第1章緒論1.1鋼結構的特點及應用1.2鋼結構的建造過程和內在缺陷1.3鋼結構的組成原理1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法1.5鋼結構的發展1.1鋼結構的特點和應用1.1鋼結構的特點和應用1.輕質高強，塑性、韌性好★2.

材質均勻，性能穩★3.制作簡便，施工工期短★4.密閉性好5.耐腐蝕性差6.耐熱不耐火★1.1.1鋼結構的特點return輕質——材料的質量密度與強度的比值小Q235鋼C30混凝土輕質高強Q235鋼

密度：7850kg/m3強度：235N/mm2

C30混凝土

密度：2450kg/m3強度：14.3N/mm2

return2.塑性、韌性好塑性和韌性是概念上完全不同的兩個物理量塑性——承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。塑性好，會使結構一般情況下不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證

韌性——承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。

return日本裝配式鋼結構住宅50天施工過程第一日堪察現場第二日維護現場，拆除舊房第十日基礎完成第二十日房屋單元安裝完畢第二十五日門窗安裝完畢，內墻安裝完畢、石膏板安裝完畢天棚、地面開始制作第三十日室內外裝修基本完畢第三十五日電器、潔具、上下水管道安裝調試完畢第四十三日班組自行檢查調整第四十八日公司檢查第四十九、五十日使用說明介紹完工后的室內完工后的外觀return3.耐熱不耐火100℃以內，強度無影響150℃以上，必須進行遮擋處理600℃左右，鋼材進入塑性，無承載能力措施：防火涂料、防火漆、外包混凝土return1.1鋼結構的特點和應用1.1.2鋼結構的應用范圍（1）重：重工業廠房★（2）大：大跨度結構★（3）高：高層建筑、高聳結構★（4）動：受動荷載作用的廠房（5）輕：荷載較小的輕鋼結構★（6）小：小型、可拆裝的結構returnreturnreturnreturnreturn1.2鋼結構的建造過程和內在缺陷1.2鋼結構的建造過程和內在缺陷1.2.1鋼結構的建造過程

建造的兩個主要步驟：工廠制造、工地安裝

一、工廠制造的工序：鋼材的驗收、整理、保管按圖放樣加工如切割、沖孔等構件整平構件裝配變形矯正除銹涂漆

二、工地安裝的工序：現場的擴大拼裝子結構吊裝就位精確就位后固定1.2鋼結構的建造過程和內在缺陷1.2鋼結構的建造過程和內在缺陷1.2.2鋼結構的內在缺陷

鋼結構的兩種缺陷：幾何缺陷、力學缺陷一、幾何缺陷：構件的幾何偏差等二、力學缺陷：鋼材的非勻質，不是理想的各向同性體1.3鋼結構的組成原理1.3鋼結構的組成原理1.3.1平面及空間跨越結構1.3.2高層、高聳結構1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法1.4.1鋼結構的極限狀態

鋼結構的極限狀態：承載能力、正常使用一、承載能力極限狀態：結構或構件達到最大承載能力或出現不適于繼續承載的變形。包括傾覆、疲勞、喪失穩定、結構變為機動體系或出現過度的塑性變形二、正常使用極限狀態：結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值。包括出現影響正常使用或外觀的變形、振動和局部破壞。1.4.2結構的荷載效應分析

荷載效應通過內力計算分析得到1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法1.4.3概率極限狀態法

結構可靠度的定義

結構的功能函數1.4.4設計表達式鋼結構的設計方法

設計方法：以概率理論為基礎的極限狀態設計方法

計算疲勞仍采用容許應力幅法

計算強度、穩定、連接用荷載設計值

計算疲勞、變形用荷載標準值

對于直接承受動力荷載的結構：在計算強度和穩定時，動力荷載設計值應乘動力系數在計算疲勞和變形時，動力荷載標準值不應乘動力系數1.4鋼結構的極限狀態和概率極限狀態法2.1對鋼結構用材的要求

較高的強度2.1對鋼結構用材的要求

足夠的變形能力，塑性、韌性好具有

良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）規定：承重結構的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，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材還應具有冷彎試驗的合格保證。需要驗算疲勞的焊接結構的鋼材，應具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材應具有常溫沖擊韌性的合格保證。規范推薦的鋼種為Q235、Q345、Q390、Q4202.2鋼材的主要性能及其鑒定2.2.1、單向拉伸時的工作性能2.2鋼材的主要性能及其鑒定強度指標是由鋼材的單向均勻受拉試驗測得的強度指標：比例極限；屈服強度；極限強度

試驗條件：標準試件在常溫（20℃）下緩慢加載，一次完成return2.2鋼材的主要性能及其鑒定

鋼材在單向均勻受拉時工作性能表現為四個階段

彈性階段:應力最高點對應比例極限彈性模量應力2.彈塑性階段:應力介于和之間彈塑性模量是變數3.塑性階段:應力達到屈服強度4.強化頸縮階段:應力最高點對應抗拉極限2.2鋼材的主要性能及其鑒定

鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體1.計算簡便2.與相差不大3.雖然＞，但對應的應變非常大（不滿足正常使用極限狀態）4.以作為設計強度的依據，具有較大的強度儲備，若出現偶然因素，使人們有機會補救

屈強比：Q235鋼為0.57，Q345鋼為0.672.2鋼材的主要性能及其鑒定

簡化計算,采用理想彈塑性模型

作為鋼結構設計的最大應力

作為鋼材實際破壞強度2.2鋼材的主要性能及其鑒定2.2.2、塑性性能塑性：在靜力荷載作用下，鋼材吸收變形能的能力衡量塑性性能的指標：伸長率2.2鋼材的主要性能及其鑒定2.2.3、沖擊韌性沖擊韌性：在動力荷載作用下，材料吸收能量的能力衡量沖擊韌性的指標：沖擊功

韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標

梅氏U型缺口試件:沖擊試驗的標準試件型式：夏比V型缺口試件:我國采用夏比V型缺口試件

沖擊韌性受溫度的影響return2.2鋼材的主要性能及其鑒定2.2.4、冷彎性能

冷彎性能是檢驗鋼材適應冷加工（常溫下加工）的能力和顯示鋼材內部缺陷狀況的一項指標

冷彎性能是考察鋼材在復雜應力狀態下發展塑性變形能力的指標

冷彎性能由冷彎試驗確定

冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質量的綜合指標return2.2鋼材的主要性能及其鑒定2.2.5、可焊性

可焊性指采用一般焊接工藝就可完成合格的焊縫的性能

可焊性受化學成分的影響比較大碳當量：

衡量低合金鋼的可焊性的計算<0.38焊接性能一般=0.38~0.45焊接性能較難>0.45焊接性能難2.2鋼材的主要性能及其鑒定

鋼材物理性能指標彈性模量泊松比剪變模量線膨脹系數質量密度2.3影響鋼材性能的因素一、化學成分2.3影響鋼材性能的因素普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質元素占1%普通低合金鋼中有＜5%的合金元素碳（C）：鋼材強度的主要來源，但是隨其含量增加，強度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.12％～0.2%，在0.2％以下時，可焊性良好硫（S）：熱脆性，不得超過0.05%磷（P）：冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%2.3影響鋼材性能的因素錳（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，熔點為

1600℃，可以消除一部分S的有害作用。硅（Si）：合金元素。強脫氧劑。氧（O）：有害雜質，效果同S。氮（N）：有害雜質，效果同P。二、冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋等。偏析——化學成分分布的不均勻程度。三、加荷速度1．材性試驗要求緩慢加載

2．要考慮動荷載對結構的不利影響加荷速度高，鋼材屈服點提高，呈脆性。因此，2.3影響鋼材性能的因素四、鋼材硬化冷作硬化—當加載超過材料比例極限卸載后，出現殘余變形，再次加載則屈服點提高，塑性和韌性降低的現象，也稱“應變硬化”應變時效——鋼材產生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，因此也稱“人工時效”。

時效硬化——隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現象。2.3影響鋼材性能的因素五、溫度的影響1.正溫范圍

100℃以內對鋼材性能無影響；

100℃以上隨溫度升高，總的趨勢是強度、彈性模量降低，

塑性增大

250℃左右 抗拉強度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增加——藍脆現象。該溫度區段稱為“藍脆區”。

250～350℃

在應力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續變形——徐變現象。

600℃左右

彈性模量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。2.3影響鋼材性能的因素2.負溫范圍

當溫度低于常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加。T1～T2

之間溫度轉變脆性區，沖擊功急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉變區溫度不同，必須通過試驗確定。使用溫度必須高于T1

，但不一定高于T22.3影響鋼材性能的因素六、應力集中的影響構造缺陷：構件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等應力集中：由于構造缺陷，應力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應力。應力集中的危害：塑性降低，脆性增加

構造設計時應避免截面突變和尖銳角的情況七、厚度的影響隨著厚度的增加，鋼材的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度均下降2.3影響鋼材性能的因素八、復雜應力作用下鋼材的屈服條件假定：1.材料由彈性轉入塑性的強度指標用變形時單位體積中積聚的能量來表達；

2.當復雜應力狀態下變形能等于單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉入塑性。彈性狀態塑性狀態平面應力狀態梁的應力狀態純剪應力狀態2.3影響鋼材性能的因素2.4鋼材的破壞形式

塑性破壞：破壞前有明顯的變形，破壞歷時時間長，可以采取補救措施。2.4鋼結構的破壞形式

脆性破壞：破壞前沒有明顯的變形，破壞發生突然，沒有機會補救。脆性破壞的原因：鋼材內部缺陷，焊接缺陷、構造不合理、使用不當等。

應盡量發揮材料的塑性避免一切脆性破壞的可能性

2.5鋼的種類和鋼材規格2.5鋼的種類和鋼材規格一、鋼的種類1.化學成分普通碳素鋼Q235普通低合金鋼Q345、Q390、Q420平爐成本高，質量好（6小時100t左右）氧氣頂吹轉爐成本低，質量也可（15分鐘150t）2.爐種3.脫氧程度沸騰鋼（F）脫氧較差鎮靜鋼（Z）脫氧充分半鎮靜鋼（b）脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之間特殊鎮靜鋼（TZ）2.5鋼的種類和鋼材規格4.質量等級A級：保證抗拉強度、屈服點和伸長率及硫、磷含量B、C、D級：保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性（分別為20℃、0℃、-20℃）及碳、硅、錳、硫、磷含量E級：除滿足D級的要求外，還要求-40℃時的沖擊韌性5.鋼材編號碳素鋼：Q×××質量等級（A～D）脫氧程度（F，b）低合金鋼：Q×××質量等級（A～E）如Q235-A·F、Q345-C2.5鋼的種類和鋼材規格6.鋼材的選擇（1）結構或構件的重要性；（2）荷載的種類（靜荷載或動荷載）；（3）連接方法（焊接或非焊接）；（4）工作條件（溫度，腐蝕等）《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）規定：承重結構的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，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材還應具有冷彎試驗的合格保證。需要驗算疲勞的焊接結構的鋼材，應具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材應具有常溫沖擊韌性的合格保證。2.5鋼的種類和鋼材規格二、鋼材的規格1.熱軋鋼板（1）工字鋼普通工字鋼Ⅰ20aH型鋼HW300×300×10×15T型鋼TW150×300×10×15（2）槽鋼[32b（3）角鋼L125×10L125×80×10（4）鋼管φ400×62.熱軋型鋼（P318，附錄型鋼表）3.冷彎薄壁型鋼壁厚1.5～5mm3.1軸心受力構件的強度及截面選擇3.1軸心受力構件的強度及截面選擇

一、軸心受力構件的應用

軸心受拉構件：桁架拉桿、網架、塔架

軸心受壓構件：桁架壓桿、工作平臺柱、各種結構柱承載力極限狀態：強度、穩定正常使用極限狀態：剛度3.1.1軸心受力構件的應用及截面形式軸心受拉構件：強度控制軸心受壓構件：強度、穩定必須同時滿足軸心受力構件應滿足兩個極限狀態：實腹式構件：型鋼截面焊接截面二、軸心受力構件的截面形式格構式構件3.1軸心受力構件的強度及截面選擇3.1.2軸心受力構件的強度一、軸心受力構件的強度計算

二、索的受力性能和強度計算---采用容許應力法3.1軸心受力構件的強度及截面選擇

關于凈截面面積3.1軸心受力構件的強度及截面選擇

用摩擦型連接高強度螺栓連接的構件的強度計算構件凈截面上所受的力應扣去已傳走的力同時還應驗算構件截面無削弱處的強度：孔前傳力——由于摩擦型連接高強度螺栓是靠摩擦力傳力的，每個螺栓所傳的力已由摩擦力在螺栓孔前傳走。用摩擦型連接高強度螺栓連接的構件，存在孔前傳力3.1軸心受力構件的強度及截面選擇ⅠⅠⅡⅡ3.1軸心受力構件的強度及截面選擇ⅠⅠⅡⅡ3.1軸心受力構件的強度及截面選擇3.1軸心受力構件的強度及截面選擇例3.2、圖4.1所示一焊接工字形軸心受壓柱的截面，承受的軸心壓力設計值N=4500kN（包括柱自重），繞X軸的計算長度為7米，繞軸的計算長度為3.5米，翼緣鋼板為火焰切割邊，每塊翼緣板上設有兩個直徑為24毫米的螺栓孔。鋼板為Q235-B鋼，驗算此柱截面。3.2梁的類型和強度3.2梁的類型和強度3.2.1梁的類型梁——承受橫向荷載的實腹式受彎構件。桁架——承受橫向荷載的格構式受彎構件。按功能分為：樓蓋梁、平臺梁、吊車梁、檁條、墻架梁按制作方法分為：型鋼梁、組合梁梁的承載能力極限狀態包括：截面的強度、構件的整體穩定、局部穩定、梁的正常使用極限狀態指梁的剛度即撓度3.2梁的類型和強度3.2梁的類型和強度3.2.2梁的彎曲、剪切強度1.梁的抗彎強度——正應力實腹梁的截面正應力發展過程分為彈性、彈塑性、塑性和應變硬化四個階段ttwhyσ≤fbfydcfyyfdyfyσ≤f塑性階段會出現過度的變形而不適于繼續承載，因此設計中不應用到此階段。3.2梁的類型和強度（1）彈性設計（需驗算疲勞的梁、薄壁桿）（2）部分發展塑性設計（一般的梁）允許截面部分發展塑性，塑性發展區高度3.2梁的類型和強度ttwhb為了避免梁受壓翼緣的局部失穩出現在強度破壞之前：3.2梁的類型和強度2.梁的抗剪強度——剪應力在主平面內受彎的梁，其抗剪強度應按下式計算：3.2梁的類型和強度3.2.3梁的扭轉自由扭轉截面不受任何約束，能夠自由產生翹曲變形的扭轉。3.2梁的類型和強度2.約束扭轉

桿件在扭轉荷載作用下由于支承條件或荷載條件的不同，截面不能完全自由地產生變形，即翹曲變形受到約束的扭轉3.2梁的類型和強度3.2梁的類型和強度3.約束扭轉正應力3.3梁的局部壓應力和組合應力3.3.1局部壓應力3.3梁的局部壓應力和組合應力h0twahyRaFhy當梁上翼緣受有沿腹板平面作用的集中荷載、且該荷載處又未設置支承加勁肋時，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度應按下式計算：3.3梁的局部壓應力和組合應力3.3.2多種應力的組合效應在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時，按下式驗算折算應力：3.4按強度條件選擇梁截面3.4按強度條件選擇梁截面3.4.1初選截面一、型鋼梁：二、焊接工字鋼梁截面選擇步驟為：估算梁的高度，決定腹板的厚度和翼緣尺寸。1.梁的截面高度3.4按強度條件選擇梁截面選擇腹板厚度要考慮抗剪強度腹板厚度一般用經驗公式進行估算：2.腹板厚度3.4按強度條件選擇梁截面3.翼緣尺寸確定翼緣尺寸時，應注意滿足局部穩定的要求：3.4按強度條件選擇梁截面3.4.2梁截面驗算按照實際的截面尺寸進行梁的強度驗算3.4按強度條件選擇梁截面3.4.3梁截面沿長度改變梁的彎矩沿長度而變，為了節約鋼材可將組合梁截面隨彎矩變化而改變。變截面梁可以改變梁寬，也可改變梁高。梁高改變時可使上翼緣保持一平面，支座處的高度應滿抗剪強度的要求，但不宜小于跨中高度的1/2。梁寬改變時，主要變上下翼緣寬度，較窄翼緣寬度b’

應滿足截面開始改變處的彎矩M1下的強度要求，還應驗算該截面的腹板與翼緣交接處的折算應力。3.4按強度條件選擇梁截面對于均布荷載作用下的簡支梁，最優截面改變處是離支座1/6跨度處。梁截面一般只改變一次，對于跨度較小的組合梁，不宜改變截面。多層翼緣板的梁，可用切斷外層板的方法來改變梁的截面。3.5梁的內力重分布和塑性設計例3.3某焊接工字形等截面簡支樓蓋梁，截面尺寸見圖，截面無削弱，在跨度中點和兩端設有支撐，材料為Q345-B級鋼。集中荷載標準值Pk=330kN，為間接動力荷載，其中永久荷載和可變荷載效應各占一半，作用在梁的頂面，其沿梁跨度方向的支承長度為130毫米，試計算該梁的強度和剛度是否滿足要求？3.5梁的內力重分布和塑性設計3.5梁的內力重分布和塑性設計3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算3.6.1、拉彎、壓彎構件的應用壓彎（拉彎）構件——同時承受軸向力和彎矩的構件

軸向力的偏心作用彎矩的產生端彎矩作用橫向荷載作用壓彎構件拉彎構件3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算一、壓彎構件設計時應滿足兩個極限狀態的要求：1.承載力極限狀態強度穩定實腹式構件格構式構件整體穩定局部穩定平面內穩定平面外穩定彎矩作用在實軸上彎矩作用在虛軸上2.正常使用極限狀態：即剛度要求，主要是限制構件的長細比二、拉彎構件設計時應滿足兩個極限狀態的要求：1.承載能力極限狀態：主要為強度2.正常使用極限狀態：限制構件的長細比3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算3.6.2、拉彎、壓彎構件的強度計算假設軸向力不變而彎矩不斷增加，截面應力發展分為四個階段：邊緣纖維最大應力達屈服點；最大應力一側部分發展塑性；兩側均部分發展塑性；全截面進入塑性。3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算一、拉彎、壓彎構件的強度計算準則：1.邊緣纖維屈服準則：構件受力最大截面邊緣處的最大應力達到屈服，便達到強度極限，構件處在彈性工作階段。計算采用彈性抵抗矩2.全截面屈服準則：構件受力最大截面形成塑性鉸，便達到強度極限，構件處在塑性工作階段。計算采用塑性抵抗矩3.部分發展塑性準則：構件受力最大截面的部分受壓區和受拉區進入塑性為強度極限，界面塑性發展深度根據具體情況確定。計算采用彈性抵抗矩乘以截面塑性發展系數單向壓彎（拉彎）構件的強度計算公式：雙向壓彎（拉彎）構件的強度計算公式：3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算例1如圖所示為一焊接工字形壓彎構件，翼緣為焰切邊，軸心壓力設計值N=800kN，兩端彎矩設計值M1＝600kNm，M2＝600kNm，繞截面強軸作用，方向如圖所示，不計構件自重。鋼材為Q345鋼，截面尺寸及構件支承情況如圖所示，驗算此壓彎構件的強度。1660030010167m800kN7m800kN600kNm600kNm600kNm600kNm3.6拉彎、壓彎構件的應用和強度計算4.1穩定問題的一般特點4.1穩定問題的一般特點

按照屈曲后性能分：1、穩定分岔屈曲——第一類穩定問題2、不穩定分岔屈曲3、躍越屈曲4.1.1失穩的類別4.1穩定問題的一般特點材料力學中學習的理想軸心壓桿穩定承載力的計算是不考慮任何缺陷的，實際工程中構件存在著幾何與物理里格方面的缺陷，因此應該對構件的穩定承載力進行非線性分析。4.1.2一階和二階分析內力與變形之間不存在線性關系，所以迭加原理在穩定分析中不適用4.1.3穩定的極限承載力如圖所示構件建立平衡微分方程：4.1穩定問題的一般特點4.1.3穩定問題的多樣性、整體性、相關性1、不同的失穩形式耦合在一起——相關性2、構件組成的單元作為整體喪失穩定——整體性3、受力構件可以有不同的失穩形式——多樣性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2.1理想軸心受壓構件理想的軸心壓桿——等截面、無初始變形、無初偏心、無殘余應力、材質均勻的軸心壓桿。由于截面形式不同，軸心受壓構件喪失整體穩定的形式有三種:彎曲屈曲：雙軸對稱截面（工字鋼）彎扭屈曲：單軸對稱截面（槽鋼，等邊角鋼）扭轉屈曲：十字形理想軸心壓桿的穩定屬于第一類穩定問題兩端鉸接的等截面軸心壓桿的屈曲臨界力為：對于其它支承情況：歐拉臨界應力

歐拉（Euler）臨界力——理想軸心壓桿彎曲屈曲臨界力理想軸心壓桿的穩定曲線4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2.2實際軸心受壓構件實際軸心受壓構件存在初始缺陷，這些初始缺陷包括：初彎曲、初偏心、殘余應力由于存在初始缺陷，實際軸心壓桿的失穩屬于第二類穩定問題4.2軸心受壓構件的整體穩定性

初始缺陷對軸心壓桿穩定極限承載力的影響：1）初彎曲和初偏心的影響初彎曲（初偏心）越大，則變形越大，承載力越小。無論初彎曲（初偏心）多么小，壓力一開始就產生撓曲，并隨荷載增大而增大。4.2軸心受壓構件的整體穩定性2）殘余應力的影響按有效截面的慣性矩近似計算兩端鉸接的等截面軸壓構件的臨界力和臨界應力：由于k<1，所以殘余應力對構件穩定的不利影響對弱軸比對強軸嚴重得多。4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2.3實腹式軸心受壓構件整體穩定的計算對于具有截面削弱的構件，在滿足之后，還需驗算軸心受壓構件的應力應不大于構件整體穩定的臨界應力：4.2軸心受壓構件的整體穩定性

構件長細比的確定：（1）截面為雙軸對稱或極對稱的構件：（2）截面為單軸對稱的構件：截面剪心和形心不重合的構件，沿形心縱軸受壓時必須考慮繞對稱軸（y軸）發生彎扭屈曲的可能性。構件繞非對稱軸（x軸）仍然發生彎曲屈曲。4.2軸心受壓構件的整體穩定性把按彈性穩定理論算得的彎扭屈曲臨界力換算成為長細比較大的彎曲屈曲桿件，再按換算長細比從規范中查得相應的穩定系數。軸壓彎扭屈曲的實用計算方法是：4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性b1>b2b24.2軸心受壓構件的整體穩定性2b2btt4.2軸心受壓構件的整體穩定性2000200020004.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性6000—460×16—500×224.2軸心受壓構件的整體穩定性6000—460×16—500×224.2軸心受壓構件的整體穩定性接例3.2、圖所示一焊接工字形軸心受壓柱的截面，承受的軸心壓力設計值N=4500kN（包括柱自重），繞X軸的計算長度為7米，繞軸的計算長度為3.5米，翼緣鋼板為火焰切割邊，每塊翼緣板上設有兩個直徑為24毫米的螺栓孔。鋼板為Q235-B鋼，驗算此柱截面。4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2.4格構式軸壓構件整體穩定的計算4.2軸心受壓構件的整體穩定性1.格構柱的截面形式格構柱由綴材和柱肢組成，穿過柱肢板的軸為實軸，穿過綴材平面的軸為虛軸。

綴條式格構柱根據綴材的不同，格構柱分為

綴板式格構柱4.2軸心受壓構件的整體穩定性2.格構柱繞虛軸的換算長細比格構柱與實腹式軸壓構件的區別：實腹式軸壓構件無論因喪失穩定而產生彎曲變形或存在初始彎曲，構件中橫向剪力總是很小的，并且實腹式壓桿的抗剪剛度很大，因此橫向剪力對構件產生的附加變形很小。格構式軸壓構件繞實軸失穩與實腹式軸壓構件相同格構式軸壓構件繞虛軸彎曲失穩時，剪力主要靠綴材承擔，剪切變形較大，導致構件產生附加變形，對格構式軸壓構件的穩定承載力影響不能夠忽略。格構柱繞實軸的整體穩定計算與實腹柱相同，繞虛軸的整體穩定應采用換算長細比進行計算。(1)雙肢格構柱的換算長細比4.2軸心受壓構件的整體穩定性采用以上公式計算雙肢格構柱的換算長細比時應保證：①斜綴條與柱軸線間的夾角應在400～700之間；4.2軸心受壓構件的整體穩定性②綴板線剛度之和應大于6倍的分肢線剛度。4.2軸心受壓構件的整體穩定性3格構式軸心受壓構件的分肢穩定分肢穩定承載力不小于整體穩定承載力4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.綴材設計(1)軸心受壓格構柱的橫向剪力(2)綴條的設計綴條式格構柱可看作桁架體系，柱肢是桁架弦桿，綴條是腹桿。4.2軸心受壓構件的整體穩定性第五章軸心受力構件5.4軸心受壓柱的設計按軸心壓桿選擇綴條截面綴條一般采用單角鋼，考慮到偏心受力和受壓時的彎扭，按軸心受力構件設計時，強度設計值應乘以折減系數:綴板式格構柱可看作多層框架，柱肢是框架柱，綴板是橫梁。(3)綴板的設計4.2軸心受壓構件的整體穩定性5.柱的橫隔橫隔一般用鋼板或交叉角鋼做成。橫隔間距≤截面較大寬度的9倍或8m。每個運輸單元的端部都應設置橫隔。4.2軸心受壓構件的整體穩定性壓柱計算框圖格構式軸心受4.2軸心受壓構件的整體穩定性4000200020004.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.2軸心受壓構件的整體穩定性L45×44.2軸心受壓構件的整體穩定性8644.2軸心受壓構件的整體穩定性8644.2軸心受壓構件的整體穩定性8644.2軸心受壓構件的整體穩定性864焊縫計算截面4.2軸心受壓構件的整體穩定性4.4受彎構件的彎扭失穩4.4.1、梁失去穩定的現象雙軸對稱工字形截面簡支梁純彎，支座為夾支座（只能繞x軸，y軸轉動，不能繞z軸轉動，只能自由撓曲，不能扭轉）。

梁整體失穩的現象：側向彎曲，伴隨扭轉——出平面的彎扭屈曲4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4.2、梁的臨界荷載4.4受彎構件的彎扭失穩

雙軸對稱工字形截面簡支梁純彎曲時的臨界彎矩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4.3、梁的整體穩定系數4.4受彎構件的彎扭失穩公式推廣至單軸對稱及不同荷載作用下4.4受彎構件的彎扭失穩公式推廣至彈塑性工作階段時的修正整體穩定系數的近似計算見教材118頁4.4受彎構件的彎扭失穩4.4.4、梁的整體穩定性的保證及計算規范規定，當符合下列情況之一時，不必計算梁的整體穩定：有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側向側移時；2.工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比不超過P152，表6.2所規定的數值時；3.箱形截面簡支梁，其截面尺寸滿足時。一、不需驗算穩定的條件4.4受彎構件的彎扭失穩二、穩定驗算公式4.4受彎構件的彎扭失穩

梁的整體穩定系數的計算（見P316，附錄3）1.焊接工字形等截面簡支梁和扎制H型鋼簡支梁4.4受彎構件的彎扭失穩2.軋制普通工字鋼簡支梁4.雙軸對稱工字形等截面（含H型鋼）懸臂梁3.軋制槽鋼簡支梁4.4受彎構件的彎扭失穩

影響梁整體穩定承載力的因素1.荷載的類型2.荷載作用位置3.梁的截面形式4.梁受壓翼緣側向支承點間的距離5.端部支承條件6.初始缺陷7.鋼材強度4.4受彎構件的彎扭失穩6m6m6m4.4受彎構件的彎扭失穩例3.3某焊接工字形等截面簡支樓蓋梁，截面尺寸見圖，截面無削弱，在跨度中點和兩端設有支撐，材料為Q345-B級鋼。集中荷載標準值Pk=330kN，為間接動力荷載，其中永久荷載和可變荷載效應各占一半，作用在梁的頂面，其沿梁跨度方向的支承長度為130毫米，試計算該梁的強度和剛度是否滿足要求？4.4受彎構件的彎扭失穩例4.7某簡支鋼梁跨度為l=6米，跨中無側向支撐點，截面如圖所示。承受均布荷載設計值q=180kN/m，跨中處還有一個集中力，集中荷載設計值P=400kN。兩種荷載均作用在梁的上翼緣板上。鋼材為Q345鋼。4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩例4.8某焊接工字形截面簡支梁。跨度取l=15米，在支座及三分點處各有一個側向支點，鋼材為Q345鋼，承受均布荷載作用在上翼緣，永久荷載的標準值為12.5kN/m，可變荷載的標準值為27.5kN/m

。驗算該梁的整體穩定。4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4.4受彎構件的彎扭失穩4-1.計算梁的

時，應用凈截面的幾何參數？(A)正應力(B)剪應力(C)整體穩定(D)局部穩定4-2.為了提高梁的整體穩定性，什么方法最經濟有效？(A)增大截面(B)增加側向支撐點(C)設置橫向加勁肋(D)改變荷載作用位置4-3.單向受彎梁失去整體穩定時是

的失穩？(A)彎曲(B)扭轉(C)彎扭(D)雙向彎曲4.4受彎構件的彎扭失穩4-4.跨中無側向支承的組合梁，當驗算整體穩定不足時，宜采用？(A)加大梁的截面積(B)加大梁的高度(C)加大受壓翼緣板的寬度(D)加大腹板的厚度4-5.當梁整體穩定系數時，用代替主要是因為

？(A)梁的局部穩定有影響(B)梁已進入彈塑性階段(C)梁發生了彎扭變形(D)梁的強度降低了4-6.雙軸對稱工字形截面梁，在彎矩和剪力共同作用下，關于截面中應力的說法正確的是？(A)彎曲正應力最大的點是3點(B)剪應力最大的點是2點(C)折算應力最大的點是1點(D)折算應力最大的點是2點4.4受彎構件的彎扭失穩4-7.一承受固定集中力P的等截面焊接梁，截面1-1處需驗算折算應力，其驗算部位為

？(A)①(B)②(C)③(D)④4-8.在梁的整體穩定計算中，說明所設計梁

。(A)處于彈性工作狀態(B)不會喪失整體穩定(C)梁的局部穩定必定滿足要求(D)梁不會發生強度破壞4-9.如圖所示鋼梁，因整體穩定要求，需在跨中設側向支點，其位置以

為最佳方案。4.4受彎構件的彎扭失穩4-10.以下圖示各簡支梁，除截面放置和荷載作用位置有所不同，其他條件均相同，則以

的整體穩定性最好，

的最差。4-11.對同一根梁，當作用不同荷載時，出現下列四種彎矩（M均等值），以

最先出現整體失穩，以

最后出現整體失穩。4.4受彎構件的彎扭失穩4-12.單向受彎梁從

變形狀態轉變為

變形狀態時的現象稱為整體失穩。4-13.提高梁整體穩定的措施主要有

。4-14.影響梁彎扭屈曲臨界彎矩的主要因素有

。4.5壓彎構件的面內及面外穩定壓彎構件的失穩

彎矩作用平面內的彎曲失穩

彎矩作用平面外的彎扭失穩4.5壓彎構件的穩定一、彎矩作用平面內的穩定1、彎矩作用平面內壓彎構件的彈性性能兩端彎矩相同的等截面壓彎構件，在軸線壓力和彎矩共同作用下的彎曲方程：4.5壓彎構件的穩定2、彎矩作用平面內的穩定計算公式：4.5壓彎構件的穩定規范對等效彎矩系數的取值作了以下規定：（1）無橫向荷載但有端彎矩作用時：同向曲率取“＋”，反向曲率（有反彎點）取“－”（2）有端彎矩和橫向荷載同時作用時：（3）無端彎矩但有橫向荷載作用時：2.懸臂構件1.框架柱和兩端支承的構件4.5壓彎構件的穩定

較大翼緣受壓的單軸對稱截面壓彎構件在彎矩作用平面內的穩定計算公式：4.5壓彎構件的穩定二、彎矩作用平面外的穩定彎矩作用平面外的穩定計算公式：4.5壓彎構件的穩定1.工字形截面（含H型鋼）：均勻彎曲梁的整體穩定系數的近似計算公式2.T形截面：（2）彎矩使翼緣受拉時3.箱形截面：注：以上公式已考慮了構件的彈塑性失穩問題，時不必換算（1）彎矩使翼緣受壓時4.5壓彎構件的穩定例4-9如圖所示為一焊接工字形壓彎構件，翼緣為焰切邊，軸心壓力設計值N=800kN，兩端彎矩設計值M1＝600kNm，M2＝600kNm，繞截面強軸作用，方向如圖所示，不計構件自重。鋼材為Q345鋼，截面尺寸及構件支承情況如圖所示，驗算此壓彎構件的強度和整體穩定。1660030010167m800kN7m800kN600kNm600kNm600kNm600kNm4.5壓彎構件的穩定166003001016600kNm600kNm7m800kN7m800kN600kNmABC4.5壓彎構件的穩定166003001016600kNm600kNm600kNm7m800kN7m800kN600kNmABC4.5壓彎構件的穩定600kNm600kNm600kNm7m800kN7m800kN600kNmABC4.5壓彎構件的穩定例4-10如圖所示為一焊接工字形壓彎構件，翼緣為焰切邊，軸心壓力設計值N=500kN，跨中集中荷載設計值為P=200kN，不計構件自重。鋼材為Q235鋼，其側向支承分為兩種情況：（1）在構件的三分點處設置側向支承，（2）在構件的二分點處設置側向支承。驗算此壓彎構件在彎矩作用平面外的整體穩定。4.5m4.5mABC4.5m4.5mABCD14500300814450kNm4.5壓彎構件的穩定145003008144.5壓彎構件的穩定4.5m4.5mABCD450kNm4.5壓彎構件的穩定450kNm4.5m4.5mABC4.5壓彎構件的穩定例4-11如圖所示為一雙角鋼T形截面壓彎構件，由長邊相連的兩個不等邊角鋼2L80×50×5組成，截面無削弱，節點板厚12mm。承受的荷載設計值為：軸心壓力N=38kN，均布線荷載q=3kN/m，不計構件自重。構件兩端鉸接并有側向支承，材料Q235鋼。驗算此壓彎構件的強度和整體穩定。3mqNN3.38kNm2L80×50×54.5壓彎構件的穩定3mqNN3.38kNm2L80×50×54.5壓彎構件的穩定4.5壓彎構件的穩定三、雙向彎曲實腹式壓彎構件的整體穩定雙軸對稱的工字形截面（含H型鋼）和箱形截面壓彎構件，彎矩作用在兩個主平面內的穩定計算公式：4.5壓彎構件的穩定例4-12如圖所示為一焊接工字形壓彎構件，翼緣為焰切邊，承受的荷載設計值為：軸心壓力N=900kN，端彎矩M1＝490kNm，M2＝0，繞截面強軸作用，方向如圖所示，不計構件自重。鋼材為Q235鋼，構件兩端鉸接，并在三分點處各有一側向支承，驗算此壓彎構件平面外的整體穩定和局部穩定。10mABCD490326.7163.31675025010164.5壓彎構件的穩定1675025010164.5壓彎構件的穩定10mABCD490326.7163.34.5壓彎構件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6.1軸心受壓構件的板件穩定1.薄板的臨界荷載在單向壓應力作用下，板件的臨界應力為：4.6板件的穩定2.軸心壓桿的局部穩定構件的整體穩定與局部穩定的關系：1、整體失穩前不出現局部失穩2、允許出現局部屈曲，整體穩定計算考慮局部失穩帶來的影響板件的寬厚比限定1、影響板件屈曲的主要因素：板件的寬厚比2、板件的局部穩定問題歸結為板件的寬厚比限制問題軸心壓桿局部穩定計算采用等穩定準則，即保證板件的局部失穩臨界應力不小于構件整體穩定的臨界應力。4.6板件的穩定以工字形截面的軸壓構件為例：（1）翼緣板——三邊簡支，一邊自由的均勻受壓板4.6板件的穩定（2）腹板——兩邊簡支，兩邊彈性嵌固的均勻受壓板4.6板件的穩定6000—460×16—500×224.6板件的穩定6000—460×16—500×224.6板件的穩定4.6.2梁的局部穩定和腹板加勁肋設計一、受壓翼緣的局部穩定4.6板件的穩定梁受壓翼緣板的局部穩定計算采用強度準則，即保證受壓翼緣的局部失穩臨界應力不低于鋼材的屈服強度。1.工字形截面梁的受壓翼緣

三邊簡支，一邊自由的均勻受壓板4.6板件的穩定2.箱形截面梁的受壓翼緣

受壓翼緣的局部穩定不滿足，可加大翼緣板的厚度。四邊簡支的均勻受壓板4.6板件的穩定二、腹板的局部穩定梁腹板受到彎曲正應力、剪應力和局部壓應力的作用，在這些應力的作用下，梁腹板的失穩形式如圖所示。4.6板件的穩定1.腹板加勁肋的作用橫向加勁肋：防止由剪應力和局部壓應力引起的腹板失穩；縱向加勁肋：防止由彎曲壓應力引起的腹板失穩，通常布置在受壓區；短加勁肋：防止局部壓應力引起的失穩，布置在受壓區。同時布置有橫向加勁肋和縱向加勁肋時，斷縱不斷橫。提高梁腹板局部穩定可采取以下措施：①加大腹板厚度——不經濟②設置加勁肋——經濟有效4.6板件的穩定2.腹板在不同受力狀態下的臨界應力梁腹板的局部穩定計算采用強度準則，即保證腹板的局部失穩臨界應力不低于鋼材的屈服強度。設置加勁肋后，腹板被劃分為不同的區格：梁端區格主要受剪力，跨中區格主要受彎曲正應力，其余區格一般是兩者聯合作用，有時有局壓應力存在。4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定3.腹板加勁肋的設計4.6板件的穩定1)根據以上分析，可得到以下結論：4.6板件的穩定考慮到幾種應力同時作用的情況，并考慮工程設計經驗，規范對在梁腹板上配置加勁肋作了以下規定：4.6板件的穩定4.6板件的穩定2)腹板加勁肋的配置計算加勁肋有三種布置情況，分別進行腹板局部穩定驗算。（1）僅用橫向加勁肋加強的腹板4.6板件的穩定（2）同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板應分別計算區格Ⅰ和區格Ⅱ的局部穩定性4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定（3）在受壓翼緣與縱向加勁肋之間設有短加勁肋的區格4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定計算時，先布置加勁肋，再計算各區格的平均作用應力和相應的臨界應力，使其滿足穩定條件。4.6板件的穩定3）、加勁肋的構造要求4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4）、支承加勁肋的計算1.按軸心壓桿計算支承加勁肋在腹板平面外的穩定性。2.支承加勁肋的端面承壓強度按下式計算：3.支承加勁肋與腹板的連接焊縫，應按承受全部集中力或支反力進行計算，假定應力沿焊縫長度均勻分布。支承加勁肋——承受固定集中荷載或支座反力的橫向加勁肋。4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6板件的穩定4.6.3壓彎構件的板件穩定限制翼緣和腹板的寬厚比及高厚比來保證壓彎構件的局部穩定。4.6板件的穩定例4-12如圖所示為一焊接工字形壓彎構件，翼緣為焰切邊，承受的荷載設計值為：軸心壓力N=900kN，端彎矩M1＝490kNm，M2＝0，繞截面強軸作用，方向如圖所示，不計構件自重。鋼材為Q235鋼，構件兩端鉸接，并在三分點處各有一側向支承，驗算此壓彎構件平面外的整體穩定和局部穩定。10mABCD490326.7163.31675025010164.5壓彎構件的穩定1675025010164.5壓彎構件的穩定10mABCD490326.7163.34.5壓彎構件的穩定5.1桁架中壓桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1.1弦桿和單系腹桿的計算長度桁架中桿端約束來自于剛性連接的其他桿。某一個壓桿屈曲時將帶動節點的其他桿件一起變形，同時這些被帶動的桿件將對發生屈曲的桿件施加反作用，提供約束，使其推遲臨界狀態。根據上述原則，桁架平面內，弦桿、支座斜桿及支座豎桿的計算長度取桿件的節間長度桁架平面內的中間腹桿考慮與上弦桿的連接為鉸接，與下弦桿的連接為半剛結，計算長度為節間長度的0.8倍5.1桁架中壓桿的計算長度項次彎曲方向弦桿腹桿支座斜桿和支座豎桿其他腹桿1在屋架平面內2在屋架平面外3斜平面—屋架弦桿和單系腹桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1.2壓力有變化的弦桿和腹桿5.1桁架中壓桿的計算長度5.1.3交叉腹桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1桁架中壓桿的計算長度5.1.3交叉腹桿的計算長度桁架平面內的計算長度取節點中心到交叉點間的距離桁架平面外的計算長度相交的桿件中拉桿可以作為壓桿的平面外支承點，壓桿受力較小時可以作為支點，綜合上述對交叉腹桿中壓桿的平面外計算長度給出公式。見教材P1715.2框架穩定及框架柱計算長度5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.1框架的穩定框架的失穩有側移失穩——無支撐框架：臨界力較低無側移失穩——有支撐框架：臨界力較高影響框架穩定的因素：1、框架的失穩模式：即結構的側向支承情況2、柱腳的約束情況3、橫梁的剛度情況5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.2單層多跨等截面框架柱的計算長度無側移有側移計算長度系數查P174頁的表格5-2表格在使用過程中應該注意到一些特殊的工程情況：例如橫梁遠端為固結或鉸接，橫梁承受軸力等，見教材P176頁的公式5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.3多層多跨等截面框架柱的計算長度5.2框架穩定及框架柱計算長度等截面框架柱在框架平面內的計算長度假定：（1）框架只承受作用于節點的豎向荷載；（2）所有框架柱同時喪失穩定；（3）失穩時橫梁兩端的轉角相等。5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.4變截面階形柱的計算長度上下段的計算長度系數見P343表19-1：5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.5框架平面內穩定的其他問題5.2框架穩定及框架柱計算長度5.2.6框架平面內柱的計算長度框架柱在框架平面外的計算長度框架柱在框架平面外的計算長度取決于支承點間的距離。(