1、建筑力學與結構第二十一章第二十一章 鋼結構簡介鋼結構簡介建筑力學與結構一、材料選用一、材料選用1 1、鋼材的種類、鋼材的種類按用途分：結構鋼、工具鋼、特殊鋼；按用途分：結構鋼、工具鋼、特殊鋼；結構鋼分為：建筑用鋼和機械用鋼；結構鋼分為：建筑用鋼和機械用鋼；按治煉方法分：轉爐鋼（氧氣頂吹轉爐鋼）、平爐鋼；按治煉方法分：轉爐鋼（氧氣頂吹轉爐鋼）、平爐鋼；按脫氧方法分：沸騰鋼（按脫氧方法分：沸騰鋼（F F）、半鎮靜鋼（）、半鎮靜鋼（b b）、）、 鎮靜鋼（鎮靜鋼（Z Z）、特殊鎮靜鋼（）、特殊鎮靜鋼（TZTZ）；）；按成型方法分：軋制鋼（冷軋、熱軋）鍛鋼、鑄鋼；按成型方法分：軋制鋼（冷軋、熱軋）鍛鋼

2、、鑄鋼；按化學成分分：碳素鋼、合金鋼；按化學成分分：碳素鋼、合金鋼；建筑上采用的是碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼和優質碳素結建筑上采用的是碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼和優質碳素結構鋼構鋼。第一節第一節 鋼結構材料鋼結構材料建筑力學與結構碳素結構鋼碳素結構鋼 碳素鋼按屈服點數值分為五個牌號：碳素鋼按屈服點數值分為五個牌號：Q195Q195、Q215Q215、Q235 Q235 、 Q255Q255、Q275Q275。碳素結構鋼的牌號由代表屈服點的字母。碳素結構鋼的牌號由代表屈服點的字母Q Q、屈服點、屈服點值（值（N/mmN/mm2 2）、質量等級符和脫氧方法符號等四個部分序組成）、質量等級符

3、和脫氧方法符號等四個部分序組成 Q Q - - . . 脫氧方法：脫氧方法：FF沸騰鋼沸騰鋼 bb半鎮靜鋼半鎮靜鋼 Z Z鎮靜鋼鎮靜鋼 TZTZ特殊鎮靜鋼特殊鎮靜鋼 質量等級：質量等級：Q235Q235分分A A、B B、C C、D D Q345 Q345分分A A、B B、C C、D D、E E 屈服點數值屈服點數值建筑力學與結構例如例如: :Q235Q235AF AF 表示屈服強度為表示屈服強度為235N235Nmmmm2 2的的A A級沸騰鋼；級沸騰鋼； Q235-Bb Q235-Bb 表示屈服強度為表示屈服強度為235N235Nmmmm2 2的的B B級半鎮靜鋼；級半鎮靜鋼； Q235

4、-C Q235-C 表示屈服強度為表示屈服強度為235N235Nmmmm2 2的的C C級鎮靜鋼。級鎮靜鋼。 低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼 低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素，其總量低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素，其總量低于低于5 5的鋼材。的鋼材。 低合金高強度結構鋼有低合金高強度結構鋼有Q295Q295、Q345 Q345 、Q390 Q390 、Q420 Q420 、 Q460Q460；常用的低合金鋼有常用的低合金鋼有Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420等。等。 低合金鋼的牌號與碳素結構鋼牌號的表示方法相同。低合金鋼的牌號與碳素結構

5、鋼牌號的表示方法相同。 低合金鋼的脫氧方法為鎮靜鋼或特殊鎮靜鋼。低合金鋼的脫氧方法為鎮靜鋼或特殊鎮靜鋼。 建筑力學與結構 碳素結構鋼和低合金鋼都可以采取適當的熱處理碳素結構鋼和低合金鋼都可以采取適當的熱處理( (如調質處理如調質處理) )進一步提高其強度。進一步提高其強度。 例如用于制造高強度螺栓的例如用于制造高強度螺栓的4545號優質碳素鋼以及號優質碳素鋼以及4040硼（硼（40B40B）、）、2020錳鈦硼（錳鈦硼（20MnTiB20MnTiB）就是通過調質處理提高強度的。）就是通過調質處理提高強度的。注：注： 碳素結構鋼分：碳素結構鋼分：A A、B B、C C、D D 四級，含所有脫氧方

6、法；四級，含所有脫氧方法； 低合金結構鋼分：低合金結構鋼分：A A、B B、C C、D D、E E五級，只有鎮靜鋼和特殊鎮五級，只有鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼。靜鋼。 建筑力學與結構 2 2、鋼材的規格、鋼材的規格 鋼結構所用鋼材主要為熱軋成型的鋼結構所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板鋼板、型鋼型鋼，以及，以及冷彎成型的冷彎成型的薄壁型鋼薄壁型鋼等。等。 鋼板鋼板 薄鋼板：厚度薄鋼板：厚度0.350.354mm,4mm,寬度為寬度為5005001500mm,1500mm,長長0.50.5 4m 4m 厚鋼板：厚度厚鋼板：厚度4.5 4.5 60mm60mm；寬度為；寬度為6006003000mm3000mm

7、，長，長4 4 12m12m。 特厚板：板厚特厚板：板厚60mm60mm； 扁鋼：厚度扁鋼：厚度4 4 60mm60mm，寬度為，寬度為1212 200mm200mm，長，長3 3 9m9m ； 鋼板用鋼板用“寬寬厚厚長長”或或“寬寬厚厚”表示，單位為表示，單位為mmmm；如：如：4504508 83100 3100 、4504508 8。建筑力學與結構型鋼型鋼鋼結構常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和鋼結構常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和H H型鋼、鋼管等。型鋼、鋼管等。除除H H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余型鋼均為熱軋成型。型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余型鋼均為熱軋成型。 角鋼角

8、鋼等邊角鋼等邊角鋼L+L+肢寬肢寬肢厚肢厚不等邊角鋼不等邊角鋼L +L +長肢長肢短肢短肢肢厚肢厚如如:L100:L10010; 10; L100 L10080808 8 角鋼角鋼 建筑力學與結構 工字鋼工字鋼 包括普通工字鋼、輕型工字鋼、包括普通工字鋼、輕型工字鋼、H H型鋼。型鋼。 工字鋼工字鋼：用號數表示，號數即為其截面高度的厘米數，：用號數表示，號數即為其截面高度的厘米數，2020號以號以上的工字鋼，同一號數有三種不同的腹板厚度分別為上的工字鋼，同一號數有三種不同的腹板厚度分別為a a、b b、c c三類，三類，長度為長度為5 519m19m。建筑力學與結構 H H型鋼型鋼：HWHW（

9、寬）、（寬）、HMHM（中）、（中）、HNHN（窄）（窄）T T 表示方法：高度表示方法：高度H H寬度寬度B B腹板厚度腹板厚度t1t1翼緣厚度翼緣厚度t2t2例：例：HM340HM3402502509 914 14 TM170 TM1702502509 91414 H H型鋼型鋼 建筑力學與結構 槽鋼槽鋼：普通槽鋼、輕型槽鋼：普通槽鋼、輕型槽鋼 a a 、b b、c c表示腹板厚，從表示腹板厚，從14a14a、（、（b b）以）以14cm14cm起有不同腹板起有不同腹板厚，用其截面高度的厚，用其截面高度的cm cm 數表示，長度為數表示，長度為5 519m19m。 槽鋼槽鋼 建筑力學與結構

10、鋼管鋼管：無縫鋼管、焊接鋼管無縫鋼管、焊接鋼管表示方法：用表示方法：用“”后面加后面加“外徑外徑厚度厚度”；例：例：3003006 6無縫鋼管：外徑無縫鋼管：外徑3232351mm351mm，壁厚，壁厚2.52.516mm16mm；有縫鋼管：外徑有縫鋼管：外徑3232352mm352mm，壁厚，壁厚25.5mm25.5mm。建筑力學與結構 冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼 冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1.5-12mm1.5-12mm，但承，但承重結構受力構件的壁厚不宜小于重結構受力構件的壁厚不宜小于2mm2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度。

11、薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度以節約鋼材，在輕鋼結構中得到廣泛應用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式以節約鋼材，在輕鋼結構中得到廣泛應用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z Z型鋼、卷邊型鋼、卷邊Z Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C C型鋼）、鋼管等。型鋼）、鋼管等。 建筑力學與結構 3 3、鋼材的選用、鋼材的選用 選用鋼材的原則選用鋼材的原則是是: :既能使結構安全可靠地滿足使用上的要求既能使結構安全可靠地滿足使用上的要求，又要又要盡最大可能節約材料盡最大可能節約材料，降低造價。選用鋼材時需要考慮的如下因素：降低造價。選用鋼材時需要考慮的如下

12、因素： 結構的類型及重要性結構的類型及重要性 荷載的性質荷載的性質 連接方法連接方法 結構的工作溫度結構的工作溫度 構件的受力性質構件的受力性質 建筑力學與結構 選用要求選用要求 承重結構鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含承重結構鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，量的合格保證， 對焊接結構尚應具有含碳量的合格保證（即不得使用對焊接結構尚應具有含碳量的合格保證（即不得使用Q235AQ235A）; ; 主要焊接結構不能使用主要焊接結構不能使用Q235Q235A A級鋼，因為級鋼，因為Q235Q235A A級鋼的碳含級鋼的碳含量不作為交貨條件，即不作為保證，即使

13、生產廠提供碳含量，也只能量不作為交貨條件，即不作為保證，即使生產廠提供碳含量，也只能視為參考，不能排除離散性大，質量不穩定等，因此如發生事故，生視為參考，不能排除離散性大，質量不穩定等，因此如發生事故，生產廠在法律上不負任何責任產廠在法律上不負任何責任; ;二、設計指標二、設計指標 建筑力學與結構一、鋼結構的連接方法一、鋼結構的連接方法鋼結構的連接通常有焊接、鉚接和螺栓連接三種方式。鋼結構的連接通常有焊接、鉚接和螺栓連接三種方式。 圖圖3-1 3-1 鋼結構的連接方式鋼結構的連接方式（a a）焊接連接；（）焊接連接；（b b）鉚釘連接；（）鉚釘連接；（c c）螺栓連接）螺栓連接第二節第二節 鋼

14、結構的連接鋼結構的連接建筑力學與結構鋼鋼 結結 構構 的的 連連 接接 方方 法法 連連 接接 方方 法法 優優 點點 缺缺 點點 焊焊 接接 構造簡單，用料經濟，構造簡單，用料經濟， 制作方便，密閉性好制作方便，密閉性好 焊縫附近熱影響區內，易導致材質變脆；焊縫附近熱影響區內，易導致材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形會使構件的剛焊接殘余應力和殘余變形會使構件的剛度降低；對裂紋敏感，一旦出現裂紋易度降低；對裂紋敏感，一旦出現裂紋易延伸到整體。延伸到整體。對材質要求高，焊接程序對材質要求高，焊接程序嚴格，質量檢驗工作量大。嚴格，質量檢驗工作量大。 鉚鉚 接接 傳力可靠，韌性和塑傳力可靠，韌性和塑性

15、好，質量易于檢查，性好，質量易于檢查，抗動力荷載好抗動力荷載好 構造復雜，既費材料又費工構造復雜，既費材料又費工 普通螺栓普通螺栓連接連接 裝卸便利，裝卸便利，設備簡單設備簡單 螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大加工和安裝難度較大 高強螺栓高強螺栓連接連接 加工方便，對結構削加工方便，對結構削弱少，可拆換，能承弱少，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好塑性、韌性好 摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，造價略高造價略高 建筑力學與結構二、鋼結構的焊接二、鋼結構的焊接 1 1、焊接方法、焊接方法

16、 鋼結構常用的焊接方法有鋼結構常用的焊接方法有: : 電弧焊、電渣焊、氣體保電弧焊、電渣焊、氣體保護焊、電阻焊護焊、電阻焊 焊接方法焊接方法 操作方式操作方式 適應范圍適應范圍 質量狀況質量狀況 電電 弧弧 焊焊 手工焊手工焊 全手動全手動 工位復雜，形狀工位復雜，形狀復雜之焊縫復雜之焊縫 比自動焊略差比自動焊略差 自動焊自動焊 全自動全自動 長而簡單的焊縫長而簡單的焊縫 質量均勻、塑性、韌質量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強性好，抗腐蝕性強 半自動焊半自動焊 人工操作前進人工操作前進 任意焊縫任意焊縫 質量均勻、塑性、韌質量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強性好，抗腐蝕性強 電電 阻阻 焊焊 通電

17、、加壓、機械通電、加壓、機械 薄板點焊薄板點焊 一般用作構造焊縫一般用作構造焊縫 氣氣 焊焊 手工手工 薄板、小型、不薄板、小型、不同材質結構中同材質結構中 一般用作構造焊縫一般用作構造焊縫 建筑力學與結構 2 2、焊縫連接形式、焊縫連接形式 焊縫連接形式按構件的相對位置分焊縫連接形式按構件的相對位置分: :平接、搭接、平接、搭接、T T形形 連接和角接。連接和角接。 對接焊縫按受力與焊縫方向分：直縫、斜縫；對接焊縫按受力與焊縫方向分：直縫、斜縫； 角焊縫按受力與焊縫方向分：端縫、側縫；角焊縫按受力與焊縫方向分：端縫、側縫； 按焊縫連續性分：按焊縫連續性分： 連續焊縫、連續焊縫、 斷續焊縫；斷

18、續焊縫； 按施工位置：按施工位置： 俯焊、立焊、橫焊、仰焊；俯焊、立焊、橫焊、仰焊； 建筑力學與結構 （a a）對接焊縫的平接連接）對接焊縫的平接連接 （b b）用拼接板和角焊縫的平接連接）用拼接板和角焊縫的平接連接（c c）用頂板和角焊縫的平接連接）用頂板和角焊縫的平接連接 （d d）用角焊縫的搭接連接）用角焊縫的搭接連接建筑力學與結構 （e e）用角焊縫的）用角焊縫的T T形連接形連接 （f f）焊透的）焊透的T T形連接形連接 （g g）用角焊縫的角接連接）用角焊縫的角接連接 （h h）用對接焊縫的角接連接）用對接焊縫的角接連接 建筑力學與結構1 1）焊縫缺陷）焊縫缺陷 焊縫中可能存在裂

19、紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。咬邊、焊瘤等缺陷。 3 3、焊縫缺陷和焊縫等級、焊縫缺陷和焊縫等級(a) (a) 熱裂紋；熱裂紋； (b) (b) 冷裂紋冷裂紋建筑力學與結構 (i) (i) 咬邊咬邊 (j) (j) 焊瘤焊瘤 ( (c c) ) 氣孔氣孔 ( (d d) ) 燒穿燒穿 ( (e e) ) 夾渣夾渣(f) (f) 根部未焊透根部未焊透 (g) (g) 邊緣未熔合邊緣未熔合 (h) (h) 層間未熔合層間未熔合建筑力學與結構 2 2）焊縫等級）焊縫等級 鋼結構工程施工質量驗收規范鋼結構工程施工質量驗收規范（GB5020

20、5GB50205）規定，焊縫依其質）規定，焊縫依其質量檢查標準分為三級。量檢查標準分為三級。 三級焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實際尺寸是否符合設三級焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實際尺寸是否符合設計要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對于重要結構或要求焊縫計要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對于重要結構或要求焊縫金屬強度等于被焊金屬強度的對接焊縫，必須進行一級或二級質量檢金屬強度等于被焊金屬強度的對接焊縫，必須進行一級或二級質量檢驗，即在外觀檢查的基礎上再做無損檢驗；驗，即在外觀檢查的基礎上再做無損檢驗； 二級要求用超聲波檢驗每條焊縫的二級要求用超聲波檢驗每條焊縫的2020長度，且

21、不小于長度，且不小于200mm200mm； 一級要求用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內部缺一級要求用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內部缺陷陷。 4 4、焊縫代號、焊縫代號 焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。建筑力學與結構5 5、對接焊縫的構造、對接焊縫的構造 1 1）對接焊縫按坡口形式分為以下幾種：）對接焊縫按坡口形式分為以下幾種：（a a）I I形縫形縫 （b b）帶鈍邊單邊）帶鈍邊單邊V V形縫形縫 （c c）Y Y形縫形縫（d d）帶鈍邊）帶鈍邊U U形縫形縫 （e e）帶鈍邊雙單邊）帶鈍邊雙單邊V

22、 V形縫形縫 （f f）雙）雙Y Y形縫形縫建筑力學與結構直邊縫：適合板厚直邊縫：適合板厚t t 10mm 10mm 單邊單邊V V形：適合板厚形：適合板厚t t 101020mm 20mm 雙邊雙邊V V形：適合板厚形：適合板厚t t 101020mm 20mm U U形：適合板厚形：適合板厚t 20mm t 20mm K K形：適合板厚形：適合板厚t 20mm t 20mm X X形：適合板厚形：適合板厚t 20mmt 20mm （g g）、（）、（h h）、（）、（i i）加墊板的）加墊板的I I形縫、帶鈍邊單邊形縫、帶鈍邊單邊V V形縫和形縫和Y Y形縫形縫 建筑力學與結構2 2）對接

23、焊縫的構造處理）對接焊縫的構造處理 起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫板施工復雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去長度兩端各減去5mm5mm。 變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1 1：4 4的斜面，避免應力集中。的斜面，避免應力集中。 變寬度板對接，在板的一側或兩側切成坡度不大于變寬度板對接，在板的一側或兩側切成坡度不大于1 1：4 4的斜邊，避免應力集中。的斜邊，避免應力集中。建筑力學與結構6 6、角焊縫的

24、截面、角焊縫的截面 角焊縫兩邊夾角一般為角焊縫兩邊夾角一般為90900 0（直角角焊縫），夾角大于（直角角焊縫），夾角大于1351350 0或小于或小于60600 0的斜角交焊縫，除鋼管結構外，一般不宜用作受力焊縫。的斜角交焊縫，除鋼管結構外，一般不宜用作受力焊縫。 角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角 的截面，破壞往往從這個的截面，破壞往往從這個截面發生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚截面發生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度度h he e： 當當 9090o o 時，時，h he e0.7 0.7 h hf f； 當當 9

25、090o o 時，時，h he eh hf fcoscos( ( /2) /2)。建筑力學與結構（a a）、（）、（b b）、（）、（c c）、（）、（d d）直角角焊縫；）直角角焊縫；（e e）、（）、（f f）、（）、（g g）斜角角焊縫）斜角角焊縫角焊縫截面圖角焊縫截面圖建筑力學與結構2）角焊縫的尺寸限制角焊縫的尺寸限制 焊腳尺寸焊腳尺寸h hf f h hf f應與焊件的厚度相適應，不宜過大或過小。應與焊件的厚度相適應，不宜過大或過小。 對手工焊，對手工焊，h hf f應不小于應不小于 ，t t為較厚焊件的厚度（為較厚焊件的厚度（mmmm），），對自動焊，可減小對自動焊，可減小1mm1

26、mm； h hf f應不大于較薄焊件厚度的應不大于較薄焊件厚度的1.21.2倍。倍。 對于板件邊緣的焊縫：對于板件邊緣的焊縫： 當當t t 6mm6mm時時，h hf f t t ； 當當t t 6mm6mm時時，h hf ft t(1-2)mm(1-2)mm。 焊縫長度焊縫長度l lw w l lw w也不應太長或太短，其計算長度不宜小于也不應太長或太短，其計算長度不宜小于8 8h hf f或或40mm 40mm ，且不宜大于，且不宜大于6060h hf f 。 t5 . 1建筑力學與結構圖圖 角焊縫最大焊腳尺寸角焊縫最大焊腳尺寸建筑力學與結構三、普通螺栓連接三、普通螺栓連接 1.1.螺栓的

27、規格與表示螺栓的規格與表示: : 鋼結構一般選用鋼結構一般選用C C級（粗制）六角螺母螺栓，標識用級（粗制）六角螺母螺栓，標識用M M和工程直徑（和工程直徑（mmmm）表示，例如）表示，例如M16M16、M20M20等等; ; 建筑工程中常采用建筑工程中常采用M16M16、M20M20和和M24M24等。等。 螺栓的制圖符號見教材。螺栓的制圖符號見教材。建筑力學與結構 螺栓的排列螺栓的排列 2 2）螺栓的排列）螺栓的排列 螺栓的排列有并列和錯列兩種基本形式。螺栓的排列有并列和錯列兩種基本形式。 并列較簡單，但對栓孔有削弱（圖并列較簡單，但對栓孔有削弱（圖a a）；）； 錯列較緊湊，可減少截面削

28、弱，但排列較繁雜（圖錯列較緊湊，可減少截面削弱，但排列較繁雜（圖b b）。）。建筑力學與結構 螺栓在構件上的排列時應考慮下列要求螺栓在構件上的排列時應考慮下列要求: : 1 1受力要求：對于受拉構件，螺栓的栓距和線距不應過小，否受力要求：對于受拉構件，螺栓的栓距和線距不應過小，否則對鋼板截面削弱太多，構件有可能沿直線或折線發生凈截面破壞。則對鋼板截面削弱太多，構件有可能沿直線或折線發生凈截面破壞。對于受壓構件，沿作用力方向螺栓間距不應過大，否則被連接的板件對于受壓構件，沿作用力方向螺栓間距不應過大，否則被連接的板件間容易發生凸曲現象。因此，從受力角度應規定螺栓的最大和最小容間容易發生凸曲現象。

29、因此，從受力角度應規定螺栓的最大和最小容許間距。許間距。 2 2構造要求：若栓距和線距過大，則構件接觸面不夠緊密，潮構造要求：若栓距和線距過大，則構件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產生腐蝕，所以，構造上要規定螺栓的最大容許間氣易于侵入縫隙而產生腐蝕，所以，構造上要規定螺栓的最大容許間距。距。 3 3施工要求：為便于轉動螺栓扳手，就要保證一定的作業空間。施工要求：為便于轉動螺栓扳手，就要保證一定的作業空間。所以，施工上要規定螺栓的最小容許間距。所以，施工上要規定螺栓的最小容許間距。根據以上要求，規范規定螺栓的最大和最小容許間距。根據以上要求，規范規定螺栓的最大和最小容許間距。建筑力學與結構四

30、、高強度螺栓連接四、高強度螺栓連接 1 1）按受力特性分：摩擦型高強螺栓與承壓型螺栓）按受力特性分：摩擦型高強螺栓與承壓型螺栓; ; 摩擦型螺栓摩擦型螺栓: :抗剪連接時摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀抗剪連接時摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀態；態； 承壓型螺栓承壓型螺栓: :允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞為允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞為承載力極限狀態（同普通螺栓）。受拉時兩者無區別。承載力極限狀態（同普通螺栓）。受拉時兩者無區別。 高強螺栓采用高強螺栓采用級孔，便于施工。級孔，便于施工。 受傳力機理的要求，構造上除連接板的邊、端距受傳力機理的要

31、求，構造上除連接板的邊、端距1.5d1.5d0 0外其它同普外其它同普通螺栓。通螺栓。 2 2）高強螺栓的材料與強度等級）高強螺栓的材料與強度等級 由高強材料經熱處理制成，按強度等級分由高強材料經熱處理制成，按強度等級分10.910.9與與8.88.8級。級。 10.910.9級一般為級一般為20MnTiB20MnTiB、40Cr40Cr等材料，等材料，f fu u1000N/mm1000N/mm2 2，fu/fy0.9fu/fy0.9； 8.88.8級一般為級一般為4545號鋼制成，號鋼制成， f fu u800N/mm800N/mm2 2，fu/fy0.8fu/fy0.8。建筑力學與結構一

32、、軸心受力構件一、軸心受力構件軸心受力構件軸心受力構件: :只有軸向力的作用，稱為軸心受力構件只有軸向力的作用，稱為軸心受力構件。軸心受拉構件：只有軸向拉力的作用。軸心受拉構件：只有軸向拉力的作用。軸心受壓構件：只有軸向壓力的作用。軸心受壓構件：只有軸向壓力的作用。應用實例：桁架、剛架、排架、塔架及網殼等桿件體系結構等，應用實例：桁架、剛架、排架、塔架及網殼等桿件體系結構等，通常假設其節點為鉸接連接，無節間荷載作用，可視為軸心受拉構件和通常假設其節點為鉸接連接，無節間荷載作用，可視為軸心受拉構件和軸心受壓構件。軸心受壓構件。第三節第三節 鋼結構構件鋼結構構件建筑力學與結構圖圖 軸心受力構件在工

33、程中的應用軸心受力構件在工程中的應用(a) (a) 桁架；桁架；(b)(b)塔架；塔架；(c)(c)網架網架建筑力學與結構1 1、軸心受力構件的截面形式、軸心受力構件的截面形式一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（a a）；第二類是型鋼組合）；第二類是型鋼組合截面（圖截面（圖b b）或格構式組合截面（）或格構式組合截面（c c）。）。圖（圖（a）熱軋型鋼截面）熱軋型鋼截面圖（圖（b）型鋼組合截面）型鋼組合截面圖（圖（c）格構式組合截面）格構式組合截面建筑力學與結構 圖（圖（a a）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。其

34、中圓鋼回轉半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構其中圓鋼回轉半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構式壓桿的弦桿。鋼管的回轉半徑較大、對稱性好、材料利式壓桿的弦桿。鋼管的回轉半徑較大、對稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材回轉半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價低。料利用率不高，但連接較為方便，單價低。 圖（圖（b)b)型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩定各向型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩定各向異性特征，受力較好，連接也較

35、方便異性特征，受力較好，連接也較方便 圖（圖（c) c) 類為格構式截面，其回轉半徑大且各向均勻，類為格構式截面，其回轉半徑大且各向均勻，用于較長、受力較大的軸心受力構件，特別是壓桿。但其用于較長、受力較大的軸心受力構件，特別是壓桿。但其制作復雜，輔助材料用量多。制作復雜，輔助材料用量多。 建筑力學與結構 H H型鋼的寬度與高度相同時對強軸的回轉半徑約為弱型鋼的寬度與高度相同時對強軸的回轉半徑約為弱軸回轉半徑的軸回轉半徑的2 2倍，對于在中點有側向支撐的獨立柱最適倍，對于在中點有側向支撐的獨立柱最適合。合。 焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩定的要焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩定的

36、要求可作得很薄而節約鋼材，應用十分廣泛。為使翼緣與腹求可作得很薄而節約鋼材，應用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度應大致相同。板便于焊接，截面的高度和寬度應大致相同。 十字形截面在兩個主軸方向的回轉半徑是相同的，十字形截面在兩個主軸方向的回轉半徑是相同的，對于重型中心受壓柱，當兩個方向的計算長度相同時，這對于重型中心受壓柱，當兩個方向的計算長度相同時，這種截面最為有利。種截面最為有利。 方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構造復雜，常用作高大的承重支柱。較大，但連接構造復雜，常用作高大的承重支柱。建筑力學與結構 確

37、定軸心受力構件截面形式的原則：確定軸心受力構件截面形式的原則： 能提供強度所需要的截面面積；能提供強度所需要的截面面積； 制作簡便；便于和相鄰構件連接；制作簡便；便于和相鄰構件連接； 截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。 建筑力學與結構 2 2、軸心受力構件強度計算、軸心受力構件強度計算 軸心受力構件的強度承載能力極限狀態是截面的平均應力軸心受力構件的強度承載能力極限狀態是截面的平均應力達到鋼材的屈服強度達到鋼材的屈服強度 y y。 軸心受力構件的強度按下式驗算：軸心受力構件的強度按下式驗算：式中式中 N N構件的軸心拉力或壓力設計值；構件的軸心拉力或壓力設

38、計值； A An n構件的凈截面面積；構件的凈截面面積； 鋼材的抗拉或抗壓強度設計值。鋼材的抗拉或抗壓強度設計值。 fANn建筑力學與結構3 3、剛度驗算、剛度驗算軸心受力構件的剛度是以其長細比來衡量的。軸心受力構件的剛度是以其長細比來衡量的。軸心受力構件的剛度按下式驗算：軸心受力構件的剛度按下式驗算： 式中式中 構件最不利方向的長細比；構件最不利方向的長細比； I I 相應方向的截面回轉半徑；相應方向的截面回轉半徑； 構件的容許長細比。構件的容許長細比。 il0建筑力學與結構fAN 式中式中N N 軸心受壓構件的壓力設計值；軸心受壓構件的壓力設計值； A A 構件的毛截面面積；構件的毛截面面

39、積； 鋼材的抗壓強度設計值；鋼材的抗壓強度設計值； 軸心受壓構件的整體穩定系數。軸心受壓構件的整體穩定系數。 4 4、整體穩定驗算、整體穩定驗算軸心受壓構件的整體穩定性按下式驗算軸心受壓構件的整體穩定性按下式驗算: :建筑力學與結構 概念：如圖所示的工字型截概念：如圖所示的工字型截面軸心受壓構件，若腹板及翼緣面軸心受壓構件，若腹板及翼緣的板件太寬太薄，當軸壓力達到的板件太寬太薄，當軸壓力達到某一數值時，板件就可能在構件某一數值時，板件就可能在構件喪失強度和整體穩定之前不能維喪失強度和整體穩定之前不能維持平面持平面平衡狀態而產生凹凸鼓出平衡狀態而產生凹凸鼓出變形，這種現象稱為板件失去穩變形，這種

40、現象稱為板件失去穩定，或稱板件屈曲。因板件是組定，或稱板件屈曲。因板件是組成構件的一部分，故又把這種屈成構件的一部分，故又把這種屈曲現象稱為構件失去局部穩定或曲現象稱為構件失去局部穩定或局部屈曲。局部屈曲。5 5、局部穩定驗算、局部穩定驗算建筑力學與結構 1）橫向加勁肋的設置橫向加勁肋的設置 為了提高構件的抗扭剛度，防為了提高構件的抗扭剛度，防止構件在施工和運輸過程中發生變止構件在施工和運輸過程中發生變形，當形，當h h0 0/ /t tw w8080時，應在一定位置時，應在一定位置設置成對的橫向加勁肋（圖設置成對的橫向加勁肋（圖5.15.1）。橫向加勁肋的間距不得大于。橫向加勁肋的間距不得大

41、于3 3h h0 0，其外伸寬度其外伸寬度b bs s不少于不少于 mmmm，厚度，厚度t ts s應不小于應不小于b bs s/15/15。4030h6 6、軸心受力構件的構造、軸心受力構件的構造建筑力學與結構2 2）、柱頭）、柱頭柱頭設計要求傳力可柱頭設計要求傳力可靠，構造簡單和便于安裝，靠，構造簡單和便于安裝，柱頭的構造是與梁的端部柱頭的構造是與梁的端部構造密切相關的。構造密切相關的。軸心受壓柱柱頭的鉸軸心受壓柱柱頭的鉸接構造方案：接構造方案：將梁設置于柱頂將梁設置于柱頂（圖（圖a a、b b、c c）；）；將梁連接于柱的側面將梁連接于柱的側面（圖（圖d d、e e）。）。建筑力學與結構

42、3 3）柱腳）柱腳軸心受壓柱柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳給軸心受壓柱柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳給基礎，并和基礎牢固連接。柱腳設計時應力求構造簡單，基礎，并和基礎牢固連接。柱腳設計時應力求構造簡單，并便于安裝固定。并便于安裝固定。 軸心受壓柱的柱腳分為：鉸接柱腳和剛性柱腳。軸心受壓柱的柱腳分為：鉸接柱腳和剛性柱腳。建筑力學與結構二、受彎構件二、受彎構件概念：受彎構件主要是指承受橫向荷載而受彎的實腹概念：受彎構件主要是指承受橫向荷載而受彎的實腹鋼構件，即鋼梁。鋼構件，即鋼梁。1 1、分類：、分類：1 1）鋼梁按支承情況的不同，可分為簡支梁、懸臂梁）鋼梁按支承情況的不同，可分為簡支梁、懸臂

43、梁和連續梁。鋼梁一般采用簡支梁，它不僅制造簡單，安裝和連續梁。鋼梁一般采用簡支梁，它不僅制造簡單，安裝方便，而且可以避免支座沉陷所產生的不利影響。方便，而且可以避免支座沉陷所產生的不利影響。2 2）根據受力情況的不同，還可分為單向受彎梁和雙）根據受力情況的不同，還可分為單向受彎梁和雙向受彎梁（斜彎曲梁）。向受彎梁（斜彎曲梁）。3 3）鋼梁按截面構成方式的不同分為實腹式和格構式，）鋼梁按截面構成方式的不同分為實腹式和格構式，實腹式又分為型鋼梁和組合梁兩大類，如圖所示。實腹式又分為型鋼梁和組合梁兩大類，如圖所示。建筑力學與結構建筑力學與結構 此外，還可根據跨度和荷載大小的需要，采用如圖所示的蜂此外

44、，還可根據跨度和荷載大小的需要，采用如圖所示的蜂窩梁，它是將工字鋼或窩梁，它是將工字鋼或H H形鋼的腹板沿圖所示折線切開后焊接而形鋼的腹板沿圖所示折線切開后焊接而成的梁。成的梁。 建筑力學與結構2 2、梁強度計算、梁強度計算梁在荷載作用下將產生彎應力、剪應力，在集中荷梁在荷載作用下將產生彎應力、剪應力，在集中荷載作用處還有局部承壓應力，故梁的強度應包括：抗彎載作用處還有局部承壓應力，故梁的強度應包括：抗彎強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應力、剪應力及強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應力、剪應力及局部壓應力共同作用處還應驗算折算應力。局部壓應力共同作用處還應驗算折算應力。1 1）抗彎強度）抗

45、彎強度鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、彈塑性及塑性階段。彈塑性及塑性階段。彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力 建筑力學與結構 梁的抗彎強度按下列公式計算：梁的抗彎強度按下列公式計算： 單向彎曲時：單向彎曲時： 雙向彎曲時：雙向彎曲時： 式中式中M M 彎矩；彎矩； 截面塑性發展系數。截面塑性發展系數。 對于工字形截面對于工字形截面 x x=1.05=1.05，y y=1.2=1.2； 對于箱形截面對于箱形截面x x=y y=1.05=

46、1.05； 此處此處x x為強軸，為強軸，y y為弱軸。為弱軸。 fwMnfwMwMnyyynxxx建筑力學與結構2 2）抗剪強度）抗剪強度 規范以截面最大剪力達到所用鋼材剪應力屈服點作為抗剪承載力極規范以截面最大剪力達到所用鋼材剪應力屈服點作為抗剪承載力極限狀態。于是梁的抗剪強度計算公式為限狀態。于是梁的抗剪強度計算公式為 式中式中V V 計算截面沿腹板平面作用的剪力；計算截面沿腹板平面作用的剪力； I I 梁的毛截面慣性矩；梁的毛截面慣性矩； S S 中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛截面計算；中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛截面計算； t tw w腹板厚度；腹板厚度；

47、f fv v鋼材抗剪強度設計值。鋼材抗剪強度設計值。 對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度t tw w相對較大，當相對較大，當無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。VwxftIVS建筑力學與結構 3 3）腹板局部壓應力）腹板局部壓應力 當梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未當梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未設支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作設支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作用時，可認為集中荷載從作用處以用時，可認為集中荷載從作用處以4545角擴散，均勻分

48、角擴散，均勻分布于腹板邊緣，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度按布于腹板邊緣，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度按下式計算：下式計算： fltFzwc建筑力學與結構 F 集中荷載，對動力荷載應考慮動力系數；集中荷載，對動力荷載應考慮動力系數； 集中荷載增大系數，對重級工作制吊車梁集中荷載增大系數，對重級工作制吊車梁=1.35=1.35； 對其它梁對其它梁 =1.0。 lz集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下式計算：式計算： lz=a+2hy a 集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取50mm50m

49、m； hy自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離。距離。 在梁的支座處，當不設置加勁肋時，也應計算腹板計算在梁的支座處，當不設置加勁肋時，也應計算腹板計算高度下邊緣的局部壓應力，但高度下邊緣的局部壓應力，但取取1.01.0。支座反力的假定分。支座反力的假定分布長度，應根據支座具體尺寸計算。布長度，應根據支座具體尺寸計算。建筑力學與結構 4 4）折算應力）折算應力 在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正應力、剪應力在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正應力、剪應力和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力，應驗算其折

50、算應力，和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力，應驗算其折算應力，如圖所示。如圖所示。 折算應力驗算公式為：折算應力驗算公式為： 兩兩同號取同號取1.11.1， 異號取異號取1.21.2fcceq12223圖圖 折算應力驗算截面折算應力驗算截面建筑力學與結構 3 3、梁的剛度、梁的剛度 控制梁的撓跨比小于規定的限制（為變形量的限制）控制梁的撓跨比小于規定的限制（為變形量的限制） 梁的撓度梁的撓度v v（按一般材料力學公式計算）或相對撓度（按一般材料力學公式計算）或相對撓度v v / /l l 應滿足下式應滿足下式 v v 或或 v /lv / l 式中式中 v v 梁的容許撓度。梁的容許

51、撓度。 梁的剛度屬正常使用極限狀態，故計算時應采用荷載梁的剛度屬正常使用極限狀態，故計算時應采用荷載標準值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標標準值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標準值也不乘動力系數。準值也不乘動力系數。 建筑力學與結構 4 4、梁的、梁的梁的整體穩定梁的整體穩定 梁受彎變形后，上翼緣受壓，由于梁側向剛度不夠，就會梁受彎變形后，上翼緣受壓，由于梁側向剛度不夠，就會發生梁的側向彎曲失穩變形，梁截面從上至下彎曲量不等，就發生梁的側向彎曲失穩變形，梁截面從上至下彎曲量不等，就形成截面的扭轉變形，同時還有彎矩作用平面那的彎曲變形，形成截面的扭轉變形，同時還有彎矩作用

52、平面那的彎曲變形，故梁的失穩為彎扭失穩形式，完整的說應為：側向彎曲扭轉失故梁的失穩為彎扭失穩形式，完整的說應為：側向彎曲扭轉失穩。穩。 從以上失穩機理從以上失穩機理 來看，提高梁的整穩承來看，提高梁的整穩承 載力的有效措施應為提載力的有效措施應為提 高梁上翼緣的側移剛度，高梁上翼緣的側移剛度， 減小梁上翼緣的側向計減小梁上翼緣的側向計 算長度算長度. .建筑力學與結構 1 1）梁的整體穩定保證措施）梁的整體穩定保證措施 提高梁的整體穩定承載力的關鍵是，增強梁受壓翼緣的提高梁的整體穩定承載力的關鍵是，增強梁受壓翼緣的抗側移及扭轉剛度。在實際工程中，梁的整體穩定常由鋪板抗側移及扭轉剛度。在實際工程

53、中，梁的整體穩定常由鋪板或支撐來保證，梁常與其它構件相互連接，有利于阻止梁喪或支撐來保證，梁常與其它構件相互連接，有利于阻止梁喪失整體穩定。規范規定，當符合下列情況之一時，都不必計失整體穩定。規范規定，當符合下列情況之一時，都不必計算梁的整體穩定性：算梁的整體穩定性： 有鋪板（各種鋼筋混凝土板或鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣有鋪板（各種鋼筋混凝土板或鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止梁的受壓翼緣的側向位移時；上并與其牢固相連，能阻止梁的受壓翼緣的側向位移時； 工字形截面簡支梁受壓翼緣自由長度工字形截面簡支梁受壓翼緣自由長度l l1 1與其寬度與其寬度b b1 1之比不之比不超過規定的數值時。超過規定的數值時。