缩比愈大，质量愈好。 （1） 冶炼和轧制过程冶炼和轧制过程钢材在弹塑性或塑性阶段

23、卸钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其屈服点将提荷后再重新加荷，其屈服点将提高，弹性工作范围加大，而塑性高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却降低，这种现象叫做和韧性却降低，这种现象叫做应应变硬化或冷作硬化。变硬化或冷作硬化。 钢材随时间的增长，其强度提钢材随时间的增长，其强度提高而塑性、韧性下降的现象叫高而塑性、韧性下降的现象叫时时效硬化。效硬化。所谓人工时效是使钢材先发生所谓人工时效是使钢材先发生10%10%左右的塑性变形，再加热至左右的塑性变形，再加热至250250保持保持1h1h，然后在空气中冷，然后在空气中冷却，则时效可在几小时内完成。却，则时效可在几小时内完成。 应变硬化应变硬

24、化+ +时效硬化时效硬化= =应变时效。应变时效。（2） 钢材的硬化钢材的硬化 钢在钢在250250左右时，抗拉强度左右时，抗拉强度有所提高而塑性、韧性下降，有所提高而塑性、韧性下降，这种现象叫这种现象叫蓝脆蓝脆（因表面氧化（因表面氧化膜呈蓝色）。应避免在蓝脆温膜呈蓝色）。应避免在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易度范围内进行热加工，否则易出现裂纹。出现裂纹。 当温度从常温下降时，强度当温度从常温下降时，强度略有提高，但塑性和韧性则降略有提高，但塑性和韧性则降低而变脆，当温度下降到某一低而变脆，当温度下降到某一区间时，冲击韧性急剧下降，区间时，冲击韧性急剧下降，破坏特征明显地转变为脆性破破坏特征

25、明显地转变为脆性破坏，这就是坏，这就是低温冷脆低温冷脆。 （3） 温度的影响温度的影响（4） 复杂应力作用下的工作复杂应力作用下的工作复杂应力状态复杂应力状态 单向拉伸：单向拉伸：应力达到屈服点时，钢材即进入塑性状态。复杂应力状态复杂应力状态：如平面或立体应力作用下，钢材由弹性状态转入塑性状态的条件是按能量强度理论计算的折算应力与单向应力下的屈服点比较来判断：2222223xzyzxyzxzyyxzyxeq当 时，为弹性状态弹性状态； 时为塑性状态塑性状态。 yfeqyfeq)()()(21213232221eq用主应力表示：同号应力场，材料不易进入塑性，易产生脆性破坏同号应力场，材料不易进入

26、塑性，易产生脆性破坏三向应力有一向应力很小(如厚度较小，厚度方向的应力可忽略不计)或为零时，则属于平面应力状态平面应力状态： 在一般的梁中梁中，只存在正应力和剪应力，则： 当只有剪剪应力时， 得： 因此，钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.580.58倍。倍。2223xyyxyxeq223red0yyyfff6 . 058. 03由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折，从由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折，从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其他部位而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其他部位应力降低，形成所谓的应力集中现象。应力降低，

27、形成所谓的应力集中现象。 由图可以看到，应力集中的程度取决于构件形状的变由图可以看到，应力集中的程度取决于构件形状的变化，变化剧烈，高峰应力则大。化，变化剧烈，高峰应力则大。 应力集中形成同号应力场，易产生脆性破坏。应力集中形成同号应力场，易产生脆性破坏。 从不同槽口试件拉伸时的应力应变图，表明形状变从不同槽口试件拉伸时的应力应变图，表明形状变化愈剧烈的试件，应力集中愈严重，抗拉强度愈高，而脆化愈剧烈的试件，应力集中愈严重，抗拉强度愈高，而脆性破坏的危险也愈大。性破坏的危险也愈大。 承受静力荷载的构件，应遵照承受静力荷载的构件，应遵照规范规范的有关要求，的有关要求，避免截面形状的突变，设计时可

28、不考虑应力集中问题。避免截面形状的突变，设计时可不考虑应力集中问题。 （5） 应力集中的影响应力集中的影响应力集中应力集中 应力集中对钢材性能的影响 钢材在连续的重复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强度，钢材在连续的重复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为甚至低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为疲劳疲劳。 疲劳破坏之前，并无明显的塑性变形和局部收缩，是一种疲劳破坏之前，并无明显的塑性变形和局部收缩，是一种突然性的脆性断裂突然性的脆性断裂。 疲劳是因为钢材质地不均匀以及应力分布不均匀而引起的。疲劳是因为钢材质地不均匀以及应力分布不均匀而引起的。 （6）

29、重复荷载作用的影响重复荷载作用的影响应力幅应力幅 应力谱中最大应力与最小应力之差，即 ， 为每次应力循环中的最大拉应力(取正值)， 为每次应力循环中的最小拉应力(取正值)或压应力(取负值)。 常幅疲劳常幅疲劳 应力幅保持常量。应力比应力比 为绝对值最小与最大应力之比(拉应力取正值，压应力取负值) ，表示应力循环特征。 -l，为完全对称循环； 0，称为脉冲循环； 在0与-1之间，称为不完全对称循环。 minmaxmaxminmaxmin应力循环谱应力循环谱 根据试验数据画出应力幅与相应的致损循环次数根据试验数据画出应力幅与相应的致损循环次数N 的关系曲线，按试验数据回归的曲线为平均值曲线。的关系

30、曲线，按试验数据回归的曲线为平均值曲线。 为便于计算，常用双对数坐标轴的方法使曲线改为为便于计算，常用双对数坐标轴的方法使曲线改为直线。在双对数坐标图中，疲劳直线方程为：直线。在双对数坐标图中，疲劳直线方程为： )lg(lg1 bN1110)(CNb试验数据具有离散性，取平均值减去试验数据具有离散性，取平均值减去2倍倍lgN 的标准差（的标准差（2s）作）作为疲劳强度下限值（图中实线下方之虚线），如果为疲劳强度下限值（图中实线下方之虚线），如果 为正态为正态分布，构件或连接抗力保证率为分布，构件或连接抗力保证率为97.7。 取取 作为容许应力幅作为容许应力幅对于不同的焊接构件和连接形式，试验数

31、据回归的直线方程斜对于不同的焊接构件和连接形式，试验数据回归的直线方程斜率不尽相同。为了设计方便，按连接方式，受力特点和疲劳强度率不尽相同。为了设计方便，按连接方式，受力特点和疲劳强度，适当考虑曲线簇的等间距布置、归纳分类，划分为，适当考虑曲线簇的等间距布置、归纳分类，划分为8类。类。lg/1NC常幅疲劳计算常幅疲劳计算 焊接部位：焊接部位： 非焊接部位：折算应力幅非焊接部位：折算应力幅 minmax7 . 0minmax3.4 塑性破坏和脆性破坏塑性破坏和脆性破坏p 构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度。构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度。p 变形明显，持续时间长，便于及时发现和补

32、救。变形明显，持续时间长，便于及时发现和补救。p 断口为杯形，呈纤维状、色泽发暗。断口为杯形，呈纤维状、色泽发暗。 （1） 钢结构的塑性破坏钢结构的塑性破坏p 构件平均应力低，一般小于屈服点。构件平均应力低，一般小于屈服点。p 破坏具有突然性，没有预兆，无法及时发现和补救。破坏具有突然性，没有预兆，无法及时发现和补救。p 断口平直，呈有光泽的的晶粒状。断口平直，呈有光泽的的晶粒状。 （2） 钢结构的脆性破坏钢结构的脆性破坏4.钢结构的设计方法钢结构的设计方法u 设计方法：设计方法：以概率理论为基础的以概率理论为基础的极限状态设计方法极限状态设计方法 u 计算疲劳计算疲劳采用采用容许应力幅法容许

33、应力幅法u 计算计算强度、稳定、连接强度、稳定、连接用用荷载荷载设计值设计值u 计算计算疲劳、变形疲劳、变形用用荷载荷载标准值标准值u 对于对于直接直接承受承受动力荷载动力荷载的结构：的结构： 在计算在计算强度和稳定强度和稳定时，动力荷载设计值时，动力荷载设计值应应乘乘动力系数动力系数 在计算在计算疲劳和变形疲劳和变形时，动力荷载标准值时，动力荷载标准值不应不应乘乘动力系数动力系数u钢结构的概率极限状态钢结构的概率极限状态（1）承载能力极限状态）承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继对应于结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括以下几个方面：续承载的

34、变形，包括以下几个方面：p整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；等）；p结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载；坏），或因过度变形而不适于继续承载；p结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；p结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；p地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。（2）正常使用极限状态）正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定对应于结构或构件达到正常

35、使用或耐久性能的某项规定限值：限值：p影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；p影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；p影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；p影响正常使用的其它特定状态。影响正常使用的其它特定状态。u概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法 0，结构处于可靠状态，结构处于可靠状态 Z=R-S =0，结构处于极限状态，结构处于极限状态 0, 结构处于失效状态结构处于失效状态 除除疲劳疲劳计算外，钢结构设计规范采用以计算外，钢结构设计规范采用以概率理论为基础概率理论为基础的极限状态设计方法的极限状态设计方法，用分

36、项系数用分项系数的设计表达式进行计算。的设计表达式进行计算。5. 钢材的规格与选用钢材的规格与选用 钢按用途分结构钢、工具钢和特殊钢，结构钢又可分钢按用途分结构钢、工具钢和特殊钢，结构钢又可分为建筑用钢和机械用钢；为建筑用钢和机械用钢；按冶炼方法，钢可分为转炉钢和平炉钢，按冶炼方法，钢可分为转炉钢和平炉钢，转炉钢目前转炉钢目前采用氧气顶吹转炉钢，采用氧气顶吹转炉钢，成本比平炉钢要低；成本比平炉钢要低；按脱氧方法分为按脱氧方法分为沸腾钢（沸腾钢（F）、半镇静钢（）、半镇静钢（b）、镇静）、镇静钢钢(Z)和特殊镇静钢和特殊镇静钢(TZ)，镇静钢和特殊镇静钢的代号在，镇静钢和特殊镇静钢的代号在钢的牌

37、号中可省略，镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，钢的牌号中可省略，镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，一般采用镇静钢。一般采用镇静钢。5.1 结构用钢的品种与牌号结构用钢的品种与牌号 按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢；按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢； 按化学成分分为碳素钢和合金钢，在建筑工程中常用碳按化学成分分为碳素钢和合金钢，在建筑工程中常用碳素结构钢、低合金钢和优质碳素结构钢。素结构钢、低合金钢和优质碳素结构钢。 （1） 碳素结构钢碳素结构钢 目前碳素结构钢采用的国家标准目前碳素结构钢采用的国家标准碳素结构钢碳素结构钢（GB 70088）中按质量等级分为）中按质量等级分为A、B、C、D四级，质量

38、等级四级，质量等级中以中以A级最差，级最差，D级最优。级最优。 该标准中钢材牌号表示方法由字母该标准中钢材牌号表示方法由字母Q、屈服点数值、屈服点数值（N/mm2）、质量等级代号（）、质量等级代号（A、B、C、D）及脱氧方法）及脱氧方法代号（代号（F、b、Z、TZ）四个部分组成。）四个部分组成。 A，B，C，D，所不同的，是它们性能中冲击温度的不，所不同的，是它们性能中冲击温度的不同。例如：同。例如：Q235A级，是不做冲击；级，是不做冲击；Q235B级，是级，是20度常温度常温冲击；冲击；Q235C级，是级，是0度冲击；度冲击；Q235D级，是级，是-20度冲击。在度冲击。在不同的冲击温度，

39、冲击的数值也有所不同。不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。 元素含量：元素含量：A、B、C、D硫含量依次递减；硫含量依次递减；A和和B的磷含的磷含量相同，量相同，C的磷含量次之，的磷含量次之，D磷含量最少。磷含量最少。 碳素结构钢碳素结构钢（GB 70088）将碳素结构钢按屈服点数）将碳素结构钢按屈服点数值分为值分为5个牌号：个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255和和Q275。 （2） 低合金结构钢低合金结构钢低合金结构钢的国家标准低合金结构钢的国家标准低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢（GB/T 1591）中按质量等级分为）中按质量等级分为A、B、C、D、E五级。五级。 采用与碳

40、素结构钢相同的表示方法，即用钢材厚度（直采用与碳素结构钢相同的表示方法，即用钢材厚度（直径）径）16mm时的屈服点大小表示，共分为时的屈服点大小表示，共分为5个牌号：个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420及及Q460。 A、B、C、D、E五种质量等级，和碳素结构结构钢一样，五种质量等级，和碳素结构结构钢一样，不同质量等级的是按对冲击韧性（夏比不同质量等级的是按对冲击韧性（夏比V型缺口试验）的要型缺口试验）的要求区分的。不同质量等级对碳，硫，磷，铝等含量的要求求区分的。不同质量等级对碳，硫，磷，铝等含量的要求也有区别。也有区别。 （1）承重结构的钢材宜采用）承重结构的钢材宜采用Q235钢

41、、钢、Q345钢、钢、Q390钢钢和和Q420钢。钢。（2）主要承重结构和构件不应采用）主要承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢，包括沸腾钢，包括焊接结构和非焊接结构焊接结构和非焊接结构 。（3）承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、）承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。碳含量的合格保证。 5.2 钢材的选用钢材的选用 （4） 对于需要验算疲劳的结构的钢材，应具有常温冲对于需要验算疲劳的结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。击韧性的合格保证。 （5） 吊车起重量不小于吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。 钢结构所用钢材主要为热轧钢板、型钢、