钢木结构课件

钢木结构钢结构材料一、钢结构的特点

与其他材料的结构相比，钢结构具有如下特点：

(1)钢材强度高，结构重量轻。钢与砖石和混凝土相比，虽然密度较大，但强度更高，故其密度与强度的比值较小，承受同样荷载时，钢结构要比其他结构轻。例如，当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。

(2)钢材质地均匀，塑性韧性好。钢材的这个性质最符合结构计算假定，因而钢结构的计算结果与实际情况最为符合，计算可靠；钢材的弹性模量较大，结构在荷载作用下变形较小；钢材有良好的塑性，结构破坏前一般都会产生显著的变形，事故有预告，可及时防患；钢材还具有良好的韧性，对承受动力荷载适应性强，故钢结构抗震性能好。

(3)钢结构制作简便，施工工期短。钢结构构件一般在专业工厂机械化生产制作，而后运至工地现场安装，工业化生产程度高，质量容易监控和保证。

(4)钢结构密闭性较好。

(5)钢材的可重复使用性。钢结构加工制造过程中产生的余料、碎屑，以及废弃和破坏了的钢结构构件，均可回炉重新冶炼成钢材重复使用。

(6)钢材耐腐蚀性差，因而需采取防腐措施。钢结构材料(7)钢结构有一定的耐热性但不耐火。钢材受热，当温度在200℃以内时，其主要性能(屈服点和弹性模量)下降不多。温度超过200℃后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步降低，还有蓝脆和徐变现象。达600℃时，钢材进入塑性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面温度超过150℃后即需加以隔热防护，对有防火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。

(8)钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。二、钢结构的破坏形式

钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。钢结构所用材料虽有较高的塑性和韧性，一般为塑性破坏，但在一定条件下，仍然有脆性破坏的可能性。塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件允许的塑性变形而产生的。而且仅在构件的应力达到钢材的抗拉强度fu后才发生。在塑性破坏前，构件产生较大的塑性变形，且变形持续时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。此外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部位应力趋于均匀，提高结构承载力。脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。由于脆性破坏前没有明显预兆，无法及时察觉和采取扑救措施，而且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，后果严重，在设计、施工和使用钢结构时，要特别注意防止出现脆性破坏。钢结构材料三、钢材的基本力学性能

钢材的力学性能是钢材在各种荷载作用下反应的各种特征，包括强度、塑性和韧性等方面，须由试验测定。弹性性能和塑性性能由标准试件在常温静载下的单向均匀拉伸实验确定。冷弯性能由冷弯试验确定(如图14.1所示)。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。因此，冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性变形能力和钢材质量的综合指标。图14.1冷弯试验钢结构材料

冲击韧性也称缺口韧性是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V形缺口的标准试件做冲击试验(如图14.2所示)，以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力。钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低，但不同牌号和质量等级钢材的降低规律又有很大不同。因此，在寒冷地区承受动力作用的重要承重结构，应根据其工作温度和所用钢材牌号，对钢材提出相应温度下的冲击韧性指标要求，以防脆性破坏发生。图14.2冲切韧性试验(长度单位为厘米)钢结构材料四、影响钢材性能的主要因素

钢由多种化学成分组成，化学成分及其含量对钢的性能特别是力学性能有重要的影响。铁(Fe)是钢材的基本元素，纯铁质软，在碳素结构钢中约占99%，碳及其他元素仅占1%，但对钢材的力学性能却有着决定性的影响。其他元素包括硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金钢中还含有少量(低于5%)合金元素，如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。在碳素结构钢中，碳是仅次于纯铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳含量增加，钢的强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。因此，尽管碳是使钢材获得足够强度的主要元素，但在钢结构中采用的碳素结构钢，对含碳量要加以限制，一般不应超过0.22%，在焊接结构中还应低于0.20%。硫和磷是钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时，硫使钢变脆，谓之热脆；在低温时，磷使钢变脆，谓之冷脆。一般硫的含量不应超过0.045%，磷的含量不超过0.045%。但是，磷可提高钢材的强度和抗锈性。可使用的高磷钢，其含量可达0.12%，这时应减少钢材中的碳含量，以保持一定的塑性和韧性。1.化学成分钢结构材料

氧和氮都是钢中的有害杂质。氧的作用和硫类似，使钢热脆；氮的作用和磷类似，使钢冷脆。由于氧、氮容易在熔炼过程中逸出，一般不会超过极限含量，故通常不要求作含量分析。硅和锰是钢中的有益元素，它们都是炼钢的脱氧剂。它们使钢材的强度提高，含量不过高时，对塑性和韧性无显著不良影响。在碳素结构钢中，硅的含量不应大于0.3%，锰的含量为0.3%～0.8%。对于低合金高强度合金钢，锰的含量可达1.0%～1.6%，硅的含量可达0.55%。钒和钛是钢中的合金元素，能提高钢的强度和抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。铜在碳素结构钢中属于杂质成分。它可以显著地提高钢的抗腐蚀性能，也可以提高钢的强度，但对可焊性有不利影响。2.冶金缺陷

常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹和分层等。偏析是钢中化学成分不一致和不均匀性，特别是硫、磷偏析严重恶化钢材的性能。非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质。气孔是浇注钢锭时，由氧化铁和碳作用生成的一氧化碳气体不能充分逸出形成的。这些缺陷都将影响钢材的力学性能。浇注时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，会严重降低钢材的冷弯性能。钢结构材料3.钢材硬化

在常温下经冷加工(拉、拔、弯等)使钢材超过屈服点，产生很大塑性变形，从而提高了钢的屈服点，塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化(或应变硬化)。在高温时熔化于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，遏制纯铁体晶粒间的滑移，约束塑性发展，从而使钢材的强度提高，塑性、韧性下降的现象称为时效硬化，也称老化。钢材经冷加工硬化后又经时效硬化变脆的现象称为冷作时效。4.温度影响

钢材性能随温度变动而有所变化，其总趋势是：温度升高，钢材强度降低，塑性增加；温度降低，钢材强度提高，但塑性、韧性降低，脆性增加。温度升高，但在150℃以下时，钢材性能与常温时比较变化不大；当温度在250℃左右时，钢材抗拉强度有局部性提高，塑性、韧性变差，材料变脆，出现蓝脆现象(钢材表面氧化膜呈蓝色)；当温度超过300℃时，强度和弹性模量开始显著下降，塑性显著上升，钢材产生徐变；达到600℃时，强度几乎为零，不能承担荷载。温度从常温开始下降，特别是在负温范围内时，钢材的强度虽有提高，但塑性、韧性降低，脆性增加，称为钢材的低温冷脆。对低温作业，特别是承受动力荷载的结构，应有负温冲击韧性的保证。钢结构材料5.应力集中

当钢构件截面有突变，如孔眼、切口、凹角等时，在轴向力作用下截面应力分布将不再保持均匀，而是在突变处产生局部高峰应力，形成应力集中现象。截面变化越急剧，应力集中就越严重。应力的急剧改变且不均匀，会使钢材变脆，受动荷载时容易形成裂纹。但由于建筑钢材塑性较好，一定程度上能促使应力重分布，使应力分布趋于平缓，故设计时，仅受静荷载作用在常温下工作的构件，在计算中可不考虑应力集中的影响；但在负温下或动力荷载作用下工作的构件，应力集中的不利影响十分突出，应考虑其影响。6.反复荷载作用

在不断反复荷载作用下，钢材的强度将低于一次静载作用下的拉伸试验的极限强度，这一现象称为钢的疲劳。疲劳破坏属于脆性破坏。疲劳破坏是累积损伤的结果。在反复荷载作用下，材料中原有的缺陷处发生塑性变形和硬化而形成一些微裂痕，之后微裂痕逐渐发展为宏观裂纹，试件截面被削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。钢结构材料五、结构常用钢材类别及选用

我国结构用钢材主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢，优质碳素结构钢也有运用。

1)碳素结构钢根据国家标准GB/T700—1988，碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值(单位：N/mm2)、质量等级符号(A～D)、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。其中，A级钢只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时尚可附加冷弯试验要求，化学成分对碳、锰可不作为交货条件。B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性(分别为+20℃、0℃、-20℃)等力学性能，化学成分对碳、硫、磷的极限含量有严格要求。符号“F”代表沸腾钢，“b”代表半镇定钢，符号“Z”和“TZ”分别代表镇定钢和特种镇定钢。在具体标注时“Z”和“TZ”可以省略。例如Q235-B•F表示屈服点为235N/mm2，质量等级为B级的沸腾钢；Q235-A表示屈服点为235N/mm2，质量等级为A级的镇定钢。

2)低合金高强度结构钢根据国家标准GB/T1591—1994，低合金高强度结构钢的牌号的表示方法与碳素结构钢相同。只是质量等级分为A～E共5级，从A到E逐级提高，E级须保证-40℃的冲击韧性。由于低合金高强度结构钢一般都是镇定钢，因而其牌号后无脱氧方法的符号。例Q345-B、Q390-C等。1.钢材的种类钢结构材料3)优质碳素结构钢按照国家标准GB/T699—1998，优质碳素结构钢分为普通含锰量的钢和较高含锰量的钢两大类。两类的牌号均用代表钢中平均含碳量万分数的两位数字表示，前者数字后不加Mn，后者数字后加Mn。例如45号钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；45Mn号钢，表示同样含碳量，但锰含量也较高的优质碳素结构钢。由于价格较贵，钢结构中使用较少，仅用经热处理的优质碳素结构钢冷拔高强钢丝或制作高强螺栓等。2.钢材的选用

钢材的选用既要保证结构物的安全可靠，又要经济合理。规范规定为了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。

(1)承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢。

(2)对于直接承受动荷载的构件和结构、重要的构件和结构、采用焊接连接的结构以及处于低温下工作的结构，宜采用质量较高的钢材。

(3)对承受静载的受拉及受弯的重要焊接构件和结构，宜选用较薄的型钢和板材构成。

(4)当选用的型钢或板材的厚度较大时，宜采用质量较高的钢材，以防钢材中较大的残余拉应力和缺陷等引起脆性破坏。钢结构材料

(5)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采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

(6)选择钢材时应尽量统一规格，减少钢材牌号和型材种类，同时还要考虑市场供应情况和制造厂的工艺可能性。3.钢材的规格1)热轧钢板钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢{或带钢}之分，其规格如下：厚钢板：厚度为4.5mm～60mm，宽度为600mm～3000mm，长度为4m～12m。薄钢板：厚度为0.35mm～4mm，宽度为500mm～1500mm，长度为0.5m～4m。扁钢：厚度为4mm～60mm，宽度为12mm～200mm，长度为3m～9m。厚钢板常用做大型梁、柱等实腹式构件的翼缘和腹板，以及节点板等；薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢；扁钢可用做焊接组合梁、柱翼缘板、各种连接板、加劲肋等。钢板截面的表示方法为在“—厚度×宽度×长度”(也有采用把宽度写在厚度前面的标注方法，两者均可)，例如：—8×400×3000。“—”表示钢板截面。钢结构材料2)热轧型钢常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢和钢管等，如图14.3所示。图14.3热轧型钢截面形式

角钢分为等边角钢和不等边角钢，主要用于制作桁架等格构式杆件和支撑等连接杆件。不等边角钢型号的表示方法为在符号“L”后加“长边宽×短边宽×厚度”，如L125×80×8；等边角钢在“L”后加“边宽×厚度”，如“L125×8”。工字钢分为普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢的两个主轴方向的惯性矩相差较大，不宜单独用作受压构件，而宜用作腹板平面内受弯的构件，或由工字钢和其他型钢组成的组合构件或格构式构件。宽翼缘H型钢平面内外的回转半径较接近，可单独用作受压构件。普通工字钢和轻型工字钢的型号用符号“I”后加截面高度的厘米数表示，20号以上的工字钢，又按腹板厚度不同，分为a、b、c三类，例如：I20a表示高度为200mm，腹板宽度为a类的工字钢。轻型工字钢的翼缘要较普通工字钢的宽且薄，回转半径较大。钢结构材料

H型钢与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件连接。H型钢可分为宽翼缘H型钢(HW)、中翼缘H型钢(HM)和窄翼缘H型钢(HN)。各种H型钢均可剖为T型钢供应，代号分别为TW、TM、TN。H型钢和剖分T型钢的型号均表示为：高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼缘厚度t2。例如：HM340×250×9×14，其剖分T型钢为TM170×250×9×14。槽钢有普通槽钢和轻型槽钢。适于作檩条等双向受弯构件，也可用其组成组合或格构式构件。槽钢型号与工字钢相似，例如[32a指截面高度320mm，腹板较薄的槽钢。钢管有无缝钢管和焊接钢管。由于回转半径较大，常用作桁架、网架、网壳等平面和空间格构式结构杆件；在钢管混凝土柱中也有广泛应用。其表示法为在符号“φ”后加“外径×厚度”，例如：φ180×8。

3)冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢是由钢板经冷加工而成，采用冷弯型钢机成型、压力机上模压成型或在弯曲机上弯曲成型。常用截面型号如图14.4所示。冷弯薄壁型钢的截面形式和尺寸均可按受力特点合理设计，能充分利用钢材的强度、节约钢材，在国内外轻钢建筑结构中被广泛地应用。图14.4冷弯薄壁型钢截面钢结构的基本构件一、轴心受力构件

轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受压构件，前者简称拉杆，后者简称压杆，但当压杆为竖向构件并用以支承屋盖或楼盖时则常称为柱。轴心受力构件广泛应用于屋架、托架、网架和网壳等平面或空间格构式体系及支撑系统中。轴心受力构件的截面形式按生产制作情况分为型钢截面和组合截面，组合截面又分为实腹式组合截面和格构式组合截面。图14.5给出了常用的轴心受力构件的截面形式。1.截面形式图14.5轴心受力构件的截面形式2.轴心受力构件的强度《规范》规定，轴心受力构件的强度，除高强度螺栓摩擦型连接外，应按下式计算：钢结构的基本构件式中，N——轴心拉力或轴心压力设计值；

An——构件的净截面面积；

f——钢材抗拉强度设计值。高强度螺栓摩擦型连接处的强度应按下列公式计算：式中，n——在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目；

n1——所计算截面(最外列螺栓处)上高强度螺栓数目；

A——构件的毛截面面积。式(14-3)是验算构件的毛截面强度。(14-1)(14-3)(14-2)3.轴心受力构件的刚度

按正常使用极限状态要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件在运输和安装过程中不产生过大变形。规范规定，轴心受力构件的刚度通过保证其长细比的限值来实现，其计算式为：钢结构的基本构件式中，λ——构件的最大长细比；

l0——构件的计算长度；

i——构件截面的回转半径；

[λ]——构件的容许长细比，查《规范》取用。4.轴心受压构件的整体稳定

规范规定，轴心受压构件的整体稳定按下式计算：(14-5)(14-4)式中，φ——轴心受压构件的稳定系数(取截面两主轴稳定系数中的较小者)，根据构件长细比、钢材屈服强度及截面分类查规范取用。

f——钢材的抗压强度设计值。钢结构的基本构件5.轴心受压构件的局部稳定

轴心受压构件一般由若干矩形平面板件组成，如果板件平面尺寸很大，而厚度又相对很薄(宽厚比过大)，在轴心压力作用下，板件可能在达到强度承载力之前先失去局部稳定。如图14.6所示为一工字形截面构件，在轴向压力作用下，腹板和翼缘发生侧向鼓出和翘曲的局部失稳现象。

虽然构件丧失局部稳定后还可以继续维持整体稳定，但由于部分板件屈曲后退出工作，使构件有效承载截面减少，会加速构件整体失稳而丧失承载力。为了保证局部稳定，通常采用限制其板件的宽(高)厚比的办法来实现。轧制型钢一般都能满足局部稳定要求，不需验算。对于工字形截面构件：图14.6轴心受压构件的局部稳定

翼缘板自由外伸宽度b与其宽度t之比应符合：钢结构的基本构件式中，λ为构件两方向长细比的较大值；当λ<30时，取λ=30；当λ>100时，取λ=100。腹板计算高度h0与其厚度tw之比，应符合：

其他截面构件的板件宽厚比限值见规范具体规定。当腹板高厚比不满足要求时，可加厚腹板或在腹板中部设置纵向加劲肋。用纵向加劲肋加强后的腹板仍按式(14-7)计算，但h0应取翼缘与纵向加劲肋之间的距离。(14-7)(14-6)钢结构的基本构件二、受弯构件

承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件。受弯构件一般称为梁。钢梁在工业与民用建筑结构中有广泛应用，常见的有工作平台梁、楼盖梁、墙梁、檩条和吊车梁等。钢梁分为型钢梁和组合梁两大类。型钢梁构造简单、制造省工，成本较低，因而广泛用作小型钢梁。但在荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件限制型钢的尺寸、规格不能满足梁承载力和刚度的要求，就必须采用组合梁。常用钢梁的截面形式如图14.7所示。图14.7钢梁的截面形式1.受弯构件的强度1)抗弯强度随着作用弯矩的增加，梁截面上的正应力发展过程分为如下三个阶段：

(1)弹性工作阶段。此时正应力沿截面为直线分布，梁最外边缘的正应力没达到屈服应力值，如图14.8(b)所示。

(2)弹塑性工作阶段。此时梁边缘部分出现塑性区，区域内正应力值等于屈服应力值，而中性轴附近材料仍保持弹性，如图14.8(c)所示。

(3)塑性工作阶段。此时梁全截面进入塑性，应力均达到屈服应力值，形成塑性铰，如图14.8(d)所示。钢结构的基本构件图14.8梁受弯时截面正应力发展过程

显然，在计算梁的抗弯强度时，考虑截面塑性发展比不考虑要节省钢材。但若按截面形成塑性铰来设计，可能使梁的挠度过大，受压翼缘过早失去局部稳定。故《规范》规定，对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的受弯构件，只适当考虑截面中的塑性发展，并通过引入截面塑性发展系数来实现。故，梁的抗弯强度按下列规定计算：钢结构的基本构件

单向受弯时

双向受弯时(14-9)式中，Mx、My为同一截面处绕x轴和y轴的弯矩(对工字形截面：x轴为强轴，y轴为弱轴)；Wnx、Wny是对x轴和y轴的净截面模量；γx、γy

为截面塑性发展系数；对工字形截面，γx=1.05，γy=1.20；对箱型截面：γx=γy=1.05。对直接承受动荷载且需计算疲劳的梁，宜取γx=γy=1.0，f为钢材抗弯强度设计值。(14-8)(14-9)2)抗剪强度规范规定，在主平面内受弯的实腹构件，其抗剪强度应按下式计算：钢结构的基本构件式中，V——计算截面沿腹板平面作用的剪力；

S——计算截面一半毛截面对中性轴的面积矩；

I——毛截面惯性矩；

tw——腹板厚度；

fv——钢材的抗剪强度设计值。

3)其他强度当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，应按规范验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力(如连续梁中部支座处或梁翼缘截面改变处等)，应按规范验算该处的折算应力。(14-10)2.受弯构件的刚度

梁的刚度按正常使用极限状态下，荷载标准值引起的最大挠度计算。梁的刚度不足，就不能保证正常使用。例如，楼盖梁挠度过大，就会引起居住者不适，或板面开裂；吊车梁挠度过大，会影响吊车正常运行。因此，应按下式验算梁的刚度：钢结构的基本构件式中，υ——由荷载标准值产生的最大挠度；

[υ]——梁的容许挠度值，按规范取用。3.受弯构件的整体稳定

为提高抗弯强度，节省钢材，钢梁截面一般做成高而窄的形式，受荷方向刚度大而侧向刚度小。因而，在外荷载作用下，在截面正应力达到钢材屈服强度之前，钢梁可能突然发生侧向弯曲和扭转变形而破坏，这种现象称为梁的整体失稳。

《规范》规定，凡符合下列情况之一的梁，其整体稳定可得到保证，不必计算：

(1)有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。

(2)H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过表14-1规定的数值时。对跨中无侧向支承点的梁，l1为其跨度；对跨中有侧向支承点的梁，l1为受压翼缘侧向支承点间的距离。(14-11)钢结构的基本构件表14-1工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大l1/b1值

当不满足上述条件时，应按下式验算梁的整体稳定：(14-12)式中，M1——绕强轴作用的最大弯矩；

Wx——按受压纤维确定的梁毛截面模量；

φb——梁的整体稳定系数，按《规范》计算。上述整体稳定系数是按弹性稳定理论求得的，故只适用于弹性阶段失稳的梁，而研究表明，大量梁的失稳常发生在弹塑性阶段。规范规定，当计算出的φb>0.6时，用下式求得的φ’b代替φb进行梁的整体稳定计算：但不大于1.0。(14-13)4.受弯构件的局部稳定

组合梁由若干板件组成，如果受压翼缘的宽厚比过大，或腹板的高厚比过大，在受力过程中，受压翼缘或腹板可能偏离其平面位置，出现波形鼓曲(如图14.10所示)，即所谓的局部失稳现象。钢结构的基本构件图14.9梁的局部失稳(翼缘)图14.10梁的局部失稳(腹板)

热轧型钢由于轧制条件，其板件宽厚比较小，都能满足局部稳定要求，不需计算。对于组合钢梁，受压翼缘的局部稳定一般采用限制宽厚比的办法来保证。腹板的局部稳定可通过限制宽厚比和设置加劲肋来保证。5.型钢梁设计例题

【例14.1】试设计简支工字形型钢梁。梁的跨度为6m，荷载设计值为20kN/m(不含自重)。钢材采用Q235，容许挠度l/200。

解(1)初选截面。不考虑自重钢结构的基本构件

查表，选用I28aWx=508cm3，Ix=7114cm3，Ix/Sx=24.6cm，q0=43.4×9.8=425.3N/m(2)验算。截面没有削弱，抗弯强度不必验算。

①整体稳定

查表得φb=0.60

按整体稳定重新选择型号。

当选用22～40之间的工字钢时，φb=0.60则 钢结构的基本构件

选I36aWx=875cm3，Ix=15760cm3，Ix/Sx=30.7cm，q0=59.9×9.8=587N/m②抗剪强度满足要求。③刚度。刚度校核采用荷载标准值，此处荷载分项系数取平均值1.3。满足要求。钢结构的连接一、钢结构常用的几种连接方法

钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构件再通过安装连接构成整体结构。因而连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。钢结构的连接必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接、和螺栓连接三种。二、焊接方法和焊缝主要形式1.焊缝连接的特点

焊缝连接是现代钢结构最主要的连接方法。其优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材料变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。钢结构的连接2.钢结构常用焊接方法1)手工电弧焊这是最常用的一种焊接方法(如图14.11所示)。通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。电弧提供热源，使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中。由电焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物。焊缝金属冷却后把被连接件连成一体。图14.11手工电弧焊

手工电弧焊设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量和焊工的精神状态与技术水平有很大关系。

钢结构的连接

手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材(或称主体金属)相适应，例如：对Q235钢采用E43型焊条(E4300～E4328)；对Q345钢采用E50型焊条(E5000～E5048)；对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条(E5500～E5518)。焊条型号中，字母E表示焊条(Electrodes)，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度(单位为kgf/mm2)，第三、四位数字表示使用焊接位置、电流以及药皮类型等。不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢材相适应的焊条。

2)埋弧焊(自动或半自动)

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的称埋弧自动电弧焊(如图14.12所示)；焊丝送进由专门机构控制，而焊接方向的移动靠工人操作的称为埋弧半自动电弧焊。埋弧焊的焊丝不涂药皮，但施焊端靠由焊剂漏头自动流下的颗粒状焊剂所覆盖，电弧完全被埋在焊剂之内，电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有很高的生产效率。由于采用了自动或半自动化操作，焊接时的工艺条件稳定，焊缝化学成分均匀，故焊成的焊缝的质量好，焊件变形小。同时，高的焊速也减小了热影响区的范围。但埋弧焊对焊件边缘的装配精度(如间隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属的力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。

钢结构的连接图14.12埋弧焊3)气体保护焊气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程的稳定性。钢结构的连接

气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。但不适用于在风较大的地方施焊。

3.焊缝连接形式及焊缝形式

1)焊缝连接形式焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接，搭接、T形连接和角部连接四种，如图14.13所示。图14.13焊缝连接形式钢结构的连接钢结构的连接

对接连接主要用于厚度相同或接近相同的构件的连接。其焊接处传力均匀，无明显的应力集中，且用料经济，但焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格要求。搭接连接因特别适用于不同厚度构件的连接，且构造简单，施工方便，目前应用很广泛，但其焊接处传力不均，且较费材料。

T形连接省工省料，常用于制作组合截面。角部连接主要用于制作箱形截面。

2)焊缝形式常用的焊缝形式有对接焊缝和角焊缝。对接焊缝按受力方向又分为正对接焊缝和斜对接焊缝；角焊缝可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝，如图14.14所示。图14.14焊缝形式钢结构的连接4.焊缝代号《焊缝符号表示法》规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。引出线由横线和带箭头的斜线组成。箭头指到图形上的相应焊接处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形符号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。图形符号表示焊缝的基本形式，如用‖表示I形焊缝，用V表示V型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的辅助要求。表14-2列出了一些常用焊缝代号。

表14-2焊缝代号钢结构的连接三、对接焊缝的构造与计算

对接焊缝常需做成坡口，以便于焊缝焊透，故又称坡口焊缝。坡口形式的选取应根据板厚和施工条件按现行标准进行。当焊件厚度很小时(手工焊6mm，埋弧焊10mm)时，可不开坡口，即用直边焊。图14.15给出了常用的坡口形式。

1.对接焊缝的构造图14.15对接焊缝的坡口形式

在对接焊缝对接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1∶2.5的斜角(如图14.16所示)，以使截面过渡平缓，减少应力集中。

钢结构的连接

在焊缝的起灭弧处，常出现弧坑等缺陷，故焊接时一般应设置引弧板和引出板(如图14.17所示)。对受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，当无法设置引弧(出)板时，允许不设，但焊缝的计算长度等于实际长度减2t(t为较薄焊件厚度)。对于直接承受动力荷载的结构必须设置引弧(出)板。图14.16不同厚度或宽度的钢板拼接图14.17对接焊缝的引弧(出)板

1)轴心受力的对接焊缝

轴心受力的对接焊缝(如图14.18所示)应按下式验算焊缝强度：2.对接焊缝的计算式中，N——轴心拉力或压力；

lw——焊缝的计算长度，当未采用引弧板时，取实际长度减去2t；

t——在对接接头中连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度；

——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。(14-14)

钢结构的连接

质量等级为一、二级的对接焊缝，其强度与母材相等，可不计算焊缝强度；对于三级焊缝需按上式计算。当按直缝计算不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝(如图14.18(b)所示)。规范规定，焊缝与作用力间的夹角θ满足≤1.5时，其强度可不计算。

图14.18对接焊缝受轴心力

2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝

在弯矩和剪力共同作用下，对接焊缝需按下列公式，分别进行最大正应力、最大剪应力和折算应力的计算：

最大正应力

最大剪应力

折算应力

(14-15)

(14-17)

(14-16)

钢结构的连接钢结构的连接式中，Ww——焊缝截面模量；

Iw——焊缝截面惯性矩；

Sw——计算剪应力处焊缝截面面积矩；

——对接焊缝抗剪强度设计值；

σ1、τ1——验算点处的焊接正应力和剪应力；

1.1——考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高的系数。

3)承受轴向力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝当轴心力与弯矩、剪力共同作用时，焊缝的最大正应力应为轴心力和弯矩引起的应力之和，剪应力仍按式(14-16)验算，折算应力仍按式(14-17)验算。四、直角焊缝的构造与计算

角焊缝按其长度方向与作用力方向的关系分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜角焊缝。当焊缝长度方向与作用力垂直时为正面角焊缝；当焊缝长度方向与作用力平行时为侧面角焊缝。按截面形式又分为直角角焊缝和斜角角焊缝(如图14.19所示)。现主要介绍直角焊缝。

钢结构的连接图14.19角焊缝截面形式钢结构的连接1.直角焊缝的构造

1)最大焊角尺寸为避免烧穿焊件，减少焊接应力和焊接变形，角焊缝的焊角尺寸不宜过大。规范规定，除了直接焊接钢管结构的焊角尺寸hf不宜大于钢管厚度的2倍之外，hf不应大于较薄焊件厚度的1.2倍。在板件边缘的角焊缝，当板件厚度t>6mm时，hf

≤t；当t>6mm时，hf

≤mm。

2)最小焊角尺寸为保证焊缝的最小承载力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。规范规定，角焊缝的焊角尺寸hf不得小于，t为较厚焊件厚度(单位：mm)。计算时，焊角尺寸取mm的整数，小数点以后都进为1mm。自动焊熔深大，最小焊角尺寸可减少1mm；对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度等于或小于4mm时，最小焊角尺寸应与焊件厚度相同。

3)角焊缝的计算长度限制侧焊缝应力沿长度分布不均，两端大中间小，为防止焊缝长度过大时，焊缝两端先破坏，一般规定侧面角焊缝的计算长度lw≤60hf。当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。为了使焊缝能够具有一定的承载能力，根据经验，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。钢结构的连接4)其他构造要求

(1)当构件的端部仅有两侧角焊缝连接时，每条侧面角焊缝的长度不宜小于两侧焊缝之间的距离；同时两侧面角焊缝之间的距离不宜小于16t(t>12mm)或200mm(t≤12mm)，t为较薄焊件的厚度。

(2)在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。

(3)所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地做长度为2hf的绕角焊。

2.直角焊缝的计算角焊缝的应力状态非常复杂，如图14.20所示为直角角焊缝截面。hf为角焊缝的焊角尺寸。he=0.7hf为直角角焊缝的有效厚度。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在45°线的喉部。故通常取直角角焊缝的计算截面(有效截面)为45°方向的最小截面。图14.20直角角焊缝截面图14.21正面角焊缝的应力图14.22侧面角焊缝的应力

钢结构的连接(14-18)(14-19)(14-20)

计算角焊缝强度时，假定有效截面上的应力均匀分布，且不分抗拉、抗压或抗剪，都用同一强度设计值。

1)角焊缝的基本计算公式对正面角焊缝，如图14.21所示：对侧面角焊缝，如图14.22所示：对各种应力综合作用下的直角角焊缝：式中，——按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

——按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

——角焊缝的计算长度，对有引弧板的焊缝取焊缝的实际长度，对没有引弧板的焊缝取其实际长度减去2hf；

——角焊缝的强度设计值；

——正面角焊缝的强度增大系数，对承受静荷载或间接承受动荷载的结构

=1.22；对直接承受动荷载的结构=1.0。钢结构的连接2)承受轴心力的角钢角焊缝计算在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊(如图14.23所示)。图14.23钢桁架腹杆与节点板连接处角焊缝焊接形式

对于三面围焊,计算时先假定正面角焊缝的焊角尺寸hf3，求出正面角焊缝所分担的轴向力N3。当腹杆为双角钢组成的T形截面时，且肢宽为b时，再由平衡条件，可得：(14-21)

(14-22)钢结构的连接式中，N1、N2——角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力；

a1

、a2——角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数，可近似取a1=2/3,a2=1/3。对于两面侧焊，因N3=0，得：(14-23)

对于L形焊缝，N2=0，得：求出各条焊缝所受内力后，即可进行焊角尺寸或焊缝长度的计算。例如对双角钢截面，可先按构造要求假定肢背和肢尖焊缝的焊角尺寸，再按下列公式求出焊缝的计算长度，最后由计算长度结合实际情况确定焊缝实际长度。

3)承受弯矩作用的角焊缝计算如图14.24所示，在弯矩M单独作用下，角焊缝有效截面上的应力如同弯曲正应力，呈三角形分布，属正面角焊缝受力性质。其强度计算公式为：式中，是角焊缝有效截面的抗弯截面模量。(14-24)(14-25)(14-26)钢结构的连接图14.24弯矩作用时角焊缝应力图14.25M、V、N作用下牛腿焊缝4)弯矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝的计算如图14.25所示的牛腿与钢柱连接处的角焊缝，同时受到弯矩M、剪力V和轴力N的作用。应分别进行按下列公式验算焊缝强度：式中，，、分别为验算点处由轴力和弯矩引起的焊缝有效截面的正应力，公式(14-27b)是对不利点处的折算应力的验算。(14-27a)(14-27b)钢结构的连接

五、螺栓连接螺栓连接分普通螺栓连接和高强螺栓连接。

1.普通螺栓连接

1)普通螺栓的种类普通螺栓一般为六角头螺栓，分为A、B、C三级。A、B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓；C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级，小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于400N/mm，小数点及小数点以后的数字表示其屈强比(屈服点与抗拉强度之比)为0.6或0.8；A、B级螺栓的材料性能等级为8.8级，其抗拉强度不小于800N/mm，屈强比为0.8。

A、B级螺栓在车床上经切削加工精制而成，表面光滑，尺寸准确，螺杆直径与螺栓孔径相同，精度较高，但制作和安装复杂，已很少在钢结构中采用；C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成，表面粗糙，螺栓孔径比螺杆直径大1.5mm～3mm，精度较差，但安装方便，且能有效传递拉力，故常用于受拉连接，在不承受动力荷载的次要结构中也可用于受剪连接。

2)普通螺栓的构造与计算

(1)普通螺栓的排列。螺栓在构件上的排列有并列和错列两种基本形式(如图14.26所示)。并列排列较简单，但对构件截面的削弱较大；错列排列较复杂，但可减少对截面的削弱。钢结构的连接

为了避免螺栓过密或端距过小，使板件受拉时螺栓周围应力集中相互影响，或使板截面削弱过多，以及端部被剪断等，规范规定了螺栓排列间距、边距和端距的最小距离。同时为防止潮气侵入板间缝隙锈蚀钢材，及避免鼓曲现象的发生，同时为方便施工，规范也规定了最大距离。

(2)普通螺栓的抗剪连接计算。抗剪螺栓连接的可能破坏形式有以下几种：一是当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；二是当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏；三是板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断；四是端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。其中，第三种破坏形式属于构件的强度问题，第四种破坏形式可由构造要求避免。故抗剪螺栓连接的计算只考虑第一、二两种情况。图14.26螺栓排列形式钢结构的连接①单个普通螺栓抗剪连接的承载力。在普通螺栓抗剪连接中，每个普通螺栓的承载力设计值应取抗剪和承压承载力设计值的较小者。受剪承载力设计值为：承压承载力设计值为：式中，nv——受剪面数目，如图14.27所示，单剪nv=1，双剪nv=2，四剪nv=4；

d——螺栓杆直径；

——在不同受力方向中一个受力方向承压构件中厚度的较小值；

——螺栓的抗剪和承压强度设计值。(14-28)

(14-29)

图14.27抗剪螺栓连接钢结构的连接②普通螺栓群轴心受剪计算。实验证明，轴心力作用下，螺栓群的抗剪连接中，由于内力重分布，可认为轴心力N由每个螺栓平均分担，其螺栓数为：式中，——单个普通螺栓抗剪连接的承载力设计值。

(3)普通螺栓的抗拉连接计算：

①单个普通螺栓抗拉连接的承载力式中，d0——螺栓的有效直径；

——是普通螺栓的抗拉强度设计值。

②普通螺栓群轴心受拉计算。轴心力作用下，螺栓群的抗拉连接中，假定每个螺栓均匀受力，所需螺栓数目为：

(14-30)

(14-31)

(14-32)

2.高强螺栓的构造与计算高强度螺栓的构造按受力特征分为摩擦型和承压型两种。前者依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过摩阻力作为设计准则；后者接触面允许有滑移，并以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。摩擦型连接的剪切变形小，适用于承受动荷载的结构，但对材料强度的使用不够充分；承压型连接的剪切变形大，可充分利用材料强度，但不能用于承受动荷载的结构。钢结构的连接钢结构的连接

高强度螺栓排列的构造与普通螺栓相同。高强螺栓的材料性能等级分为8.8级和10.9级。为实现高强度螺栓的高强度性能，安装时，必须按要求拧紧螺帽，使螺杆受拉产生预拉力。各种规格高强度螺栓预拉力可查《规范》取值。高强度螺栓抗剪连接计算：

(1)高强度螺栓摩擦型连接。单个摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值按下式计算：式中，nf——传力摩擦面数目；

u——摩擦面的抗滑移系数，按表规范采用；

p——一个高强度螺栓的预拉力。在螺栓杆轴方向受拉的连接中，每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值为：

(2)高强度螺栓承压型连接。在抗剪连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，但当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积进行计算。在杆轴方向受拉的连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。

(3)高强度螺栓群的计算。高强度螺栓群的计算与普通螺栓群的相同，只是各强度设计值对应取高强度螺栓的设计值。(14-33)

(14-33)

钢屋盖一、钢屋盖的组成与种类

钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况不同，可分为无檩屋盖结构体系和有檩屋盖结构体系，如图14.28所示。图14.28屋盖结构的组成形式

无檩屋盖结构体系中屋面板常采用预应力混凝土大型屋面板。屋面荷载直接传给屋架，整体性能好。屋架间距与屋面板的长度通常一致，为6m。无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，且屋盖刚度大，耐久性高，但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面，对抗震亦不利。钢屋盖

有檩屋盖结构体系常用于轻型屋面材料的情况，如压型钢板等。屋面荷载通过檩条传给屋架，整体刚度较差，常用于中小型厂房。屋架间距较灵活，通常也为6m。有檩体系屋盖可供选用的屋面材料多、屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料少，但构件种类和数量多，构造较复杂。二、屋盖支撑体系

为增强屋架平面侧向的刚度和稳定性，形成空间几何不变体系，承受水平荷载，须在屋架间设置支撑体系。屋盖支撑由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆组成，如图14.29所示。图14.29屋盖支撑布置示意图1—上弦横向支撑；2—下弦横向支撑；3—下弦纵向支撑；4—垂直支撑；5—刚性系杆；6—柔性系杆钢屋盖(1)上弦横向水平支撑。上弦横向水平支撑一般布置在屋盖两端或纵向温度区段两端的两榀相邻屋架的上弦杆之间，位于屋架上弦平面沿屋架全跨布置。其弦杆即屋架的上弦杆，腹杆由交叉的斜杆及纵杆组成。当屋架有檩条时，纵杆由檩条兼任。

(2)下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑布置在与上弦横向水平支撑同一开间的屋架下弦平面。其形式和构造与上弦横向水平支撑相同。横向水平支撑间的距离不宜大于60mm，当温度区段长度较长时，应在中部增设上下弦横向水平支撑。

(3)下弦纵向水平支撑。一般情况下，屋架可不设置下弦纵向水平支撑，但当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，或设有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向水平支撑形成封闭体系可大大提高房屋的纵向刚度。

(4)垂直支撑。垂直支撑位于上、下弦横向水平支撑同一开间内。其上下弦杆即为上、下弦横向水平支撑的竖杆，其端竖杆即屋架竖杆。当有要求时，除在屋架端部设置垂直支撑外，尚应按规定在跨度中央设置垂直支撑。钢屋盖

(5)系杆。杆分为刚性系杆(既能受拉也能受压)和柔性系杆(只能受拉)。一般在屋架下弦端部及上弦屋脊处需设置刚性系杆，其他可用柔性系杆。系杆可支撑非封闭屋架的空间整体性，使之能够传递水平力并保证它们的稳定。在屋架上弦平面内，对无檩体系屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系杆；对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。在屋架下弦平面内，应在屋架端部、下弦有弯折处等部位设置系杆。另外，还有天窗架支撑，含天窗两侧竖向支撑和天窗上弦横向水平支撑。三、普通钢屋架1.普通钢屋架形式及选择

普通钢屋架的常用形式有三角形、梯形、平行弦和人字形等。在确定屋架外形时，应综合考虑房屋的用途、建筑造型、屋面材料排水、跨度及荷载等因素，使之符合适用、受力合理、经济和方便施工等原则。屋架的外形应尽量与弯矩图相近，腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，且数量宜少，总长度宜短。三角形屋架适用于屋面坡度较大的有檩屋盖体系。其腹杆布置常用的有芬克式和人字式(如图14.30所示)。芬克式腹杆的受力合理，且可分为两个小桁架制作与运输，应用最为广泛。人字形腹杆杆件数和节点数均较小，但受压腹杆较长，适用于跨度较小的情况。钢屋盖图14.30人字式三角形屋架

梯形屋架适用于屋面坡度较为平缓的无檩屋盖体系。其外形较接近弯矩图，弦杆受力较为均匀。梯形屋架可与柱铰接或刚接，刚接可提高建筑物横向刚度，因而已成为工业厂房屋盖的基本形式。人字形屋架具有较好的空间观感，制作时可不起拱，多用于较大跨度。平行弦屋架构造优点突出，节点构造形式统一，便于制作工业化。2.钢屋架主要尺寸

钢屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、跨中高度和端部高度(梯形屋架)。钢屋架的跨度常取决于柱网的布置，柱网纵向轴线的间距就为屋架的标志跨度，一般以3m为模数，常用的有18m、21m、24m、27m、30m、36m等。钢屋盖

屋架的高度由经济要求、刚度要求、运输界限和屋面坡度等因素确定。屋架最小高度由容许挠度决定，最大高度由运输界限确定，其经济高度根据上下弦杆和腹杆的重量最小的条件确定。三角形屋架的跨中高度一般取为屋架跨度的1/6～1/4。梯形屋架的跨中高度一般为屋架跨度的1/10～1/6，端部高度，平坡时取1800mm～2100mm，陡坡时取500mm～1000mm。四、钢网架1.网架结构类型

网架结构是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接而形成的一种高次超静定的空间杆系结构。网架结构空间刚度大、整体性强、稳定性好、安全度高，具有良好的抗震性能和较好的建筑造型效果，同时兼有自重轻、用料省、制作安装方便等优点，因而在大、中跨度房屋如体育馆、展览馆、游泳馆等中有广泛应用。网架结构按外形可分为平板网架(简称网架)和曲面网架(简称网壳)。平板网架因其在设计、计算、构造和施工等方面较曲面网架简便，目前应用广泛。

平板网架可分为平面桁架体系和空间桁架体系。钢屋盖(1)平面桁架体系。此类网架由互相交叉的平行弦桁架组成，其上、下弦杆和腹杆在同一垂直平面内，腹杆有斜腹杆和竖腹杆。通常上弦杆受压、下弦杆受拉，斜腹杆受拉、竖腹杆受压。这类网架有由两组或三组平面桁架组成的两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交网架和三向网架，如图14.31所示。图14.31平面桁架体系形式(2)空间桁架体系。由锥体单元组成，有四角锥体、三角锥体和六角锥体等。2.网架结构选型及其几何参数尺寸

网架结构选型时应综合考虑各种因素的影响，如工程平面形状、网架支承方式，荷载大小、屋面构造及材料、制作安装等，以合理确定网架形式。网架结构的几何尺寸包括网格尺寸、网架高度和屋面找坡等。钢屋盖(1)网格尺寸。网格尺寸的大小直接影响网架的经济性。网格较大时，可减少网架的节点，便于施工；但当采用钢筋混凝土屋面板时，网格尺寸过大会使屋面板增厚，加大了网架的荷载和屋面板吊装的困难。故网格尺寸应综合考虑跨度大小、柱网尺寸、屋面材料、施工等条件确定。

(2)网架高度。确定网架高度主要应满足其相对刚度的要求，即在外荷载作用下，应保证网架跨中挠度不致过大。根据使用要求，网架跨中挠度一般应小于网架短向跨度的1/250。网架高度与网格尺寸密切相关，当网架形式和网格尺寸确定后，网架高度也就大致确定了。

(3)网架屋面。屋面自重的大小直接影响网架的用钢量指标，因此，网架屋面应尽量采用轻质、高强、多功能的新型材料。为了排水，屋面必须按要求设置1%～3%的坡度。轻钢结构概述

轻钢结构是指用薄钢板经压模或冷弯制成的薄壁型钢结构，因其截面形状和尺寸可按合理方案设计，节省钢材、受力合理，应用十分广泛。现仅简要介绍在工业厂房结构中常用到的轻型门式钢架。1.结构形式

门式刚架轻型钢结构主要指承重结构为单跨或多跨实腹式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、可以设置起重量不大于20t的中、轻级工作制桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层厂房钢结构。轻型门式刚架结构体系的屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。如图14.32所示为常用的门式刚架形式。门式刚架较屋架结构具有截面尺寸小，有效建筑利用空间大，刚度好且平面内外刚度差别小等优点。单层门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可采用带隔热层的板材作屋面。轻钢结构概述图14.32门式刚架的形式

根据跨度、高度及荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度，必要时也可改变腹板的厚度。结构构件在运输单元内一般不改变翼缘截面，必要时可改变翼缘厚度，邻接的运输单元可采用不同翼缘截面。门式刚架可由多个梁、柱单元构件组成，柱一般为单独单元构件，斜梁可根据运输条件划分为若干个单元。单元构件本身采用焊接，单元之间可通过端板以高强度螺栓连接。门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取1/8～1/20，在雨水较多的地区宜取其中的较大值。门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚接。轻钢结构概述2.建筑尺寸

门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离，宜取9m～36m，以3m为模数。门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度，宜取4.5m～9.0m，必要时可适当加大。门式刚架的高度，应根据使用要求的室内净高确定，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m。跨度较小时可用4.5m。3.结构平面布置

门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架，或直接采用门式刚架。轻钢结构概述4.墙梁布置

门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格而定，但不大于计算确定的值。外墙在抗震设防烈度不高于6度的情况下，可采用砌体；当为7度、8度时，不宜采用嵌砌砌体；9度时宜采用与柱柔性连接的轻质墙板。5.支撑布置

在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距根据安装条件确定，一般取30m～40m，不大于60m。房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第二个开间，同时在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆。刚架转折处(如柱顶和屋脊)也宜设置刚性系杆。由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑，可由檩条兼作；若刚度或承载力不足，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。门式刚架轻型房屋钢结构的支撑