钢结构简介课件

重点内容回顾

砌体的抗压强度与什么因素有关？抗拉强

度与什么因素有关？

抗压强度：砌块强度+砂浆强度

抗拉强度：砂浆强度+砌块种类1

重点内容回顾

砌体受拉时，砌块强度较高，发生（

））破破坏，砂浆强度较高时，发生（坏

齿缝

直缝2

重点内容回顾

砌体房屋的结构布置方案包括哪四种？

横墙承重方案纵墙承重方案纵横墙承重方案内框架承重方案3

重点内容回顾

下列计算简图分别对应的是哪种静力计算

方案？

刚性方案、刚弹性方案、弹性方案4

重点内容回顾

墙梁中的托梁，在施工阶段应该按什么构

件来进行计算？使用阶段按什么构件进行

计算？

施工：普通梁（受弯构件）

使用：墙梁中的托梁（拉弯构件）5钢结构简介第9章6性能优越的现代结构体系！

为什么叫简介

学时少：建筑工程的钢结构课64学时，本课程的钢结构部分3学时

程度浅：只做一般的概念性介绍

钢结构工程的比例相对混凝土结构而言比较少，尤其是在北方地区

主讲人相对而言并不擅长这部分内容（①漫长学术生涯一直从事混凝土相关领域的研究；②没有进行过实际工程的设计）7

第9章

钢结构简介钢结构专家介绍

李国豪，同济大学

中国科学院院士

桥梁专家、钢结构专家

钢结构稳定理论

桥梁振动理论

林同炎李国豪土建工程咨询有限公司8

第9章

钢结构简介钢结构专家介绍

沈世钊，哈工大

中国工程院院士

钢结构专家

大跨钢结构

体育场馆建设9

第9章

钢结构简介钢结构专家介绍

沈祖炎，同济大学

中国工程院院士

钢结构专家

钢结构稳定、抗震及非线性分析理论及设计方法

钢结构规范主要编写人10

第9章

钢结构简介钢结构专家介绍

张耀春，哈工大

高层钢结构、轻型钢结构

钢结构规范主要编写人11教材介绍第9章

钢结构简介

钢结构

陈绍蕃

西安建筑科技大学资深教授

上册：钢结构基础

下册：房屋建筑钢结构设计12教材介绍第9章

钢结构简介

钢结构基本原理（第二版），2005

沈祖炎，同济大学

深入浅出的经典教材13钢结构的特点第9章

钢结构简介

钢结构：以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件，通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构①

自重轻、承载力高：重量为同跨度、同荷载钢混屋架的1/3~1/4，适合在地质条件较差的地区建造，可以降低基础造价（上海）②

塑性、韧性好（抗震能力强）③

材质均匀（与力学假定吻合，设计更加精确）④

可焊性（便于加工，形成各种构件）⑤

不渗漏（可制作密闭容器）14钢结构的特点第9章

钢结构简介

⑥

制作简便，施工方便，具有良好的装配性（工期短）⑦

耐腐蚀性差（生锈）⑧

耐热好，防火差t＜150℃，性能变化不大t＞150℃，性能变化大t

＞600℃，强度为0温度超过150℃，采取防护措施涂防火涂料混凝土包裹解决办法15钢结构的应用第9章

钢结构简介

①

工业厂房：尤其适合于跨度、柱距较大，有100t以上重级或中级工作制吊车的厂房，有热辐射的厂房②

大跨结构：

厂房→屋架；体育馆、会展中心→网架、网壳、张弦梁、悬索等③

高耸结构（截面小，减小风荷载）④

高层结构（轻质高强）⑤

受动力荷载作用的结构（吊车梁等，钢材韧性好）16钢结构的应用第9章

钢结构简介

⑥

容器和管道⑦

可拆卸、可移动结构（活动式展馆，临时房屋）⑧

其他（海洋平台、码头、输煤栈桥等）17工期短、造价高，应综合分析

第9章

钢结构简介钢材规格：钢板

厚钢板4.5～60mm

薄钢板0.35～4mm

表示方法：－宽×厚×长（长度可不标）:18如－100×8×1000，－100×8

第9章

钢结构简介钢材规格：热轧型钢-角钢

分为等边角钢和不等边角钢，长度4～19m

表示方法：

∟长边宽×短边宽×厚度（不等边）

∟边宽

宽×厚度（等边）

如∟200×125×1419

第9章

钢结构简介钢材规格：热轧型钢-工字钢

它的编号以截面高度（cm）表示，长5～19

m

根据腹板厚度分为a

、b

、c三类

a类腹部较薄，用于受弯经济

c类腹板较厚，不经济，生产较少20

如I36a

第9章

钢结构简介钢材规格：热轧型钢-槽钢

与工字钢类似

如［28b21

第9章

钢结构简介钢材规格：热轧型钢-H型钢

代号+高度H×宽度B×腹板厚×翼缘厚

如HW400×400×13×21

翼缘板的内外表面平行

HW：宽翼缘，HM：中翼缘，HN：窄翼缘

可剖分为T型22钢，TW、TM

、TN

第9章

钢结构简介钢材规格：钢管

表示方法：D外径×壁厚，长度3～12m

无缝钢管：壁厚，经济性差，最大可达

D21923

第9章

钢结构简介钢材规格：钢管

焊接卷管：经济性好24

第9章

钢结构简介钢材规格：薄壁型钢

用薄钢板经模压或弯曲而制成。壁厚1.5～5mm

用作轻型屋面及墙面等构件25

第9章

钢结构简介钢结构连接：重要性

通过连接实现：零件→部件→构件→结构

连接方式影响结构的构造、工艺、造价

连接质量影响结构的安全、使用寿命

连接种类：焊接连接、螺栓连接、铆钉连接对接焊缝焊接连接角焊缝26

第9章

钢结构简介钢结构连接：种类

连接方法：焊接连接、螺栓连接、铆钉连接普通螺栓：靠栓杆承压或受剪传力螺栓连接高强螺栓：靠摩擦传力或承压受剪螺栓连接铆钉连接27

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

焊接连接是钢结构最主要的连接方法

优点：

①不削弱截面、经济；

②构件间可直接焊接、构造简单、制造省工；

③连接的密封性好、刚度大

缺点：

①焊缝热影响区材料变脆；

②产生焊接残余应力和焊接残余变形；28

③对裂缝敏感，产生局部裂纹后易扩展到整体

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

手工电弧焊接-

优点：方便，特别适合在高空和野外作业

缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低

焊条型号应与主体金属的强度相适应

Q235—E43××

Q345—E50××

Q390(Q420)—E55××

前两位数

—

焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm2)29

后两位数

—

焊接位置、电流及药皮类型

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

手工电弧焊接-

不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条30

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

自动埋弧焊接-

电弧在焊剂层下燃烧

优点：质量好，效率高

缺点：需要专用设备1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝7-送丝轮；8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；

31

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

气体保护焊接-

利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为保护介质的一种方法

优点：质量好，无焊渣；缺点：对环境要求高32

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

焊缝连接形式接-对接连接用拼接盖板的对接连接

搭接连接T形连接角部连接33

接-

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

正、斜对接

一、二级焊缝的抗拉强度与母材相等，可以采用正对接连接

三级焊缝缺陷较多，抗拉强度为母材的85%，若想保证破坏不发生在连接位置，需要采用斜对接焊缝

斜焊缝倾角θ≤56.3°时，可不必计算34正对接焊缝斜对接焊缝

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

引弧板接-

起落弧处,宜加引弧板（引出板）

静力荷载作用时允许不设。当不设引弧板时，每条焊缝计算长度等于实际长度减2

t35

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

角焊缝接-

在两个有倾角的面上进行焊接，这种焊缝叫角焊缝36

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

直角与斜角接-

分为直角角焊缝和斜角角焊缝（主要用于钢管）

hf：焊脚尺寸；he：有效厚度，直角

he＝0.7hf

直角角焊缝

斜角角焊缝37

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

焊脚尺寸接-

焊脚尺寸过小：

①热量小，冷却快，焊缝易产生裂纹

②不易焊透

焊脚尺寸过大：

①薄焊件易烧穿，冷却后，焊接变形大

②热影响区大，容易脆裂38

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

角焊缝长度接-

长度过短：

①起落弧太近，影响焊缝的可靠性

②局部过热，材质变脆

长度过长：

应力分布不均

多于长度不计入39

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

残余变形与残余应力接-

在施焊过程中，焊件局部区域加热熔化，随后又冷却凝固，不均匀的温度场导致焊件不均匀的膨胀和收缩，产生应力和变形，残存于焊件内部，即称为焊接残余应力和焊接残余变形

产生原因：

①施焊时，焊件上温度分布不均匀（有变形，无应力，而且冷却后变形恢复）

②各组成纤维的自由变形受到阻碍（超静定）

③部分区域产生了塑性变形（产生应力，但冷40却后可恢复）

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

残余变形与残余应力接-

减小残余变形和残余应力的措施（几种）：

①焊缝厚度较大时，表面先凝固，限制中间焊缝收缩，形成拉应力锤击，减小σzσz

②反变形41

第9章

钢结构简介钢结构连接：焊接

残余变形与残余应力接-

③选择合理施焊方法和顺序

逐层施焊（大体积混凝土分层浇筑）3

21

321414

2

32

35

从中间到四周，尽可

能对称的施焊顺序42

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-分类

粗制普通螺栓螺栓连接普通螺栓

高强螺栓精制普通螺栓摩擦型高强螺栓承压型高强螺栓43

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-分类

抗剪螺栓：螺杆与受力方向垂直

抗拉螺栓：螺杆与受力方向平行

拉剪螺栓FNN

NN

NN44

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-粗制普通螺栓

粗制螺栓(C级)：由未经加工的圆钢压制而成d0

d

1.0

~1.5mmd0

—

—螺孔直径4.6级(

fu

400N/mm2

,

fy

fu

0.6)、4.8级d

—

—螺杆直径

由于栓孔间距大，受剪时各螺栓受力不均，宜用作受拉，不宜受剪45

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-精制普通螺栓

精制螺栓(A、B级)：削切加工而成d0

d

0.5

~

0.8mm8.8级(

fu

800N/mm2

,

fy

fu

0.8)、

5.6级

受剪较好，费用高，已较少使用

同样级别的螺栓采用高强螺栓效果更好46

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-高强螺栓

普通螺栓和高强螺栓的本质区别：是否施加了预应力（需要特殊的扳手）

预应力→摩擦力+承压力47

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-高强螺栓

摩擦型高强螺栓：只靠摩擦力来传力（0-1）

承压型高强螺栓：摩擦力+承压力（0-4）高强螺栓普通螺栓48

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-高强螺栓

摩擦型和承压型所用的螺栓相同

承载力计算模式不同

摩擦型变形小，安全度高，费材料

承压型变形大，省材料，不能用在直接承受动力荷载的构件（吊车梁）

为了增大摩擦力，常对接触面进行处理：喷砂、喷丸等49

第9章

钢结构简介钢结构连接：螺栓连接-破坏形式50

第9章

钢结构简介轴心受力构件：柱子的组成51

第9章

钢结构简介轴心受力构件：柱子的组成52柱脚与基础应该可靠连接

第9章

钢结构简介轴心受力构件：回转半径

钢结构特别适合作为轴心受拉构件

作为轴压构件时，存在失稳问题

长细比是发生失稳破坏时的一个重要参数

长细比：构件的计算长度l0与回转半径i的比值i

I

/

A53尽可能增大回转半径是受压构件设计的重点

第9章

钢结构简介轴心受力构件：实腹式与格构式54

第9章

钢结构简介轴心受力构件：实腹式构件截面形式型钢组合截面55

第9章

钢结构简介轴心受力构件：实腹式构件截面形式双角钢冷弯薄壁型钢56l

1l01l

1

第9章

钢结构简介轴心受力构件：格构式构件截面形式57缀条柱缀板柱

第9章

钢结构简介轴心受拉构件：轴心受拉

NA

n

f

f

—

钢材强度设计值An

—构件净截面面积

弹性状态时，缺陷附近有应力集中现象

极限状态时，钢材均能达到屈服强度58

第9章

钢结构简介轴心受拉构件：最小净面积的选择(a)(b)(d)

59

(c)An取Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面的较小面积计算

第9章

钢结构简介轴心受拉构件：刚度要求

限制受拉构件的长细比，是

为了避免过度变形和振动l0

i构件名称

受拉构件的容许长细比承受静力荷载或间接承受动力荷载项次直接承受动力

荷载的结构一般建筑结构的结构

有重级工作制吊车

的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以

下的柱间支撑300200—3其他拉杆、支撑、系杆(张紧的圆钢除外)400350—60

第9章

钢结构简介轴心受压构件：屈曲和失稳

大体理解：屈曲≈屈服弯曲，失稳≈失去稳定

屈曲后的结构未必发生失稳（屈曲后强度）

腹板屈曲后相当于形成了波纹，增大平面外刚度后重新达到平衡状态61

第9章

钢结构简介轴心受压构件：整体失稳和局部失稳

一部分发生屈曲，称局部屈曲，如果这种屈曲造成了结构不能继续承载，称局部失稳62

第9章

钢结构简介轴心受压构件：屈曲形式

弯曲屈曲

构件因弯曲变形而发生屈曲

双轴对称截面一般发生弯曲屈曲

单轴对称截面沿绕对非称轴可能发生弯曲屈曲63

第9章

钢结构简介轴心受压构件：屈曲形式

扭转屈曲

构件绕纵轴扭转而发生屈曲

十字形截面抗扭刚度较差，常发生扭转屈曲64

第9章

钢结构简介轴心受压构件：屈曲形式

弯扭屈曲

既