浙江工业大学钢结构课件

钢结构一、钢结构用钢材二、钢结构的连接三、钢结构的基本构件国家大剧院

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（2017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

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。轻型钢结构容器和其他构筑物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§9.1：钢结构用钢材

9.1.1、钢材的力学性能1、简单应力下钢材的性能

(1)钢材的应力-应变关系曲线形式：有明显流幅的：弹性、屈服、强化和颈缩阶段没有明显流幅的：没有明显的屈服阶段

曲线简化：屈服前：完全弹性的；屈服后：完全塑性的。§9.1：钢结构用钢材

9.1.1、钢材的力学性能(2)钢材的强度指标屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力有明显流幅的钢材：取屈服点的应力；无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备屈强比：屈服强度/极限强度(3)钢材的塑性指标伸长率：拉断后构件伸长率截面收缩率：拉断后面积缩小率冷弯性能：以冷弯的角度来衡量§9.1：钢结构用钢材

9.1.1、钢材的力学性能强度：fy

强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大承载强度，安全储备。塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。冷弯性能－90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o）、负温（-20o、-40o）区分。可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。§9.1：建筑钢材

9.1.2影响钢材性能的主要因素(1)化学成分碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等。(2)钢材缺陷偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等§9.1：建筑钢材

9.1.3、结构对钢材的要求及钢材的分类(1)结构对钢材的要求具有较高的屈服强度和极限强度；

具有良好的塑性和韧性具有良好的工艺加工性能；

良好的耐锈蚀能力与混凝土良好的粘结力(2)钢材的选择：结构或构件的类型及重要性；

作用的性质（静力和动力作用）；连接方式（焊接、铆接或螺栓连接）；

工作环境（温度和腐蚀等）。§9.1：建筑钢材

9.1.3、结构对钢材的要求及钢材的分类(4)钢材的规格钢板：以“―宽度厚度长度”或“―宽度厚度”表示型钢：角钢：等边“L肢宽厚度”；不等边“L长肢宽短肢宽厚度”工字钢：普通工字钢以I+截面的高度；轻型工字钢前面加Q槽钢：有普通槽钢和轻型槽钢两种，用截面的高度编号H型钢：热扎和焊接两种，“高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度”钢管：有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“φ外径壁厚”表示薄壁型钢：用薄钢板冷轧而成，形式及尺寸可以变化。钢筋

按照表面形状：有光面钢筋和变形钢筋钢筋种类：热轧钢筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三级，符号+直径预应力钢丝：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕钢丝三种，符号+直径预应力钢绞线：多根钢丝绞合制成。“φ1股数公称直径”表示热处理钢筋：φHT+钢筋表示

§9.2：钢结构的连接

9.2.1、焊缝焊接焊接焊接（电弧焊）－分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊和气体保护焊等。原理：焊接连接和焊缝形式：平接、搭接和顶接（T形）三种1.对接焊缝；2.角焊缝。焊缝的符号（形式、尺寸和要求）§9.2：钢结构的连接

9.2.1、焊缝焊接对接焊缝的计算和构造对接焊缝充满整个被连接件的截面，可视为焊件截面的延续，焊缝中的应力分布情况基本与焊件原有情况相似，对接焊缝的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由材料力学的有关计算公式进行计算。对接焊缝两端的起弧、灭弧处，常因不能焊透而出现凹形焊口或存在缺陷，以致该处由于应力集中易出现裂纹。因此，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，对于一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但令焊缝的计算长度比实际长度减小10mm。轴心受力的对接焊缝计算：§9.2：钢结构的连接

9.2.1、焊缝焊接对接焊缝构造1.根据焊件板厚、焊接工艺要求和施工条件对焊件边缘加工合适的坡口；2.对受力较大的重要对接焊缝应尽可能采用引弧板；3.不同宽度和厚度的钢板拼接。

a—直边缝；b—单边V形缝；

c—双边V形缝；d—U形缝；

e—K形缝；f—X形缝§9.2钢结构的连接一、焊接连接包括气焊、接触焊和电弧焊焊缝的形式与构造对接焊缝角焊缝杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、L型围焊二、焊缝的计算对接焊缝计算NN1.N作用2.M、V共同作用VVMMVVMM1例题9-1验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。解：钢板承载能力验算NN5008焊缝承载能力验算角焊缝计算1.正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向垂直的焊缝2.侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向平行的焊缝角钢连接9.2.2、螺栓连接（普通螺栓连接）抗剪螺栓计算螺栓杆剪断→螺栓抗剪强度计算板件挤压破坏→螺栓抗压强度计算板件削弱处拉断→净截面计算计算板件端部剪坏→构造保证：控制端部最小距离栓杆弯曲变形破坏→构造保证：杆长与杆径小于等于5等级表示：如4.6级指最低抗拉强度为400N/mm2,屈强比为0.6的螺栓连接方式：C级粗制螺栓和A、B级精制螺栓抗拉螺栓计算螺栓杆拉断→螺栓抗拉强度计算9.2.2、螺栓连接（普通螺栓连接）例1：一块－400×20的钢板用两块拼接板－400×12进行拼接。螺栓孔径22mm，排列如图。钢板轴心受拉，N＝1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，请问：(1)钢板1－1截面的强度够否？(2)是否还需要验算2－2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2－2截面应如何验算？(3)拼接板的强度是否需要验算？解：钢材为Q235，f=215N/mm2 (1)

1－1截面钢板的

所以1－1截面钢板强度足够。

(2)

需要验算2－2截面强度，因为2－2的An小于1－1。假定N在13个螺栓中平均分配，则2－2截面传递的拉力N’为：2－2截面的，足够。(3)

两块拼接板厚度之和大于原钢板厚，所以钢板抗拉强度足够，拼接板就无需验算。§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件钢梁的常用截面形式热轧型钢；冷弯薄壁型钢；焊接组合截面；特点：截面开展，力学性能好，须注意板件局部失稳。§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件弯曲正应力设计公式：单向弯曲时双向弯曲时§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件剪应力设计公式：最大剪应力可近似按下式计算§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件局部压应力产生的原因和位置：集中荷载作用截面；翼缘于腹板结合处（上、下）。腹板的计算高度边缘计算公式：lZ＝a+2hy§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件折算应力产生的原因和位置：在弯矩、剪力都较大的截面，在腹板的计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力。应按下式验算其折算应力：σ、τ、σC分别为腹板计算高度边缘处同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力。§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件钢梁的刚度对梁的挠度要加以限制：

—梁跨中的最大挠度，根据结构力学知识求得，计算时荷载取标准值；

—梁的容许挠度§9.3钢结构的基本构件

9.3.1、受弯构件钢梁的整体稳定的计算当梁不满足规范无需验算梁整体稳定的条件时，要计算其整体稳定性并采用下列原则：梁的最大压应力不应大于对应临界弯矩Mcr的临界压应力σcrσcr＝Mcr/Wx在两个主平面受弯的H型钢或工字形截面构件

为绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数§9.3钢结构的基本构件

9.3.2、轴心受力构件截面形式截面形式：

1、轴心受拉、受压钢构件§9.3钢结构的基本构件9.3.2、轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。强度刚度（长细比）整体稳定性例题9-2验算钢屋架的受压腹杆见图。N=148.5kN,计算长度lox