11模块 钢结构图文

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1、模块模块11钢结构钢结构建 筑 结 构模块概述模块概述钢结构具有施工速度快、工业化程度钢结构具有施工速度快、工业化程度高、综合技术经济指标好、抗震性能优高、综合技术经济指标好、抗震性能优越等特点,把钢结构用于住宅建筑,具越等特点,把钢结构用于住宅建筑,具有得天独厚的技术优势,也符合我国未有得天独厚的技术优势,也符合我国未来钢铁产业和房地产业的发展规划和产来钢铁产业和房地产业的发展规划和产业政策。目前我国己经兴建了一批低层、业政策。目前我国己经兴建了一批低层、多层和高层钢结构住宅,但是钢结构的多层和高层钢结构住宅,但是钢结构的综合技术经济效益还有待于进一步研究综合技术经济效益还有待于进一步研究和

2、实践。和实践。学习目标学习目标知识目标:知识目标:1.了解钢结构的材料选用;2.了解钢结构的连接方法;3.了解钢结构的受力构件设计与构造;4.了解钢桁架及屋盖结构的特点与布置原则;学习目标学习目标技能目标:技能目标: 1.具有根据规范进行钢结构构件简单计算的能力; 2.会识读简单钢屋架施工图。11.1概述概述钢结构是土木工程的主要结构形式之一、随着我国国民经济的迅速发展,其发展极为迅速、钢结构在土木工程各个领域得到了广泛的应用,高层和超高层建筑、多层房屋、工业厂房、体育扬馆、会展中心、火车站候车大厅、飞机场航站楼、大型客机枪修库、自动化高架仓库、城市桥梁和大跨度公路桥梁、粮仓以及海上采油个台等

3、都巳采用钢结构。为了克服钢结构的缺点,发挥其优势,以适应社会建设不断发展的需要,对钢结构的材料、结构型式、结构设计计算理论等方面的研究也在不断地发展。11.1概述概述(1)高层及超高层钢结构 国外在20世纪70年代建造了多幢高层和超高层钢结构建筑,如美国芝加哥两尔斯大厦,110层,高度443m:毁于“911”事件的美国纽约世贸中心,双塔分别为110层,高度417m。我国从20世纪80年代开始,在上海、深洲、北京等城市相继建成了十几幢高层建筑,在90年代又建成了以深圳地王大厦(69层,高3256)、大连国贸中心(51层,高201m)为代表的高层钢结构建筑,其建筑高度、结构型式、施工速度和施工管理

4、水平均巳进人世界先进行列。到2003年,全国巴建和在建的高层及超高层钢结构建筑有70余幢,总建筑结构约600万m2。11.1概述概述(2)轻型钢结构住宅 轻型钢结构什宅足以经济钢型材构件作为承市骨架,以轻型墙体材料作为维护结构所构成的居住类建筑。与传统的居住结构相比,轻型钢结构住宅除具有一般钢结构的优点外。还具有建筑空间布置灵活、可有效增入建筑使用面积、降低建造成本等方面的优越性。我国的轻型钢结构住宅研充起步于20世纪90年代末,目前还处于研究和试点工程阶段。11.1概述概述(3)大跨度空间钢结构 大跨度空间钢结构主要是指网架、网壳结构及其组合结构和杂交纳构,在体育场馆、大型展览场馆、火车站候

5、车大厅、机场机库、机场航站楼、工业厂房、大跨度屋盖或楼层结构、散料仓库、公路收费站篷等方向得到广泛应用。11.1概述概述(4)桥梁钢结构 交通建设是当前我国重点发展的基础设施领域,钢结构轻型高强的优点对于大跨度桥梁结构特别适合。1968年修建的公铁两用南京长江大桥,最大跨度360m;1994年建成的公铁两用九江长汀大侨,主联跨长(180+216+180)m;1995年建成的上海杨浦大桥,采用双塔双索面斜拉桥,主跨跨长为602。2001年建成的南京长江第二大桥南汊主桥,为双塔双索面扇形布置拉索的斜拉桥,主跨达628m这些成就均表明我国在现代化桥梁建设上的水平已进入以界先进行列。11.1概述概述(

6、5)压力管道及容器 水上压力钢管是水电站建设局压引水管道的主要结构形式之一。伴随着“西气东输”和“西油东引”工程的建设,也大量采用了高压输气管线及小转站、终点站的大容量储油罐、库、塔等容器金属设备。城市污水处理厂的沼气罐也基本上采用钢结构。11.1概述概述(6)特种钢结构 徐州电视塔塔楼采用直径21m单层联入型全球网壳,并采用地面组装、整体提升到99m设汁标高就位的施工安装方法。上海东方明珠电视塔,选取装饰用的单层联方型全球网壳。大连友谊广场中心采用直径25m,镶嵌镜面的水晶球网壳。杭州市地标采用总高度408m、跨度30 m的螺栓球节点网架结构。11.1概述概述技术提示:技术提示:1.钢结构工

7、程是以钢结构工程是以钢材钢材制作为主的结构,是主要的制作为主的结构,是主要的建筑建筑结构结构类型之一。类型之一。2.钢结构是现代钢结构是现代建筑工程建筑工程中较普通的结构形式之一。中较普通的结构形式之一。11.2.1钢种和钢材的规格1.钢材的种类钢材的种类(简称钢种)技用途可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢等,其中结构钢又分建筑用钢和机械用钢;按化学成分可分为碳索钢和合余钢;按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢等;按脱氧方法可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢;按成型方法可分为轧制钢(热轧和冷轧)、锻钢和铸钢;按硫、磷含量利质量控制分类,有高级优质钢、优质钢和普通钢等。我国的建筑用钢主要

8、为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种,优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中也有应用。另外,厚度方向性能钢板、焊接结构用耐候钢、铸钢等在某些情况下也有应用。11.2.1钢种和钢材的规格(1)碳素结构钢碳素结构钢的质量等级按由低到高的顺序分为A、B、C、D四级。质量的高低主要是以冲击韧性的要求区分的,对冷弯性能的要求也有所区别。碳索结构钢交货时,应有化学成分和力学性能的合格保证书。化学成分要求碳、锰、硅、琉、磷含量符合相应级别的规定,A级钢的碳、锰含量可以不作为交货条件:力学件能要求屈服点、抗拉强度、伸长率和冷弯性能合格,A级钢的冷弯性能只在需方要求时才提供,B、C、D级钢应分别保证20,

9、0,20的冲击韧性合格。碳素结构钢有Q195,Q215,Q235,Q255,Q275五种。Q是屈服点的汉语拼音的首位字母,数字代表钢材厚度(直径)6mm时的屈服点(Nmm2)。11.2.1钢种和钢材的规格(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一种或几种适量的合金元素(锰、硅、钒等)而炼成的钢种,可提高强度、冲击韧性、耐腐蚀性又不太降低塑性。由于合金元素的总质量分数低于5,故称为低合金高强度结构钢。根据钢材厚度(直径)16mm时的屈服点(Nmm2),分为Q295,Q345,Q390,Q420,Q460五种。其个Q345,Q390和Q420三种钢材均有较高的强度和较好的

10、塑件、韧性和焊接性能,被钢结构设计规范选为承重结构用钢。钢的牌号仍有质量等级符号,分为A,B,C,D,E五个等级,和碳素结构钢一样,不同质量等级是按对冲击韧性的要求区分的,E级主要是要求40的冲击韧性。低合金高强度结构钢的A,B级属于镇静钢,C,D,F级属于特殊镇静钢,因此钢的牌号中不说明脱氧方法。11.2.1钢种和钢材的规格(3)优质碳素结构钢优质碳素结构钢与碳素结构钢的主要区别在于钢中含杂质元素较少,磷、硫等有害元素的质量百分数均不大干0.035,其他缺陷的限制也较严格,具有较好的综合性能。按照国家标淮优质碳素结构钢技术条件(GBT 6991999)生产的钢材共有两大类,一类为普通含锰量的

11、钢,另一类为较高含锰量的钢,两类的钢号均用两位数字表示,它表示钢中的平均含碳量的万分数,前者数字后不加Mn,后者数字后加Mn,如45号钢,表示平均含碳量为0.45的优质碳素钢;45Mn号钢,则表示同样含碳量、但锰的含量也较高的优质碳素钢。可按不进行热处理或热处理(正火、淬火或高温回火)状态交货,要求热处理状态交货的府在合同中注明,未注明者按不进行热处理交货。11.2.1钢种和钢材的规格2. 钢材的规格钢结构采用的型材主要为热轧成型的钢板和型钢,以及冷弯(或冷压)成型的薄壁型钢。由工厂生产供应的钢板相型钢等有成套的截面形状和一定的尺寸间隔,称为钢材规格。11.2.1钢种和钢材的规格(1)热轧钢板

12、热轧钢板包括厚钢板、薄钢板和扁钢等。厚钢板的厚度为4.560mm,宽度为6003000 mm,长度为412m,被广泛用于组成焊接构件相连接钢板。薄钢板的厚度为0.354mm,宽度为5001500 mm,长度为0.54m,是冷弯薄壁型钢的原料。扁钢的厚度为460mm,宽度为12200mm,长度为39m 。11.2.1钢种和钢材的规格(2)热轧型钢热轧型钢包括角钢、工字钠、H型钢、槽钢和钢管等。图图11.1热轧型钢截面热轧型钢截面(a)角钢;()角钢;(b)工字钢;()工字钢;(c)槽钢;()槽钢;(d)H型钢;(型钢;(e)T字钢;(字钢;(f)钢管)钢管11.2.1钢种和钢材的规格(3)薄壁型

13、钢薄壁型钢是用薄钢板经模压或弯曲成形,其壁厚一般为1.5-5mm,截面形式和尺寸可按工程要求合理设计,通常有角钢、眷边角钢、槽钢、卷边槽钢、Z型钢、卷边Z型钢、方管、困管及各种形状的压型钢板等(图11.2)。压型钢板是近年来开始使用的薄壁型材,是由热轧薄钢板经冷压或冷轧成型的,所用钢板厚度为0.4-2mm主要用作轻型屋面及 墙面等构件。11.2.1钢种和钢材的规格图图11.2薄壁型钢的截面形式薄壁型钢的截面形式11.2.2钢材的主要性能钢材的多项性能指标可通过单向一次(区称单调)拉伸试验获得。试验一般都是在标准条件下进行的,即采用规定形式和尺寸的标准试件,其表向光滑,没有孔洞、刻槽等缺陷,在常

14、温205的条件下,荷载分级逐次增加,直到试件破坏,由于加载速度缓慢,又称静力拉伸试验。图11.3(a)给出了相应钢材的一次拉伸应力()-应变()曲线。其中低碳钢和低合金高强度结构钢简化的光滑曲线示于图11.3(b),曲线可分为五个阶段:弹性阶段(OPE)、弹塑性阶段(ES)、塑性阶段(SC)、应变硬化阶段(CB)、颈缩阶段(BD)。由此曲线可获得钢材的性能指标。11.2.2钢材的主要性能图图11.3钢材的单调拉伸应力钢材的单调拉伸应力应变曲线应变曲线11.2.2钢材的主要性能(1)强度 图11.3应力()-应变()曲线的OP段为直线,表示钢材具有完全弹性性质,即应力与应变呈线性关系,且卸荷后变

15、形完全恢复。这时应力可有弹性模量E定义,即E,而E为该直线段的斜率,P点应力称为比例极限。曲线PE段仍具有弹性,但呈非线性,即为非线性弹性阶段,E点的应力称为弹性极限。弹性极限和比例极限相距很近,实际上很难区分。通常略去弹性极限的点,把fp看作弹性极限。11.2.2钢材的主要性能(2)塑性 钢材的塑性为当应力超过屈服点后,能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质。塑件好坏可用伸长率和断面收缩率表示。1)伸长率 伸长率是试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分率。伸长率愈大,塑性愈好。2)断面收缩率 断面收缩率是试件拉断后,颈缩的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。断面收缩率

16、愈大,塑性性能愈好。11.2.2钢材的主要性能(3)钢材的物理性能指标 钢材在单向受压时的受力性能基本广与单向拉伸时相同、因此受压时的各强度指标取用受拉时的数值。受剪时所表现出来的应力应变变化规律也基本上与单向拉伸时相似,只是受剪时的屈服点及抗剪强度均比受拉时小,剪变模量也低于弹性模量。11.2.3影响钢材性能的因素1. 化学成分的影响铁是钠的基个元素。纯铁质软,在碳素结构钢中约占99;碳和其他元素约占1。其他元素主要包括锰(Mn)、硅(Si)、琉(5)、磷(t)、氧(O)、氮(N)等。低合金结构钢的组成,通常在此基础上加入总量不超过5的合金元素,如钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)、铬(Cr)

17、、镍(Ni)、铜(Cu)等。尽管碳和其他元素占比重不大,但却左右着钢材的性能。11.2.3影响钢材性能的因素2.成材过程的影响(1)冶炼 当用生铁制钢时,必须通过氧化作用除去生铁中多余的碳和其他杂质,使它们转变为氧化物进入渣中,或成气体逸山。这一过程需要在高温下进行,称为炼钢。钢材的冶炼方法主要有平炉炼钢法、转炉炼钢法和电炉炼钢法。(2)脱氧和浇铸 熔炼好的钢液中通常都残留氧,这将造成钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆现象,因此应在炼钢炉中或盛钢桶内加入脱氧剂以消除氧,从而改善钢材的质量。按脱氧方法和程度的不同,碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢四类。11.2.3影响钢材性能的因素

18、2.成材过程的影响(3)轧制 钢材的轧制是通过一系列礼辊,使钢坯逐渐辊轧成所需厚度的钢板或型钢,钢材的轧制使金属晶粒变细,也能使气泡、裂纹等闭合,因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多,其强度比厚板略高,浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层。设计时应尽量避免拉力垂直于板面,以防层间撕裂。(4)热处理 一般钢材以热轧状态交货、而某些特殊用途的钢材在轧制后还经常经过热处理进行调质,以改善钢材件能。热处理是将钢在固态范同内,施以不同的加热、保温和冷却措施,通进改变钢的内部组织构造而改善其性能的一种加工工艺。11.2.3影响钢材性能的因素3.钢材硬化的影响钢材的硬化有三种情况:冷作硬化(或

19、应变硬化)、时效硬化和应变时效硬化。在常温下对钢材进行加工称为冷加工。冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑件变形,产生塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点,同时降低塑性和韧性的现象称为冷作硬化。由于降低了塑性和韧性性能,普通钢结构中不利用该现象所提高的强度,重要结构还把钢板因剪切而硬化的边缘部分刨去。而用作冷弯薄壁型钢结构的冷弯型钢,是由钢板或钢带经冷轧成型,也有的是经压力机械压成型或在弯板机上弯曲成型的。由于冷成型操作,实际构件截面上各点的屈服强度和抗拉强度都有不同程度的提高,其性能与原钢板已经有所不同了,故冷弯薄壁型钢设计中允许利用因局部冷加工而提高的强度。11.2.3影响

20、钢材性能的因素4. 温度的影响钢材的性能受温度的影响十分明显,温度升高与降低都将使钢材性能发生变化。总的趋势是温度升高,钢材强度降低,变形增大;反之,当温度降低时,钢材的强度会略有增加,但同时塑性和韧性降低从而使钢材变脆。11.2.3影响钢材性能的因素5. 应力集中的影响由单调拉仲试验所获得的钢材性能,只能反映钢材在标准试验条件下的性能,即应力均匀分布而且是单向的。实际结构中不可避免的存在孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等,此时截面中的应力分布不再保持均匀,而是在某些区域产生局部高峰应力,在另外一些区域则应力降低,形成所谓的应力集中现象。11.2.3影响钢材性能的因素6. 反复荷

21、载作用的影响事实上,钢材总是有“缺陷“的、在直接、连续的反复荷载作用下,先在其缺陷处发生塑性变形和硬化而生成微观裂痕,此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂纹,构件截团削弱并在裂纹尖端出现应力集中现象,使材料处于三向拉伸应力状态,塑性变形受到限制,钢材的微裂纹和内部缺陷将不断扩展直至断裂,钢材的强度将低于一次静力荷载作用下的拉仲试验的极限强度,表现为脆性特征的疲劳破坏。11.2.4钢材的选用1. 钢材的选用原则钢材的选用既要确保结构物的安全可靠,又要经济合理。为了保证承重结构的承载能力,防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态和钢材厚度等因素综合考虑,

22、选用合适牌号和质量等级的钢材。具体应满足下列要求: (1)结构或构件的重要件 (2)荷裁特件 (3)连接方式 (4)结构的工作条件 (5)钢材厚度11.2.4钢材的选用2. 钢结构设计规范的基本规定(1)承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢利Q420钢。当采用其他牌号的钢材时,应符合相应有关标准的规定利要求。(2)下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢。对于焊接结构:1)直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构;2)工作温度低于20时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构;3)工作温度等于或低于30的所有承重结

23、构。对于非焊接结构:工作温度等于或低于20的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。11.2.4钢材的选用2. 钢结构设计规范的基本规定(3) 钢材质量应满足如下要求:1)承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和琉、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。2)焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。11.2钢结构的材料钢结构的材料技术提示:技术提示:1.建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种,优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件种,优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中

24、也有应用中也有应用.2.钢材的多项性能指标可通过单向一次钢材的多项性能指标可通过单向一次(区称单调区称单调)拉伸拉伸试验获得。试验获得。3.钢材的选用既要确保结构物的安全可靠,又要经济钢材的选用既要确保结构物的安全可靠,又要经济合理。合理。11.3.1钢结构的连接方法钢结构的连接是将型钢或钢板等组合成构件,并将各构件组装成整个结构的节点和关键部件。连接的方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能,因此,在进行连接的设计时,必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。钢结构的连接方法通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种,后两种又通称为紧固件连接(图11.3-1)。图图11.4

25、钢结构的连接方法钢结构的连接方法(a)焊缝连接;()焊缝连接;(b)铆钉连接;()铆钉连接;(c)螺栓连接)螺栓连接11.3.1钢结构的连接方法1. 焊缝连接焊缝连接是现代钢结构最主要的连接力法。其优点是:构造简单,对几何形体适应性强任何形式的构件均可直接连按;不削弱截面,省工省材:制作加工方便,可实现自动化操作,工效高、质量可靠;连接的密闭性好,结构的刚度大。焊缝连接的缺点是:在焊缝附近的热影响区内,钢材的金相组织发生改变,导致局部材质劣化变脆;焊接残余应力和残余变形使受压构件的承裁力降低;焊接结构对裂纹很敏感,局部裂纹一旦发生,就容易扩展到整体,低温冷脆问题较为突出;对材质要求高,焊接程序

26、严格,质量检验工作量大。11.3.1钢结构的连接方法2. 铆钉连接铆钉连接的制造有热铆和冷铆两种方法。热铆是由烧红的锭坯插入构件的锭孔中,用铆钉枪或压铆机铆合们成。冷铆是存常温下铆合而成。在建筑钢结构中一般都采用热铆。3. 螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。11.3.2焊缝连接的形式焊缝连接的形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种(图11.3-2)。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝。图图11.5焊缝连焊缝连接的形式接的形式(a)对接连接)对接连接(b)用拼接盖板用拼接盖板的对接连接的对接连接(c)用拼接板的用拼接板的对接连接对接连接(d

27、)搭接连接搭接连接(e)(f)T形连形连接接(g)(h)角部连角部连接接11.3.3对接焊缝的构造与计算1.对接焊缝的构造为了经济合理,焊接材料应与构件钢材相匹配,使焊缝金属与母材的力学性能基本一致。例如手工电弧焊,焊接Q235钢构件时,采用E43系列焊条;焊接Q345钢构件时,采用E50系列焊条:焊接Q390、Q420钢构件时、采用E55系列焊条。不同钢种的母材相焊时(例如Q235钢与Q345钢相焊),可采用与低强度相适应的焊接材料(如E43系列焊条较为合适)。对接焊缝的焊缝金属为焊条金属与母材金属的混合物,性能较好。在焊缝附近的热影响区,经过淬火过程,晶粒组织和机械性能变化很大、残余应力也

28、较大,一般情况,对接焊缝的破坏不是在焊缝截面,而是在焊缝附近或远离焊缝的母材截面。11.3.3对接焊缝的构造与计算2. 对接焊缝的计算对接焊缝分焊透和部分焊透两种:部分焊透的对接焊缝受力时应力状态复杂,一般按角焊缝的方式处理。以下所述的对接焊缝除非说明均指的是焊透的:焊透的对接焊缝已成为板件或构件的一部分,受力时其应力集中现象不严重,可认为与母材有相同的应力状态。焊缝金属的强度一般高于母材,所以对接焊缝连接的破坏通常不会在焊缝金属部位。而是在母材或焊缝附近的热影响区。但是,由于焊接技术问题,焊缝中难免存在气孔、夹渣、咬边、末焊透等缺陷。试验证明,这些缺陷对受压和受剪的对接焊缝影响不大,但对受拉

29、的对接焊缝影响却较为显著。一、二级焊缝的抗拉强度可与母材相等,而三级焊缝允许存在的缺陷较多,其抗拉强度取为母材强度的85。11.3.3对接焊缝的构造与计算11.3.3对接焊缝的构造与计算图图11.6对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力11.3.3对接焊缝的构造与计算如果用直缝不能满足抗拉强度要求时,可采用如图11.6(b)所示的斜对接焊缝。计算表明,焊续与作用力外的夹角满足tan15时,斜焊缝长度的增加能抵消抗拉强度的不足,可不再进行验算(需对斜焊缝的正应力和剪应力进行计算对此请读者自行证明)。斜对接焊缝在20世纪50年代用得较多,由于消耗材料较多施工也不方便,已逐渐据弃不用,而代之以直对接焊缝。

30、直缝一般加引弧板施焊,若抗拉强度不满足要求,可采用二级检验标准或将接头位置邯至内力较小处。11.3.3对接焊缝的构造与计算图图11.7对接焊缝受弯矩和剪力联合作用对接焊缝受弯矩和剪力联合作用2.钢材的多项性能指钢材的多项性能指标可通过单向一次标可通过单向一次(区称单调区称单调)拉伸试验获得。拉伸试验获得。3.钢材的选用既要确保结构物的安全可靠,又要经济合理。钢材的选用既要确保结构物的安全可靠,又要经济合理。11.3.3对接焊缝的构造与计算图11.7(b)所示是工字形截面梁的对接焊缝接头,除应分别拉(11-2)式、(11-3)式验算最大正应力和剪应力外,对于同时受有较大正应力和较大剪应力的腹板与

31、翼缘交接点处,还应按下式验算折算应力11.3.3对接焊缝的构造与计算 (3)承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝当轴心力与弯矩、剪力共同作用时,焊缝的最大正应力应为轴心力和弯矩引起的应力之和,剪应力仍拉式(11-3)验算,折算应力仍拉式(11-4)验算。11.3.4角焊缝的构造与计算 (3)承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝当轴心力与弯矩、剪力共同作用时,焊缝的最大正应力应为轴心力和弯矩引起的应力之和,剪应力仍拉式(11-3)验算,折算应力仍拉式(11-4)验算。11.3.4角焊缝的构造与计算1.角焊缝的构造要求(1)最小焊脚尺寸如果板件厚度较大而焊缝过小,则施焊时焊缝冷却速度过快而

32、产生淬硬组织,易使焊缝附近主体金属产生裂纹。这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。据此并参考国内外资料,规定11.3.4角焊缝的构造与计算(2)最大焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸不能过大,否则易使母材形成“过烧”现象,而且使构件产生较大的焊接残余变形和残余应力。所以规定hf1.2tmin,tmin为较薄焊件的厚度。对板件厚度为t的边缘角焊缝,若焊脚尺寸hf=t,在施焊时容易产生咬边现象,不易焊满全厚度。因此规定,当t6mm时,取hft-(12)mm;当t6mm,由于一般用小直径焊缝施焊,技术较易掌握,可采用与焊件等厚的角焊缝,即hft。如果另一焊件厚度tt时,还应满足hf12t的要求。11.3.4角焊

33、缝的构造与计算图图11.8最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸11.3.4角焊缝的构造与计算(3)不等焊脚尺寸的应用当两焊件厚度相差悬殊时(见图11.9),用等焊胸尺寸往往无法满足最大和最小焊脚尺寸的规定。为解决这一矛盾,规范推荐采用不等焊脚尺寸。图图11.9不等焊脚尺寸不等焊脚尺寸11.3.4角焊缝的构造与计算(4)侧面角焊缝的最小长度侧面角焊缠的焊脚尺寸大而长度过小时,焊件局部加热严重,焊缝起弧缺陷相距太近,加上可能有其他缺陷(气孔、夹渣等),对焊缝强度的影响必然较为敏感,使焊缝可靠性降低;另外,焊缝集中在一很短距离内,焊件的应力集中也较大。此外,侧面角焊缝多用于搭接连接,作用力对焊缝有偏心、会产生偏

34、心弯矩,如果焊缝长度过小,偏心弯矩影响就较大,使焊缝承载力降低。所以规范规定侧面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40 mm。11.3.4角焊缝的构造与计算(5)侧面角焊缝的最大计算长度前已述及,侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀,两端大而中间小,当两焊件的截面积不相等时,例如板I的截面积小于板2的截面积,则剪应力的分布不对称于焊缝中点,靠近小截面一端的应力高于截面大一端的应力。虽然侧面角焊缝有良好的塑性,但如果焊缝长度超过某一限位时,有可能首先在焊缝的两端破坏,故一般规定侧面角焊缝的计算长度tf60hf,当实际长度大于上述限值时,其超过部分在计算中不予考虑。11.3.4角焊缝的构造与计算

35、2.直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式如前所述,角焊缝的受力状态是很复杂的。图11.10所示为直角角焊缝的截面, 0.7hf为直角角焊缝的有效厚度he(喉部尺寸)。试验表明,直角角焊缝的破坏常发生在喉部及其附近,通常认为直角角焊缝是以45方向的最小截面(即有效厚度与焊缝计算长度的乘积)作为有效截面或称计算截面。11.3.4角焊缝的构造与计算图图11.10直角角焊缝截面直角角焊缝截面11.3.4角焊缝的构造与计算任何受力情况的角焊缝,均可求得作用于有效截面上的三种应力(图11.11):垂直于有效截面的正应力、垂直于焊缝长度方向的剪应力、以及沿焊缝长度方向的剪应力。即使如此,

36、精确计算仍比较困难,一般是根据试验结果,找出比较合理而又简单的设计方法和相应的公式供设计时应用:无论侧焊缝还是端焊缝,都假定破坏发生在有效截面上,按应力均布并认为都是剪坏,根据试验取最低平均破坏应力来确定其设计强度,这基本上也是国际标准化组织推荐的方法。 11.3.4角焊缝的构造与计算图图11.11角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力11.3.4角焊缝的构造与计算11.3.4角焊缝的构造与计算11.3.4角焊缝的构造与计算(2)承受轴心力的角钢角焊缝计算承受轴心力的角钢角焊缝计算当角钢用角焊缝连接时,虽然轴心力通过截面形心,由于截面形心到角钢肢背和肢尖的距离不等,肢背焊缝和肢尖焊缝的受

37、力是不相等的: 肢背处受力大而肢尖处受力小,可用内力分配系数量化。图图11.12角钢角焊缝受力分配角钢角焊缝受力分配(a)两边侧焊;)两边侧焊;(b)三边围焊三边围焊;(c)L形围焊形围焊11.3.5普通螺栓连接的构造与计算1.螺栓的种类 在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。此外,还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材,C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。10.9

38、级中10表示钢材抗拉极限强度为fu=1000Nmm2,0.9表示钢材屈服强度fy=0.9fu,其他型号以此类推。锚栓采用Q235或Q345钢材。11.3.5普通螺栓连接的构造与计算2.普通螺栓的计算和构造(1)普通螺栓连接的工作性能和破坏情况普通螺栓连接按螺栓传力方式,可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。当外力垂直于螺杆时,该螺栓为剪力螺栓。当外力平行于螺杆时,该螺栓为拉力螺栓。精制螺栓受剪力作用后,螺杆与孔壁接触产生挤压力,同时螺杆本身承受剪切力。粗 制螺栓则因孔径大,开始受力时螺杆与孔壁并不接触,待外力超过构件间的摩擦力(很小)而产生滑移后,螺杆才与孔壁接触。螺栓连接受力后的工作

39、性能与钢材(或焊缝)相似,经过弹性工作阶段,屈服阶段,强化阶段而后进人破坏阶段。精制螺栓(或高强度螺栓)的这几个阶段比较明显,粗制螺栓的这几个阶段则不明显。11.3.5普通螺栓连接的构造与计算(2)受拉螺栓的工作性能在受拉螺栓连接中,螺栓承受沿螺杆长度方向的拉力,螺栓受力的薄弱处是螺纹部分,破坏产生在螺纹部分,一方面是因该处截面面积最小,且常处于偏心受力状态;另一方面是该处因截面存在尖锐的缺口(螺纹)而产生高度应力集中。计算时应考虑这些不利因素。另外,在受拉螺栓连接中,螺栓所受拉力的大小不但取决于外荷载的大小,还与连接本身的各零件(板件或角钢)有关。11.3.5普通螺栓连接的构造与计算(3)受

40、剪兼受拉的螺栓的工作性能这种螺栓兼有受剪和受拉两种螺栓的受力情况,工作性能比较复杂,通常分别考虑螺栓受剪和受拉性能后,用相关公式考虑受剪和受拉同时作用的综合效果(见设计规范)。11.3.5普通螺栓连接的构造与计算3单个螺栓的承载力计算每个螺栓受力后能保证正常工作而不会出现破坏所能承受的最大外力称为这个螺栓的承一载力。当一个螺栓受力后可能出现几种破坏形式时,应求得相应于几种破坏形式的承载力,其中的最小者即为这个螺栓的承载力。11.3.5普通螺栓连接的构造与计算6螺栓排列的构造要求螺栓在构件上的排列(普通螺栓,高强度螺栓,铆钉的排列均相同)常采用并列和错列两种形式。11.3.6高强螺栓连接的构造与

41、计算高强度螺栓有摩擦型连接和承压型连接两种,在外力作用下,螺栓承受剪力(称剪力螺栓)和拉力(称拉力螺栓)。高强度螺栓承压型连接不应用于直接承受动力荷载的结构。1高强度螺栓摩擦型连接受力特点 (1)通过拧紧螺帽对螺栓施加预应力P(2)对于剪力螺栓,靠接触面的摩擦力来传递外力,而不靠螺杆的抗剪和孔壁的承压来传力。3)高强度螺栓在外力作用下对螺杆产生拉力时,螺栓的预拉力P改变很小 11.3.6高强螺栓连接的构造与计算2单个摩擦型高强螺栓的承载力计算(1)螺栓受剪时为:11.3.6高强螺栓连接的构造与计算(2)螺栓受拉时为:11.3.6高强螺栓连接的构造与计算3剪力螺栓群在轴力作用下计算轴力N通过螺栓

42、群形心,每个螺栓受力为:11.3.6高强螺栓连接的构造与计算4.拉力螺栓群在弯矩作用下计算高强螺栓群在弯矩作用下,受力时绕形心转动,在弯矩作用下,按下式计算:11.3钢结构的连接钢结构的连接技术提示:技术提示:1.钢结构的连接方法通常有焊缝连接、铆钉连接和螺钢结构的连接方法通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。栓连接三种。2.焊缝连接的形式按被连接钢材的相互位置可分为对焊缝连接的形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、接、搭接、T形连接和角部连接四种形连接和角部连接四种,需要了解几种焊缝需要了解几种焊缝的连接计算。的连接计算。11.4.1轴心受力构件轴心受力构件1.轴心受力构件的应用和截

43、面形式轴心受力构是指承受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件,当这种轴向力为拉力时,称为轴心受拉构件,简称轴心拉杆;当这种轴向力为压力时,称为轴心受压构件,简称轴心压杆。轴心受力构件广泛地应用于屋架、托架、塔架、网架和网壳等各种类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统中。支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为栓,包括轴心受压栓。往通常由往头、柱身和往脚三部分组成(图11.13),柱头支承上部结构并将其荷载传给柱身,柱脚则把荷载由往身传给基础。11.4.1轴心受力构件轴心受力构件图11.1311.4.1轴心受力构件轴心受力构件图图11.15(a)普通桁架杆件截面)普通桁架杆件截面(b)轻

44、型桁架杆件)轻型桁架杆件截面截面(c)实腹式构件截面)实腹式构件截面(d)格构式构件截面)格构式构件截面11.4.1轴心受力构件轴心受力构件2. 轴心受力构件的强度计算从钢材的应力应变关系可知,当轴心受力构件的截面平均波力达到钢材的就拉强度时,构件达到强度极限承载力。但当构件的乎均应力达到钢材的屈服强度时,由于构件塑性变形的发展,将使构件的变形过大以致达到不适于继续承载的状态。因此,抽心受力构件是以截面的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则的。对无孔洞等削弱的轴心受力构件,以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态、应按下式进行毛裁面强度计算:11.4.1轴心受力构件轴心受力构件对有孔洞

45、等削弱的轴心受力构件(图11.16),在孔洞处截面上的应力分布是不均匀的,靠近孔边处将产生应力集中现象。在弹性阶段,孔壁地线的最大应力 可能达到构件毛截面平均应力 的3倍(图11.16a)。若轴心力继续增加,当孔壁边缘的最大施力达到材料的屈服强度以后,应力不再继续增加而截面发展塑性变形应力渐趋均匀。到达极限状态时,净截面上的应力为均匀屈服应力。因此,对于有孔洞削弱的轴心受力构件以其净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态,应按下式进行净截面强度计算:11.4.1轴心受力构件轴心受力构件图图11.16截面削弱处的应力分布(截面削弱处的应力分布(a)弹性状态()弹性状态(b)极限状态极限状态11

46、.4.1轴心受力构件轴心受力构件3.轴心受压构件的整体失稳现象无缺陷的轴心受压构件,当轴心压力N较小时构件只产生轴向压缩变形,保持直线平衡状态。此时如有干扰力使构件产生微小弯曲,则当干扰力移去后,构件将恢复到原来的直线平衡状态,这种直线平衡状态下构件的外力和内力间的平衡是稳定的。当轴心压力逐渐增加到一定大小,如有干扰力使构件发生微弯,但若干扰力移去后构件仍保持微弯状态而不能恢复到原来的直线平衡状态,这种从直线平衡状态过渡到微弯曲平衡状态的现象称为平衡状态的分枝,此时构件的外力和内力间的平衡是随遇的,称为随遇平衡或中性平衡。如轴心压力再稍微增加,则巧曲变形迅速增大而使构件丧失承载能力,这种现象称

47、为构件朗弯曲屈曲或弯曲失稳(图11.18)。中性平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态,中性平衡时的轴心压力称为临界力,相应的截面应力称为临界应力。11.4.1轴心受力构件轴心受力构件图图11.18两端铰接轴心两端铰接轴心受压构件的屈曲状态受压构件的屈曲状态(a)弯曲屈曲)弯曲屈曲(b)扭转屈曲)扭转屈曲(c)弯扭屈曲)弯扭屈曲11.4.2梁的类型和梁格布置1.梁的类型在工业与民用建筑中钢梁主要用做楼盖粱、工作平台粱、吊车梁、墙架梁及檩条等。按梁的支承情况可将粱分为简支梁、连续梁、悬臂梁等。按梁在结构中的作用不同可将梁分为主梁与次梁。按截面是否沿构件轴线方向变化可将梁分为等截面梁与变截面粱

48、。改变粱的截面会增加一些制作成本,但可达到节省材料的目的。钢梁按制作方法的不同分为型钢梁和焊接组合梁。型钢梁又分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁两钟。目前常用的热轧型钢有普通I字钢、槽钢、热轧H型钢等(如图11.19)。冷弯薄壁型钢粱截面种类较多,但在我国目前常用的有C形槽钢(11.19)。冷弯薄壁型钢是通过冷弯加工成形的,板壁都很薄,截面尺寸较小。在梁跨较小、承受荷载不大的情况下采用比较经济。型钢粱具有加工方便、成本低廉的优点,在结构设计中应优先选用。但由于型钢规格型号所限,在大多情况下,用钢量要多于焊接组合梁。11.4.2梁的类型和梁格布置图图11.19梁的截面形式梁的截面形式11.4.2梁的

49、类型和梁格布置2.梁格布置在设计梁式楼板结构或其他类似结构时必须选择承重粱体系,称之为梁格。梁格可分为三个主要形式:简单式、普通式和复式粱格。 (1)简单式梁格 简单式梁格中,荷载由楼板传至主粱,并经主梁传至墙壁或柱等承重结构上,由于板的承载力不大,所以梁布置的较密,这只有在梁跨度不大时才合理。 (2)普通式梁格 荷载由楼板传至次梁,次梁再将荷载传至主梁主梁支承在柱或墙等承重结构上。这是一种常用的梁格布置方式。 (3)复式梁格 复式梁格中,主梁间加设纵向次粱,纵向次梁间设横向次梁。荷载由楼板传至横向次粱,再由横向次经传至纵向次经,经纵向次梁传给主梁。荷载传递路径长,构造复杂,只用在主梁跨度大、

50、荷载重的情况下。11.4.2梁的类型和梁格布置3.主次梁连接主次梁间的连接可以是叠接、平接或降低连接。 (1)叠接 如图11.21所示,叠接就是次梁直接接在主粱或其他次梁上用焊缝或螺栓固定。从安装上看这是最简单最方便的连接方法,但建筑高度大,使用常受限制。 (2)平接 平接又称等高连接加图11.21所示,次粱与主梁上翼缘位于同一平面,其上铺板。该法允许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。 (3)降低连接 降低连接用于复式粱格小如图11.21所示,横向次粱在低于主梁上翼缘的水平处与主梁相连。横向次梁上叠放纵向次梁,铺板位于主梁之上。该法同样允许在给定的楼板建筑高度里增大主粱的高度。11.4.2

51、梁的类型和梁格布置图图11.22主次梁连接主次梁连接11.4钢结构的受力构件钢结构的受力构件技术提示:技术提示:1.轴心受力构是指承受通过构件截面形心轴线的轴向轴心受力构是指承受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件;当这种轴向力为压力时,称为轴心受力作用的构件;当这种轴向力为压力时,称为轴心受压构件,简称轴心压杆。压构件,简称轴心压杆。2.梁格可分为三个主要形式:简单式、普通式和复式梁格可分为三个主要形式:简单式、普通式和复式粱格。粱格。11.5.1屋盖结构的组成和布置钢屋盖结构由屋面材料、檩条、屋架、托架和天窗架、屋面支撑等构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况可分为无檩屋盖和有檩屋盖两

52、种。当屋面材料采用预应力大型屋面板时,屋面荷载可通过大型屋面板直接传给屋架,这种屋盖体系称为无檩屋盖;当屋面材料采用瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板和钢丝网水泥板等时,屋面荷载要通过檩条传给屋架,这种体系称为有檩屋盖。无檩屋盖施工快,屋面刚度大,但大型屋面板自重大;有檩屋盖屋面材料自重轻,用料省,但屋面刚度差。两种屋盖体系各有优缺点,具体设计时应根据建筑物使用要求。结构特性、材料供应情况和施工条件等综合考虑而定。11.5.1屋盖结构的组成和布置屋架的跨度和间距取决于柱网布置,而柱网布置则根据建筑物工艺要求和经济合理等各方面因素而定。无檩屋盖因受大型屋面板尺寸的限制(大型屋面板的尺寸一般为1.5m6m

53、),故屋架跨度一般取3m的倍数,常用的有15m、18m、21m36m等,屋架间距为6m;当柱距超过屋面板长度时,就必须在柱间设置托架,以支承中间屋架(下图)。有檩屋盖的屋架间距和跨度比较灵活,不受屋面材料的限制。11.5.2屋盖支撑的类型屋盖支撑根据支撑布置位置不同分为:1屋架上弦横向水平支撑2屋架下弦横向水平支撑3屋架下弦纵向水平支撑4垂直(竖向)支撑5系杆 系杆一般设置在不设置横向水平支撑开间,分为刚性系杆(能承受压力)和柔性系杆(只能承受拉力)11.5.3屋盖支撑的作用1保证屋盖结构的几何稳定性由屋架、檩条等互相垂直的平面构件铰接连接而成的屋盖结构是几何可变体系。在某种荷载作用下或在安装

54、时,各屋架有可能向一侧倾倒,故必须布置支撑使屋与屋架连接成几何不变的空间体系,才能保证整个屋盖在各种荷载作用下都能很好地作。 首先用支撑将相邻两个屋架组成空间稳定体(几何不变体),然后用檩条、系杆或大型钢筋混凝土屋面板将其余各屋架与此空间稳定体连接起来,形成几何不变的、空间稳定的屋盖结构。空间稳定体通常是由相邻两个屋架和它们之间的上弦横向水平支撑,下弦横向水平支撑以及屋架端部和跨中竖直平面内的竖直支撑组成的六面盒式体系。11.5.3屋盖支撑的作用2保证屋盖的空间刚度和整体性通常采用的沿屋架上弦平面布置的横向水平支撑(上弦平面不一定水平而常是斜平面),是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架。桁架

55、两端的支座是柱(或柱间支撑)或是桁架端部的竖向支撑。这个支撑桁架的高度即为屋架的间距,通常是6m。在屋架上弦平面内具有很大的抗弯刚度,在山墙传来的沿房屋纵向风荷载或悬挂吊车纵向制动力作用下,可以保证屋盖结构不产生过大的变形。在工业厂房中常有起重量大而工作繁忙的桥式吊车或其他振动设备。对屋盖结构的空间刚度和稳定性提出了更高的要求。有时需要设置屋架下弦横向水平支撑和纵向水平支撑。11.5.3屋盖支撑的作用3为受压弦杆提供侧向支承点屋架上弦平面支撑可作为上弦杆(压杆)的侧向支承点,从而减少其出平面(垂直屋架平面方向)的计算长度。如果没有屋架上弦平面支撑,则上弦出平面的计算长度等于上弦的全部长度,这样

56、的压杆的稳定性是很差的,也是很不经济的。采用屋架上弦平面横向支撑后,横向支撑桁架的节点就是屋架上弦压杆的侧向支承点,计算长度减少很多。没有直接设置横向支撑桁架的屋架弦杆可由系杆与支撑桁架的节点连接,同样也能起到压杆(屋架弦杆)的侧向支承点的作用。所以系杆也是支撑系统的组成部分,不能只重视支撑桁架的设计而忽视系杆的重要性。11.5.3屋盖支撑的作用4承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等)房屋两端的山墙挡风面面积较大,所承受的风压力或风吸力有一部分将传递到屋面平面(也可传递给屋架下弦平面)。这部分的风荷载必须由屋架上弦平面横向支撑(有时同时设置屋架下弦平面横向支撑)承受。所

57、以,这种支撑一般都设在房屋两端,就近承受风荷载并把它传递给柱(或柱间支撑)。11.5.3屋盖支撑的作用5保证结构在安装和架设过程中的稳定性屋架是平面结构,安装时必须很快把两个屋架互相连接成简单的各具有一定稳定性的空间体,以便施工。最先安装的是屋架与屋架间的竖向支撑。11.5.4屋盖支撑布置1上弦横向水平支撑在钢屋盖中,无论是有檩条的屋盖或采用大型钢筋混凝土屋面板的无檩屋盖,都应设置上弦横向水平支撑。当屋架上有天窗架时,天窗架上弦也应设置横向水平支撑。2下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑共同设置时,再加竖向支撑则使相邻两榀屋架组成六面盒式空间稳定体,对整个房屋结构的空间工作性能大

58、有好处。在一般房屋中有时不设置下弦横向水平支撑,相邻两榀屋架组成五面盒式空间稳定体,也能满足要求。只有在有悬挂吊车的屋盖,有桥式吊车或有振动设备的工业房屋或跨度较大(l18m)的一般房屋中,必需设置下弦横向水平支撑。11.5.4屋盖支撑布置3下弦纵向水平支撑在有桥式吊车的单层工业厂房中,除上、下弦横向水平支撑外,还设置下弦纵向水平支撑。当有托架时,在托架处必须布置下弦纵向水平支撑4竖向支撑在梯形屋架两端必须设置竖向支撑,它是屋架上弦横向水平支撑的支承结构,它将承受上弦横向水平支撑桁架传来的水平力并将其传递给柱顶(或柱间支撑)。它和上弦横向水平支撑同样重要,是必不可少的受力支撑。此外,在屋架跨度

59、中间,根据屋架跨度的大小,设置一道或二道竖向支撑,它将在上述六面(五面)盒式空间稳定体中起横隔作用。在施工过程中,它还起安装定位时的架设支撑作用。11.5.4屋盖支撑布置5系杆在一幢房屋的屋盖结构中,以一个空间稳定体作为核心,其他屋架的上下弦节点都可以用系杆与空间稳定体的有关节点连接,即可作为其他各屋架的侧向支承点而保证各屋架的空间稳定性。但这些系杆可能受拉,也可能受压,应按压杆设计,常称为刚性系杆。同样也可以作为中间的其他屋架的侧向支承点,而且这种系杆只需承受拉力,当它承受压力时可退出工作而由另一侧的系杆受拉即可,这种系杆按拉杆设计,可以充分发挥钢材的强度,常称为柔性系杆。虽然多设了一个空间

60、稳定体而多用了交叉支撑的钢材,但能把大量;刚性系杆改为柔性系杆,还是能够节约钢材的。11.5.5支撑的计算和构造支撑的计算和构造屋架的上、下弦横向水平支撑都是利用屋架的弦杆(上弦和下弦)兼作支撑桁架的弦杆,斜腹杆一般都采用十字交叉的体系。这种平行弦杆交叉斜腹杆体系的支撑桁架的刚度大,用料省。其中的斜腹杆常采用单角钢做成,因交叉设置,受力时一根虽拉则另一根受压,常假定受压的这根单角钢因弯扭屈曲而退出工作。只有受拉的一根单角钢斜杆参加桁架受力工作。这样桁架在受力时属于静定结构,受力明确,计算简单。当荷载反向作用时(如风荷载反向作用),斜腹杆受力变更,仍是一根参加受力工作,另一根变扭屈曲而退出工作。

61、对于屋架跨度较小而无振动设备的房屋,支撑桁架的交叉斜腹杆也可用圆钢做成。用圆钢代替角钢更为经济。但采用圆钢时必须有拉紧装置(花篮螺栓),且其直径d16mm。直腹杆和刚性系杆按压杆计算,采用双角钢组成十字形或T形截面。11.5.6屋架的形式和主要尺寸屋架的形式和主要尺寸1屋架的外形及腹杆布置(1)三角形屋架(2)梯形屋架(3)矩形(平行弦)屋架11.5.6屋架的形式和主要尺寸屋架的形式和主要尺寸2屋架的主要尺寸(1)屋架的跨度(2)屋架的高度11.5.7屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算1计算屋架杆件内力时常采用的基本假定:(1)屋架的节点为铰接;(2)屋架所有杆件的轴线都在同一平面内,且相交于节

62、点的中心;(3)荷载都作用在节点上,且都在屋架平面内。11.5.7屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算2屋架上的荷载和内力计算:(1)屋盖上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类1)永久荷载+可变荷载2)永久荷载+半跨可变荷载3)屋架、支撑和天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆按第一种荷载组合计算;而跨中附近的腹杆在第二、三种荷载组合下可能内力为最大而且可能变号。如果在安装过程中能保证屋脊两侧的屋面板对称均匀铺设,则可以不考虑第三种荷载组合。(2)内力计算11.5.8屋架杆件设计屋架杆件设计1.屋架杆件的计算长度(1)屋架平面内计算长度系数(2)屋架平面外计算长度系数2

63、交叉腹杆计算长度(1)平面内计算长度(2)平面外计算长度3杆件的容许长细比4杆件截面设计(1)截面形式(2)截面选择(3)截面计算11.5.9屋架节点设计屋架节点设计屋架的杆件一般采用节点板互相连接,各杆件的内力通过节点板上的焊缝传递。节点设计的基本要求:(1)各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合,并交于节点中心,以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。但考虑到制造上的方便,角钢肢背到屋架轴线的FE离可取5mm的倍数。例如L90 x 6角钢,其形心线距离肢背为24.4mm,则角钢肢背至屋架几何轴线的距离可采用25mm;又如角钢L80x5,其形心线距肢背为215mm,则角钢肢背至屋架几何轴线的距离

64、采用20mm。上弦截面如有改变,为了减少偏心和使肢背齐平,应使两个角钢形心线之间的中线与屋架的几何轴线重合。如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的5,在计算时可不考虑由此而引起的偏心弯矩。11.5.9屋架节点设计屋架节点设计(2)屋架节点板上腹杆与弦杆之间以及腹杆与腹杆之间的间隙不宜小于20mm。屋架杆件端部切割面宜与轴线垂直。(3)节点板的形状应该尽可能简单而有规则,至少应有两边平行,如矩形、柱形、直角梯形等。节点板不应有凹角,以防止产生严重的应力集中。节点板的尺寸应尽量使连接焊缝中心受力。节点板应有足够的强度,以保证弦杆与腹杆的内力能安全地传递。(4)节点板的应力分布比较复杂,目前节点板的厚度

65、是根据腹杆(梯形屋架)或弦杆(三角形屋架)的最大内力按表选用。同一榀屋架中所有节点板宜采用同一种厚度,但支座节点板可比其他节点板厚2mm。节点板不得作为拼接弦杆用的主要传力杆件。11.5.9屋架节点设计屋架节点设计梯 形 屋架 腹 杆最 大 内力 或 三角 形 屋架 弦 杆最 大 内力(kN)节点板的钢号Q235190 20031032050051069070094095012001210156015701950Q345250 2603803905605707507601000101012501260165016602000节点板的厚度(mm)6810121416182011.5钢屋盖结构钢屋

66、盖结构技术提示:技术提示:1.钢屋盖结构由屋面材料、檩条、屋架、托架和天窗钢屋盖结构由屋面材料、檩条、屋架、托架和天窗架、屋面支撑等构件组成。架、屋面支撑等构件组成。2.计算屋架杆件内力时常采用的基本假定:计算屋架杆件内力时常采用的基本假定:(1)屋架的屋架的节点为铰接;节点为铰接;(2)屋架所有杆件的轴线都在同一平面内,屋架所有杆件的轴线都在同一平面内,且相交于节点的中心;且相交于节点的中心;(3)荷载都作用在节点上,且都荷载都作用在节点上,且都在屋架平面内。在屋架平面内。11.6.1梯形屋架设计任务梯形屋架设计任务1 设计资料梯形屋架,建筑跨度为18m,端部高度为1.99m,跨中高度为2.

67、89m,屋架坡度i=1/10,屋架间距为6m,屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上,上柱截面400mm400mm,混凝土采用 。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑(如图11.28所示)。屋面采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板,120mm厚珍珠岩( )的保温层,三毡四油铺绿豆沙防水层,20mm厚水泥砂浆找平层,屋面雪荷载为 ,钢材采用3号钢(Q390)。11.6.1梯形屋架设计任务梯形屋架设计任务11.6.1梯形屋架设计任务梯形屋架设计任务图图11.28屋架支撑布置图屋架支撑布置图11.6.1梯形屋架设计任务梯形屋架设计任务2设计要求(1) 屋面雪荷载取值:按分组序号,取用设计资料屋面雪荷载+0

68、.1分组序号(第2组,屋面雪荷载取值为: +0.12= )。(2)设计中,应绘制出必要的节点详图等图纸。(3)其他条件与设计资料相同。11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算2 内力计算桁架杆件的内力,在单位力作用下用图解法(图11.29)求得表。 如图如图11.2911.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6

69、.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算下弦杆下弦杆11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算(3)下弦节点k的设计下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢的尖角削除,且截去垂直肢的一部分宽度(一般 ),拼接角钢这部分削弱,可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。11.6.2设计计算设计计算11.6.2设计计算设计计算(4)支座节点h设计为了便

70、于施焊,下弦焊与支座底板的距离取130mm,在节点中心设置加劲肋,加劲肋高度与节点板高度相等。1)支座底板计算2)加劲肋与节点板的连接焊缝计算3)节点板,加劲肋与底板的连接焊缝计算4)下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算5)上弦节点b设计6)上弦节点d、f的设计7)上弦节点a、c、e设计8)上弦节点g设计11.6钢结构计算示例钢结构计算示例技术提示:技术提示:1.重点了解钢屋架的计算过程。重点了解钢屋架的计算过程。2.对钢屋架的计算要点要重点掌握。对钢屋架的计算要点要重点掌握。就业导航就业导航序号序号考证名称考证名称考证要求考证要求对应岗位对应岗位1施工员1.了解影响钢结构强度的主要因素;2.掌握钢

71、结构及其材料的力学性能;3.能够计算钢结构受压构件承载力计算;4.能够按照钢结构结构房屋的构造要求处理施工现场技术问题;4.熟练掌握钢结构结构施工图的识读。土建施工员2质量员1.了解影响钢结构强度的主要因素;2.掌握钢结构及其材料的力学性能;3.能够计算钢结构受压构件承载力计算;4.能够按照钢结构结构房屋的构造要求处理施工现场技术问题;5.熟练掌握钢结构结构施工图的识读。质量员基础训练基础训练1. 钢结构具有哪些特点?2. 钢结构的合理应用范围是什么?3. 钢结构对材料性能有哪些要求?4. 钢材的主要机械性能指标是什么?5. 影响钢材性能的主要因素是什么?6. 什么是钢材的疲劳?影响钢材疲劳的

72、主要因素有哪些?7. 选用钢材通常应考虑哪些因素?8. 钢结构有哪些连接方法?各有什么优缺点?9. 焊缝可能存在的缺陷有哪些?10. 焊缝的质量级别有几级?各有哪些具体检验要求?基础训练基础训练11. 对接焊缝的构造要求有哪些?12. 角焊缝的计算假定是什么?角焊缝有哪些主要构造要求?13. 焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的?焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响?减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些?14. 普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接,在抗剪连接中,它们的传力方式和破坏形式有何不同?15. 螺栓的排列有哪些构造要求? 基础训练基础训练16. 普通螺栓抗剪连接中,有可能出现哪几种破坏形式?具体设计时,哪些破坏形式是通过计算来防止的?哪些是通过构造措施来防止的?如何防止?17. 轴心压杆有哪些屈曲形式?18. 在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时,对虚轴为什么要采用换算长细比?19. 什么叫钢梁丧失整体稳定?影响钢梁整体稳定的主要因素是什么?提高钢梁整体稳定的有效措施是什么?20. 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同?21. 压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同?

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