第七章钢结构基本知识资料

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1、第7章 钢结构基础知识,7.1 钢结构的连接,7.3 钢屋盖,7.2 钢结构构件,7.1 钢结构的连接,7.1.1 钢结构的连接方法 钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。,（1）焊接连接 优点：构造简单，节约钢材，制作方便，不削弱截面，易于采用自动化操作等。 缺点：焊缝附近热影响区的材质变脆，对裂纹敏感，在加热和冷却过程中产生的焊接残余应和残余变形对结构有种不力的影响。,（2） 铆钉连接 铆钉连接是将一端带有预制钉头的铆钉，将加热后迅速插入连接件的钉孔中，然后用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，以使连接达到紧固。 优点：铆接传力可靠，塑性、韧性均较好，质量易于检查和保证，可用于重型和

2、直接承受动力荷载的结构。 缺点：构造复杂，费钢费工。,（3）螺栓连接 螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 普通螺栓连接：普受拉连接性能好，装拆方便，但受剪连接差。 高强度螺栓连接 :受力 性能好，耐疲劳，施工简单，易于拆换，单身在材料、制作、安装等方面有一些特殊要求，价格较高。,7.1.2、焊接连接 （1）焊接方法 钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊、自动或半自动电弧焊以及气体保护焊等。 手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单，操作灵活方便。但劳动条件差，生产效率比自动或半自动焊低，焊缝质量的变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。,自动焊的焊缝质量稳定，焊缝

3、内部缺陷较少，塑性好，冲击韧性好，适合于焊接较长的直接焊缝。半自动焊因人工操作，适用于焊曲线或任意形状的焊缝。自动和半自动焊应采用与主体金属相适应的焊丝和焊剂，焊丝应符合国家标准的规定，焊剂应根据焊接工艺要求确定。,焊缝根据施焊是焊工所持焊条与焊件间的相对位置分为俯焊、立焊、横焊和仰焊四种。,（2）焊缝形式,焊缝连接根据被连接构件间的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角接等四种形式。这些连接所用的焊缝有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。,（3）焊缝构造 1.对接焊缝的构造要求,对接焊缝施焊前常需将被连接板件加工成坡口，故又称坡口焊缝。,当对接焊缝拼接处的焊接宽度不同或宽度相差4mm以上时，应将较

4、宽或较厚的板件做成坡度不大于1：2.5的斜坡如图所示，形成平缓过渡，减少应力集中。 变截面板的拼接 （a）改变宽度；（b）改变厚度,2.角焊缝的构造要求 要求满足最小角焊脚尺寸 、最大焊脚尺寸、最小计算长度、侧面角焊缝的最大计算长度、搭接长度以及转角处连续施焊等。,（四）常用焊缝的表示方法 焊缝符号表示法规定：焊缝符号一般由基本符号与引出线组成，必要时还可加上补充符号和焊缝尺寸。 基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表示角焊缝,用“V”表示V形坡口的对接焊缝；用“ll”表示I形坡口的对接焊缝。 辅助符号：表示对焊缝的辅助要求，如在引出线的转折处绘涂黑的三角形旗号表示现场焊缝：在引出线的转

5、折处绘3/4圆弧表示相同焊缝；绘圆圈表示环绕工作件周围的围焊缝等。 引出线 ：用细线绘制，由箭头线和横线组成。,焊缝符号,焊缝符号 表,7.1.3 螺栓连接 （一）普通螺栓连接的构造 1.螺栓的种类 根据螺栓的加工精度，普通螺栓又分为A、B、C三级。,A、B级螺栓连接由于加工精度高，与孔壁接触紧密，其连接变形小，受力性能好，可用于承受较大剪力和拉力的连接。但制造和安装较费工，成本高，故在钢结构中较少使用。,C级螺栓在传递剪力时，连接变形大，但传递拉力的性能尚好，操作无需特殊设备，成本低。常用于承受拉力的螺栓连接和承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要受剪连接。,2.螺栓的规格,钢结构采用的

6、普通螺栓形式为大六角头型，其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。一般受力螺栓用M16,建筑工程中常用M16,M20,M24。 小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度，小数点后的数字表示螺栓材料的屈强比。,排列方式有并列和错列两种排列（如图所示）。并列较简单，错列较紧凑。,3.螺栓的排列,（1）受力要求 ： 从受力的角度考虑，螺栓间的距离及螺栓至构件边缘的距离不宜过大或过小。 （2）构造要求 ： 螺栓间距过大时，连接钢板不宜夹紧，潮气容易侵入缝隙引起钢板锈蚀。 （3）施工要求 ：螺栓间距过小时，不利于扳手操作。,（二）普通螺栓连接的受力特点,1.受剪螺栓连接,（a） （b） （c） 单个受剪螺

7、栓的受力情况 （a）单剪；（b）双剪；（c）四剪,受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现如下五种破坏形式： （1）剪断破坏（如图（a）所示） 当螺栓杆相对较细是，可能发生。 （2）孔壁挤压坏（如图（b）所示） 当板件相对较薄时。 （3）钢板拉断或压坏（如图（c）所示） 当钢板净截面由于螺栓孔削弱过多时，。 （4）钢板冲剪破坏（如图（d）所示） 端距或螺栓间距太小时。 （5）栓杆受剪破坏（如图（e）所示） 当螺栓过于细长时，产生较大弯曲变形而破坏。 前三种形式的破坏，则需要通过计算来防止。后两种通过构造措施来保证。,（a）,（d）,（b）,（c）,（e）,（e）,2.承受拉力的螺栓连接 受拉螺

8、栓的破坏形式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。 3.同时承受剪力和拉力的螺栓连接 一般可在牛腿下设置支托，以承受剪力（如图所示）。若不设支托，则螺栓将同时承受剪力和沿杆轴方向的拉力的作用。,N,受拉螺栓连接,拉剪螺栓连接,（三）高强度螺栓的受力特点 高强度螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种。 摩擦型连接在承受剪切时，以外剪力达到板件间可能发生的最大摩阻力为极限状态；当超过时板件间发生相对滑移，即认为连接已失效而破坏。 承压型连接在受剪时，则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移，由螺栓杆抗剪或孔壁承压的最终破坏为极限状态。 两种形式螺栓在受拉时没有区别。,（四）螺栓连接的表示方法,7.2

9、 钢结构构件,7.2.1 轴心受力构件 （1）轴心受力构件的受力特点 轴心受力构件是指承受通过截面形心的轴向力作用的构件，分为轴心受拉构件和轴心受压构件。它们广泛的应用于柱、桁架、网架、塔架和支撑等结构中。 一般情况下，轴心受压构件的承载能力是由稳定条件决定的。因此设计时除满足强度和刚度的条件外，还应满足整体稳定性和局部稳定性的要求。,（2）轴心受压柱的构造 轴心受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组成。按柱身的构造型式可分为实腹式和格构式两类。 1.实腹式轴心受压柱 （1）截面形式 实腹式轴心受压柱一般选用双轴对称的型钢截面或组合截面。在选择截面形式时，主要考虑等稳定性、肢宽壁薄、制造省工、构造简

10、便等原则。,（2）设置加劲肋 为了提高构件的抗扭刚度，防止构件在施工和运输过程中发生变形，当实腹板高宽比 在一定位置设置成对的横向加劲肋（如图所示）。横向加劲肋的间距不得大于3 h0，其外伸宽度bs不于 mm，厚度ts不得小于 bs/15 。,实腹柱的横向加劲肋加强,（3）柱头的构造 轴心受压柱与梁为铰接，一般有两种构造方案。一种是将梁支承于柱顶（如图所示a），另一种是将梁支承于柱的侧面（如图所示b）。,a,b,（4）柱脚的构造 柱脚的作用是将柱身的压力均匀的传给基础，并和基础牢固的连接起来。 柱脚按其与基础的连接方式的不同可分为铰接和刚接两类。,图示是常用的铰接柱脚的几种形式，主要用于轴心受

11、压柱。当柱轴力很小时，可采用图（a）的形式，当柱轴力较大时，可采用图（b）、（c）的形式当采用靴梁后，底板的弯矩值仍较大时，可再采用隔板和肋板，如图（c）所示。,（a） （b） （c）,图示是常用的轴心受压格构柱的截面形式。由于柱肢布置在距截面形心一定距离的位置上，通过调整肢间距离可以使两个方向具有相同的稳定性。与实腹柱相比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度和稳定性。,2.格构式轴心受压柱,格构式轴心受压柱常用两槽钢组成，通常使翼缘朝内，这样缀材长度较小，外部平整。当荷载较大时，也常用两工字钢组成的双肢截面柱。对于轴向力较小但长度较大的杆件，也可以采用钢管或角钢组成的三肢或四肢截面

12、形式。肢件通过缀材连成一体，根据缀材的不同可分为缀条柱和缀板柱两种。缀条常采用单角钢，一般与构件轴线成=4070夹角斜放，此称为斜缀条，如图（a）所示，也可同时增设与构件轴线垂直的横缀条。缀板用钢板制造，一律按等距离垂直于构件轴线横放，如图（b）所示。,（a）,（b）,7.2.2 受弯构件 （1）受弯构件的类型 承受横向荷载的实腹式受弯构件通常称为梁，。 钢梁按截面的形式分为型钢梁和组合梁两大类。型钢梁构造简单，造价低，当跨度及荷载较小时应优先采用。但在荷载较大或构件的跨度较大时，所需梁的截面尺寸较大时，这时常采用组合梁。,型钢梁的截面形式,（a） （b） （c） （d） （e） （f）,组合

13、梁的截面形式,（g） （h） （i） （j） （k）,钢梁按支承情况可分为简支梁、连续梁、悬伸梁等。简支梁不受温度变化和支座沉陷的影响，并且制造、安装、维修、拆换较方便，因而受到广泛的应用。 图示即为工作平台梁布置示例。,（2）受弯构件（梁）的稳定性 1.梁的整体稳定,单向弯曲梁，认为荷载作用于梁截面的垂直对称轴平面，梁只能产生沿y轴方向的弯曲变形。当荷载增大到某一数值时，梁将突然发生侧向弯曲和扭转，丧失承载能力。这种破坏称为梁丧失整体稳定或称整体失稳。,钢结构设计规范规定，符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性： （1）有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

14、时。,（2）H型钢和等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过以下表的规定值。,H型钢和等截面工字形简支梁不需计算整体稳定性的最大l1/b1值,2.梁的局部稳定性 宽而薄的翼缘板和高而薄的腹板在压应力，剪应力作用下可能发生波浪形的屈曲，而这种现象称为局部失稳。,为了避免梁出现局部失稳，需采取一定措施： （1）翼缘板的局部稳定 梁受压翼缘自由外伸宽度b与其厚度之比应满足 ，当计算梁抗弯强度时yx=1.0，可放宽至 。 （2）腹板的局部稳定和加劲肋设置 腹板若采用限制高厚比的办法显然是不经济的。因此常采用设置加劲肋的方法予以加强（如图所示）。通过在腹板两侧成对布置加劲肋，将腹板分隔成较

15、小的区格来提高其抵抗局部屈曲的能力。加劲肋可以分为横向加劲肋、纵向加劲肋、短加劲肋和支承加劲肋等几种，设计时可按钢结构设计规范有关规定采用。,腹板加劲肋的布置形式 1横向加劲肋；2纵向加劲肋；3短加劲肋,1,11,1,2,3,（3）梁的拼接和连接 1.梁的拼接：工厂拼接和工地拼接两种。 2.次梁与主梁的连接：次梁和主梁的连接形式有叠接和侧面连接两种。,叠接（如图所示）是将次梁直接搁在主梁上面，用螺栓或焊缝连接，构造简单，但需要的结构高度大，其使用常受到限制，且连接刚性差一些。,（a） （b）,侧面连接（如图所示），它可降低建筑高度。将次梁端部上翼缘切去，端部下翼缘切去一边，侧向连接在主梁的加劲肋上，用螺栓和焊缝连接。,7.3 钢屋盖,钢屋盖结构通常由屋面，屋架和支撑三部分组成。,7.3.1 钢屋架 （1）三角形屋架,（2）梯形屋架,（3）平行弦屋架,7.3.2 钢屋盖支撑,按支撑部位的不同分为上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑，下弦纵向水平支撑，垂直支撑及系杆。,7.3.3 钢屋架的节点设计,（1）节点的基本要求 1）杆件的形心线，原则上应与屋架的几何轴线重合，以避免杆件的偏心受力 2）为方便施焊，同时避免焊缝过于