鋼結(jié)構(gòu)-辛益德

鋼結(jié)構(gòu)

辛益德制作1、什么是鋼結(jié)構(gòu)？一些典型的鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)是鋼材（熱軋型鋼、鋼板、鋼管或冷加工的薄壁型鋼）經(jīng)過設(shè)計、加工，形成各種基本構(gòu)件，如拉桿（有時還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構(gòu)件按一定的方式通過焊接和螺栓連接組成的工程結(jié)構(gòu)形式。五大結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)第1章緒論3鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用種類繁多，造型新穎，規(guī)模宏大。按功能分主要應(yīng)用有：會展場館體育建筑機(jī)場劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物會展場館體育建筑機(jī)場劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物上海新國際博覽中心湖南國際會展中心廣州會展中心會展場館體育建筑機(jī)場劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物2008奧運會國家體育場上海虹口足球場上海八萬人體育場會展場館體育建筑機(jī)場劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物浦東國際機(jī)場首都機(jī)場會展場館體育建筑

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劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物金茂大廈1998年建成

88層420m混凝土核心筒，鋼巨型外伸桁架,鋼骨混凝土巨型柱上海環(huán)球金融中心原方案（97年打樁），浦東陸家嘴，460m，97層停工5年后，于2003年推出新方案，高492m，101層，37萬多m2。會展場館體育建筑

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劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物輕鋼廠房大眾汽車三期工程山東省日照市雙禾家紡輕鋼車間會展場館體育建筑

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劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物大連北良國儲糧庫凈跨60m嘉興電廠干煤棚會展場館體育建筑

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劇院高層建筑塔桅結(jié)構(gòu)廠房倉儲住宅橋梁儲罐其他構(gòu)筑物楊浦大橋盧浦大橋會展場館體育建筑

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建筑鋼材的基本要求較高的強(qiáng)度較好的塑性及韌性良好的加工性能良好的可焊性較好的抗銹蝕能力現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ50017）推薦承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235，及低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中的Q345、Q390及Q420鋼。建筑鋼材合格保證承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。

焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。承重鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的保證項目三項保證五項保證六項保證3、建筑鋼材的規(guī)格（1）鋼板(plate)（1）熱軋鋼板和帶鋼（2）冷軋鋼板和帶鋼（3）花紋涂板(用作走道板和梯子踏板)，（4）高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板；

薄板<6mm,厚板>40mm；常用熱軋板6～25mm，

冷軋板0.6～2mm。鋼板的表示方法為“-寬度×厚度×長度”，如：“-400×12×800”。單位為mm。（2）

熱軋型鋼(hot-rolledsection)

工字鋼，H型鋼，T型鋼，槽鋼，角鋼，圓管，方管，圓鋼。（3）

焊接型鋼(weldedsection)I形，H形，T形，箱形，十字型。角鋼（anglesteel）分等邊角鋼和不等邊角鋼。不等邊角鋼的表示方法為，“∟長邊寬×短邊寬×厚度”，如“∟100×80×8”，等邊角鋼表示為“∟邊寬×厚度”，如∟100×8。單位為㎜。鋼管分無縫鋼管（seamlesssteeltube）和焊接鋼管（weldedsteelpipe）兩種，表示方法為“Ф外徑×壁厚”，如Ф180×4。單位為㎜。槽鋼（channelsteel）有普通槽鋼和輕型槽鋼，用截面符號“[”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的槽鋼，還用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如[30a，稱“30號”槽鋼。角鋼槽鋼鋼管型鋼及規(guī)格工字鋼。用截面符號“I”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的普通工字鋼，用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如I20c，稱“20號”工字鋼。H型鋼是目前廣泛使用的熱軋型鋼，與普通工字鋼相比，其特點是：翼緣較寬，故兩個主軸方向的慣性矩相差較??；另外翼緣內(nèi)外兩側(cè)平行，便于與其它構(gòu)件相連。為滿足不同需要，H型鋼有寬翼緣H型鋼、中翼緣H型鋼和窄翼緣H型鋼，分別用標(biāo)記HW、HM和HN表示。表示方法是：標(biāo)記符號、高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度。例如，HM244×175×7×11，單位為mm。工字鋼H型鋼型鋼及規(guī)格（4）

冷彎薄壁型鋼(cold-formedsection)L型鋼，C型鋼，Z型鋼，S型鋼等。（5）

壓型鋼板（二）連接材料1、焊條及焊絲2、螺栓3、鉚釘二、鋼結(jié)構(gòu)的特點一、優(yōu)點材質(zhì)均勻，和力學(xué)計算的假定比較符合。強(qiáng)度高，重量輕。塑性和韌性好，具有良好的抗震性能。工業(yè)化程度高，工期短。密封性好。二、缺點造價相對較貴耐銹蝕性差耐火性差第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件類型軸心受力構(gòu)件受彎構(gòu)件拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)可能的破壞形式結(jié)構(gòu)的脆性斷裂結(jié)構(gòu)的塑性破壞結(jié)構(gòu)的疲勞破壞結(jié)構(gòu)的損傷累積破壞結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)結(jié)構(gòu)的損傷累積破壞土木工程結(jié)構(gòu)在施工過程和使用期間，總會受到各種不利因素（如施工過程中的損傷，材料老化、銹蝕等）或災(zāi)害因素（如地震、強(qiáng)風(fēng)等）的作用，使結(jié)構(gòu)某一部分發(fā)生損傷。如果該結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用，隨著時間增長，結(jié)構(gòu)的損傷不斷積累而導(dǎo)致破壞，稱為損傷累積破壞。

結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)結(jié)構(gòu)所承受的外荷載尚未達(dá)到按強(qiáng)度計算得到的結(jié)構(gòu)破壞荷載時，結(jié)構(gòu)已不能承擔(dān)荷載，并產(chǎn)生較大變形，整個結(jié)構(gòu)偏離原來的平衡位置而倒塌。

結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在保持整體穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)中的局部構(gòu)件或結(jié)構(gòu)中的板件已不能承受外荷載的作用而失去穩(wěn)定。構(gòu)件：受壓柱、受彎梁板件：受壓翼緣、受壓腹板鉚釘連接螺栓連接焊縫連接鋼結(jié)構(gòu)的基本連接方式1.焊接連接（冶金式）使金屬高溫融化后形成整體采用焊接材料：電弧焊、氣焊、電渣焊不采用焊接材料：電阻焊2.緊固件連接（機(jī)械式）3.其他（化學(xué)式）螺栓：普通螺栓：精制螺栓(A、B級)

粗制螺栓(C級)高強(qiáng)度螺栓：鉚釘：釘連接：(射釘、自攻螺釘、焊釘)強(qiáng)力膠：直接粘合零件化學(xué)漿錨螺栓：通過結(jié)構(gòu)膠將錨栓與錨固基礎(chǔ)結(jié)合成一個整體，用于鋼構(gòu)件與混凝土構(gòu)件的連接

鋼結(jié)構(gòu)的基本連接方式材質(zhì)易變脆產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形、焊接缺陷對鋼結(jié)構(gòu)疲勞、穩(wěn)定有不利影響較多地依賴焊工的技能水平質(zhì)量檢驗要求較高時檢驗工作量較大缺點現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛優(yōu)點構(gòu)造簡單—任何形狀的構(gòu)件可直接連接，無需輔助零配件省工省料—加工方便，不需打孔鉆眼，不削弱截面施工快速—可自動化操作連接的密閉性好，剛度大，整體性好

焊接的特點工廠構(gòu)件焊接、工地節(jié)點螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展方向優(yōu)點施工簡單，裝拆方便，對安裝工的要求高摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動力性能好耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展缺點費料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高

螺栓連接的特點優(yōu)點塑性、韌性好，動力性能好缺點費料、加熱鉚合過程極其費工目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用

鉚釘連接的特點栓釘將鋼板與混凝土板連接起來栓釘承受剪力

栓（焊）釘連接的特點射釘槍用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝

射釘、自攻螺釘?shù)奶攸c連接方法優(yōu)點缺點焊接對焊件幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，工效高，連接連續(xù)性強(qiáng),可達(dá)到氣密和水密要求，節(jié)點剛度大對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，導(dǎo)致材料脆化，對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;一旦開裂則裂縫開展較快,對焊工技術(shù)等級要求較高鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力性能好費鋼、費工，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱普通螺栓連接裝拆便利，設(shè)備簡單粗制螺栓不宜受剪，精制螺栓加工和安裝難度較大，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱高強(qiáng)螺栓連接加工方便，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理及安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高，對構(gòu)件截面削弱相對較小，質(zhì)量檢驗要求高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無須預(yù)先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能承受較大集中力

基本連接方式對比根據(jù)焊件相對位置根據(jù)焊縫構(gòu)造根據(jù)焊縫連續(xù)性根據(jù)施焊位置平接搭接頂接（T形）角接對接焊縫（直縫和斜縫）角焊縫（側(cè)縫和端縫）組合形式連續(xù)焊間斷焊俯焊立焊橫焊仰焊平接（對接焊縫）搭接（角焊縫）頂接（T型連接）對接焊縫角焊縫角接對接焊縫角焊縫焊縫形式－－焊縫的不同分類用料經(jīng)濟(jì)，傳力平穩(wěn)，動力性能好較厚的板需開剖口，費工施工簡便傳力不均，應(yīng)力集中嚴(yán)重，搭接時費料對接焊縫直焊縫斜焊縫角焊縫側(cè)焊縫（與力平行）端焊縫（與力垂直）焊縫形式－－對接焊縫與角焊縫間斷焊縫連續(xù)焊縫不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷焊縫連接焊縫形式－－連續(xù)焊縫與間斷焊縫俯焊橫焊立焊仰焊質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量差

焊縫形式－－施焊方位確定計算截面上的內(nèi)力（荷載效應(yīng)）－－

注意點：防止內(nèi)力漏項2.確定焊縫質(zhì)量檢驗等級－－

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等－－對接焊縫一般均有全熔透要求，等級為二級或一級

3.確定焊縫強(qiáng)度設(shè)計值

抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度

4.計算焊縫截面特性

截面面積A、慣性矩I、截面模量W、面積矩S等5.應(yīng)力計算6.強(qiáng)度校核

計算步驟直焊縫引弧板N—軸心拉力或壓力tw—焊縫厚度（不同板連接時為較小板厚）lw—焊縫計算長度，有引弧板lw＝L，無引弧板lw＝L－2t（較小板厚）

—對接焊縫抗拉或抗壓設(shè)計強(qiáng)度強(qiáng)度焊縫應(yīng)力驗算式中：

典型節(jié)點（1）－－焊縫軸心受力－－直縫直縫普通型深熔型平坡型適宜動力荷載，但施焊不便施焊方便，最常用（2）按焊縫截面形式劃分在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫宜采用平坦型，且長邊沿內(nèi)力方向；（1）角焊縫焊腳尺寸

hf

角焊縫截面尺寸hft1t2tt1hf焊腳尺寸是指角焊縫根角至焊縫截面外邊緣（焊趾）的尺寸

（2）最大焊腳尺寸hf,max

角焊縫截面尺寸

hf,max≤1.2t1式中:t1---較薄焊件厚度。對于板件邊緣的角焊縫：當(dāng)t≤6mm時，hf,max≤t；當(dāng)t>6mm時，hf,max

≤t-(1~2)mm；鋼管構(gòu)件除外對圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫，焊腳尺寸尚不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3（3）最小焊腳尺寸hf,min

角焊縫截面尺寸式中:t2---較厚焊件厚度。當(dāng)t2≤4mm時,hf,min=t2(較厚焊件厚度）另:對于自動埋弧焊hf,min可減去1mm;對于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm;

（4）側(cè)縫的最大計算長度

角焊縫截面尺寸當(dāng)實際長度大于以上值時，計算時不考慮超過部分的強(qiáng)度；但當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制。（5）角焊縫的最小計算長度當(dāng)焊件的焊接長度不受限制時，在滿足最大焊縫長度的要求下，小而長的焊縫比大而短的焊縫好！（6）搭接連接的構(gòu)造要求

角焊縫截面尺寸板件與節(jié)點板的連接僅用兩側(cè)縫焊接時：A、為避免應(yīng)力傳遞過分彎折導(dǎo)致應(yīng)力不均：B、為避免焊縫橫向收縮引起的板件拱曲太大：不滿足此條件時，應(yīng)加塞焊或采用三面圍焊！bt1t2普通螺栓的分類A級B級區(qū)別：僅尺寸不同，A級d≤24，L≤150mm；B級d＞24，L＞150mm分類鋼材強(qiáng)度等級孔徑d0與栓徑d之差(mm)加工受力特點安裝應(yīng)用C級粗制螺栓普通碳素鋼Q2354.64.81.0~1.5粗糙尺寸不準(zhǔn)成本低抗剪差抗拉好方便承拉應(yīng)用多臨時固定A級B級精制螺栓優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號鋼35號鋼8.80.3~0.5精度高尺寸準(zhǔn)確成本高抗剪抗拉均好精度要求高目前應(yīng)用減少I類孔：孔壁粗糙度小，孔徑偏差允許+0.25mm，對應(yīng)A、B級螺栓II類孔：孔壁粗糙度大，孔徑偏差允許+1mm，對應(yīng)C級螺栓普通螺栓的分類受力要求——

螺距過小：鋼板剪壞。螺距過大：受壓時鋼板張開。構(gòu)造要求——

螺距過大：連接不緊密，潮氣侵入腐蝕。施工要求——

螺距過?。菏┕r轉(zhuǎn)動扳手困難。螺栓間距布置要求螺栓群的排列螺栓最大和最小容許間距

螺栓群的排列剪力螺栓

——受力垂直螺桿，螺桿承剪、孔壁承壓。連接件有錯動趨勢拉力螺栓

——

受力平行螺桿，螺桿承拉。連接件有脫開趨勢。依據(jù)受力方式剪力螺栓拉力螺栓

普通螺栓的受力（1）螺栓剪斷（板較厚，螺栓較細(xì)）（2）鋼板孔壁擠壓破壞（板較薄，螺栓較粗）

普通受剪螺栓的傳力機(jī)理

螺栓安裝擰緊后，在工作荷載的作用下，被夾緊的板件相對滑動，在相反的方向螺桿靠緊孔壁，導(dǎo)致螺桿受剪切作用，孔壁受壓力作用，直至螺桿剪斷或孔壁受壓破壞（1）螺栓剪斷（板較厚，螺栓較細(xì)）（2）鋼板孔壁擠壓破壞（板較薄，螺栓較粗）（3）鋼板拉斷（板開孔，截面削弱）（4）鋼板剪壞（螺栓端距過小）（5）螺栓彎曲破壞（板過厚，螺栓細(xì)長）防止螺栓破壞措施(1)(2)(3)通過計算解決(4)(5)通過構(gòu)造解決端距≥2d。螺桿長度≤5d

普通受剪螺栓的破壞模式