三钢结构知识课件

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1、,第十一 章 钢 结 构,1. 钢结构的连接； 2. 梁与柱的构造； 3. 钢屋盖的结构布置，钢屋架的节点构 造，轻钢屋盖、网架结构简介；,本章主要内容,钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。,11.1 钢结构的连接,1.焊缝连接 (1) 优点 构造简单，加工方便，节约钢材，连接的刚度大，密封性能好，易于采用自动化作业。 （2）缺点 焊缝连接会产生残余应力和残余变形,连接的塑性和韧性较差。,2.螺栓连接 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。,（2）高强度螺栓连接 1）传递剪力的机理 主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。 2）优点 施工简便、受力好、耐疲劳、可

2、拆换、工作安全可靠。,3）缺点 开孔对构件截面有削弱；用材多，构造繁杂；工作量大，制造精度要求高。 4）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式又可分为摩擦型和承压型两种。,摩擦型高强螺栓：仅靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。 承压型高强螺栓：是靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。,11.1.1 焊缝连接 1. 焊接原理 钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包括手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。,焊条牌号为E43、E50和E55型等，其中E表示焊条，两位数字

3、表示焊条熔敷金属抗拉强度的最小值。,一般情况下，对Q235钢采用E43型焊条，对Q345钢采用E50型焊条，对Q390和Q420钢采用E55型焊条。,焊缝连接设备简单，适用性强，特别是短焊缝或曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进行高空焊接时，只能采用手工焊接，是钢结构中最常用的焊接方法。 但其生产效率低，劳动强度大，保证焊缝质量的关键是焊工的技术水平，焊缝质量的波动较大。,自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性和韧性好，因此其质量比手工电弧焊好。 半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊之间。,自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。半自动埋弧焊适合于焊接曲线或任意形状的焊缝。,2. 焊缝的型式与构造

4、 焊缝连接可分为: 对接 搭接 T形连接 角接,焊缝的型式是指焊缝本身的截面型式，主要有: 对接焊缝 角焊缝,（1）对接焊缝 1）特点及截面型式 特点 传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力性能较好。 但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准确，保证相连板件间有适当空隙，还需要将焊件边缘开坡口，制造费工。,截面型式 I型、单边V型、V型、U型、K型和 X型等。,2）对接焊缝的构造 当焊件厚度很小(t10mm)时，可采用I型坡口； 对于一般厚度（t=1020 mm）的焊件，可采用单边V型或V型坡口，以便斜坡口和间隙b组成一个焊条能够运转的空间，使焊缝易于焊透；,对于厚度较厚的焊件（t 20mm），应采

5、用U型、K型或X型坡口。 引弧板：对接焊缝施焊时的起点和终点，常因起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极易产生裂纹和应力集 中，为避免焊口缺陷， 可在焊缝两端设引弧 板。,在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4 mm以上时，如图。坡口型式应根据较薄焊件 厚度来取用，焊缝的 计算厚度等于较薄焊 件的厚度。,（2）角焊缝 角焊缝位于板件边缘，传力不均匀，受力情况复杂，受力不均匀容易引起应力集中； 但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使用灵活，制造方便，故得到广泛应用。,1）截面型式 角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝和斜角角焊缝两种。 直角角焊缝,斜角角焊缝,在建筑钢结构中，最常用的是

6、直角角焊缝，斜角角焊缝主要用于钢管结构中。,角焊缝按其与外力作用方向的不同可分为平行于外力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外力作用方向的正面角焊缝（或称端焊缝）和与外力作用方向斜交的斜向角焊缝三种。,2）角焊缝构造 最小焊脚尺寸 hfmin=1.2t1/2 t为较厚焊件的板厚。 对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1 mm；对于T型连接的单面角焊缝则应增加1 mm。当焊件厚度等于或小于4 mm时，则 应与焊件同厚。,最大焊脚尺寸 角焊缝的最大焊脚尺寸应满足： hfmax1.2t1 t1为较薄焊件的板厚，单位mm。 当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘厚度t6 mm时，取hfmax = t ；当焊件边

7、缘厚度t6 mm时，取hfmax = t -（12）mm。,最小计算长度 角焊缝的最小计算长度应大于8hf，且不小于40 mm。 侧面角焊缝的最大计算长度 侧焊缝的计算长度不宜大于60hf（静荷载）或40hf（动荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时则不受此限。, 在搭接连接中，要求搭接长度l5t1，且不小于25 mm。,11.1.2 螺栓连接 （1）普通螺栓连接的构造 1）螺栓的规格 钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。螺栓直径d应根据整个结构及其主要连接的尺寸和受力情况选定，受力螺栓一般采用M16、M20、M24等。,2）螺栓的排列,并列,错列,螺栓在构件

8、上的排列应同时考虑受力要求、构造要求及施工要求: 从构造角度考虑：螺栓的栓距、线距及边距不宜过大，否则被连接构件间的接触不紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，造成钢板锈蚀。,从受力角度出发：螺栓端距不能太小，否则孔前钢板有被剪坏的可能；螺栓端距也不能过大，防止造成材料的浪费。栓距和线距过小，螺孔周围应力集中相互影响大，且对截面削弱过多，构件有沿直线或折线破坏的可能。对受压构件，栓距过大还会发生压屈鼓肚现象。,从施工角度来说：布置螺栓还应考虑拧紧螺栓时所必须的施工空隙。,（2）普通螺栓连接形式 普通螺栓连接的受力形式分为三类： 外力与栓杆垂直的受剪螺栓连接； 外力与栓杆平行的受拉螺栓连接； 同时受

9、剪和受拉的螺栓连接。,受剪螺栓,受拉螺栓,受剪和受拉的螺栓,1）受剪螺栓连接 受剪螺栓连接达到极限承载力时的五种破坏形式：,受剪破坏,挤压破坏,拉压破坏,冲剪破坏,受弯破坏,防止破坏的措施： 受剪破坏、挤压破坏、拉压破坏通过计算来防止；冲剪破坏、受弯破坏通过构造措施来防止，规定最小端距防止冲剪破坏，规定螺栓连接的板叠加厚度防止受弯破坏。,2）受拉螺栓破坏是螺杆被拉断，拉断的部位通常在螺纹削弱的截面处。,2. 高强度螺栓连接 (1)受力性能与构造要求 高强螺栓连接主要是靠被连接板件间的强大摩阻力来抵抗外力。,高强螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。有扭矩法、转角法和扭断螺栓尾部法来控制预拉力： 转

10、角法：初拧至不动位置，终拧从标记位置拧至规定位置。,扭矩法：初拧扭矩值不小于终拧的50%，终拧采用可直接显示扭矩的特制板手施加扭矩至规定的扭矩值。 扭断螺栓尾部梅花卡头法：,11.2.1 受弯构件 实腹式：梁 格构式：桁架,11.2 受弯构件与轴心受力构件,11.2. 轴心受力构件 分为轴心受拉和轴心受压构件；从形式上分为实腹式和格构式,轴心受压构件的构造 （1）实腹式轴心受压柱,型钢截面：,组合截面：,为避免弯扭失稳，常采用双轴对称截面。 单角钢截面适用于塔架、桅杆结构和起重机臂杆或轻便桁架。 双角钢便于在不同情况下组成稳定的压杆截面，常用于由节点板连接杆件的平面桁架。 H型钢的宽度与高度相

11、同时对强轴的回转半径约为弱轴回转半径的2倍，对于在中点有侧向支撑的独立柱最适合。,焊接工字形截面制造简单，其腹板按局部稳定的要求可作得很薄而节约钢材，应用十分广泛。 方管或由钢板焊成的箱形截面，承载能力和刚度都较大，但连接构造复杂，常用作高大的承重支柱。,设置横向加劲肋：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，必要时应在一定位置设置成对的横向加劲肋。,加劲肋设置,（2）格构式轴心受压柱 格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。缀材分缀条和缀板两种，相应地格构式构件也分为缀条式和缀板式两种。,实轴,缀条,虚轴,缀板,肢件： 格构式受压构件是把肢件布置在距截面形心一定距离的

12、位置上，通过调整肢件间距离以使两个方向具有相同的稳定性。 肢件通常为槽钢、工字钢或H型钢，用缀材把它们连成整体，以保证各肢件能共同工作。,格构柱截面的特点：由于材料集中于分肢，与实腹柱相比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度及稳定性，从而节约钢材。格构柱的横截面为中部空心的矩形，抗扭刚度较差。 为了提高格构柱的抗扭刚度，保证柱子在运输和安装过程中的形状不变，应每隔一段距离设置横隔。,钢板,交叉角钢,（3）柱头 轴心受压柱柱头的构造方案：,梁设置于柱顶,梁设置于柱顶,梁设置于柱顶,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面

13、,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁连接于柱的侧面,梁与柱绞接,(4)柱脚 轴心受压柱柱脚的作用是将柱身的压力均匀地传给基础，并和基础牢固连接。柱脚设计时应力求构造简单，并便于安装固定。 轴心受压柱的柱脚分为：铰接柱脚和刚性柱脚。,轴承式铰接柱脚,刚接柱脚,刚接柱脚,刚接柱脚,刚接柱脚,平板式铰接柱脚,（） 次梁与主梁的连接 1）简支梁与主梁连接 连接形式：叠接和侧面连接。,叠接,侧面连接,梁对接,2）连续次梁与主梁连接 连续次梁与主梁连接，主要是在次梁上翼缘设置连接盖板，在次梁下面的肋板上也设有承托板）。,连续次梁与主梁连接,连续次梁与主梁连接,11.3.1 钢屋盖的结

14、构组成与布置 1. 钢屋盖的结构组成 钢屋盖结构主要由屋面、屋架、天窗架、檩条、支撑等构件组成。根据屋面结构布置情况的不同，可分为无檩体系屋盖和有檩体系屋盖。,11.3 钢屋盖,无檩体系屋盖,有檩体系屋盖,有檩体系屋盖,有檩体系屋盖,2. 钢屋架的形式及主要尺寸 （1）钢屋架的形式 普通钢屋架按其外形可分为：,三角形,梯形,平行弦,平行弦,确定屋架外形的原则： 确定屋架外形应符合适用、受力合理、经济和施工方便等原则。 从受力角度出发，屋架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀。,从施工角度出发，屋架杆件的数量和品种规格应尽可能少，在用钢量增加不多的原则下，力求尺寸统一，构造简单，以便制造。腹

15、杆与弦杆轴线间的夹角一般在3060之间，最好在45左右，以使节点紧凑。屋架上弦的坡度须适合屋面的排水要求。,3.支撑布置,支撑布置的必要性： 钢屋盖和柱组成的结构体系是一平面排架结构，纵向刚度很差，在荷载作用下，存在着所有屋架同向倾覆的危险。 由于檩条和屋面板均不能作为上弦杆的侧向支承点，故上弦杆在受压时，极易发生侧向失稳现象，如图中虚线所示，其承载力极低。,支撑布置的目的：保证整个屋盖的空间几何不变性，从而阻止屋架上、下弦侧移，大大减小其自由长度，提高屋架弦杆的承载力。同时，可保证屋盖结构安装时的稳定和方便。 支撑布置方式：在屋盖两端或中部适当位置的相邻两榀屋架之间，设置一定数量的支撑，沿屋盖纵向全长设置一定数量的纵向杆件（系杆），将屋架连成一空间结构体系，形成屋架与支撑桁架组成的空间稳定体系。,支撑系统的组成：,支撑,支撑,支撑,