第十一章建筑机构资料讲解

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1、第十一章钢结构 第一节钢结构概述 第二节钢结构的材料 第三节钢结构的连接 第四节钢构件的计算 第五节钢屋盖的设计第一节钢结构概述 一、钢结构的类型 钢结构是各类工程结构中应用比较广泛的一种建筑结构，按照使用功能及结构组成方式的不同，钢结构主要分为厂房类钢结构、桥梁类钢结构、海上采油平台钢结构及卫星发射钢塔架等，常见的为厂房类和桥梁类钢结构。 1.厂房类钢结构 厂房类钢结构是指主要的承重构件是由钢材组成的厂房结构，如钢柱子、钢结构基础、钢梁、钢屋架及钢屋盖等。厂房类钢结构主要包括轻型钢结构和重型钢结构。 2.桥梁类钢结构 桥梁类钢结构在公路、铁路领域有极广泛的应用，如板梁桥、析架桥、拱桥、悬索桥

2、、斜拉桥等。 二、钢结构的特点 (1)钢材的重量较轻，抗拉、抗压及抗剪强度相对较高，适用于跨度大、高度大、承载大的结构，也适用于抗地震、可移动、易装拆的结构。下一页返回第一节钢结构概述 (2)钢材的塑性和韧性较高，可靠性好，不会因偶然超载或局部超载而发生断裂。 (3)钢结构的密封性好，适宜气密性及水密性要求较高的高压容器、大型油库、输送管道等的建造。 (4)钢结构制作简便，施工工期短，可降低投资成本。 (5)钢结构面积小，则相应建筑物的使用面积大，增加厂建筑物的使用价值和经济效益。 (6)钢结构耐腐蚀性差，应采取防护措施。钢材在潮湿的环境中易腐蚀，需进行防腐处理，并要经常进行维护，所以会增加投

3、资成本。 (7)钢结构耐火性差。钢材耐热而不耐火，随着温度的升高，钢结构的强度会降低，故应在钢结构表面喷涂防火材料。 三、钢结构的应用范围 钢结构应用范围广泛，应根据钢结构的特点并结合我国国情进行合理的选择。钢结构的应用范围主要包括以下几个方面。 上一页 下一页返回第一节钢结构概述5.建筑钢结构 旅馆、饭店、办公大楼等高层建筑采用钢结构的情况越来越多，一些小高层建筑(1216层)、多层建筑(68层)也有采用钢结构的趋势。 6.桥梁钢结构 桥梁钢结构的应用越来越多，特别是用于中等跨度和大跨度的斜拉桥。 7.板壳钢结构 钢结构在对密闭性要求较高的容器(如大型储油库、煤气库、炉壳等)及能承受很大内力

4、的板壳结构中都有广泛的应用。 上一页 下一页返回第一节钢结构概述8.移动钢结构 由于钢结构具有强度高、相对较轻的特点，在装配式房屋、水工闸门、升船机、桥式起重机及各种塔式起重机、龙门起重机、缆索起重机等移动结构中的应用也越来越多。9.其他构筑物 钢结构还可应用于一些其他的构筑物，如栈桥、管道支架、井架和海上采油平台等。上一页 返回第二节钢结构的材料 一、钢材的主要性能 (一)钢材的力学性能 1.屈服强度 不可逆(塑性)变形开始!现时金属单位截面上的最低作用外力叫做屈服强度或屈服点。 钢材在单向均匀拉力作用下，根据应力一应变( )曲线图(图11-1)，可分为弹性、弹塑性、屈服、强化四个阶段。钢结

5、构强度校核时根据荷载算得的应力小于材料的容许应力 时结构是安全的。容许应力 可用下式计算: (11-1) -材料屈服强度K-安全系数。屈服强度是强度计算和确定结构尺寸的最基本参数。下一页返回第二节钢结构的材料 2.抗拉强度 钢材的抗拉强度表示能承受的最大拉应力值(图11-1中的E点)。在建筑钢结构中，以规定抗拉强度的上、下限作为控制钢材冶金质量的一个手段。 (1)如抗拉强度太低，意味着钢的生产工艺不正常，冶金质量不良(钢中气体、非金属夹杂物过多等);抗拉强度过高则反映轧钢工艺不当，终轧温度太低，使钢材过分硬化，从而引起钢材塑性、韧性的下降。 (2)规定了钢材强度的上下限就可以使钢材与钢材之间、

6、钢材与焊缝之间的强度较为接近，使结构具有等强度的要求，避免因材料强度不均而产生过度的应力集中。 (3)控制抗拉强度范围还可以避免因钢材的强度过高而给冷加工和焊接带来困难。 上一页 下一页返回第二节钢结构的材料由于钢材应力超过屈服强度后会出现较大的残余变形，结构不能正常使用，因此钢结构设计是以屈服强度作为承载力极限状态的标志值，相应的在一定程度上抗拉强度即作为强度储备。其储备率可用抗拉强度与屈服强度的比值强屈比(fu/fy)表示，强屈比越大则强度储备越大。所以钢材除要符合屈服强度外，尚应符合抗拉强度的要求。 3.断后伸长率 断后伸长率是钢材加工工艺性能的重要指标，并显示钢材冶金质量的好坏。 伸长

7、率是衡量钢材塑性及延性性能的指标。断后伸长率越大，表示塑性及延性性能越好，钢材断裂前永久塑性变形和吸收能量的能力越强。对建筑结构钢的伸长率( )要求应在16%23%之间。钢的断后伸长率太低，可能是钢的冶金质量不好所致;伸长率太高，则可能引起钢的强度、韧性等其他性能的下降。随着钢的屈服强度等级的提高，断后伸长率的指标可以有少许降低。上一页 下一页返回第二节钢结构的材料 4.耐疲劳性 钢筋混凝土构件在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于屈服点时发生突然的脆性断裂，这种现象叫做疲劳破坏。 5.冲击韧性 钢材的冲击韧性是衡量钢材断裂时所做功的指标，以及在低温、应力集中、冲击荷载等作用下，衡量抵抗脆性

8、断裂的能力。钢材中非金属夹杂物、脱氧不良等都将影响其冲击韧性。为厂保证钢结构建筑物的安全，防止低应力脆性断裂，建筑结构钢还必须具有良好的韧性。目前关于钢材脆性破坏的试验方法较多，冲击试验是最简便的检验钢材缺口韧性的试验方法，也是作为建筑结构钢的验收试验项目之一。 钢材的冲击韧性采用V形缺口的标准试件，如图11-2所示。冲击韧性指标用冲击荷载使试件断裂时所吸收的冲击功Akv表示，单位为J。上一页 下一页返回第二节钢结构的材料 (二)钢材的工艺性能 1.冷弯性能 钢材的冷弯性能是指钢材在常温下能承受弯曲而不破裂的能力。钢材的弯曲程度常用弯心直径或弯曲角度与材料厚度的比值表示，该比值越小，钢材的冷弯

9、性能越好。 冷弯试验是测定钢材冷弯性能的重要手段。它以试件在规定的弯心直径下弯曲到一定角度不出现裂纹、裂断或分层等缺陷为合格标准。在试验钢材冷弯性能的同时，也可以检验钢的冶金质量。在冷弯试验中，钢材开始出现裂纹时的弯曲角度及裂纹的扩展情况显示厂钢的抗裂能力，在一定程度上反映出钢的韧性。 2.焊接性能钢材的焊接性能是指钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力，焊接性能好的钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力强，可用常用的焊接工艺与焊接方法进行焊接。焊接性能差的钢材焊接时，应注意焊后可能现的变形、开裂等现象。上一页 下一页返回第二节钢结构的材料 二、钢材的品种及规格 (一)钢板与钢带 一般情况下，钢板是指一种

10、宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。钢带一般是指长度很长，可成卷供应的钢板。 (1)根据钢板的薄厚程度，钢板大致可分为薄钢板(厚度4 mm)两种。在实际工作中，常将厚度在420 mm之间的钢板称为中板;将厚度在2 060 mm之间的钢板称为厚板;将厚度在60 mm以上的钢板称为特厚板，也统称为中厚钢板。成张钢板的规格以厚度*宽度*长度的毫米数表示。 (2)钢带也可分为两种，当宽度大于或等于600mm时，为宽钢带;当宽度小于600 mm时，则称为窄钢带。钢带的规格以厚度X宽度的毫米数表示。 (二)型钢 1.型钢的种类 上一页 下一页返回第二节钢结构的材料(1)按材质的不同，型钢可分为普通型钢和优质型

11、钢。 1)普通型钢是由碳素结构钢和低合金高强度结构钢制成的型钢，主要用于建筑结构和工程结构。 2)优质型钢也称优质型材，是由优质钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、易切削结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢等制成的型钢，主要用于各种机器结构、工具及有特殊性能要求的结构。 (2)按生产方法的不同，型钢分为热轧(锻)型钢、冷弯型钢、冷拉型钢、挤压型钢和焊接型钢。 1)用热轧方法生产型钢，具有生产规模大、效率高、能耗少和成本低等优点，是型钢生产的主要方法。 2)用焊接方法生产型钢，是将矫直后的钢板或钢带剪裁、组合并焊接成型，不但节约金属，而且可生产特大尺寸

12、的型材，生产工字钢材的最大尺寸目前已达到2 000 mm*508 mm*76 mm。 上一页 下一页返回第二节钢结构的材料(3)按截面形状的不同，型钢分为圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢、不等边角钢、工字钢、槽钢和异型型钢等。 1)圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢及不等边角钢等的截面没有明显的凸凹分支部分，也称简单截面型钢或棒钢，在简单截面型钢中，优质钢与特殊性能钢占有相当大的比重。 2)工字钢、槽钢和异型型钢的截面有明显的凸凹分支部分，成型比较困难，也称复杂截面型钢，即通常意义上的型钢。 异型型钢通常是指有专门用途的截面形状比较复杂的型钢，如窗框钢、汽车车轮轮躺钢、履带板型钢以及周期截面

13、型钢等。周期截面型钢是指其截面形状沿长度方向呈周期性变化的型钢，如周期犁桦钢、纹杆钢等。 2.型钢的规格 (1)角钢的规格。 上一页 下一页返回第二节钢结构的材料1)常用热轧角钢有等边角钢和不等边角钢两种，如图11-3所示，其长度一般为319 m。 2)热轧等边角钢的型号用符号 和肢宽X肢厚(mm*mm)表示，如 100*10为肢宽100 mm、肢厚10 mm的等边角钢。热轧等边角钢的边宽(b)、边厚度(t)的尺寸允许偏差见表11-1。 3)热轧不等边角钢的型号用符号 和长肢宽X短肢宽X肢厚的毫米数表示，如 100*80*8为长肢宽100 mm,短肢宽80 mm、肢厚8mm的不等边角钢。热轧不

14、等边角钢边宽(B、b)、边厚(t)的尺寸允许偏差见表11-2。 (2)工字钢的规格。 1)工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分，分别用符号 和 及号数表示，号数代表截面高度的毫米数。 20和 32以上的普通工字钢，同一号数中又分a、b和b、 c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2 mm。如 36 a表示截面高度为360 mm、腹板厚度为a类的普通工字钢。上一页 下一页返回第二节钢结构的材料工字钢宜尽量选用腹板厚度最薄的a类，因其线密度低，而截面惯性矩相对较大。 轻型工字钢的翼缘比普通工字钢的翼缘宽而薄，故回转半径相对较大，可节省钢材。工字钢由于宽度方向的惯性矩和回转半径比高度方向小得多，因而在

15、应用上有一定的局限性，一般宜用于单向受弯构件。2)工字钢通常长度见表11-3。每米弯曲度不大于2mm，总弯曲度不大于总长度的0.2%，并不得有明显的扭曲。3)热轧工字钢截面尺寸的允许偏差应符合下列规定:工字钢的高度(h)、腿宽度(b)、腰厚度(d)尺寸允许偏差应符合表11-4的规定。工字钢平均腿厚度的允许偏差为士0. 06t (t为工字钢脚厚度)。工字钢的弯腰挠度不应超过0. 15d。工字钢的外缘斜度单腿不大于1.5%b，双腿不大于2.5%b。上一页 下一页返回第二节钢结构的材料相对于垂直轴的腿的不对称度，不得超过腿宽公差之半(或根据双方协议)。4)热轧工字钢定尺、倍尺长度及允许偏差见表11-

16、5。 (3)槽钢的规格。 1)槽钢分普通槽钢和轻型槽钢两种，型号用符号 和 及号数表示，号数也代表截面高度的毫米数。 14和 25号以上的普通槽钢同一号数中又分a, b和a, b, c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2 mm。如 36a表示截面高度为360mm、腹板厚度为a类的普通槽钢。同样，轻型槽钢的翼缘相对于普通槽钢的翼缘宽而薄，故较经济。 2)槽钢截面的高度(h)、边宽(b)、腹板厚(tw)的尺寸允许偏差见表11-6。 (4) H型钢的规格。轧制H型钢的钢号可分为低碳结构钢Q235钢、低合金钢Q345钢和Q390钢，并可指定其质量等级。H型钢按其截面规格可分为以下系列: 上一页 下一页返回第二节钢结构的材料1)宽翼缘(HW)。这一系列常用作柱及支撑，其翼缘较宽，截面宽高比为1:1。弱轴的回转半径相对较大，具有良好的受压承载力。截面规格为100 mm*100 mm400 mm*400 mm。 2)中翼缘(HM)。这一系列可用作柱和梁，其翼缘宽度比宽翼缘(HW)窄一些，截面宽高比为1:1.31:2，截面规格为150mm*100 mm600 mm*300mm。 3)窄翼缘(HN)。