第三篇鋼結(jié)構(gòu)

第三篇鋼結(jié)構(gòu)第1章概述（1學(xué)時(shí)）第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料（1學(xué)時(shí)）第3章構(gòu)件的截面承載能力—強(qiáng)度（0.5學(xué)時(shí)）第4章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性（0.5學(xué)時(shí)）第7章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2學(xué)時(shí)）鋼結(jié)構(gòu)識(shí)圖（1學(xué)時(shí)）優(yōu)點(diǎn)建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性韌性好強(qiáng)度高——大跨、高層、高負(fù)荷結(jié)構(gòu)塑性好——防止超載引起的脆性破壞韌性好——承受動(dòng)力荷載，抗震性能好鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，質(zhì)強(qiáng)比小

質(zhì)強(qiáng)比：材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度的比值建筑鋼材質(zhì)強(qiáng)比：1.7～3.7×104

木材質(zhì)強(qiáng)比：5.4×104

鋼筋混凝土質(zhì)強(qiáng)比：18×1041.1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用第1章概述材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高鋼材接近于各向同性的理想彈－塑性體，實(shí)際受力同工程力學(xué)計(jì)算理論比較符合，因此鋼結(jié)構(gòu)的可靠性高鋼結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)便，工期短，易于改造和加固鋼材可加工性能好，工業(yè)化機(jī)械化程度高，構(gòu)件輕，連接簡(jiǎn)單，安裝方便

鋼結(jié)構(gòu)鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重11.221.72結(jié)構(gòu)自身面積0.280.371施工周期11.331.6用鋼量1.451.231平均施工進(jìn)度4.5天/層

7天/層幾種類型結(jié)構(gòu)比較缺點(diǎn)耐腐蝕性差使用環(huán)境，鋼材極易銹蝕，需注意保護(hù)，特殊環(huán)境下不易使用鋼結(jié)構(gòu)耐火性差耐熱性較好（200℃以下鋼材性質(zhì)變化很小），高于200℃后鋼材強(qiáng)度下降很快，600℃時(shí)鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)，強(qiáng)度幾乎降為零喪失承載力，需采取隔熱防火措施鋼材價(jià)格相對(duì)較高1.1.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍大跨結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在荷載中所占的比例就越大。因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索（包括斜拉體系）、實(shí)腹或格構(gòu)式拱架和框架等。南通體育會(huì)展中心-開合結(jié)構(gòu)（網(wǎng)架體系）北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)-鳥巢（門式鋼架組合體系）南京火車站重型工業(yè)廠房吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結(jié)構(gòu)。隨著門式剛架或排架、網(wǎng)架屋蓋，壓型鋼板屋面板的應(yīng)用，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房得到了迅速的發(fā)展。受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)

由于鋼材韌性良好，有動(dòng)力作用的廠房、對(duì)抗震要求高的結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)也是比較適宜的。東方明珠電視塔巴黎鐵塔

高聳結(jié)構(gòu)大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐海上石油平臺(tái)

容器和其他特種結(jié)構(gòu)由于密封性好、耐高壓，用于油罐、煤氣罐、高爐、熱風(fēng)爐等。此外，支架等構(gòu)筑物和海上采油平臺(tái)也大都采用鋼結(jié)構(gòu)?？刹鹦?、活動(dòng)結(jié)構(gòu)活動(dòng)車庫(kù)活動(dòng)橋多高層建筑

鋼結(jié)構(gòu)的綜合效益指標(biāo)優(yōu)良，在多、高層民用建筑中也得到了廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式主要有多層框架、框架－支撐結(jié)構(gòu)、框筒、懸掛、巨型框架等上海環(huán)球金融大廈492米香港匯豐銀行（框支懸掛體系）輕鋼結(jié)構(gòu)

當(dāng)屋面活荷載特別輕時(shí)，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個(gè)重要因素。輕鋼結(jié)構(gòu)有實(shí)腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結(jié)構(gòu)等。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。門式剛架結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅●組合結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件形式有鋼與混凝土組合梁和鋼管混凝土柱等。常用鋼－混凝土組合截面同混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三章1.2鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法區(qū)別：鋼結(jié)構(gòu)的材料分項(xiàng)系數(shù)取值：※Q235鋼：γs＝1.087※Q345、Q390、Q420鋼：

γs

＝1.1112.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求較高的抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy較高的塑性和韌性良好的加工性能在一定特殊情況下，適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕行環(huán)境的能力涉及：強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、冷彎性、耐久性等。第2章鋼結(jié)構(gòu)材料2.2.1單向拉伸時(shí)的工作性能試驗(yàn)條件—常溫、靜載、標(biāo)準(zhǔn)試件、一次拉伸

鋼材的主要強(qiáng)度指標(biāo)和變形性能都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件一次拉伸試驗(yàn)確定的。2.2鋼材的主要性能及其鑒定單向均勻拉伸試驗(yàn)比例極限

應(yīng)力-應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。屈服點(diǎn)應(yīng)力不變而應(yīng)變持續(xù)發(fā)展。抗拉強(qiáng)度最高點(diǎn)應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度

。伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，是鋼材的三個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。

指鋼材在冷彎產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂紋和分層的抵抗能力。是判定鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。

2.2.2冷彎性能沖擊韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是衡量鋼材抗脆斷的性能指標(biāo)。

鋼材強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)。

2.2.3沖擊韌性小結(jié)

鋼材的五項(xiàng)主要機(jī)械性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度f(wàn)u——衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的指標(biāo)鋼材的強(qiáng)度極限，僅作為安全儲(chǔ)備。伸長(zhǎng)率δ5——冷彎性能

——沖擊韌性

——衡量鋼材塑性變形能力的重要指標(biāo)。

衡量鋼材塑性性能和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。

衡量鋼材在動(dòng)荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標(biāo)屈服點(diǎn)

fy

——2.2.4可焊性可焊性

———指采用一般焊接工藝就可完成合格的（無裂紋的）焊縫的性能。

鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12～0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。如：Q235BQ235A的碳含量略高于B級(jí)，通常不能用于焊接構(gòu)件。2.2.5鋼材性能的鑒定對(duì)下列情況的鋼材，應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽樣復(fù)檢。1）國(guó)家進(jìn)口鋼材；2）鋼材混批；3）厚度≥40㎜，且有Z向性能要求的厚板；4）一級(jí)建筑，大跨度建筑中的主要受力構(gòu)件；5）設(shè)計(jì)由復(fù)檢要求；6）對(duì)鋼材質(zhì)量有異議。鋼材質(zhì)量的抽樣檢驗(yàn)，應(yīng)由相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行。2.3.1化學(xué)成分的影響2.3影響鋼材性能的因素鐵：鋼的基本元素，普通碳素鋼中占99%碳：碳含量增加，鋼材強(qiáng)度提高，降低塑性、韌性、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度、冷彎性能、可焊性硅、錳：脫氧劑，提高鋼材強(qiáng)度釩、鈦：提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性

硫、磷：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，分別加劇熱脆和冷脆，磷能提高強(qiáng)度和抗銹性氧、氮：分別加劇熱脆和冷脆銅：降低可焊性，提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性2.3.2成材過程的影響（了解）1、冶煉平爐煉鋼——質(zhì)量好，但效率低（已停產(chǎn)）；

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼——質(zhì)量好，效率高（主要的煉鋼方法）堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼——質(zhì)量差（禁用）；電爐煉鋼——質(zhì)量好，但成本高（不用）；

冶金過程形成不同化學(xué)成分、含量、組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)量，從而確定不同的鋼種、鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。2、澆鑄方法：①、澆入鑄模做成鋼錠；（傳統(tǒng)）②、澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯；（現(xiàn)代）沸騰鋼——加弱脫氧劑（錳），脫氧不充分，澆鑄時(shí)有大量氣體逸出，引起鋼液劇烈沸騰，冷卻快，晶粒粗，缺陷較嚴(yán)重；鎮(zhèn)靜鋼——加強(qiáng)脫氧劑（硅、鋁或鈦），保溫時(shí)間長(zhǎng)，氧氣雜質(zhì)少且晶粒較細(xì)，偏析等缺陷不嚴(yán)重，所以鋼材性能比較好。冶金缺陷：偏析——指金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不勻；非金屬夾雜——指鋼中含有如硫化物等雜質(zhì)；氣泡——指澆鑄時(shí)由FeO與C作用所生成的CO氣不能充分逸出而留在鋼錠內(nèi)形成的微小空洞。3、軋制鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因輥軋次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高。4、熱處理目的：取得高強(qiáng)度的同時(shí)，保持良好的塑性好韌性。

正火回火淬火加回火2.3.3影響鋼材性能的其他因素（了解）1、冷加工硬化(應(yīng)變硬化)2、溫度影響3、應(yīng)力集中2.4鋼材的延性破壞和非延性破壞、循環(huán)加載的效應(yīng)

（不要求）2.5建筑鋼材的類別和鋼材的選用2.5.1建筑鋼材的類別

鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有兩個(gè)種類，即碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)(簡(jiǎn)稱鋼號(hào))有Q195、Q215A及B，Q235A、B、C及D，Q255A及B以及Q275。A、B、C或D——表示按質(zhì)量劃分的級(jí)別。脫氧方法的符號(hào)——如“F”、“Z”、“TZ”、“b”等。鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)可省略。建筑結(jié)構(gòu)在碳素結(jié)構(gòu)鋼這一鋼種中主要應(yīng)用Q235這一鋼號(hào)。鋼號(hào)中質(zhì)量分級(jí)由A到D，表示質(zhì)量的由低到高。A級(jí)鋼——沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗(yàn)只在需方要求時(shí)進(jìn)行；B級(jí)鋼——要求常溫（20±5℃）沖擊值A(chǔ)KV≥27J、冷彎合格；C級(jí)鋼——要求常溫（0℃）沖擊值A(chǔ)KV≥27J、冷彎合格；D級(jí)鋼——要求常溫（－20℃）沖擊值A(chǔ)KV≥27J、冷彎合格；對(duì)Q235鋼來說，A、B兩級(jí)的脫氧方法可以是Z、b或F，C級(jí)只能是Z，D級(jí)只能是TZ。2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在冶煉過程中添加少量合金元素（總量低于5﹪），使鋼的強(qiáng)度明顯提高。Q345、Q390和Q420是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的鋼種?？拐鸾Y(jié)構(gòu)只能用Q345。質(zhì)量等級(jí)：A級(jí)鋼—沖擊韌性不是要求條件，冷彎試驗(yàn)在需方要求時(shí)進(jìn)行；B級(jí)鋼—要求常溫（20±5℃）沖擊值A(chǔ)KV≥34J、冷彎合格；C級(jí)鋼—要求0℃沖擊值A(chǔ)KV≥34J、冷彎合格；D級(jí)鋼—要求負(fù)溫（－20℃）沖擊值A(chǔ)KV≥34J、冷彎合格；E級(jí)鋼—要求負(fù)溫（－40℃）沖擊值A(chǔ)KV≥27J、冷彎合格。其中A、B級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。

2.5.2鋼材的選擇總的原則：安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理需考慮因素：結(jié)構(gòu)的重要性荷載情況連接方法結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境鋼材厚度1、選用原則承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)保證碳的極限含量焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證需要驗(yàn)算疲勞以及主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的沖擊韌性合格保證2、選用建議鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要有：熱軋鋼板、熱軋型鋼、冷軋薄鋼板、冷彎薄壁型鋼熱軋鋼板

符號(hào)“－”＋“寬度×厚度”厚鋼板：厚度4.5~60mm，寬度600~3000mm，長(zhǎng)度4~12m

用做大型實(shí)腹式梁柱翼緣、腹板薄鋼板：厚度0.35~4mm，寬度500~1500mm，長(zhǎng)度0.5~4m

用于制作冷彎薄壁型鋼扁鋼：厚度4~60mm，寬度12~200mm，長(zhǎng)度3~9m

焊接組合梁柱翼緣板，各種連接板、加勁肋等2.5.3鋼材的規(guī)格熱軋型鋼角鋼：等邊角鋼不等邊角鋼等邊（等肢）—符號(hào)“L”＋“邊長(zhǎng)×厚度”不等邊（不等肢）—符號(hào)“L”＋“長(zhǎng)邊寬×短邊寬×厚度”主要用來制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件工字鋼：

工字鋼H型鋼及剖分T型鋼工字鋼—符號(hào)“I”＋號(hào)數(shù)（截面高cm）＋類別（a、b、c腹板厚度）H型鋼—符號(hào)“HW、HM、HN”＋“高H×寬B×腹板厚t1×翼緣厚t2”T型鋼—符號(hào)“TW、TM、TN”＋“高H×寬B×腹板厚t1×翼緣厚t2”槽鋼：

普通槽鋼輕型槽鋼

表示方法—符號(hào)“[”＋號(hào)數(shù)（截面高cm）＋類別（a、b、c腹板厚度）適于作檁條等雙向受彎的構(gòu)件，也可用其組成組合或格構(gòu)式構(gòu)件鋼管

無縫鋼管焊接鋼管表示方法—符號(hào)“Φ”＋“外徑×厚度”常用作桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等平面和空間格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件；在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應(yīng)用

冷扎薄鋼板冷彎薄壁型鋼：

采用0.4~1.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板和采用1.5~6mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材，廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外輕鋼建筑結(jié)構(gòu)中或用作輕型屋面及墻面等構(gòu)件

鋼壓型鋼板冷彎薄壁型鋼3.1軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度及截面選擇鋼結(jié)構(gòu)的承載能力分為：截面承載能力—取決于材料強(qiáng)度、應(yīng)力性質(zhì)及其在截面上的分布；構(gòu)件承載能力—穩(wěn)定承載能力，和構(gòu)件的整體剛度有關(guān)；結(jié)構(gòu)承載能力—也由結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力決定。

第3章構(gòu)件的截面承載力—強(qiáng)度

1、軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用定義—指力的作用線和桿的形心軸線相互重合的一類受力構(gòu)件。應(yīng)用—軸心受力構(gòu)件在實(shí)際工程中的應(yīng)用非常普遍，例如各種支撐、桁架、塔架、網(wǎng)架和網(wǎng)殼中的桿件基本都是軸心受力構(gòu)件。

柱通常由柱頭、柱身和柱腳三部分組成2、軸心受力構(gòu)件的截面形式截面形式可分為：實(shí)腹式

和格構(gòu)式

兩大類。1）實(shí)腹式截面2）格構(gòu)式截面截面由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過綴材連接而成。3、軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容

軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度（承載能力極限狀態(tài)）剛度

（正常使用極限狀態(tài)）強(qiáng)度剛度

（正常使用極限狀態(tài)）穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)）保證構(gòu)件剛度——通過限制其長(zhǎng)細(xì)比，保證構(gòu)件在運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過大變形。

★軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度承載力以截面平均應(yīng)力達(dá)到鋼材屈服應(yīng)力為極限★對(duì)有削弱的截面，雖然存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，但應(yīng)力高峰區(qū)會(huì)率先屈服使應(yīng)力塑性重分布，最終達(dá)到均勻分布應(yīng)力塑性重分布塔架桁架網(wǎng)架

梁主要是用作承受橫向荷載的構(gòu)件，主要內(nèi)力為彎矩與剪力。一、梁的類型

樓蓋梁平臺(tái)梁按功能分吊車梁檁條墻架梁等3.2梁的類型和強(qiáng)度3.2.1梁的類型按受力不同分為：?jiǎn)蜗驈澢汉碗p向彎曲梁按制作方法分：型鋼梁和組合梁熱軋型鋼梁焊接組合梁冷彎薄壁型鋼梁蜂窩梁鋼—砼組合梁二、梁的計(jì)算內(nèi)容正常使用極限狀態(tài)——?jiǎng)偠瘸休d能力極限狀態(tài)強(qiáng)度

抗彎強(qiáng)度

抗剪強(qiáng)度

局部壓應(yīng)力

折算應(yīng)力整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定3.2.2梁的彎曲、剪切強(qiáng)度1、梁的正應(yīng)力（抗彎強(qiáng)度）彈性階段：正應(yīng)力為直線分布，梁最外緣正應(yīng)力不超過屈服點(diǎn)彈塑性階段：梁邊緣區(qū)域應(yīng)力屈服，而中和軸附近仍處于彈性塑性階段：梁全截面應(yīng)力等于屈服點(diǎn)，形成塑性鉸達(dá)到承載極限2、梁的剪應(yīng)力1、拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用拉彎構(gòu)件—同時(shí)承受軸線拉力和彎矩的構(gòu)件；壓彎構(gòu)件—同時(shí)承受軸線壓力和彎矩的構(gòu)件；應(yīng)用—框架柱、剛架柱、海洋平臺(tái)的立柱、有非節(jié)間荷載下的桁架弦桿等。3.6拉彎和壓彎構(gòu)件

一般工業(yè)廠房和多層房屋的框架柱均為拉彎和壓彎構(gòu)件。NMNe2、截面形式多為單軸對(duì)稱的實(shí)腹式截面或格構(gòu)式截面。3、計(jì)算內(nèi)容拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度 正常使用極限狀態(tài)：剛度壓彎構(gòu)件（見下頁(yè)）強(qiáng)度穩(wěn)定實(shí)腹式*

格構(gòu)式

彎矩作用在實(shí)軸上彎矩作用在虛軸上(分肢穩(wěn)定)整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)剛度

平面內(nèi)穩(wěn)定*

平面外穩(wěn)定*拉彎構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比和軸心拉桿相同；壓彎構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比和軸心壓桿相同。一、失穩(wěn)的類別（了解）1、分支點(diǎn)失穩(wěn)（分岔屈曲）—亦稱為第一類穩(wěn)定問題。在臨界狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）從初始的平衡狀態(tài)突變到與其臨近的另一平衡狀態(tài)。又分為：穩(wěn)定分岔屈曲—分岔屈曲后，結(jié)構(gòu)還可承受荷載增量。不穩(wěn)定分岔屈曲—分岔屈曲后，結(jié)構(gòu)只能在比臨界荷載低的荷載下才能保持平衡狀態(tài)。第4章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性

例如：有初彎曲的軸壓桿。隨荷載增加到一定程度時(shí)，截面的塑性區(qū)域不斷發(fā)展，內(nèi)外力不能繼續(xù)保持穩(wěn)定的平衡。2、極值點(diǎn)失穩(wěn)—結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）從受力開始到破壞沒有平衡狀態(tài)分岔，臨界狀態(tài)表現(xiàn)為不能再承受荷載增量，桿件只能在卸載下才能保持平衡，這類穩(wěn)定問題也稱為第二類穩(wěn)定問題。躍越屈曲—結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）以大幅度的變形從一個(gè)平衡狀態(tài)跳到另一個(gè)平衡狀態(tài)。二、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算（了解）---整體穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件截面類型和長(zhǎng)細(xì)比查表確定。選擇原則面積的分布應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離軸線，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑。在保證局部穩(wěn)定的條件下，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度兩個(gè)主軸方向的長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)盡量接近，即，比較經(jīng)濟(jì)；便于與其他構(gòu)件連接構(gòu)造簡(jiǎn)便，制造省工選用能夠供應(yīng)的鋼材規(guī)格等

1、實(shí)腹柱的截面形式三、實(shí)腹式柱和格構(gòu)式柱

截面圖形、名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

省工、價(jià)廉ix

，iy

相差很大，當(dāng)l0x

，l0y

接近時(shí)很不經(jīng)濟(jì)

省工，雙向ix

，iy

接近，經(jīng)濟(jì)性好規(guī)格有限制實(shí)腹式軸壓桿常用截面形式及其優(yōu)缺點(diǎn)

雙向ix

，

iy

接近，經(jīng)濟(jì)性好，截面組合靈活，便于自動(dòng)焊增加加工焊接工作量

加工量較少，材料單價(jià)較低用材增多，截面形式、尺寸均受限制，連接復(fù)雜

ix

和iy

相同或接近（矩形管），回轉(zhuǎn)半徑大，抗壓穩(wěn)定性好，用材省，抗扭剛度大圓管單價(jià)較高，與其它構(gòu)件連接時(shí)相對(duì)較繁實(shí)腹式軸壓桿常用截面形式及其優(yōu)缺點(diǎn)

一般采用雙軸對(duì)稱截面，分肢通常采用槽鋼和工字鋼，有時(shí)也采用四個(gè)角鋼或三個(gè)圓管作為肢件。

2、格構(gòu)柱的截面形式a、b、c截面：x為虛軸y為實(shí)軸d、e截面：x、y均為虛軸綴條式格構(gòu)柱常采用角鋼作為綴條綴條可布置成不帶橫桿或帶橫桿的三角形體系綴板式格構(gòu)柱常采用鋼板作為綴板

第7章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)連接原則：

安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、節(jié)約鋼材連接方法

焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接a-焊縫連接；b-鉚釘連接；c-螺栓連接;

7.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法7.1.1焊縫連接（最主要的連接方法）優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大

缺點(diǎn)：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問題較為突出

7.1.2鉚釘連接（很少采用）缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工；優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查。在重型和直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)采用。7.1.3螺栓連接

普通螺栓連接；高強(qiáng)螺栓連接1、普通螺栓連接分為A、B、C三個(gè)等級(jí)類別加工精度抗剪性能成本特點(diǎn)精制(A、B)級(jí)高，栓徑與孔徑之差為0.5～0.8mm，I類孔高高

抗剪性能好，變形??；制造安裝復(fù)雜；用于構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)；粗制(C級(jí))較低，栓徑與孔徑之差為1～1.5mm,Ⅱ類孔較低低傳遞剪力有滑移；抗拉性較好；廣泛應(yīng)用承受拉力的連接。A級(jí)、B級(jí)螺栓材料性能為8.8級(jí)

表示螺栓的抗拉強(qiáng)度下限值為800N/mm2，屈強(qiáng)比為0.8C級(jí)螺栓材料性能為4.6級(jí)或4.8級(jí)

表示螺栓的抗拉強(qiáng)度下限值為400N/mm2，屈強(qiáng)比為0.6或0.82、高強(qiáng)螺栓連接

高強(qiáng)度螺栓分為大六角頭型和扭剪型兩種摩擦型高強(qiáng)螺栓靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則螺桿與螺孔之差1.5～2.0mm剪切變形小，彈性性能好，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲勞、抗動(dòng)力荷載性能好，承載力較承壓型低特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)承壓型高強(qiáng)螺栓允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞極限承載力為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。螺桿與螺孔之差1.0～1.5mm承載力高，連接緊湊，但抗剪變形大，不能重復(fù)使用一般僅用于承受靜載和間接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)中的連接按傳力機(jī)理分兩種：7.2焊接連接的特性7.2.1常用焊接方法(了解）※電弧焊（最常用）

手工電弧焊：工地焊接時(shí)使用。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便；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。埋弧焊：分自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊，在工廠加工時(shí)使用。優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。

※電阻焊：點(diǎn)焊，多用于模壓和冷彎薄壁型鋼等薄板焊接?！娫福阂话阍诹⒑肝恢眠M(jìn)行。※氣體保護(hù)焊：在工廠加工時(shí)使用，多用于厚鋼板的焊接。優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：施工條件受限制等。※

優(yōu)點(diǎn)—構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)約鋼材、加工方便，便于采用自動(dòng)化操作，連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)的剛度大。※

缺點(diǎn)—在焊縫以及焊縫附近的熱影響區(qū)材質(zhì)變脆，焊接會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致受壓構(gòu)件的承載力減低，裂紋的擴(kuò)展會(huì)發(fā)展到整體。

焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn)（同前）焊條與焊件強(qiáng)度相適應(yīng)；不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。焊條的型號(hào)有：E43型、E50型、E55型7.2.2焊縫連接形式和焊縫形式1、焊縫的連接形式對(duì)接搭接T型連接角接2、焊縫的形式

按構(gòu)件相對(duì)位置對(duì)接焊縫角焊縫正對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫

按施焊的相對(duì)位置平焊（俯焊）橫焊立焊仰焊7.2.3焊縫缺陷及焊縫焊縫質(zhì)量檢查(一)焊縫缺陷（二）焊縫質(zhì)量檢查焊縫按檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分一、二、三級(jí)。

三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查（檢查外觀缺陷和幾何尺寸）；且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一、二級(jí)焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數(shù)量?jī)?nèi)部無損檢驗(yàn)（超聲波檢驗(yàn)、有時(shí)還用X或γ射線拍片），并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。7.2.4焊縫代號(hào)bδ

αα.bⅢ指引線基準(zhǔn)線基本符號(hào)7.3對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造與計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求1、坡口：為使焊件能焊透，根據(jù)板厚采用不同的坡口形式。b=0.5~2mm（a）b=2~3mm（b）αb=2~3mm（C）αp（d）b=3~4mmpb=3~4mmp（e）b=3~4mmp（f）2、引弧板為了消除起弧、落弧點(diǎn)不能焊透引起的焊口，可加引弧板。

焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度取值：無引弧板時(shí)：每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2t1，

t1—較薄焊件厚度采用引弧板時(shí)：每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度3、當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm時(shí)，應(yīng)做坡度不大于

1:2.5(靜載)或1:4(動(dòng)載)的斜角，以減小應(yīng)力集中。≤1:2.5≤1:2.5二、對(duì)接焊縫的計(jì)算（不要求）對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布基本與焊件相同，對(duì)一二級(jí)焊縫不必計(jì)算。只有三級(jí)焊縫受拉力作用才需進(jìn)行計(jì)算！7.4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、角焊縫的形式和強(qiáng)度直角角焊縫斜角角焊縫焊腳尺寸hf角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：－焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行正面角焊縫側(cè)面角焊縫－焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直Ny

正面焊縫N

N側(cè)面焊縫側(cè)面角焊縫：應(yīng)力分布不均勻。彈模低強(qiáng)度低，但塑性較好。正面角焊縫：應(yīng)力集中嚴(yán)重，易于開裂。破壞強(qiáng)度要高一些，但塑性差。二、角焊縫的構(gòu)造要求1、焊腳尺寸hf★不應(yīng)過小。保證焊縫最小承載力，并防止焊縫冷卻過快而產(chǎn)生裂紋；★不應(yīng)太大。防止焊縫收縮產(chǎn)生較大的焊接變形，防止熱影響區(qū)擴(kuò)大，而產(chǎn)生裂縫和燒穿。2、焊縫長(zhǎng)度lw★焊縫長(zhǎng)度過小，焊局部加熱嚴(yán)重，起落弧坑相距太近，焊縫不可靠；★焊縫長(zhǎng)度太大，焊縫應(yīng)力不均勻，可能焊縫端部達(dá)到極值破壞，中部應(yīng)力還未發(fā)揮承載力。此現(xiàn)象對(duì)承受動(dòng)載尤為不利。3、轉(zhuǎn)角處：圍焊需連續(xù)施焊；焊縫端部做繞角焊，避免起落弧焊缺陷發(fā)生在應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角處。4、板件僅用兩側(cè)焊縫連接時(shí)：為避免應(yīng)力傳遞過于彎折或應(yīng)力過分不均，焊縫長(zhǎng)度和側(cè)焊縫距離應(yīng)滿足一定的要求。5、搭接連接：不能只用1條正面焊縫傳力，且長(zhǎng)度滿足要求。產(chǎn)生的原因：不均勻的加熱和冷卻二、焊接殘余應(yīng)力的分類

縱向焊接殘余應(yīng)力—沿焊縫長(zhǎng)度方向;

橫向焊接殘余應(yīng)力—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向;

沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力是內(nèi)應(yīng)力，在焊件內(nèi)自相平衡。焊縫附近為拉應(yīng)力，焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。7.5焊接熱效應(yīng)一、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒有影響。2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響焊接殘余應(yīng)力的存在降低結(jié)構(gòu)的剛度。3、焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低壓桿的穩(wěn)定承載力

對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，增加了鋼材低溫脆斷傾向。4、對(duì)低溫冷脆的影響5、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

三向焊接殘余拉應(yīng)力降低材料的塑性，從而疲勞強(qiáng)度降低！四、焊接殘余變形五、減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的措施1、設(shè)計(jì)上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當(dāng)（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過分集中（4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力2、加工工藝上的措施（1）采用合理的施焊順序（2）采用反變形處理（3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理原則：簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、整齊而緊湊。并列和錯(cuò)列兩種形式：并列：比較簡(jiǎn)單整齊，連接板尺寸小，但對(duì)構(gòu)件截面削弱較大。錯(cuò)列：可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓孔排列不緊湊，連接板尺寸較大。7.5螺栓連接的構(gòu)造一、螺栓的排列A并列栓距線距邊距邊距端距B錯(cuò)列螺栓的排列要求受力要求：垂直于受力方向：螺孔中距和邊距限制順力作用方向：端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0

；構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值；施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求），最小中距為3d0；

螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離二、普通螺栓的種類A、B級(jí)--精制螺栓--粗制螺栓C級(jí)Ⅰ類孔，孔徑(do)比栓桿直徑(d)大0.3～0.5mm；性能等級(jí)為8.8級(jí)。Ⅱ類孔，孔徑(do)比栓桿直徑(d)大1.5～3mm；性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)。鋼結(jié)構(gòu)一般選用C級(jí)（粗制）六角螺母螺栓，用M表示，例如M16、M20等。每一桿件在節(jié)點(diǎn)及拼接接頭一端，不宜少于兩個(gè)永久螺栓；對(duì)直接承受動(dòng)載的普通螺栓連接應(yīng)采取防止螺帽松動(dòng)措施；C級(jí)螺栓只宜用于桿軸方向受拉，或承受靜載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時(shí)固定構(gòu)件的受剪連接；對(duì)重要的或受反復(fù)動(dòng)載作用的連接不得采用C級(jí)螺栓。型鋼拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，應(yīng)采用鋼板作為拼接件；在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi)，應(yīng)說明構(gòu)件接觸面的處理方法；沿桿軸方向受拉的螺栓連接中，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)端板剛度（如加設(shè)加勁肋），以減少撬力對(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。三、螺栓連接的構(gòu)造（了解）按受力情況分：螺栓只承受剪力螺栓只承受拉力螺栓承受拉力和剪力共同作用7.6普通螺栓連接的工作性能（了解）一、普通螺栓的抗剪連接1、抗剪連接的工作性能抗剪螺栓的破壞形式：1、螺栓桿被剪斷2、板件被擠壞（孔壁承壓破壞）3、板件被拉斷4、板件沖剪破壞5、螺栓桿彎剪破壞6、螺栓雙剪破壞板件被拉斷破壞形式屬于構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算；只考慮螺栓桿被剪斷和孔壁承壓破壞兩種破壞。端矩不應(yīng)小于2dO栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d以上1、2、3三種破壞形式通過強(qiáng)度計(jì)算避免。4、5、6破壞由構(gòu)造解決。普通螺栓受剪承載力主要由栓桿受剪和孔壁承壓兩種破壞模式控制，分別計(jì)算，取其小值進(jìn)行設(shè)計(jì)2、單個(gè)普通螺栓的抗剪承載力3、普通螺栓群抗剪連接計(jì)算a）普通螺栓群軸心受剪b）普通螺栓群偏心受剪抗拉螺栓連接破壞形式為螺栓桿被拉斷。螺栓有效直徑：抗拉計(jì)算采用有效直徑de和有效面積Ae計(jì)算。二、普通螺栓的抗拉連接1、單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力連接件剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響：

翼緣板剛度不是很大，