鋼結構設計基本原理課件

1、凌 云 安徽理工大學土木建筑學院,鋼結構基本原理The Fundamental Theory of Steel Structures,鋼結構設計基本原理,2,鋼結構課程的學習方法,根據(jù)教學大綱要求，本課程主要講授鋼結構的基本原理以及構件設計計算內容； 本課程的特點是大家對鋼結構的感性認識還較少，結構構造復雜，理論性強（特別是穩(wěn)定理論）； 受課時限制，不能過多地詳細講解例題，一定要從受力概念上理解問題，加強課前預習與課后復習； 多做習題與思考題。,鋼結構設計基本原理,3,本 課 程 的 內 容,第一章 緒 論 第二章 鋼結構的材料 第三章 鋼結構的連接 第四章 軸心受力構件 第五章 受彎構件設計

2、 第六章 拉彎和壓彎構件,鋼結構設計基本原理,4,學習參考書,鋼結構設計規(guī)范, GB50017-2003. 北京: 中國計劃出版社, 2003 陳紹蕃等編著. 鋼結構（上下冊）. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2003 沈祖炎，陳以一編著. 鋼結構基本原理(第二版). 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2005 張耀春等. 鋼結構設計原理. 北京: 高等教育出版社, 2006 鋼結構設計手冊（第三版 上下冊）.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2003, 2004 邱鶴年. 新編鋼結構設計手冊. 北京: 中國電力出版社, 2005 鋼結構設計計算示例.北京: 中國計劃出版社, 2007 夏志斌，姚諫

3、編著.鋼結構原理與設計.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2004,鋼結構設計基本原理,5,第 一 章 緒 論,第一節(jié) 鋼結構的特點 第二節(jié) 鋼結構的應用 第三節(jié) 鋼結構的設計方法 第四節(jié) 鋼結構的發(fā)展方向,鋼結構設計基本原理,6,1.1鋼結構的特點,不同材料形成的結構有各自的特點。鋼結構(steel structure)是由鋼板或型鋼制造而成的結構，其主要特點如下：,1.強度(strength)高,與其他材料諸如木材、磚石、混凝土相比，鋼材的容重雖然大，但強度高很多。現(xiàn)舉例說明，鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）中，強度最低的鋼材為Q235，其抗拉、抗壓強度設計值為215N/mm2，混凝

4、土設計規(guī)范（GB50010-2002 ）中標號最高的為C80，其抗拉、抗壓強度設計值分別為 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可見，前者抗拉強度為后者的 97倍，而抗壓強度為6倍。因此，在相同的荷載和條件下，鋼結構的重量輕。,鋼結構設計基本原理,7,2.塑性(plasticity)、韌性(toughness)好,由于鋼材的塑性好，一 般情況下，鋼結構不會因偶然或局部超載而發(fā)生突然斷裂，而是以事先有較大變形為先兆。鋼材的韌性好，則使鋼結構能很好地承受動力荷載，這些性能均對鋼結構的安全提供了可靠保證。,鋼材的內部組織均勻，非常接近于各向同性體，在使用應力階段，鋼材為理想彈性工作，符合

5、工程力學的基本假定。因此，鋼結構實際受力情況與力學計算結果吻合好，可根據(jù)力學原理建立鋼結構的計算方法。,3.材質均勻,鋼結構設計基本原理,8,可焊性是鋼結構的獨特優(yōu)點。由于鋼材的可焊性解決了鋼結構的制作問題，致使鋼結構連接大為簡化，可制造各種復雜形狀的結構。當然焊接也將產生殘余應力、殘余變形以及熱影響區(qū)脆性等問題。,5.工業(yè)化程度高,鋼結構采用的型鋼和鋼板，經專業(yè)廠家制作為鋼構件，然后運至工地安裝。型鋼的大量采用再加上專業(yè)化的生產，故精度高、制作周期短。工地安裝廣泛采用螺栓連接，良好的裝配性使工期大為縮短。此外，已建鋼結構也易于拆卸。,4.可焊性(weldability)好,鋼結構設計基本原理

6、,9,6.密閉性好,鋼材本身組織致密，焊接的鋼結構可以做到完全密閉，甚至鉚接或螺栓連接都可以做到。因此，可用于建造氣密性和水密性要求高的氣罐、油罐和高壓容器。,7.耐腐蝕性差,鋼材在濕度大和有腐蝕性介質的環(huán)境中容易銹蝕。因此，為確保鋼結構的耐久性，必須采用油漆、鍍鋅等防護措施，故維護費用較高。,鋼材當輻射熱溫度低于150時，鋼材的主要性能變化很小。因此，其耐熱性能較好。當溫度超過150時，材質性能有所變化，需采取隔熱措施，當溫度達到600左右，鋼結構會瞬間崩潰，完全喪失承載力。因此，耐火性能差，必須采取一定的防火措施。美國世貿大樓的坍塌充分說明了鋼結構耐火性能差是一致命缺憾。,8.耐熱不耐火,

7、1.2鋼結構的應用,站在現(xiàn)代建筑結構技術的發(fā)展前沿，可以說世界上沒有不能實現(xiàn)的結構，只有不合理的結構。根據(jù)鋼結構本身的特點，結合我國國民經濟的發(fā)展，鋼結構在土木工程領域合理的應用范圍大致如下：,鋼結構設計基本原理,12,1.工業(yè)廠房(industrial factory building),工業(yè)廠房可分為輕型、中型和重型工業(yè)廠房，主要根據(jù)是否設置吊車以及吊車噸位的大小和運行頻繁程度而定。例如，煉鋼車間、鍛壓車間等。近年來，輕型門式剛架結構在工業(yè)廠房中的應用十分普遍。,2.大跨結構(large span structure),大跨結構可以充分發(fā)揮鋼結構強度高、自重輕的優(yōu)點。比如，體育館、會展中心

8、、飛機庫、劇場等。尤其在懸索橋、斜拉橋等橋梁工程中的應用。,鋼結構設計基本原理,13,3.高層結構(high-rise structure),高層結構，尤其是超高層結構能充分發(fā)揮鋼結構強度高，塑性、韌性好，抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點。例如，辦公樓、賓館、住宅等。近年來，隨著我國鋼產量的逐年增加，鋼結構在多層、高層、超高層建筑中的應用將會更加廣泛。,4.高聳結構(towering structure),高聳結構主要包括塔架和桅桿結構。如電視塔、輸電線塔、鉆井塔、環(huán)境大氣監(jiān)測塔、廣播發(fā)射桅桿等。,鋼結構設計基本原理,14,5.容器、貯罐、管道,如大型油庫、油罐、氣罐、煤氣庫、輸油管等。,6.可拆卸或移動的

9、結構,如建筑工地的活動房，臨時的商業(yè)或旅游業(yè)建筑，塔式起重機，龍門吊等。此類結構多為輕鋼結構并采用螺栓或扣件連接。,7.其他構筑物,如高爐、運輸通廊、棧橋、管道支架等。,鋼結構設計基本原理,15,重型廠房結構 西安變壓器廠（400t吊車）,鋼結構設計基本原理,16,廠 房 結 構,鋼結構設計基本原理,17,大跨建筑 上海體育場,鋼結構設計基本原理,18,位于北京人民大會堂西側，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬平方米，總投資26.88億元。 該工程外部圍護結構為鋼結構網殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m。內設歌劇院（2416

10、席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設在水下 。由設計法國巴黎機場航站樓的安德魯建筑師設計，北京市建筑設計研究院參與主體設計 ，整體結構用鋼量達6750t，195kg/m2。,大跨結構-國家大劇院,鋼結構設計基本原理,19,國家體育場建筑體形上像鳥巢?？扇菁{8萬人。平面為橢圓形,長軸340m，短軸292m。屋蓋中間有一個146m 76m 的開口，這部分將設計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面 ，總用鋼量達16萬t 。,大跨結構-國家體育場,鋼結構設計基本原理,20,鋼結構設計基本原理,21,國家游

11、泳中心水立方 建筑面積 79532； 投資：大約為10.2億RMB,鋼骨架結構效果,鋼結構設計基本原理,22,多層房屋,鋼結構設計基本原理,23,多層房屋,鋼結構設計基本原理,24,上海環(huán)球金融中心,由日本森大株式會社的全額子公司森海外株式會社及日本具有代表性的銀行、保險公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機構日本海外經濟協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達492米 ?？傆娩摿?6000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。,高層建筑,鋼結構設計基本原理,25,上海

12、金茂大廈,金茂大廈是由中國上海對外貿易中心股份有限公司獨家投資5.6億美元建設的一座88層的超高層大廈，建筑高度420.5米，建筑面積28.9萬平方米，于1998年8月28日竣工。 總用鋼量14000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。設計者為美國S.O.M事務所。,高層建筑,鋼結構設計基本原理,26,央視新臺址,央視新臺址建設工程位于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中路、北京商務中心區(qū)的核心地段，占地面積18.7萬平方米，總建筑面積55萬平方米, 高230m。央視新臺址建設工程總投資約50億元人民幣，2003年10月開工建設，2008年正式運行 。,高層建筑,鋼結構設計基本原理,27,大連遠洋大廈,

13、大連遠洋大廈由大連遠洋運輸公司、中遠房地產開發(fā)公司與美國ESPIRIT公司聯(lián)合投資14.8億人民幣開發(fā)的集五星級酒店和甲級寫字樓為一體的智能大廈。 總建筑面積14.8萬平方米。其中：A座為五星級酒店，地上51層，總高200.8m。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼框架。設計、加工、安裝全部國產化。,高層建筑,鋼結構設計基本原理,28,臺北101 大廈,直徑5.5m，重660 t 的阻尼器,長寬各150m，總面積30277m2，塔高508m，世界第一高（至2008年8月；2003年10月17日竣工） ，26層以上以8層為一單元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。巨柱自地下5層至地上90層，最大尺寸為2.4

14、mx3m。,高層建筑,鋼結構設計基本原理,29,高聳結構 電視塔、微波塔、通訊塔等,東方明珠電視塔,東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高度成為亞洲第一高塔。于1991年3月開始建造，1994年11 月完工，總重量達12萬噸，總投資8.3億元人民幣。 東方明珠塔由三根直徑為9米的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。,鋼結構設計基本原理,30,236m高青島廣播電視塔,塔桅結構,鋼結構設計基本原理,31,陜西銅川天然氣公司 1000立方米天然氣球罐,大連西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62鋼球罐,殼體結構,鋼結構設計基本原理,32,殼體結

15、構,鋼結構設計基本原理,33,橋 梁 結 構,徐浦大橋,鋼結構設計基本原理,34,橋 梁 結 構,盧浦大橋,鋼結構設計基本原理,35,鋼結構設計基本原理,36,其 它 鋼 結 構,1.3鋼結構的設計方法,鋼結構設計應遵循的一般原則是“技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量”。鋼結構的設計方法可分為容許應力法和極限狀態(tài)設計法兩種。分述如下：,一 容許應力法(allowable stress method),“容許應力法”也稱為“安全系數(shù)法”或“定值法”。即將影響結構設計的諸因素取為定值，采用一個憑經驗選定的安全系數(shù)來考慮設計諸因素變異的影響，以衡量結構的安全度。其表達式為： (1-1),鋼結構設

16、計基本原理,39,容許應力法，作為一種傳統(tǒng)的設計方法計算簡便，目前許多國家在不同的規(guī)范中仍在采用。但此設計方法采用定值的安全系數(shù)考慮不確定諸因素的影響不科學，不能定量度量結構的可靠度，而且給人一種誤導，只要有安全系數(shù)結構就百分之百可靠。目前，我國鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）中，只有結構構件或連接的疲勞強度計算采用此方法。,式中：,由標準荷載與構件截面尺寸所計算的應力；,容許應力,=,材料的標準強度，對于鋼材為屈服點 ；,安全系數(shù)。,鋼結構設計基本原理,40,二 極限狀態(tài)設計法(limit-state design method),極限狀態(tài)設計法問世于20世紀50年代。它將變異性的

17、設計參數(shù)采用概率分析引入結構設計中。根據(jù)應用概率分析的程度分為三種水準。即半概率極限狀態(tài)設計法、近似概率極限狀態(tài)設計法和全概率極限狀態(tài)設計法。目前，鋼結構設計方法采用的是近似概率極限狀態(tài)設計法，有時也稱為概率極限狀態(tài)設計法。,1.可靠性(reliability)定義,按照概率極限狀態(tài)設計法，結構可靠度定義為：結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。是結構安全性、適用性和耐久性的總稱。,鋼結構設計基本原理,41,2.極限狀態(tài)(limit state)定義及分類,當結構或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。結構的極限狀態(tài)可

18、分為兩類：,(1)承載能力極限狀態(tài),結構或構件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形 時的極限狀態(tài)，它包括強度、穩(wěn)定和疲勞等計算。,鋼結構設計基本原理,42,結構或構件達到正常使用的某項規(guī)定極限值時的極限狀態(tài)。包括靜載下的過大變形、動載下的劇烈振動及耐久性問題。,結構的工作性能可用結構的功能函數(shù)來描述，若結構設計時需考慮影響結構可靠性的隨機變量有n個，即x1,x2,xn,則在n個隨機變量間通常可建立函數(shù)關系，若僅考慮R,S兩個參數(shù)，則結構的功能函數(shù)為： Z=(R,S)=R-S (1-2),3.結構的功能函數(shù),(2)正常使用極限狀態(tài),鋼結構設計基本原理,43,式中：R結構的抗力； S荷載效應

19、。實際工程中，隨著條件的不同，Z有三種可能性：當Z0 結構處于可靠狀態(tài)；當Z=0 結構達到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；當Z0 結構處于失效狀態(tài)。結構的可靠度及失效概率為：結構的可靠度： Ps=P(Z0) (1-3)結構的失效概率： Pf=P(Z0) (1-4)兩者關系： Ps+Pf=1 (1-5),鋼結構設計基本原理,44,4.設計方法表達式,現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）中除疲勞計算外，都采用廣大設計人員熟悉的分項系數(shù)設計表達式表示以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法。 (1) 對于承載能力極限狀態(tài)，應按荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載組合，基本組合按下列設計表達式中最不利值確定

20、,鋼結構設計基本原理,45,(i)由可變荷載效應控制的組合：,式中： 結構重要性系數(shù)； 永久荷載的分項系數(shù)； 第個可變荷載的分項系數(shù)，其中為可變荷載的分項系數(shù)； 按永久荷載標準值計算的荷載效應值； 按可變荷載標準值計算的荷載效應值，其中為諸可變荷載效應中起,(ii)由永久荷載效應控制的組合：,(1-6),(1-7),鋼結構設計基本原理,46,控制作用者；可變荷載的組合值系數(shù)；參與組合的可變荷載數(shù)；鋼材的強度設計值。 ，為鋼材屈服點，為抗力分項系數(shù)，對于Q235鋼： 1.087；對于Q345、Q390和Q420鋼： =1.111。但對于端面承壓和連接，則 ，其中為極限強度， =1.538,(2)

21、 對于正常使用極限狀態(tài)，應據(jù)不同的設計要求，采用荷載的標準組合、頻遇組合或準永久組合。鋼結構通常只考慮荷載的標準組合，其設計式為：,（1-9）,鋼結構設計基本原理,47,式中：永久荷載標準值在結構或結構構件中產生的變形值； 超控制作用的第一個可變荷載的標準值在結構或結構構件中產生的變形值；其他第個可變荷載標準值在結構或結構構件中產生的變形值；結構或結構構件中的容許應力值。,1.4鋼結構的發(fā)展方向,1高效能鋼材的研制和應用 2計算理論的研究和完善 3結構形式的創(chuàng)新和應用 4最優(yōu)化原理的應用,鋼結構的發(fā)展,鋼結構的發(fā)展經歷了一個漫長的歷程。從古至今，煉鐵、煉鋼以及每一項新技術的問世都極大地推動了鋼

22、結構的發(fā)展。 我國的歷史最為悠久，是最早用鐵建造結構的國家。其中以鐵鏈橋及鐵塔為典型代表。建于公元5875年的蘭津橋（圖1.1）是最早的一座鐵鏈橋，比歐洲最早的鐵鏈橋早70余年；建于1706年的四川滬定大渡河橋（圖1.2），凈跨100m，寬2.8m，由13根鐵鏈組成，每根約1.6t，鐵鏈錨固于直徑20cm,長4m的鑄鐵錨樁上，該座橋比英國用鑄鐵建造的歐洲第一座跨度31m的拱橋早83年，比美洲第一座跨度為21.3m的鐵鏈橋早105年。,鐵塔作為古代的一種宗教建筑，如建于967年的廣州光孝寺東鐵塔，共7層，塔身高6.35m；建于1061年的湖北荊州玉泉寺鐵塔（圖1.3），共17層，塔身高17.9m

23、；山東濟寧鐵塔寺鐵塔；江蘇鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔等，均以獨特的建筑造型和超凡的冶金技術，展示了我國勞動人民的聰明智慧和我國古代金屬結構的輝煌成就！,鋼結構設計基本原理,51,圖1.1 蘭津橋,圖1.2 滬定大渡河橋,圖1.3 玉泉寺鐵塔,18世紀末工業(yè)革命在歐洲興起，冶金技術的發(fā)展使鋼結構在歐美的應用快速增長。18世紀80年代熟鐵型材問世，19世紀30年代采用軋制方法制造鐵軌，19世紀2030年代鉚釘連接技術導致鉚接熟鐵結構的誕生。如1889年采用熟鐵建成的高度321m的巴黎埃菲爾（Eiffel）鐵塔（圖1.4）。,1856年和1867年相繼發(fā)明轉爐和平爐冶煉工藝，軟鋼時代到來。從19世紀60年代和7

24、0年代起才有了全鋼制造的橋梁，如建于1847年的跨越美國密西西比河的圣路易斯拱橋，中間跨158.5m，兩邊跨各為153m。19世紀后半葉焊縫連接出現(xiàn)，20世紀20年代起在工程結構中廣泛應用。20世紀30年代末到50年代初，高強螺栓連接開始應用于鋼結構工程，促進了鋼結構的發(fā)展。,鋼結構設計基本原理,54,圖1.4 埃菲爾鐵塔,圖1.5 西爾斯大廈,自20世紀70年代起國外鋼結構發(fā)展的高峰期到來。代表性建筑有1974年建成的110層，高443m的美國芝加哥西爾斯（Sears）大廈（圖1.5）；1974年建成的5層纖繩，高645m的波蘭華沙長波用桅桿；1973年建成的高392m的蘇聯(lián)基輔自立式電視塔

25、；1975年建成的直徑207m的美國新奧爾良超級穹頂；80年代初建成的跨度218m的新加波章宜機場飛機庫；1981年建成的主跨1410m的英國亨伯（Humber）吊橋；,1998年4月建成通車的中央跨長1991m的日本明石海峽吊橋（圖1.6），實現(xiàn)了超大跨度的飛躍。1996年建成的地上88層、450m高的馬來西亞吉隆坡石油大廈（圖1.7）；于1998年動工、2004年12月正式開放的地下5層，地上101層508m高的臺北101大廈（圖1.8），被視為世界新“地標”，在高度方面向極限沖刺。鋼結構技術進入目前最高境界！,鋼結構設計基本原理,57,圖1.6 日本明石海峽吊橋,鋼結構設計基本原理,58

26、,圖1.7 石油大廈 阿聯(lián)酋七星級酒店,鋼結構設計基本原理,59,圖1.8 臺北101大廈,鋼結構設計基本原理,60,圖1.9 倫敦子彈頭,圖1.10 瑞典190米陀螺型奇異建筑,中國鋼結構的發(fā)展雖有輝煌的歷史，但在半封建半殖民地的百年歷史中落后了。1949年新中國成立后，由于鋼產量的限制，鋼結構雖有發(fā)展，但數(shù)量少、規(guī)模小，僅在重型廠房、大跨度公共建筑以及塔桅結構中采用。鞍山、武漢、包頭等鋼廠的煉鋼、軋鋼及連鑄車間均采用了鋼結構，,在公共建筑方面代表作有1962年建成的北京工人體育館采用圓形雙層輻射式懸索結構，直徑94m；1967年建成的浙江體育館采用雙曲拋物面正交索網的懸索結構，橢圓平面，8

27、060m；1975年建成的上海體育館，跨度110m的三向平板網架；1977年建成的北京環(huán)境氣象塔為高達 325m的5層纖繩三角形桿身的鋼桅桿結構。,在橋梁方面代表作有：1957年建成的武漢長江大橋；1968年建成的南京長江大橋等。1978年以后，我國改革開放政策實施，鋼結構得到了前所未有的發(fā)展，應用領域得以拓展。比如，1994年建成的天津新體育館，采用圓形平面球面雙層網殼，直徑108m；1996年建成的嘉興電廠干煤柵，采用矩形平面三心圓柱面雙層網殼，跨度為103.5m；1997年建成的上海體育館馬鞍山環(huán)形大懸挑空間鋼結構屋蓋，最大懸挑長度78m；,2000年建成的上海浦東國際機場航站樓張弦梁屋

28、蓋鋼結構，張弦梁屋架最大跨度為80m。正建的中國國家大劇院（圖1.9）的鋼結構東西跨度212.24m，南北跨度143.64m，高度46.285m，蛋殼面積3.5萬米2 ;正建的2008奧運會主場館鳥巢（圖1.10）等。這些建筑的建成標志我國大跨度空間鋼結構已迅速接近國際先進水平。,鋼結構設計基本原理,65,圖1.12 中國國家大劇院,圖1.11 2008奧運會主場館鳥巢,鋼結構設計基本原理,66,另外，高層及超高層鋼結構建筑在北京、上海、深圳等地拔地而起，以地下3層，地上88層，420.5m的上海金貿大廈（圖1.11）為代表，標志著我國超高層鋼結構已進入世界前列！,圖1.13上海金貿大廈,綜上

29、所述，鋼結構作為一種綜合性能優(yōu)良的結構，既有輝煌的歷史，更有美好的未來。我國自1996年鋼產量首次突破1億噸大關居世界第一至今，以1997年建設部頒發(fā)的中國建筑技術政策（19962010）為代表，國家推出一系列政策推動鋼結構的應用?？梢灶A言:21世紀是鋼結構的世紀！中國鋼結構飛速發(fā)展的時代已經到來！,圖1.14 東京千年塔,日本東京千年塔(Millennium Tower) 高約840米，外觀呈現(xiàn)圓錐形，約170層樓，可用于商業(yè)和居住。千年塔可以容納6萬人。,終極塔樓高(Ultima Tower)2英里，約合3218.7m。其基座直徑約1830米，大約500層樓,容納約100萬人口。 超群大廈

30、(Bionic Tower)約合1200米、有300層樓，容納約10萬人造價是150億美元。 福斯特建筑事務所的水晶島(Crystal Island)項目高1500英尺(約合457米)，可供3萬人居住。 東京清水TRY 2004巨城金字塔的高度是埃及吉薩大金字塔的12倍。埃及吉薩大金字塔高6574英尺(約合2003米)，可容納75萬人。 X-Seed 4000摩天巨塔樓高13,123英尺(約合4000米)，造價1萬億美元，形似帳篷由巨柱支撐，每根柱子都可以住人。X-Seed 4000摩天巨塔共有800個樓層，可以讓50萬至100萬人在此安居樂業(yè)。 空中之城1000(Sky City 1000)

31、是一座約1000米高的城市，可容納常駐居民3.6萬，工人10萬。,圖1.15 舊金山終極塔樓,圖1.16 超群大廈,圖1.17 莫斯科水晶島,圖1.18 東京清水TRY 2004巨城金字塔,圖1.19 東京X-Seed 4000,圖1.20 東京空中之城1000,圖1.21 世界超高層建筑圖譜,圖1.22 世界超高層建筑圖譜,圖1.23 中國超高層建筑圖譜,第二章 鋼結構的材料,第一節(jié) 建筑結構用鋼的基本要求 第二節(jié) 鋼材的破壞形式 第三節(jié) 鋼材的主要機械性能 第四節(jié) 影響鋼材性能的主要因素 第五節(jié) 復雜應力作用下的屈服條件 第六節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算 第七節(jié) 建筑結構用鋼的種類及選擇,鋼結

32、構設計基本原理,81,第一節(jié) 建筑結構用鋼的基本要求,鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對建筑結構用鋼來說，主要有三方面的要求。 1、較高的強度：結構的承載力大，所需的截面小，結構的自重輕； 2、較好的塑性及韌性：塑性好，不易發(fā)生脆性破壞；韌性好，利于承受動力荷載； 3、良好的加工性能與耐久性：包括可焊性、冷彎性能以及耐腐性能； 據(jù)上要求,鋼結構設計規(guī)范GB50017-2003推薦承重結構用鋼宜采用：炭素結構鋼中的Q235鋼及低合金高強結構鋼中的Q345、Q390和Q420鋼四種鋼材。,鋼結構設計基本原理,82,第二節(jié) 鋼材的破壞形式,兩種破壞形式： 塑性破壞：由于變形過大，超過了材料或構件可

33、能的應變能力而產生的，而且僅在構件的應力達到了鋼材的抗拉強度fu后才發(fā)生的。 2 脆性破壞:脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應力可能小于鋼材的屈服點fy，斷裂從應力集中處開始。破壞前沒有任何預兆，破壞是突然發(fā)生的。,鋼結構設計基本原理,83,第三節(jié) 鋼材的主要機械性能,一、單向拉伸試驗曲線 根據(jù)鋼材單向拉伸性能曲線，工程應用中，鋼材的性能按理想彈塑性體考慮，fy定為鋼材拉、壓強度標準值。,鋼結構設計基本原理,84,二、鋼材的主要機械性能 強度：fy 強度設計標準值，設計依據(jù)；fu鋼材的最大承載強度，安全儲備。 塑性5（10），鋼材產生塑變時而不發(fā)生脆性斷裂的能力，便于內力重分布，

34、吸收能量，重要指標。 冷彎性能90o、180o，在冷加工過程中產生塑性變形時，對產生裂紋的敏感性，是判別鋼材塑性及冶金質量的綜合指標。 韌性沖擊韌性k，鋼材在一定溫度下塑變及斷裂過程中吸收能量的能力，用于表征鋼材承受動力荷載的能力（動力指標），按常溫（20o）、零溫（0o） 、負溫（-20o、-40o）區(qū)分 。 可焊性表征鋼材焊接后具備良好焊接接頭性能的能力不產生裂紋，焊縫影響區(qū)材性滿足有關要求。,鋼結構設計基本原理,85,第四節(jié) 影響鋼材性能的主要因素,1、化學成份 2、冶金及軋制 3、冷作硬化與時效硬化 4、復雜應力與應力集中 5、殘余應力 6、溫度,鋼結構設計基本原理,86,1、化學成份

35、的影響 基本成份為Fe，炭鋼中含量占99，C、Si、Mn為雜質元素，S、P、N、O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。 C：含C使強度塑性、韌性、可焊性，應控制在0.22%，焊接結構應控制在0.20%。 Si：含Si適量使強度 其它影響不大，有益，應控制0.10.3% Mn：含Si適量使強度 降低S、O的熱脆影響，改善熱加工性能，對其它性能影響不大，有益。 S：含量使強度塑性、韌性、性能冷彎、可焊性； 高溫時使鋼材變脆熱脆現(xiàn)象。 P：低溫時使鋼材變脆冷脆現(xiàn)象；其它同S O、N：O同S；N同P，控制含量0.008%,鋼結構設計基本原理,87,2、冶金與軋制的影響 冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用M

36、n為脫氧劑，時間快，價格低，質量差；鎮(zhèn)靜鋼用Si為脫氧劑，時間慢，價格高，質量好。 反復的軋制可以改善鋼材的塑性，同時可以使鋼材中的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密實，晶粒細化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學性能提高。 3、冷作硬化與時效硬化 由于某種因素的影響而使鋼材強度提高，塑性、韌性下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為硬化現(xiàn)象。 冷加工時（常溫進行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱之為冷作硬化。 鋼材中的C、N，隨著時間的增長和溫度的變化，而形成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的“老化”現(xiàn)象稱之為時效硬化。,鋼結構設計基本原理,88,4、復雜應力與應力集中的影響 鋼材

37、在多向同號應力場作用下，一向的變形受到另一向的限制，而使鋼材強度增加，塑性、韌性下降，異號應力場時則相反。 鋼構件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原因而使構件內產生應力集中，應力集中實際為：局部應力增大并多為同號應力場。 5、殘余應力的影響 鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產生在構件內部自相平衡的內力,殘余應力雖對構件的強度無影響，但對構件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產生不利影響（后續(xù)章節(jié)中將詳細介紹）。,鋼結構設計基本原理,89,6、溫度的影響 溫度的影響，一般可分正溫與負溫影響兩部分。 正溫影響 總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強度降低，塑性、韌性提高，這一現(xiàn)象稱之為熱塑現(xiàn)象，溫度

38、達600o左右時，鋼材的強度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進行熱加工，此溫度稱之為熱煅溫度。 需要說明：鋼材在300o左右時，強度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍脆現(xiàn)象。鋼材在300o以上時應采取隔熱措施。 負溫影響 隨著溫度的降低鋼材的強度提高，塑性、韌性降低，脆性增大，稱之為低溫冷脆，當溫度降至某一特定溫度時鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為轉脆溫度。,鋼結構設計基本原理,90,第五節(jié)復雜應力作用下的屈服條件,在單向拉力試驗中，單向應力達到屈服點時，鋼材即進入塑性狀態(tài)。在復雜應力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉入塑性狀態(tài)的條件是按能量強度理論計算的折算應力 與單相應力

39、下的屈服點相比較來判斷： 當 時為彈性狀態(tài)； 時為塑性狀態(tài)。 如三向應力有一向應力很?。ㄈ绾穸容^小，厚度方向的應力可忽略不計）或為零時，則屬于平面應力狀態(tài)，上式成為,鋼結構設計基本原理,91,在一般的梁中，只存在正應力 和剪應力 ，則： 當只有剪應力時， 則： 由此得： 因此，鋼結構設計規(guī)范確定鋼材抗剪強度為 抗拉設計強度的0.58倍。 當平面或立體應力皆為拉應力時，材料破壞時沒有明顯的塑性變形產生，即材料處于脆性狀態(tài)。,鋼結構設計基本原理,92,第六節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算,1 疲勞破壞：鋼材在循環(huán)應力多次反復作用下裂紋生成，擴展以至斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。疲勞破壞屬于脆性破

40、壞。 2 疲勞計算類別及參數(shù)取值： 1應力譜 循環(huán)荷載在鋼材內應起的反復循環(huán)應力隨時間變化的曲線即為應力譜 2應力幅 試驗與分析證明應力幅相同的情況下，最大最小應力無論是較高或較低，以及應力比是較大或較小，對疲勞強度基本不起作用。,鋼結構設計基本原理,93,3疲勞計算類別：不同類別鋼構件或連接的疲勞 強度各不相同。按其疲勞性能的高低歸并為八個疲勞計算類別，并對每個類別規(guī)定了相應的參數(shù)取值。其中一類疲勞性能最好，八類最差。需要指出，疲勞破壞應力幅或疲勞允許應力幅主要取決于 應力循環(huán)次數(shù)以及構件或連接的具體構造細節(jié)和應力集中程度 . 3 疲勞曲線：對于不同的構件和連接用不同的應力幅 在疲勞試驗機上

41、進行常幅循環(huán)應力試驗可得試件發(fā)生疲勞破壞時的應力循環(huán)次數(shù)n，將足夠多的試驗點連接起來，便得到 曲線，即疲勞曲線。 4 鋼構件和連接的疲勞計算: 規(guī)范規(guī)定當應力變化的循環(huán)次數(shù)大于等于十萬次（n ）時，應對應力循環(huán)中出現(xiàn)的拉應力的部位進行疲勞計算，對不出現(xiàn)拉應力的部位一般不計算疲勞，計算疲勞時，不乘分項系數(shù)，也不乘動力系數(shù)，按彈性方法計算其應力。,鋼結構設計基本原理,94,5 常幅疲勞的容許應力幅： 實際上試驗數(shù)據(jù)是分布在實線兩側有一定寬度的分布帶，鋼結構規(guī)范規(guī)定容許應力幅取分散帶的下限，即平行于實線但偏左k倍的標準差的疲勞屈線。試驗表明，常幅疲勞的容許應力幅與循環(huán)次數(shù)n的關系，采用對數(shù)坐標時，大

42、體是一多 為-1/ 的直線。 式中c, -系數(shù)，按疲勞計算類別查表 n-應力循環(huán)系數(shù),鋼結構設計基本原理,95,6 常幅疲勞計算: 焊接部位 非焊接部位 拉應力時取正號，壓應力時取正號 7 變幅疲勞計算： 當疲勞應力幅變化時，按照線性疲勞累積損傷原則，將隨機變化的應力幅折算成等效常應力幅，然后按常應力幅疲勞計算：,鋼結構設計基本原理,96,式中： -以應力循環(huán)次數(shù)表示的結構預期使用壽命 -預期壽命內相應力幅的應力循環(huán)次數(shù) 8 吊車梁的變幅計算： 吊車梁引起變幅的荷載主要是吊車荷載，疲勞計算時通常以經常發(fā)生的一臺吊車標準值計算應力幅，規(guī)范規(guī)定的計算公式為： -次數(shù)效應系數(shù)。對重級工作制硬鉤吊車

43、;重級工作制軟鉤吊車 ；中級工作制吊車,鋼結構設計基本原理,97,第七節(jié) 建筑結構用鋼的種類與選用 一、鋼材的牌號表示方法及結構用鋼的種類,鋼材牌號由：“Q、屈服點值、質量等級、脫氧方法”四部分組成。 Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強度”； 質量等級： 碳素結構鋼分AD四級； 低合金鋼分AE五級（次序越高質量越好） 。 脫氧方法：F沸騰鋼； Z鎮(zhèn)靜鋼； b半鎮(zhèn)靜鋼；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼。 Z 和TZ一般可以省略。 注：結構用鋼主要有：碳素結構鋼（低碳，C 0.22 ） 低合金高強度結構鋼（低合金，合金元素5）,鋼結構設計基本原理,98,碳素結構鋼分：A、B、C、D 四級，含所有脫氧方法；低

44、合金結構鋼分：A、B、C、D、E五級，只有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。 1、碳素結構鋼 A,B A,B 主要有五種：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 鋼號表示方法舉例：（Q235-A,B,C,D） Q235-AF Q235-Bb Q235-C Q235-D Q 屈服點，235 表示 fy=235 N / mm2 A 無沖擊性能要求 B、C、D要求20 、 0 、-20 時沖擊功27J,鋼結構設計基本原理,99,2、低合金高強度結構鋼 低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素（含量5）的鋼材。常用的低合金鋼有Q345、Q390、Q420等。低合金鋼的質量等級分五級： A 無沖擊性

45、能要求； B、C、D要求20 、 0 、-20 時沖擊功34J E 要求-40 時沖擊功27J 碳素結構鋼和低合金鋼可以采取適當?shù)臒崽幚恚ㄈ缯{質處理）進一步提高其強度。例如用于制造高強度螺栓的45號優(yōu)質碳素鋼以及40硼鋼（40B）、20錳鈦硼鋼（20MnTiB）就是通過調質處理提高強度的。,鋼結構設計基本原理,100,1. 選用原則 鋼材選用的原則是既要使結構安全可靠和滿足使用要求，又要最大可能節(jié)約鋼材和降低造價。為保證承重結構的承載力和防止在一定條件下可能出現(xiàn)的脆性破壞，應綜合考慮六方面因素：結構的重要性、荷載的性質、連接方法、結構的工作環(huán)境、結構及構件的受力性質、結構形式和鋼材厚度。,二、

46、鋼材的選用,鋼結構設計基本原理,101,2. 鋼材性能要求 鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定： 承重結構的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證。 焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材還應具有冷彎試驗的合格保證。 需要驗算疲勞的焊接結構的鋼材，應具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材應具有常溫沖擊韌性的合格保證。,鋼結構設計基本原理,102,對抗震鋼結構的鋼材還應符合下列要求： （1）鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2； （2）鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率應大于

47、20%； （3）鋼材應有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。,鋼結構設計基本原理,103,3 .鋼材的規(guī)格 鋼結構采用的鋼材有鋼板、型鋼以及冷彎成型的薄壁型鋼。 （1）鋼板有厚鋼板（厚度460）和薄鋼板（厚度為0.35 4）扁鋼（厚度為4 60 ） （2）型鋼 常用的型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管。普通型鋼是由鋼材熱軋而成，型鋼截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利。由于其形狀較為簡單種類和尺寸分級較少，所以便于軋制 ，而且構件間相互連接也 比較方便，因此型鋼是鋼結構中采用的主要鋼材。 （3）薄壁型鋼是用薄鋼板，經模壓或彎曲而制成，其截面形式及尺寸可按合理方案設計，能充分利用鋼材的強度節(jié)約鋼材

48、，所以已在我國逐步推管使用。,鋼結構設計基本原理,104,(1)鋼板 特厚鋼板：厚度60mm, 寬6003800mm，長度49m 厚鋼板：厚4.560mm, 寬7003000mm ，長度412m 薄鋼板：厚0.354mm, 寬5001800mm ，長度0.46m 扁鋼： 厚460mm, 寬12200mm ，長度39m (2)型鋼 角鋼： 等邊 L100 8 ，不等邊 L140 90 8； 工字鋼：20a，20b； 槽鋼： 30a ， 25b； H型鋼和T型鋼（HBtwtf, hBtwtf ）； 鋼管：102 5（外徑 壁厚） (3)冷彎薄壁型鋼 冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1.

49、512mm，但承重結構受力構件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結構中得到廣泛應用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C型鋼）、鋼管等。,第三章 鋼結構的連接,鋼結構設計基本原理,106,鋼結構的連接方法及分類,一般鋼結構用,輕型鋼結構（冷彎薄壁鋼結構）,3.1 鋼結構的連接方法及其特點,鋼結構設計基本原理,107,一、焊縫連接,優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；,缺點：材質易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。,鋼結構設計基本原理,108,三、螺栓連接,優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠；,分為： 普通螺栓連接 高

50、強度螺栓連接,二、鉚釘連接,缺點：對施工技術要求很高，勞動強度大，施工條件差， 施工速度慢。,鋼結構設計基本原理,109,一、鋼結構常用焊接方法,1.手工電弧焊,A、焊條的選擇： 焊條應與焊件鋼材相適應。,原理：利用電弧產生熱量 熔化焊條和母材形 成焊縫。,3.2 焊接方法和焊縫連接形式,鋼結構設計基本原理,110,Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-5518),Q345鋼選擇E50型焊條(E5000-5048),B、焊條的表示方法：,E焊條(Electrode),第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2),第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。,不同鋼種的鋼材焊

51、接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。,缺點：質量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。,優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；,Q235鋼選擇E43型焊條（E4300-E4328),C、優(yōu)、缺點,鋼結構設計基本原理,111,2.埋弧焊（自動或半自動）,鋼結構設計基本原理,112,A、焊絲的選擇應與焊件等強度。 B、優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質量好。 缺點：設備投資大，施工位置受限等。,送絲器,機器,鋼結構設計基本原理,113,3.氣體保護焊,優(yōu)點：焊接速度快，焊接質量好。 缺點：施工條件受限制等。,鋼結構設計基本原理,114,4.電阻焊,優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：成本

52、低，效率高，質量好，焊接變形小（適用于冷彎薄壁型鋼的連接） 缺點：不適于厚板、較大約束度及低溫條件施焊,鋼結構設計基本原理,115,二、焊接連接形式和焊縫形式,1.焊接連接形式,對接,搭接,鋼結構設計基本原理,116,2.焊縫形式,（1）對接焊縫,（2）角焊縫,鋼結構設計基本原理,117,3. 焊縫位置,鋼結構設計基本原理,118,三、焊縫缺陷及焊縫質量檢驗,熱裂紋,冷裂紋,氣孔,燒 穿,夾 渣,根部未焊透,邊緣未熔合,焊縫層間未熔合,咬 邊,焊瘤,1. 焊縫缺陷,鋼結構設計基本原理,119,2. 焊縫質量檢驗,檢 驗 標 準,二級,肉眼外觀檢查 超聲波 用于有較大拉應力的較重要連接不得存在裂

53、紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷,一級,肉眼外觀檢查 超聲波 X或射線 用于抗動力、疲勞荷載的重要連接不得存在未滿焊、咬邊、根部收縮、裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷,用于一般連接所有焊縫均應作外觀檢驗，不允許有可見裂紋等缺陷。其它缺陷如咬邊、表面氣孔、夾渣等按規(guī)范要求；,超聲波 檢測設備,無損檢測：一級焊縫全數(shù)檢驗， 二級焊縫抽檢20以上,鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范（GB50205-2001）規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。,鋼結構設計基本原理,120,GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應根據(jù)結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境、應力狀態(tài)等情況確定其質量等級。,（1

54、） 需進行疲勞計算的構件中，凡對接焊縫均應焊透 力垂直于焊縫長度方向的橫向對接焊縫或T型對接與角接組合焊縫，受拉時應為一級，受壓時應為二級； 力平行于焊縫長度方向的縱向對接焊縫應為二級。 （2）不計算疲勞的構件，要求與母材等強的對接焊縫應予焊透，其質量等級當受拉時應不低于二級，受壓時宜為二級。,3. 焊縫質量等級的規(guī)定,鋼結構設計基本原理,121,（3） 重級工作制和起重量Q50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間的T形接頭焊縫應焊透。焊縫形式一般為對接與角接的組合焊縫，其質量等級不應低于二級 （4） 不焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質

55、量等級為： 直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結構和吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車梁，焊縫的外觀質量標準應符合二級； 對其他結構，焊縫的外觀質量標準可為三級。,3. 焊縫質量等級的規(guī)定,鋼結構設計基本原理,122,鋼結構設計基本原理,123,4.焊縫代號,鋼結構設計基本原理,124,5.孔、螺栓圖例,鋼結構設計基本原理,125,1、對接焊縫的坡口形式:,一、對接焊縫的構造要求,3.3 對接焊縫的構造與計算,對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關。,t-焊件厚度,(1)當:t6mm(手工焊),t10mm(埋弧焊)時可不做坡 口,采用直邊縫;,(2)t=620mm時，宜采用

56、鈍邊P的單邊V形和雙邊V形坡口;,(3)t20mm時，宜采用U形、K形、X形坡口。,鋼結構設計基本原理,126,鋼結構設計基本原理,127,2、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行清根補焊 3、對接焊縫的起、滅弧點易出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2t1 ， t1較薄焊件厚度 4、當板件厚度或寬度在一側相差大于4mm時，應做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以平緩過度，減小應力集中,鋼結構設計基本原理,128,對接焊縫分為：焊透和部分焊透兩種； 動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；

57、對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不予計算。三級焊縫需進行計算； 對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構件強度計算相同。,二、對接焊縫的計算,鋼結構設計基本原理,129,1、軸心力作用下的對接焊縫計算,式中： N軸心拉力或壓力； t板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度； ftw、fcw 對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。,當不滿足上式時，可采用斜對接焊縫連接如圖B。,另:當tan1.5時,不用驗算!,鋼結構設計基本原理,130,2、M、V共同作用下的對接焊縫計算,因焊縫截面為矩形，M、 V共同作用下應力圖為：,故其強度計算公式為：,式中：Ww焊縫截面模量； Sw-焊縫

58、截面面積矩； Iw-焊縫截面慣性矩。,（1）板件間對接連接,鋼結構設計基本原理,131,（2）工字形截面梁對接連接計算,A、對于焊縫的max和max應滿足式3-2和3-3要求；,B、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應 力尚應滿足下式要求：,1.1考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。,鋼結構設計基本原理,132,3、N、M、V共同作用下的對接焊縫計算,（1）矩形截面,中和軸處：,鋼結構設計基本原理,133,（2）工字形截面,工字形截面對接焊縫除滿足上述三項計算外，尚應 計算翼緣與腹板相交處的折算應力，即 翼緣與腹板相交處,鋼結構設計基本原理,134,1、角焊縫的形式:,一、角焊縫

59、的形式和應力分布,3.4 角焊縫的構造與計算,直角角焊縫、斜角角焊縫,（1）直角角焊縫,鋼結構設計基本原理,135,（2）斜角角焊縫,對于135o或60o斜角角焊縫,除鋼管結構外,不宜用作受力焊縫。,鋼結構設計基本原理,136,（1）側面角焊縫（側焊縫）,2.直角角焊縫的受力分析,側面角焊縫的應力,試驗表明側面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發(fā)生彎折，故剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。,鋼結構設計基本原理,137,（2）正面角焊縫,正面角焊縫受力復雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較高，與側面角焊縫相比可高出35%-5

60、5%以上。,鋼結構設計基本原理,138,正面角焊縫的破壞形式,鋼結構設計基本原理,139,1、最小焊腳尺寸hf,min,為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產生淬硬組織，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求:,式中: t2-較厚焊件厚度 另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm; 對于T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm; 當t24mm時, hf,min=t2,二、角焊縫的構造,鋼結構設計基本原理,140,2、最大焊腳尺寸hf,max,為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，hf,max應滿足以下要求:,hf,max1.2t1（鋼管結構除外） 式中: t1-較薄焊