鋼結(jié)構(gòu)基本概念

第17章鋼結(jié)構(gòu)基本概念第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)概述

第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件第四節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1軸心受力構(gòu)件應(yīng)用：承重結(jié)構(gòu)，包括拉、壓桿，柱對(duì)截面形式的要求

(1)軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面選擇第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面積滿(mǎn)足強(qiáng)度要求制作簡(jiǎn)便便于和相鄰構(gòu)件連接截面開(kāi)展而壁厚較薄軸心受力構(gòu)件截面形式

熱軋型鋼截面

冷彎薄壁型鋼截面型鋼和鋼板的組合截面實(shí)腹式組合截面格構(gòu)式組合截面格構(gòu)式構(gòu)件：由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過(guò)綴條或綴板連接而成。

綴條多采用單角鋼，綴板由鋼板組成；構(gòu)件截面上與腹板相交的軸線(xiàn)為實(shí)軸，與綴材平面相垂直的軸為虛軸。優(yōu)點(diǎn)：增加慣性矩，提高剛度，節(jié)約鋼材，適用于較高大構(gòu)件。缺點(diǎn)：制造費(fèi)工(2)軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算

強(qiáng)度驗(yàn)算

N

—軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；

An—構(gòu)件的凈截面面積；

fy

—鋼材的抗拉(壓)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值剛度驗(yàn)算：保證構(gòu)件在運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不產(chǎn)生過(guò)大變形剛度通過(guò)限制構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比或柔度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

－計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

某普通支撐構(gòu)件采用雙角鋼截面型式，受壓力N=410kN。計(jì)算長(zhǎng)度l0x=3m,l0y=8.85m，回轉(zhuǎn)半徑ix=2.37cm,iy=4.47cm。材料為Q235鋼。試驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度。

例題：∟100×80×8的截面積構(gòu)件凈截面積:

強(qiáng)度剛度概念：承受橫向荷載，樓蓋梁、吊車(chē)梁、橋面梁等；分類(lèi)：型鋼梁組合梁：組成靈活，用于荷載或跨度較大的情況，當(dāng)型鋼沒(méi)法滿(mǎn)足承載力和剛度要求時(shí)。熱軋型鋼梁：加工方便、制造簡(jiǎn)單、成本低，如工字鋼、槽鋼、H型鋼冷彎薄壁型鋼梁：用于荷載較小，跨度不大的情況，節(jié)省鋼材3.2受彎構(gòu)件－梁(g)一般采用三塊鋼板焊接而成的工字形截面，或(h)由T型鋼(用H型鋼剖分而成)中間加板的焊接截面。(i)當(dāng)焊接組合梁翼緣需要很厚時(shí)，可采用兩層翼緣板截面。(j)對(duì)受動(dòng)力荷載的梁，若鋼材質(zhì)量不能滿(mǎn)足焊接結(jié)構(gòu)的要求時(shí)，可采用高強(qiáng)度螺栓或鉚釘連接而成的工字形截面。(k)荷載很大而高度受到限制或梁的抗扭要求較高時(shí)，可采用箱形截面。常用組合梁形式

1.簡(jiǎn)單式梁格：?jiǎn)我恢髁?/p>

2.普通式梁格：分主、次梁

3.復(fù)式梁格：分主梁及橫、縱次梁梁格布置3.3梁的設(shè)計(jì)梁的設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿(mǎn)足1、承載力極限狀態(tài)強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、局部承壓強(qiáng)度)

整體穩(wěn)定性局部穩(wěn)定性2、正常使用極限狀態(tài)剛度(撓度)隨著梁上荷載不斷增加，彎曲應(yīng)力的發(fā)展可分為三個(gè)階段：(1)彈性階段；(2)彈塑性階段；(3)塑性階段。

抗彎強(qiáng)度以部分截面發(fā)展塑性（1/4截面，a=h/8）為極限狀態(tài)：式中：

Wn—梁的凈截面模量；

γ—塑性發(fā)展系數(shù)。

工字形和槽形截面梁腹板上的剪應(yīng)力分布如圖所示。截面上的最大剪應(yīng)力發(fā)生在腹板中和軸處。 抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，最有效的辦法是增大腹板的面積，但腹板高度hw一般由梁的剛度條件和構(gòu)造要求確定，故設(shè)計(jì)時(shí)常采用加大腹板厚度的辦法增大梁的抗剪強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度兩種情況下，應(yīng)驗(yàn)算腹板計(jì)算高度h0邊緣的局部承壓強(qiáng)度:(1)翼緣受有沿腹板平面作用的集中荷載(包括支座反力)(2)受有移動(dòng)的集中荷載(如吊車(chē)的輪壓)當(dāng)計(jì)算不能滿(mǎn)足時(shí)，在固定集中荷載處(包括支座處)，應(yīng)對(duì)腹板用支承加勁肋予以加強(qiáng)；對(duì)移動(dòng)集中荷載，則只能修改梁截面，加大腹板厚度。局部承壓強(qiáng)度整體失穩(wěn)現(xiàn)象機(jī)理分析：梁受彎變形后，上翼緣受壓，由于梁側(cè)向剛度不夠，就會(huì)發(fā)生梁的側(cè)向彎曲失穩(wěn)變形；梁截面從上至下彎曲量不等，就形成截面的扭轉(zhuǎn)變形，同時(shí)還有彎矩作用平面內(nèi)的彎曲變形，故梁的整體失穩(wěn)為彎扭失穩(wěn)形式，完整的說(shuō)法應(yīng)為：側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。有效措施：提高上翼緣側(cè)移剛度。梁的整體穩(wěn)定性組合梁由翼緣與腹板焊接而成，如果這些板件的寬厚比很大，板中壓應(yīng)力或剪應(yīng)力達(dá)到某數(shù)值后，受壓翼緣或腹板可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱(chēng)為梁?jiǎn)适Ь植糠€(wěn)定。熱軋型鋼梁能夠滿(mǎn)足局部穩(wěn)定要求，一般不必計(jì)算。梁的局部穩(wěn)定性梁的剛度驗(yàn)算即為梁的撓度驗(yàn)算。梁的剛度不足，其將會(huì)產(chǎn)生較大變形，影響正常使用。例如樓蓋梁的撓度超過(guò)正常使用的某一限值時(shí)，一方面給人們一種不舒服和不安全的感覺(jué)，另一方面可能使其上部的樓面及下部的抹灰開(kāi)裂，影響結(jié)構(gòu)的功能；吊車(chē)梁撓度過(guò)大，會(huì)加劇吊車(chē)運(yùn)行時(shí)的沖擊和振動(dòng)，甚至使吊車(chē)運(yùn)行困難等等。

v－荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的最大撓度；[v]－規(guī)范根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的梁的容許撓度值。梁的剛度1、根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算梁的最大彎距設(shè)計(jì)值Mmax；2、根據(jù)抗彎強(qiáng)度，計(jì)算所需的凈截面抵抗矩：3、查型鋼表確定型鋼截面4、截面驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算：抗彎、抗剪、局部承壓；剛度驗(yàn)算：驗(yàn)算梁的撓跨比整體穩(wěn)定驗(yàn)算（型鋼截面局部穩(wěn)定一般不需驗(yàn)算）。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整截面，再進(jìn)行驗(yàn)算，直至滿(mǎn)足。型鋼梁的設(shè)計(jì)步驟二、螺栓連接優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠；

分為：普通螺栓連接；高強(qiáng)度螺栓連接三、鉚釘連接N缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差，施工速度慢。

優(yōu)點(diǎn)：拆裝方便缺點(diǎn)：板件有削弱一、焊縫連接

優(yōu)點(diǎn)：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點(diǎn)：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感。

第四節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接1.手工電弧焊

焊機(jī)導(dǎo)線(xiàn)熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧一、焊縫連接電弧焊（手工電弧焊、自動(dòng)\半自動(dòng)埋弧焊），氣體保護(hù)焊。原理：由焊條、焊鉗、焊件、電焊機(jī)與導(dǎo)線(xiàn)組成電路。通電引弧后，在涂有焊藥的焊條端與焊件間產(chǎn)生電弧，使焊藥燃燒、焊條熔化；熔滴滴入被電弧吹成的焊接溶池中，焊縫金屬冷卻后與焊件熔成一體；焊藥燃燒在熔池周?chē)纬杀Ｗo(hù)氣體，稍冷后在焊縫熔化金屬表面形成熔渣，以隔絕熔池中液體金屬與氧、氮等氣體的接觸，避免形成脆性易裂化合物。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；一般情況下，焊條與母材的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

Q235鋼材，采用E43焊條；

Q345鋼材，采用E50焊條；Q390、Q420鋼材，采用E55焊條。

焊條牌號(hào)為E43、E50和E55型等，E表示焊條，數(shù)字表示熔融金屬最小抗拉強(qiáng)度（單位為Kgf/mm2）。原理：自動(dòng)電焊機(jī)沿軌道按設(shè)定速度移動(dòng)，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑熔化。隨焊機(jī)的移動(dòng)，顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，同時(shí)焊絲自動(dòng)地邊熔化邊下降，稱(chēng)為自動(dòng)埋弧焊。

(沿軌道推移過(guò)程由人工控制時(shí)，稱(chēng)為半自動(dòng)埋弧焊)2.自動(dòng)/半自動(dòng)埋弧焊門(mén)式全自動(dòng)埋弧焊機(jī)優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。

原理：直接依靠惰性氣體或二氧化碳?xì)怏w在電弧周?chē)纬删植康谋Ｗo(hù)層，以防止有害氣體侵入，從而保持焊接過(guò)程的穩(wěn)定。3.氣體保護(hù)焊焊縫形式角焊縫

對(duì)接焊縫

4.焊縫形式及連接形式連接形式平接

搭接

T形連接

角接

1.普通螺栓C級(jí)---粗制螺栓，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；

Ⅱ類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝1～3mm。A、B級(jí)---精制螺栓，性能等級(jí)為5.6或8.8級(jí);5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個(gè)級(jí)別。二、螺栓連接分為普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓螺栓連接施工簡(jiǎn)單，固定可靠，無(wú)需專(zhuān)用設(shè)備，廣泛用于臨時(shí)固定構(gòu)件及可拆卸結(jié)構(gòu)的安裝。A、B級(jí)螺栓加工精制，精度高要求，要求I類(lèi)孔，孔徑與栓徑相同，栓桿和螺孔間空隙僅為0.3mm左右。在鋼結(jié)構(gòu)中已很少采用；

C級(jí)螺栓由圓鋼壓制成，表面粗糙，要求Ⅱ類(lèi)孔，孔徑比螺栓桿徑大1.5～3mm。傳遞剪力時(shí)，變形大，但傳遞拉力時(shí)性能尚好，且成本低，故多用于承受拉力的安裝螺栓連接、次要結(jié)構(gòu)中。

按抗剪受力特性分：摩擦型與承壓型摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀態(tài)；承壓型允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài)。高強(qiáng)螺栓采用Ⅱ級(jí)孔，便于施工。高強(qiáng)螺栓按強(qiáng)度等級(jí)分10.9與8.8級(jí)。

10.9級(jí)為20MnTiB、40Cr等材料，fu≥1000N/mm2，fu/fy≥0.9；

8.8級(jí)一般為45＃鋼制成，fu≥800N/mm2，fu/fy≥0.8。施工簡(jiǎn)便、受力好、耐疲勞、可拆換、工作安全可靠。已廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)連接中，尤其適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。2.高強(qiáng)度螺栓(1)并列—簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大；B錯(cuò)列A并列中距中距邊距邊距端距(2)錯(cuò)列—排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截面削弱?。?/p>

3.螺栓的排列4.螺栓排列的要求（1）受力要求:

垂直受力方向：為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過(guò)多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太??；

順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太小；

對(duì)于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。（2）構(gòu)造要求；

螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。5.破壞形式（1）螺栓桿被剪壞

栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（2）孔壁的擠壓破壞

栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3）板件被拉斷

截面削弱過(guò)多時(shí)

以上破壞形式予以計(jì)算解決。（4）板件端部被剪壞(拉豁)

端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞

螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d這兩種破壞構(gòu)造解決N/2NN/2按主、次梁相對(duì)位置的不同，連接構(gòu)造分為：疊接：次梁直接放在主梁上，用螺栓或焊縫固定。為避免主梁腹板局部壓力過(guò)大，在主梁相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)支承加勁肋。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便缺點(diǎn)：主次梁所占凈空大梁與梁的連接側(cè)面連接：

次梁連接在主梁腹板或支托上，屬于簡(jiǎn)支連接。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省空間梁與柱的連接鉸接連接——柱身只承受梁端的豎向剪力，梁與柱軸線(xiàn)間的夾角可以自由改變，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)不受約束；剛性連接——柱身在承