常用结构计算之钢结构计算

钢结构计算-1钢结构计算用表为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。承重结构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碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77钢材抗拉、抗压和和抗弯f抗剪fv端面承压（刨刨平顶紧）fce牌号厚度或直径（mm）Q235钢≤16215125325＞16~400205120＞40~600200115＞60~1000190110Q345钢≤16310180400＞16~355295170＞35~500265155＞50~1000250145Q390钢≤16350205415＞16~355335190＞35~500315180＞50~1000295170Q420钢≤16380220440＞16~355360210＞35~500340195＞50~1000325185注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。钢铸件的强度设计值（N/mm2）表2-78钢号抗拉、抗压和和抗弯f抗剪fv端面承压（刨刨平顶紧）fceZG200--40015590260ZG230--450180105290ZG270--500210120325ZG310--570240140370焊缝的强度设计值（N/mm2）表2-79焊接方法和焊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焊缝质量为下下列等级时时，抗拉fftw抗剪抗拉、抗压和和抗剪一级、二级三级fvwffw自动焊、半自自动焊和E43型焊条的的手工焊Q235钢≤16215215185125160＞16~400205205175120＞40~600200200170115＞60~1000190190160110自动焊、半自自动焊和E50型焊条的的手工焊Q345钢≤16310310265180200＞16~355295295250170＞35~500265265225155＞50~1000250250210145自动焊、半自自动焊和E55型焊条的手手工焊Q390钢≤16350350300205220＞16~355335335285190＞35~500315315270180＞50~1000295295250180自动焊、半自自动焊和E55型焊条的的手工焊Q420钢≤16380380320220220＞16~355360360305210＞35~500340340290195＞50~1000325325275185注：1．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《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T5293和《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470中相关的规定；2．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》GB50205的规定。其中厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不宜用超声波探伤确定焊缝质量等级；3．对接焊缝抗弯受压区强度设计值取fcw，抗弯受拉区强度设计值取ftw。螺栓连接的强度设计值（N/mm2）表2-80承压型连接高高强度螺栓栓普通螺栓锚栓承压型连接高强度螺栓C级螺栓A级、B级螺螺栓抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压ftbfvbfcbftbfvbfcbftaftbfvbfcb普通螺栓4.6级、44.8级170140--------5.6级---210190-----8.8级---400320-----锚栓Q235钢------140---Q345钢------180---承压型连接高高强度螺栓栓8.8级------400250-10.9级-------500310-构件QZ35钢--305--405---470Q345钢--385--510---590Q390钢--400--530---615Q420钢--425--560---655注：1．A级螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm（按较小值）的螺栓；B级螺栓用于d＞24mm或l＞10d或l＞150mm（按较小值）的螺栓。d为公称直径，l为螺杆公称长度；2．A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的要求。铆钉连接的强度设计值（N/mm2）表2-81铆钉钢号和构构件钢材牌号抗拉（钉头拉拉脱）抗剪fvT承压fcTftTI类孔II类孔I类孔II类孔铆钉BL2或BLL3120185155--构件Q235钢---450365Q345钢---565460Q390钢---590480注：1．属于下列情况者为I类孔：1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；3）在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。2．在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于II类孔。计算下列情况的结构构件或连接时，上述强度设计值应乘以相应的折减系数：1．单面连接的单角钢1）按轴心受力计算强度和连接 0.85；2）按轴心受压计算稳定性等边角钢 0.6＋0.0015δ，但不大于1.0：短边相连的不等边角钢 0.5＋0.0025δ，但不大于1.0；长边相连的不等边角钢 0.70；几为长细比，对中间无连接的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当δ＜20时，取δ＝20；2．无垫板的单面施焊对接焊缝 0.85；3．施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接 0.90；4．沉头和半沉头铆钉连接 0.80。注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。钢材和钢铸件的物理性能指标见表2-82。钢材和钢铸件的物理性能指标表2-82弹性模量E（N/mm22）剪变模量G（N/mm22）线膨胀系数αα（以每℃计）质量密度ρ（kg/m33）206×100379×103312×10--67850吊车梁、楼盖梁、屋盖梁、工作平台梁以及墙架构件的挠度不宜超过表2-83所列的容许值。受弯构件挠度允许值表2-83项次构件类别挠度允许值[νT][νQ]1吊车梁和吊车车桁架（按自自重和起重重量最大的的一台吊车车计算挠度度）（1）手动吊吊车和单梁梁吊车（含含悬挂吊车车）（2）轻级工工作制桥式式吊车（3）中级工工作制桥式式吊车（4）重级工工作制桥式式吊车l/500l/800l/10000l/120002手动或电动葫葫芦的轨道道梁l/4003有重轨（重量量等于或大大于38kgg/m）轨道的的工作平台台梁有轻轨（重量量等于或大大于24kgg/m）轨道的工工作平台梁梁l/600l/4004楼（屋）盖梁梁或桁架，工工作平台梁梁（第3项除外）和和平台板（1）主梁或或衔架（包包括设有悬悬挂起重设设备的梁和和桁架）（2）抹灰顶顶棚的次梁梁（3）除（11）、（2）款外的其其他梁（包包括楼梯梁梁）（4）屋盖檩檩条支承无积灰的的瓦楞铁和和石棉瓦屋屋面者支承压型金属属板有积灰的的瓦楞铁和和石棉瓦等等屋面者支承其他屋面面材料者（5）平台板板l/400l/250l/250l/150l/200l/200l/150l/500l/350l/3005墙架构件（风风荷载不考考虑阵风系系数）（1）支柱（2）抗风桁桁架（作为为连续支柱柱的支承时时）（3）砌体墙墙的横梁（水水平方向）（4）支承压压型金属板板、瓦楞铁铁和石棉瓦瓦墙面的横横梁（水平平方向）（5）带有玻玻璃窗的横横梁（竖直直和水平方方向）l/200l/400l/10000l/300l/200l/200注：1．l为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2倍）。2．[νT]为全部荷载标准值产生的挠度（如有起拱应减去拱度）允许值；[νQ]为可变荷载标准值产生的挠度允许值。框架结构的水平位移允许值：在风荷载标准值作用下框架柱顶水平位移和层间相对位移不宜超过下列数值。1．无桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/1502．有桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/4003．多层框架的柱顶位移 H/5004．多层框架的层间相对位移 h/400H为自基础顶面至柱顶的总高度；h为层高。注：1．对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构，层间相对位移宜适当减小。无墙壁的多层框架结构，层间相对位移可适当放宽。2．对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。桁架弦杆和单系腹杆的计算长度见表2-84。桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l0表2-84项次弯曲方向弦杆腹杆支座斜杆和支支座竖杆其他腹杆1在桁架平面内内ll0.8l2在桁架平面外外l1ll3斜平面-l0.9l注：1．l为构件的几何长度（节点中心间距离）；l1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。2．斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。3．无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度（钢管结构除外）。受拉构件的允许长细比见表2-85。受压构件的允许长细比见表2-86。受拉构件的允许长细比表2-85项次构件名称承受静力荷载载或间接承承受动力荷荷载的结构构直接承受动力力荷载和结结构一般建筑结构构有重级工作制制吊车的厂厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车车桁架以下下的柱间支支撑300200-3其他拉杆、支支撑、系杆杆等（张紧紧的圆钢除除外）400350-注：1．承受静力荷载的结构中，可仅计算受拉构件在竖向平面内的长细比。2．在直接或间接承受动力荷载的结构中，单角钢受拉构件长细比的计算方法与表2-86注2相同。3．中、重级工作制吊车桁架下弦杆的长细比不宜超过200。4．在设有夹钳或刚性料耙等硬钩吊车的厂房中，支撑（表中第2项除外）的长细比不宜超过300。5．受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时，其长细比不宜超过250。6．跨度等于或大于60m的桁架，其受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或250（直接承受动力荷载）。受压构件的允许长细比表2-86项次构件名称允许长细比1柱、桁架和天天窗架中的的杆件150柱的缀条、吊吊车梁或吊吊车桁架以以下的柱间间支撑2支撑（吊车梁梁或吊车桁桁架以下的的柱间支撑撑除外）200用以减少受压压构件长细细比的杆件件注：1．桁架（包括空间桁架）的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的50%时，允许长细比值可取为200。2．计算单角钢受压构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径，但在计算交叉杆件平面外的长细比时，可采用与角钢肢边平行轴的回转半径。3．跨度等于或大于60m的桁架，其受压弦杆和端压杆的允许长细比值宜取为100，其他受压腹杆可取为150（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或120（直接承受动力荷载）。单层厂房阶形柱计算长度的折减系数见表2-87。单层厂房阶形柱计算长度的折减系数表2-87厂房类型折减系数单跨或多跨纵向温度区段段内一个柱柱列的柱子子数屋面情况厂房两侧是否否有通长的的屋盖纵向向水平支撑撑单跨等于或少于66个--0.9多于6个非大型混凝土土屋面板的的屋面无纵向水平支支撑有纵向水平支支撑0.8大型混凝土屋屋面板的屋屋面-多跨-非大型混凝土土屋面板的的屋面无纵向水平支支撑有纵向水平支支撑0.7大型混凝土屋屋面板的屋屋面-注：有横梁的露天结构（如落锤车间等），其折减系数可采用0.9。摩擦型高强度螺栓中摩擦面抗滑移系数见表2-88。一个高强度螺栓的预拉力见表2-89。摩擦面的抗滑移系数μ表2-88在连接处构件件接触面的的处理方法法构件的钢号Q235钢Q345钢、Q390钢Q420钢喷砂（丸）0.450.500.50喷砂（丸）后后涂无机富富锌漆0.350.400.40喷砂（丸）后后生赤锈0.450.500.50钢丝刷清除浮浮锈或未经经处理的干干净轧制表表面0.300.350.40一个高强度螺栓的预拉力P（kN）表2-89螺栓的性能等等级螺栓公称直径径（mm）M16M20M22M24M27M308.8级8012515017523028010.9级100155190225290355螺栓或铆钉的允许距离见表2-90。

螺栓或铆钉的最大、最小允许距离表2-90名称位置和方向最大允许距离离（取两者的较较小值）最小允许距离离中心间距外排（垂直内内力方向或或顺内力方方向）8d0或122t3d0中间排垂直内力方向向16d0或224t顺内力方向构件受压力12d0或118t构件受拉力16d0或224t沿对角线方向向-中心至构件边边缘距离顺内力方向4d0或8tt2d0垂直内力方向向剪切边或手工工气割边1.5d0轧制边、自动动气割或锯锯割边高强度螺栓其他螺栓或铆铆钉1.2d0注：1．d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。2．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。常见型钢及其组合截面的回转半径的近似值见表2-91。常见型钢及其组合截面的回转半径的近似值表表2-91圆形钢管规格及截面特征见表2-92。圆形钢管规格及截面特征表表2-92直径外径D（mm）壁厚t（mm）截面面积（cm2）理论重量（kg/m）外表面积（m2/m）截面特征I（cm4）W（cm3）i（cm）Ik（cm4）Z0（cm）（mm）（in）401½483.54.893.840.151502573.55.884.620.17921.147.421.9042.272.85603.56.214.880.18824.888.302.0049.773.00702½75.73.88.566.640.23755.1614.592.54110.3223.78764.09.057.100.23958.8115.482.55117.6223.805.011.158.750.23970.6218.592.52141.2553.8080388.54.010.628.340.27894.9921.442.99189.9774.43894.010.688.400.28096.6821.733.01193.3664.455.013.209.240.280116.79926.242.98233.5884.4510041084.013.0710.300.339176.95532.773.68353.9115.406.019.2315.090.339250.90040.463.61501.8115.401144.013.8210.850.358209.35536.733.89418.7005.7012551334.016.2112.730.418339.53350.764.56675.0556.656.023.9418.790.418483.72272.744.50967.4336.651404.519.1615.400.410440.12262.874.79880.2447.0015061594.521.8417.150.500652.27782.055.461304.5547.956.028.8422.640.500845.199106.3115.421690.3387.951654.522.6917.810.518731.21188.635.681462.4418.2520082196.940.1531.520.6882278.774208.1007.534557.55910.959.059.3846.610.6883279.113299.4667.436558.22510.95250102738.066.6852.280.8585851.773428.7009.3711702..4613.6511.090.6271.090.8587782.556570.1559.2715565..1113.65300123258.079.6762.541.02110013..94616.24411.2120027..8116.2513.0124.422100.0331.02115531..78955.80011.0431063..5716.25注：I——毛截面惯性矩；W——毛截面抵抗矩；i——回转半径；Ik——抗扭惯性矩；Z0——截面重心到边缘距离。-2钢结构计算公式1．构件的强度和稳定性计算公式（表2-93）强度和稳定性计算表表2-932．连接计算公式（表2-94）连接计算公式表2-94-3钢管结构计算1．适用于不直接承受动力荷载，在节点处直接焊接的钢管桁架结构。钢管外径与壁厚之比，不应超过100（）。轴心受压方管或矩形管的最大外缘尺寸与壁厚之比，不应超40。2．钢管节点的构造应符合下列要求：（1）主管外径应大于支管外径，主管壁厚不应小于支管壁厚。在支管与主管连接处不得