第十三章 钢结构三

第十三章钢结构13.1绪论13.1.1钢结构的类型及组成1、什么是钢结构？一些典型的钢结构建筑钢结构是钢材（钢板和型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓连接组成的工程结构形式。五大结构形式：钢筋混凝土结构砌体结构木结构钢结构组合结构第1章绪论2“银色弯弓”架浦江——全钢结构卢浦大桥1、什么是钢结构南浦大桥夜景大跨度钢结构屋盖钢结构高层建筑2、结构形式及应用（1）桁架

平面桁架

空间桁架

（2）框架

（3）拱架

（4）索

（5）壳壳体13.1.2钢结构的的特点和和应用范范围1、特点点①强度高，，重量轻轻②塑塑性、韧性好③材材质均匀匀，工作可靠性高高④适于于机械化化加工，工业化生产程度度高⑤减少砂、石、、灰用量量，减轻轻对不壳壳再生资资源的破破坏⑥环保、可回收再再利用，，建筑造造型美观观⑦密闭性能能好,能能制成不不渗漏的的密闭容容器⑧耐热性能能好，耐耐火性能能差。⑨耐腐蚀性性差钢和混凝凝土容重重比：3.4强强度比：：210～136所以重量量轻好处:(1)便于运输输和安装装(2)可跨越更更大的跨跨度容量/kN/m3设计强度/MPa拉压钢材76.9220～360220～360混凝土22.61.05～2.658.50～32.52、应用用范围①承受荷载大的的结构（（工业厂房房）②大跨度建建筑物体育馆、、展览馆馆、影剧剧院、会会议中心心、机库库③高层建筑④轻型钢结构构轻型钢结结构是一一个很模模糊的概概念，没没有严格格的定义义。以下下结构都都可称为为轻型钢钢结构：：①由冷冷弯薄壁壁型钢组组成的结结构；②②由热轧轧轻型型型钢（工工字钢、、槽钢、、H型钢、L型钢、T型钢等））组成的的结构；；③由焊焊接轻型型型钢（（工字钢钢、槽钢钢、H型钢、L型钢、T型钢等））组成的的结构；；④由圆圆管、方方管、矩矩形管组组成的结结构；⑤⑤由薄钢钢板焊成成的构件件组成的的结构；；⑥由以以上各种种构件组组成的结结构。塔桅结构电视塔、、天线、、发射架架、海洋平台台可拆卸和和搬迁的的结构流动展览馆、、舞台、施工时的临时时房屋、、温室大大棚等挡水结构构、容器器、大直直径管道道储油库、、煤气库库、高炉炉等各种种容器⑧大跨度桥桥梁⑨钢与混凝凝土组合合结构13.1.4有关钢结结构的规规范、规规程及标标准《建筑个个可靠度度设计统统一标准准》（GB50068）《建筑结结构设计计通用符符号、计计量单位位和基本本术语》》（GBJ83-85）《建筑结结构制图图标准》》（GBJ105-87））《建筑结构构荷载规规范》（（GB50009）《钢结构构设计规范范》(GB50017)《冷弯薄薄壁型钢钢结构技技术规范》(GB50018-2002)《网架结结构设计计与施工工规程》》（JGJ7-91）《高层民民用建筑筑钢结构构技术规规程》（JGJ99-98）《门式刚刚架轻型型房屋钢钢结构技技术规程程》（CECS102:98））123《钢结构构工程施工质量验收收规范》(GB50205)《钢结构构工程质质量检验验评定标标准》(GB50221)《建筑钢钢结构焊焊接技术术规程》(JGJ81-91)《钢结构构高强螺螺栓连接接的设计计施工及及验收规规程》(JGJ82-91)《网架结结构工程程质量检检验评定定标准》(JGJ78-91)《螺栓球球节点网网架》(JGJ75.1-91)《焊接球球节点网网架》(JGJ75.2-91)45与上述设设计和施施工规范范、规程程配套的的钢材、、焊条、、型钢、、钢板、、紧固件件等标准准13.1.5钢结构的的发展钢结构是是由生铁铁结构逐逐步发展展起来的的，中国国是最早早用铁制制造承重重结构的的国家。。远在秦秦始皇时时代（公公元前二二百多年年），就就有了用用铁建造造的桥墩墩。以后后在深山山峡谷上上建造铁铁链悬桥桥、铁塔塔等，这这些表明明我国古古代建筑筑和冶金金技术方方面的高高度水平平。20世纪纪50年年代后，，钢结构构的设计计、制造造、安装装水平有有了很大大提高，，建成了了大量钢钢结构工工程，有有些在规规模上和和技术上上已达到到世界先先进水平平。如采采用大跨跨度网架架结构的的首都体体育馆、、上海体体育馆、、深圳圳体育馆馆，大跨跨度三角角拱形式式的西安安秦始皇皇陵兵马马俑陈列列馆，悬悬索结构构的北京京工人体体育馆、、浙江体体育馆，，高耸结结构中的的200m高广州广广播电视视塔、210m高上海广广播电视视塔、325m高北京气气象桅杆杆等，板板壳结构构中有效效容积达达54000m3的湿式储储气柜等等。近期，随随着钢结结构设计计理论、、制造、、安装等等方面技技术的迅迅猛发展展，各地地建成了了大量的的高层钢钢结构建建筑、轻轻钢结构构、高耸耸结构、、市政设设施等。。如：位位于上海海浦东、、420.5m高、88层、总总建筑面面积达28.7万m2的金贸大厦厦；总建建筑面积积达20万m2的上海浦浦东国际际机场；；主体建建筑东西西跨度288.4m、南北跨度度274.7m、建筑高度度70.6m、可容纳8万名观观众的上海体育育场；336m高、建于于哈尔滨滨的黑龙龙江广播播电视塔塔以及横横跨黄浦浦江的南南浦大桥桥、杨浦浦大桥、、卢浦大大桥等。。钢结构的的发展方方向1、发展展建筑钢钢材2、发展展建筑钢钢结构3、发展展钢结构构施工工工艺我国钢结结构的应应用前景景（1）我我国钢产产量1亿亿多吨，质量量可靠；；（2）扩扩大钢材材建筑市场：目前仅5%(500万万吨左右右)；（3）扩扩大应用用范围：住宅、公公共、商商业；（4）开发新材材料：不不锈钢，，耐候钢钢，耐火火钢，高高强钢；；（5）新新体系、新理论论：组合结构构，预应力力，索膜膜；（6）建建筑结构构一体化化：新颖颖结构形形式表现现建筑。13.2建筑钢材材本节讲述述建筑钢钢材（Q235、Q345、、Q390及Q420）的主要机机械性能能及影响响这些性性能的主主要因素素；钢材材受力的的两种破破坏形式式及防止止脆性破破坏的措措施；介介绍我国国目前生生产的建建筑钢材材品种及及规格。。13.2.1建筑钢材材的基本本要求较高的强强度较好的塑塑性及韧韧性良好的加加工性能能良好的可可焊性较好的抗抗锈蚀能能力现行《钢钢结构设设计规范范》（GBJ50017）推荐承重重结构的的钢材宜宜采用碳碳素结构构钢中的的Q235，及低合金金高强度度结构钢钢中的Q345、Q390及Q420钢。13.2.2建筑钢材材的主要要机械性性能一、强度度和塑性性——单单轴拉伸伸试验屈服强度度(yieldstrength)fy抗拉强度度(tensilestrength)fu伸长率(elongation)d弹性模量量EE为常量，，低碳钢钢有明显显屈服点点，fy作为破坏坏标志，，fu/fy为强度储储备，伸长率d表示塑性性变形能力。图2-1单轴应力

ffpfyfu指标:0

fy图2-2为了简化化计算，，将图2-1所所示应力力-应变变关系简简化为图图2-2。实际设计计中对s—e曲线的简简化<fy,完全弹性性>fy,完全塑性性fu作为安全储备伸长率根据试件原标距长度

l0与试件中间部分的直径d0的比值为10或5而分为10或5，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。

式中：

l1——为试件拉断后标距间长度。断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。式中：A0——试件原来的断面面积；A1——试件拉断后颈缩区的断面面积；二、冷弯(coldbending)试验—冷冷弯角a加工性能能，塑性性变性能能力，材材质均匀匀性，a=180度合格。。指标：将根据据试件厚厚度按规规定的弯弯曲直径径将试件件弯曲1800，如表面面无裂纹纹或分层层则合格格.看动画三、冲击韧性钢材的韧性是钢材在在塑性变变形和断断裂的过过程中吸吸收能量量的能力力，也是是表示钢钢材抵抗抗冲击荷荷载或振振动荷载载的能力力，它是是强度与塑性性的综合表现现。钢材韧性通通过冲击试试验，测定定冲击功(冲击韧性性值Akv,单位J或akv单位J/cm2)来表示。钢结构设计计规范对钢钢材的冲击击韧性Akv有常温和负负温要求的的规定。选选用钢材时时，根据结结构的使用用情况和要要求提出相相应温度的的冲击韧性性指标要求求。常温(20℃)和低温(0℃，-20℃，-40℃)试验.用带缺口（（V型或U型）的标准准试件（下下图）进行行冲击试验验，试件破破坏时截面面单位面积积吸收的能能量，称冲击韧性性。冲击韧韧性越好，，表明钢材材越不易脆脆断。(a)(b)冲击韧性试件P四、可焊性②焊接接接头和焊缝缝的冲击韧韧性及近缝缝区塑性不不低于母材材性能。(使用性能能上的可焊焊性)（1）可焊焊性好意味味着钢材施施焊后能获获得良好的的焊接接头头性能。（2）评定定可焊性好好的标志①在一定定的焊接工工艺条件下下，焊缝和和近缝区均均不产生裂裂纹(施工上的的可焊性)13.2.3建筑钢材的的两种破坏坏形式塑性破坏：：破坏前有显显著的变形形，吸收很很大的能量量，延续时间长长，有明显显的塑性变变形，断裂裂时断口呈纤维维状，色泽泽发暗。脆性破坏：：破坏前无明明显变形，，破坏突然然发生，断断裂时断口平平齐，呈有有光泽的晶晶粒状。脆脆性破坏危险险性大。13.2.4建筑钢材的的种类、规规格及选择择一、建筑钢钢材的种类类建筑用钢普通碳素钢普通低合金钢。1、普通碳碳素钢按其屈服点点高低，由由高到低排排列，分为为1号、2号、3号号、4号………7号等等，钢号越高，，其含碳量量越高，强强度越高，，塑性越低低。建筑钢结结构中最常常用的是3号钢。命名规则“QXXX—└┘·[]”，例如Q235A·F、Q235B·b、Q345E·Z。其中Q：屈服强度的的第一个拼拼音字母。。XXX：屈服强度值值，单位为为N/mm2，结构用钢常常有235、345、390。└┘：质量等级级，有A、B、C、D、E五等。其中中A无冲击功规规定；B有20C时的冲击功功要求；C有0C时的冲击功功要求；D有－20C时的冲击击功要求；；E有－40C时的冲击功功要求，低合金钢才才有E等。[]：脱氧方法法，可分为为F、b、Z和TZ，F表示沸腾钢钢，b表示半镇静钢，，Z表示镇静钢钢，TZ表示特殊镇镇静钢，其其中Z和TZ可不写。2、普通低低合金钢普通低合金金钢是在普普通碳素钢钢中添加少少量的一种种或几种合合金元素（（总量<5％）以提提高其强度度、耐腐蚀蚀性、耐热热性、低温温冲击韧性性。其含碳碳量<0.2%，以以便钢材的的加工和焊焊接。按加加入的合金金元素有：：16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢、15MnVq钢和15MnVN钢等。15MnV命名规则15表示含含碳量为万万分之15，Mn，V后无阿拉伯伯数字，表表示其含量量均<1.5％，若若有数字，，表示其含含量的百分分数。如：36Mn2Si,其中Mn的含量为2％。另外，在桥桥梁、造船船、压力容容器、锅炉炉等专业