《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》講義教案

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》講義教案鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法和材料一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）強(qiáng)度高，塑性和韌性好強(qiáng)度高，適用于建造跨度大、承載重的結(jié)構(gòu)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然破壞。韌性好，適宜在動(dòng)力荷載下工作。（2）重量輕（3）材質(zhì)均勻，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材內(nèi)部組織比較均勻，接近各向同性，實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。（4）鋼結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)便，施工工期短鋼結(jié)構(gòu)加工制作簡(jiǎn)便，連接簡(jiǎn)單，安裝方便，施工周期短。（5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性較好水密性和氣密性較好，適宜建造密閉的板殼結(jié)構(gòu)。（6）鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差容易腐蝕，處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。（7）鋼材耐熱但不耐火溫度在200℃以內(nèi)時(shí)，鋼材主要力學(xué)性能降低不多。溫度超過(guò)200℃后，不僅強(qiáng)度逐步降低，還會(huì)發(fā)生蘭脆和徐變現(xiàn)象。溫度達(dá)（8）在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂。二、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)表達(dá)式《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》除疲勞計(jì)算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。1．極限狀態(tài)當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。（1)承載能力極限狀態(tài)包括構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞、疲勞破壞和因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆。（2)正常使用極限狀態(tài)包括影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動(dòng)，影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括混凝土裂縫）。以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)S和抗力R這兩個(gè)隨機(jī)變量來(lái)表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，則Z＝g(R，S)＝R-S(1)在實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)下列三種情況：Z＞0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)的可靠度定義為：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。這里所說(shuō)“完成預(yù)定功能”就是對(duì)于規(guī)定的某種功能來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)不失效(Z≥0)。這樣結(jié)構(gòu)的失效概率表示為(2)可靠指標(biāo)與存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系，增大，減小；減小，增大。2．分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定可變荷載效應(yīng)控制的組合：（3）永久荷載效應(yīng)控制的組合：（4）式中—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年及結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；——起控制作用的第一個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；——其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不利時(shí)取1.2，但對(duì)式（4）則取1.35。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力有利時(shí)取1.0；驗(yàn)算結(jié)構(gòu)傾覆、滑移或漂浮時(shí)取0.9；、——第1個(gè)和其他第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不利時(shí)取1.4（當(dāng)樓面活荷載大于4.0時(shí)，取1.3）；有利時(shí)，取為0；——第i個(gè)可變荷載組合值系數(shù)，可按荷載規(guī)范的規(guī)定采取。對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡(jiǎn)化式計(jì)算。.由可變荷載效應(yīng)控制的組合：（5）由永久荷載效應(yīng)控制的組合，仍按式（4）進(jìn)行計(jì)算。式中——簡(jiǎn)化式中采用的荷載組合值系數(shù)，一般情況下可采用0.9；當(dāng)只有1個(gè)可變荷載時(shí)，取為1.0。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等設(shè)計(jì)不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限值。設(shè)計(jì)式為：（6）式中——永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；——起控制作用的第一個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；——其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。三、鋼結(jié)構(gòu)的材料1．對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求（1）較高的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)；（2）較高的塑性和韌性；（3）良好的工藝性能；（4）根據(jù)具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。2．鋼材的主要性能（1）強(qiáng)度性能比例極限：OP段為直線，表示鋼材具有完全彈性性質(zhì)，P點(diǎn)應(yīng)力稱為比例極限。屈服點(diǎn)：隨著荷載的增加，曲線出現(xiàn)ES段，S點(diǎn)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)?？估瓘?qiáng)度或極限強(qiáng)度：超過(guò)屈服臺(tái)階，材料出現(xiàn)應(yīng)變硬化，曲線上升，直至曲線最高處的B點(diǎn)，這點(diǎn)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。當(dāng)以屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為強(qiáng)度限值時(shí)，抗拉強(qiáng)度成為材料的強(qiáng)度儲(chǔ)備。（2）塑性性能伸長(zhǎng)率：試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率。伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變的能力。（3）冷彎性能冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)使試件彎成l80°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。（4）沖擊韌性韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。由于低溫對(duì)鋼材的脆性破壞有顯著影響，在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫（20℃）沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負(fù)溫（0℃、-20℃3．各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響（1）化學(xué)成分碳直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。硫和磷是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度。在高溫時(shí)，硫使鋼變脆，稱之熱脆；在低溫時(shí)，磷使鋼變脆，稱之冷脆。（2）冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。（3）鋼材硬化冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或應(yīng)變硬化）。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消除。（4）溫度影響鋼材性能隨溫度變動(dòng)而有所變化?？偟内厔?shì)是溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃?；反之，溫度降低，鋼材?qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性卻會(huì)降低而變脆。在250℃左右，鋼材的強(qiáng)度略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象當(dāng)溫度在260℃～320℃時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度從常溫開始下降，特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時(shí)，鋼材強(qiáng)度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。（5）應(yīng)力集中構(gòu)件中有時(shí)存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。承受靜力荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時(shí)，在計(jì)算中可不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù)溫或動(dòng)力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋼材。（6）反復(fù)荷載作用在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度將降低，低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。材料總是有“缺陷”的，在反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷發(fā)生塑性變形和硬化而生成一些極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。4．鋼材的破壞形式塑性破壞：變形超過(guò)了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。塑性破壞前，由于總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，很容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。脆性破壞：破壞前塑性變形很小，甚至沒(méi)有塑性變形，計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)，斷裂從應(yīng)力集中處開始。由于脆性破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，無(wú)法及時(shí)覺(jué)察和采取補(bǔ)救措施。5．鋼材的疲勞計(jì)算鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。鋼材的疲勞強(qiáng)度取決于應(yīng)力集中和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。循環(huán)次數(shù)N≥5x104，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。（1）常幅疲勞應(yīng)力幅為應(yīng)力譜中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差，即式中：——每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力（取正值）；——每次應(yīng)力循環(huán)中的最小拉應(yīng)力（取正值）或壓應(yīng)力（取負(fù)值）。如果重復(fù)作用的荷載數(shù)值不隨時(shí)間變化，則在所有應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅將保持常量，稱之為常幅疲勞。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以畫出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線。目前國(guó)內(nèi)外都常用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸的方法使曲線改為直線以便工作。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，疲勞直線方程為：（7）或式中——直線對(duì)縱坐標(biāo)的斜率；b1—直線在橫坐標(biāo)軸上的截距；N—循環(huán)次數(shù)。圖曲線考慮到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，取平均值減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差（2s）作為疲勞強(qiáng)度下限值，下限值的直線方程為：（8）或（9）取此作為容許應(yīng)力幅（10）對(duì)于不同焊接構(gòu)件和連接形式，規(guī)范按連接方式、受力特點(diǎn)和疲勞強(qiáng)度等歸納分類，劃分為8類。對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的焊接部位的常幅疲勞，應(yīng)按下式計(jì)算：（11）對(duì)于非焊接部位，其疲勞強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：（12）（2）變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)實(shí)際上，結(jié)構(gòu)所受荷載其性質(zhì)為變幅的。變幅疲勞可作為常幅疲勞按下式計(jì)算：≤（13）式中——循環(huán)次數(shù)N＝2×106的容許應(yīng)力幅，應(yīng)按式（10）計(jì)算；——欠載效應(yīng)系數(shù)。對(duì)重級(jí)工作制硬鉤吊車＝1.0，重級(jí)工作制軟鉤吊車＝0.8；中級(jí)工作制吊車=0.5。6．鋼的種類和鋼材規(guī)格（1）鋼的種類按脫氧方法，鋼可分為沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ），鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的代號(hào)可以省去。鎮(zhèn)靜鋼脫氧充分，沸騰鋼脫氧較差，半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。一般采用鎮(zhèn)靜鋼。按化學(xué)成分，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。在建筑工程中采用的是碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D四級(jí)，A級(jí)鋼只保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率，必要時(shí)尚可附加冷彎試驗(yàn)的要求，化學(xué)成分對(duì)碳、錳可以不作為交貨條件。B、C、D鋼均保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊韌性（分別為＋20℃，0℃，－20℃鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成。根據(jù)鋼材厚度（直徑）＜l6mm時(shí)的屈服點(diǎn)數(shù)值分為Q195、Q2l5、Q235、Q255、Q275，鋼結(jié)構(gòu)一般僅用Q235，鋼的牌號(hào)根據(jù)需要可為Q235A；Q235B；Q235C；Q235D等。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼仍然根據(jù)鋼材厚度（直徑）＜l6mm時(shí)的屈服點(diǎn)大小，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。鋼結(jié)構(gòu)一般采用Q345、Q390、Q420，鋼的牌號(hào)仍有質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，除A、B、C、D四個(gè)等級(jí)外增加一個(gè)等級(jí)E，主要是要求－40℃的沖擊韌性。鋼的牌號(hào)如Q345B、Q390C等等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般為鎮(zhèn)靜鋼，因此鋼的牌號(hào)中不注明脫氧方法。A級(jí)鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，其他質(zhì)量級(jí)別鋼，如供方能保證彎曲試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定要求，可不作檢驗(yàn)。（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼以不熱處理或熱處理（退火、正火或高溫回火）狀態(tài)交貨，要求熱處理狀態(tài)交貨的應(yīng)在合同中注明，未注明者，按不熱處理交貨，如用于高強(qiáng)度螺栓的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼需經(jīng)熱處理，強(qiáng)度較高，對(duì)塑性和韌性又無(wú)顯著影響。（2）鋼材的選擇選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：1）結(jié)構(gòu)的重要性重要結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材；一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)，可選用普通質(zhì)量的鋼材。2）荷載情況直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)烈地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)則可選用價(jià)格較低的Q235鋼。3）連接方法焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格一些。4）結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。5）鋼材厚度厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。焊接連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。它的優(yōu)點(diǎn)是：（1）焊件間可直接相連，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作加工方便；（2）不削弱截面，用料經(jīng)濟(jì)；（3）連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；（4）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。缺點(diǎn)是：（1）在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的材質(zhì)變脆；（2）焊接殘余應(yīng)力和變形使受壓構(gòu)件承載力降低；（3）焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，低溫時(shí)冷脆的問(wèn)題較為突出。一、焊縫的形式1．角焊縫圖1直角角焊縫截面圖2斜角角焊縫截面角焊縫按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。兩焊腳邊的夾角為90°的焊縫稱為直角角焊縫，直角邊邊長(zhǎng)hf稱為角焊縫的焊腳尺寸，he＝0.7hf為直角角焊縫的計(jì)算厚度。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對(duì)于夾角大于135°或小于60°的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）。2．對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊縫。焊縫金屬填充在坡口內(nèi)，所以對(duì)接焊縫是被連接件的組成部分。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。當(dāng)焊件厚度很?。ㄊ止ず?mm，埋弧焊10mm）時(shí)，可用直邊縫。對(duì)于一般厚度（t=10～20mm）的焊件可采用具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫c共同組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用。對(duì)于較厚的焊件（t＞20mm），則采用U形、K形和X形坡口。對(duì)于V形縫和U形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)接焊縫坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》的要求進(jìn)行。凡T形，十字形或角接接頭的對(duì)接焊縫稱之為對(duì)接與角接組合焊縫。圖3對(duì)接焊縫的坡口形式3．焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。焊縫質(zhì)量的外觀檢驗(yàn)檢查外觀缺陷和幾何尺寸，內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)檢查內(nèi)部缺陷。二、直角角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫。正面角焊縫的焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直，側(cè)面角焊縫的焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行，斜焊縫的焊縫長(zhǎng)度方向與作用力傾斜，由正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫組成的混合，通常稱作圍焊縫。側(cè)面角焊縫主要承受剪力，塑性較好，強(qiáng)度較低。應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長(zhǎng)，應(yīng)力分布不均勻性越顯著。正面角焊縫受力復(fù)雜，其破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。1．角焊縫的構(gòu)造要求（1）最小焊腳尺寸hf≥1.5（1）式中t2—較厚焊件厚度，單位為mm。計(jì)算時(shí)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動(dòng)焊熔深較大，可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm（2）最大焊腳尺寸（2）式中t1—較薄焊件的厚度，單位為mm。對(duì)板件邊緣的角焊縫，當(dāng)板件厚度t＞6mm時(shí)，取hf≤t-（1～2）mm；當(dāng)t≤6mm時(shí)，取hf≤t。圖4最大焊角尺寸（3）角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于8hf和40mm（4）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大而中間小，可能首先在焊縫的兩端破壞，故規(guī)定側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw≤60hf。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布，可不受上述限制。（5）搭接連接的構(gòu)造要求當(dāng)板件端部?jī)H有兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)，應(yīng)使每條側(cè)焊縫的長(zhǎng)度不宜小于兩側(cè)焊縫之間的距離。兩側(cè)面角焊縫之間的距離也不宜大于16t（t＞12mm）或190mm（t≤12mm），t搭接連接中，當(dāng)僅采用正面角焊縫時(shí)，其搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm圖5焊縫長(zhǎng)度及兩側(cè)焊縫間距圖6搭接連接（6）間斷角焊縫的構(gòu)造要求間斷角焊縫只能用于一些次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過(guò)長(zhǎng)，以免連接不緊密。一般在受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；在受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。圖7連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫（7）減小角焊縫應(yīng)力集中的措施桿件端部搭接采用三面圍焊時(shí)，所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊。2.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式（3）式中—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；—平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；—正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，=1.22；直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，=1.0；—角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。式（3）為角焊縫的基本計(jì)算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，上述基本公式可適用于任何受力狀態(tài)。對(duì)正面角焊縫，=0，得=（4）對(duì)側(cè)面角焊縫，=0，得=（5）式中—直角角焊縫的有效厚度，=0.7；—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度每端減去計(jì)算。3．角焊縫連接的計(jì)算（1）承受軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算1）采用蓋板連接當(dāng)軸心力通過(guò)連接焊縫中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。圖8承受軸心力的蓋板連接當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時(shí)=當(dāng)只有正面角焊縫時(shí)=當(dāng)采用三面圍焊時(shí)，先計(jì)算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力式中—連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度式中—連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。2）承受斜向軸心力圖9承受斜向軸心力將N力分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力;代入式（3）驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度3）承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算鋼桁架中角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?，特殊情況也可采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖10角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接對(duì)于三面圍焊，可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸，求出正面角焊縫所分擔(dān)的軸心力。當(dāng)腹桿為雙角鋼組成的T形截面，且肢寬為b時(shí)，=2×0.7b（6）由平衡條件（＝0）可得：=-=N-（7）=-=N-（8）式中、——角鋼肢背和肢尖的側(cè)面角焊縫所承受的軸力；e——角鋼的形心距； 、——角鋼肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)，可查表得到。對(duì)于兩面?zhèn)群?，因?，則：=N（9）=N（10）求得各條焊縫所受的內(nèi)力后，按構(gòu)造要求假定肢背和肢尖焊縫的焊腳尺寸，即可求出焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。對(duì)雙角鋼截面=（11）=（12）式中、——一個(gè)角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長(zhǎng)度；、 ——一個(gè)角鋼肢尖上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長(zhǎng)度。實(shí)際焊縫長(zhǎng)度為計(jì)算長(zhǎng)度加2。對(duì)于三面圍焊，焊縫實(shí)際長(zhǎng)度為計(jì)算長(zhǎng)度加；對(duì)于采用繞角焊的側(cè)面角焊縫實(shí)際長(zhǎng)度等于計(jì)算長(zhǎng)度（繞角焊縫長(zhǎng)度2不進(jìn)入計(jì)算）。當(dāng)桿件受力很小時(shí)，可采用L形圍焊。由于只有正面角焊縫和角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫，令＝0，得：=2N（13）=N-（14）角鋼端部的正面角焊縫的長(zhǎng)度已知，可按下式計(jì)算其焊腳尺寸：=（15）式中，=b-。（2）承受彎矩、軸心力或剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算圖11承受偏心斜拉力的角焊縫圖11所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N作用，計(jì)算時(shí)，可將作用力N分解為Nx和Ny兩個(gè)分力。角焊縫同時(shí)承受軸心力Nx和剪力Ny和彎矩M=Nx·e的共同作用。焊縫計(jì)算截面上的應(yīng)力分布如圖所示，圖中A點(diǎn)應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)。此處垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力由兩部分組成，即由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力：==由彎矩M產(chǎn)生的應(yīng)力：==這兩部分應(yīng)力由于在A點(diǎn)處的方向相同，可直接疊加，故A點(diǎn)垂直于焊縫方向的應(yīng)力為=+剪力Ny在A點(diǎn)處產(chǎn)生平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力==則焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：當(dāng)連接直接承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，?。?.0。工字形和H形截面梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩M和剪力V的共同作用。計(jì)算時(shí)通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。圖12工字形梁（或牛腿）的腳焊縫連接翼緣焊縫的最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維處，此應(yīng)力滿足角焊縫的強(qiáng)度條件=·≤式中M——全部焊縫所承受的彎矩；Iw——全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩。腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的共同作用，即彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為翼緣焊縫與腹板焊縫的交點(diǎn)處A，此處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算：=·=式中——腹板焊縫有效截面之和。則腹板焊縫在A點(diǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算式為：（3）承受扭矩或扭矩與剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算1）環(huán)形角焊縫承受扭矩T在有效截面的任一點(diǎn)上所受切線方向的剪應(yīng)力，應(yīng)按下式計(jì)算：=﹤（16）式中r——圓心至焊縫有效截面中線的距離；——焊縫有效截面的慣性矩，=。2）圍焊承受剪力和扭矩作用時(shí)的計(jì)算圖13受剪力和扭矩作用的腳焊縫圖13所示為采用三面圍焊搭接連接。該連接角焊縫承受豎向剪力V＝F和扭矩T＝F（e1+e2）作用。計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，是基于下列假定：被連接件是絕對(duì)剛性的，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫是彈性的；角焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。圖中A點(diǎn)與點(diǎn)距形心O點(diǎn)最遠(yuǎn)，故A點(diǎn)和點(diǎn)由扭矩T引起的剪應(yīng)力最大，焊縫群其他各處由扭矩T引起的剪應(yīng)力均小于A點(diǎn)和點(diǎn)的剪應(yīng)力，故A點(diǎn)和點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。在扭矩T作用下，A點(diǎn)（或點(diǎn)）的應(yīng)力為==（17）將沿x軸和y軸分解為：=·sinθ=·（18）=·cosθ=·（19）由剪力V在焊縫群引起的剪應(yīng)力按均勻分布，則在A點(diǎn)（或點(diǎn)）引起的應(yīng)力為=則A點(diǎn)受到垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：=+沿焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為，則A點(diǎn)的應(yīng)力滿足的強(qiáng)度條件為當(dāng)連接直接承受動(dòng)態(tài)荷載時(shí)，取=1.0。三、斜角角焊縫的計(jì)算兩焊腳邊夾角為的T形接頭的斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。但不考慮焊縫的方向，一律?。ɑ颍?.0。四、對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算1．對(duì)接焊縫的強(qiáng)度焊接缺陷對(duì)受壓、受剪的對(duì)接焊縫影響不大，故可認(rèn)為受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的對(duì)接焊縫對(duì)缺陷甚為敏感，由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85％，而—、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。2．對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算（1）對(duì)接焊縫的構(gòu)造對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5（直接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)不大于1:4）的斜角，以減小應(yīng)力集中。焊接時(shí)一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。對(duì)受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引?。ǔ觯┌逵欣щy時(shí)，允許不設(shè)置引?。ǔ觯┌?，此時(shí)可令焊縫計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減2t。圖14鋼板拼接圖15引弧板（2）對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫分焊透和部分焊透兩種1）焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫是焊件截面的組成部分，計(jì)算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一樣。軸心力作用的對(duì)接焊縫=或（20）式中N——軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；lw——焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。當(dāng)未采用引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t——對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；、——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫對(duì)接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件：==≤（21）τ==·≤（22）式中Ww—焊縫的截面模量；Sw—焊縫的截面面積矩；Iw—焊縫的截面慣性矩。工字形或H形截面梁的接頭，采用對(duì)接焊縫，除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處，例如腹板與翼緣的交接點(diǎn)，還應(yīng)按下式驗(yàn)算折算應(yīng)力：≤1.1（23）式中、—驗(yàn)算點(diǎn)處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；1.1——考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高的系數(shù)。圖16對(duì)接焊縫受彎矩和剪力共同作用軸心力、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫當(dāng)軸心力與彎矩、剪力共同作用時(shí)，焊縫的最大正應(yīng)力應(yīng)為軸心力和彎矩引起的應(yīng)力之和，剪應(yīng)力、折算應(yīng)力仍分別按式（22）和式（23）驗(yàn)算。2）部分焊透的對(duì)接焊縫部分焊透的對(duì)接焊縫必須在設(shè)計(jì)圖上注明坡口的形式和尺寸。其強(qiáng)度計(jì)算方法與前述直角角焊縫相同，在垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的壓力作用下，取βf＝1.22，其他受力情況取βf＝1.0。鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩大類。（1）普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。A、B級(jí)精制螺栓表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對(duì)成孔質(zhì)量要求高，制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。A、B級(jí)精制螺栓的區(qū)別僅是螺栓桿長(zhǎng)度不同。C級(jí)螺栓一般可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。（2）高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接有摩擦型連接和承壓型連接兩種類型。摩擦型連接：只依靠被連接板件間強(qiáng)大的摩擦力傳力，以摩擦力被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。為了提高摩擦力，對(duì)被連接件的接觸面應(yīng)進(jìn)行處理。承壓型連接：允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，以栓桿被剪壞或被承壓破壞作為連接承載力的極限狀態(tài)。高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)包括8.8級(jí)和10.9兩種。摩擦型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5-2.0mm，承壓型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0-1.5mm。承壓型連接的承載力比摩擦型連接高，可節(jié)約螺栓。但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。一、螺栓連接排列的構(gòu)造要求圖1鋼板的螺栓（鉚釘）排列根據(jù)受力、構(gòu)造和施工要求，規(guī)范規(guī)定了連接板件上螺栓和鉚釘?shù)淖畲蠛妥钚∪菰S距離，除應(yīng)滿足此最大最小距離外，尚應(yīng)充分考慮擰緊螺栓時(shí)的凈空要求。二、普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算1．普通螺栓的抗剪連接（1）抗剪連接的工作性能圖2螺栓抗剪連接的破環(huán)形式螺栓抗剪連接達(dá)到極限承載力時(shí)，可能的破壞形式有四種形式：=1\*GB3①當(dāng)栓桿直徑較小時(shí)，栓桿可能先被剪斷；②當(dāng)栓桿直徑較大時(shí)，板件較薄時(shí)，板件可能先被擠壞，由于栓桿和板件的擠壓是相對(duì)的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；=3\*GB3③板件截面可能因螺栓孔削弱截面太多而被拉斷；=4\*GB3④端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞。第=3\*GB3③種破壞形式屬于構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算；第=4\*GB3④種破壞形式由螺栓端距≥2d0來(lái)保證。因此，抗剪螺栓連接的計(jì)算只考慮第①、②種破破形式。（2）單個(gè)普通螺栓的抗剪承載力普通螺栓連接的抗剪承載力，應(yīng)考慮螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況。假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力是均勻分布的，則單個(gè)抗剪螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為（1）式中——受剪面數(shù)目，單剪＝1，雙剪＝2，四剪=4；d——螺栓桿直徑（螺栓的公稱直徑）；——螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。假定螺栓承壓應(yīng)力分布于螺栓直徑平面上，而且假定該承壓面上的應(yīng)力為均勻分布，則單個(gè)抗剪螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值式為（2）式中——在同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度；——螺栓承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。圖3螺栓承壓的計(jì)算承壓面積一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值取與的較小值。2．普通螺栓群抗剪連接計(jì)算普通螺栓群軸心受剪螺栓群的抗剪連接承受軸心力時(shí)，螺栓群在長(zhǎng)度方向各螺栓受力不均勻，兩端大中間小。為防止端部螺栓提前破壞，當(dāng)l1＞l5d0時(shí)，螺栓的抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)η予以降低：(3)l1>60d0時(shí)，η=0.7。圖4連接螺栓的內(nèi)力分布螺栓群的抗剪連接承受軸心力時(shí)，可認(rèn)為軸心力N由每個(gè)螺栓平均分擔(dān)，螺栓數(shù)n為n=（4）(2)普通螺栓群偏心受剪圖5所示為螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e，故螺栓群同時(shí)受到軸心力F和扭矩T＝F·e的共同作用。在軸心力作用下可認(rèn)為每個(gè)螺栓平均受力，則N1F=圖5螺栓群的偏心受剪螺栓群在扭矩T＝Fe作用下，每個(gè)螺栓均受剪。連接的計(jì)算基于下列假設(shè)：被連接板件為絕對(duì)剛性時(shí)，螺栓為彈性的；=2\*GB3②被連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離ri成正比，其方向與連線該螺栓至形心垂直。設(shè)O為螺栓群栓桿截面的形心，螺栓1距形心O最遠(yuǎn)，其所受剪力N1T最大：==（5）將分解為水平分力和垂直分力===（6）===（7）由此可得螺栓群偏心受剪時(shí)，受力最大的螺栓l所受合力為=≤（8）當(dāng)螺栓群布置在一個(gè)狹長(zhǎng)帶，y1＞3x1時(shí)，可取xi=0以簡(jiǎn)化計(jì)算，則上式為≤（9）3．普通螺栓的抗拉連接（1）單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力抗拉螺栓連接在外力作用下，螺栓連接的破壞形式為栓桿被拉斷。單個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為：=（9）式中de——螺栓的有效直徑；——螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。為了考慮撬力的影響，規(guī)范規(guī)定普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取螺栓鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.8倍（即＝0.8）。（2）普通螺栓群軸心受拉圖6所示螺栓群在軸心力作用下的抗拉連接，通常假定每個(gè)螺栓平均受力，則連接所需螺栓數(shù)為：圖6螺栓群承受軸心拉力n=（10）圖6螺栓群承受軸心拉力式中——一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值。（3）普通螺栓群在彎矩作用下受拉圖7普通螺栓群承受彎矩圖7所示為螺栓群在彎矩作用下的抗拉連接（剪力V通過(guò)承托板傳遞）。當(dāng)計(jì)算其形心位置作為中和軸時(shí)，所求得的端板受壓區(qū)高度c總是很小，中和軸通常在彎矩指向一側(cè)最外排螺栓附近的某個(gè)位置。因此，實(shí)際計(jì)算時(shí)可近似地取中和軸位于最下排螺栓O處，即認(rèn)為連接變形為繞O處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓拉力與O點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)y成正比。N1/y1=N2/y2=···=Ni/yi=···=Nn/ynM=N1y1+N2y2+···+Niyi+···+Nnyn=（N1/y1）+（N2/y2）+···+（Ni/yi）+···+（Nn/yn）故得螺栓i的拉力為：Ni=Myi／（11）設(shè)計(jì)時(shí)要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：N1=My1/≤（12）（4）普通螺拴群偏心受拉由圖8a可知，螺栓群偏心受拉相當(dāng)于連接承受軸心拉力N和彎矩M＝N·e的共同作用。按彈性設(shè)計(jì)法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況。圖8螺栓群偏心受拉1）小偏心受拉小偏心情況（圖8b），所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢(shì)，故在計(jì)算時(shí)軸心拉力N由各螺栓均勻承受；而彎矩M則引起以螺栓群形心O處水平軸為中和軸的三角形應(yīng)力分布（圖8b），使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后則全部螺栓均為受拉（圖84b）。這樣可得最大和最小受力螺栓的拉力和滿足設(shè)計(jì)要求的公式如下（各y均自O(shè)點(diǎn)算起）：（13）（14）式（13）表示最大受力螺栓的拉力不超過(guò)一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值；式（14）則表示全部螺栓受拉，不存在受壓區(qū)。由此式可得Nmin≥0時(shí)的偏心距e≤/（ny1）。令ρ==/（ny1）為螺栓有效截面組成的核心距，即e≤ρ時(shí)為小偏心受拉。2）大偏心受拉當(dāng)偏心距e較大時(shí)，即e＞ρ=/（ny1）時(shí)，則端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)（圖8c）。近似并偏安全取中和軸位于最下排螺栓O′處，按相似步驟寫對(duì)O′處水平軸的彎矩平衡方程，可得（e′和各y′自O(shè)′點(diǎn)算起，最上排螺栓1的拉力最大）：N1/=N2/=···=Ni/=···=Nn/M=N1+N2+···+Ni+···+Nn=（N1/）+（N2/）+···+（Ni/）+···+（Nn/）N1=Ne′y1′/（15）4．普通螺栓受剪力和拉力的共同作用圖9螺栓群受剪力和拉力共同作用圖9所示連接，螺栓群承受剪力和偏心力N（即軸心拉力N和彎矩M=N·e）的共同作用。承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓應(yīng)考慮兩種可能的破壞形式：一是螺桿受剪兼受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。螺桿計(jì)算式為（16）式中——一個(gè)螺栓承受的剪力設(shè)計(jì)值。一般假定剪力V由每個(gè)螺栓平均承擔(dān)，即=V/n。n為螺栓個(gè)數(shù)?！芾ψ畲舐菟ǖ睦O(shè)計(jì)值。由偏心拉力引起的螺栓最大拉力Nt仍按上述方法計(jì)算。 、——一個(gè)螺栓的抗剪和抗拉承載力設(shè)計(jì)值。孔壁承壓的計(jì)算式為≤（17）式中——一個(gè)螺栓孔壁承壓承載力設(shè)計(jì)值。三、高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算1．高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能高強(qiáng)度螺栓連接按其受力特征分為摩擦型連接和承壓型連接兩種類型。摩擦型連接是依靠被連接件之間的摩擦力傳遞內(nèi)力，并以荷載設(shè)計(jì)值引起的剪力不超過(guò)摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。螺栓的預(yù)拉力P、摩擦面間的抗滑移系數(shù)和鋼材種類等都直接影響到高強(qiáng)度螺栓連接的承載力。（1）預(yù)拉力的確定高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P由式（18）計(jì)算，并取5kN的整數(shù)倍值。P=Aefu（18）式中Ae——螺栓螺紋處的有效面積；fu——螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度；式（18）中的系數(shù)考慮了以下幾個(gè)因素：=1\*GB3①擰緊螺帽時(shí)螺栓同時(shí)受到由預(yù)拉力引起的拉應(yīng)力和由力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力作用。試驗(yàn)表明，可取系數(shù)1.2考慮擰緊螺栓時(shí)扭矩對(duì)螺桿的不利影響。=2\*GB3②施工時(shí)為了彌補(bǔ)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的松弛損失，一般超張拉5％~10％，為此考慮一個(gè)超張拉系數(shù)0.9；=3\*GB3③考慮螺栓材質(zhì)的不均勻性，引進(jìn)一折減系數(shù)0.9；④由于以螺栓的抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，為安全再引入一個(gè)附加安全系數(shù)0.9。（2）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)的大小與連接處構(gòu)件接觸面的處理方法和構(gòu)件的鋼號(hào)有關(guān)。試驗(yàn)表明，此系數(shù)值隨被連接構(gòu)件接觸面間的壓緊力減小而降低。2．高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：=0.9nfμP（19）式中0.9——抗力分頂系數(shù)rR的倒數(shù)；nf——傳力摩擦面數(shù)目：?jiǎn)渭魰r(shí)，nf＝1；雙剪時(shí)，nf＝2；P——一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力；μ——摩擦面抗滑移系數(shù)。（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接承壓型連接受剪時(shí)，計(jì)算方法與普通螺栓連接相同，仍可用式（1）和式（2）計(jì)算單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值，只是應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的抗剪承載力應(yīng)按螺紋處的有效截面計(jì)算。3．高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的工作性能計(jì)算表明，當(dāng)加于螺桿上的外拉力Nt為預(yù)拉力P的80％時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，因此可認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變。因此，為使板件間保留一定的壓緊力，規(guī)范規(guī)定，在桿軸方向受拉力的高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接中，一個(gè)高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值取為：=0.8P（20）4．高強(qiáng)度螺栓同時(shí)承受剪力和外拉力連接的工作性能（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓同時(shí)承受剪力和外拉力作用時(shí)的承載力計(jì)算式為：(21)（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的計(jì)算方法與普通螺栓相同，即≤1(22)對(duì)于兼受剪力和桿軸方向拉力的高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，除按式（22）計(jì)算螺栓的強(qiáng)度外，尚應(yīng)按下式計(jì)算孔壁承壓：Nv≤/1.2=（23）式中—只承受剪力時(shí)孔壁承壓承載力設(shè)計(jì)值；—高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在無(wú)外拉力狀態(tài)的值。5．高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算（1）軸心力作用時(shí)高強(qiáng)度螺栓群抗剪連接所需螺栓數(shù)目由下式確定n≥（24）對(duì)摩擦型連接，=0.9nfμP對(duì)承壓型連接，分別按式（1）與式（2）計(jì)算的較小值。當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)式（1）中應(yīng)將d改為de。（2）扭矩或扭矩、剪力共同作用時(shí)高強(qiáng)度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作用時(shí)的抗剪計(jì)算方法與普通螺栓群相同，但應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。6．高強(qiáng)度螺栓群的抗拉計(jì)算軸心力作用時(shí)高強(qiáng)度螺栓群連接所需螺栓數(shù)目n≥（25）式中—在桿軸方向受拉力時(shí)，一個(gè)高強(qiáng)度螺栓（摩擦型連接或承壓型連接）的承載力設(shè)計(jì)值。（2）高強(qiáng)度螺栓群因彎矩受拉認(rèn)為中和軸在螺栓群的形心軸上（圖10），最外排螺栓受力最大。高強(qiáng)度螺栓群因彎矩受拉時(shí)，最大拉力及其驗(yàn)算式為：N1=≤（26）式中y1—螺栓群形心軸至螺栓的最大距離；—形心軸上、下各螺栓至形心軸距離的平方和。圖10承受彎矩的高強(qiáng)度螺栓連接（3）高強(qiáng)度螺栓群偏心受拉高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接均可按普通螺栓小偏心受拉計(jì)算，即：N1=+≤（27）（4）高強(qiáng)度螺栓群承受拉力、彎矩和剪力的共同作用圖11所示為摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受拉力、彎矩和剪力共同作用時(shí)的情況。摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受剪力和拉力共同作用時(shí)，一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值也可以表達(dá)為：＝0.9nfμ（P-1.25Nt）（28）圖11摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力圖11摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力由圖11（c）可知，每行螺栓所受拉力Nt各不相同，故應(yīng)按下式計(jì)算摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪強(qiáng)度V≤n0（0.9nfμP）十0.9nfμ[（P-1.25Nt1）+（P-1.25Nt2）+…]（29）式中n0—受壓區(qū)（包括中和軸處）的高強(qiáng)度螺栓數(shù)；Nt1、Nt2——受拉區(qū)高強(qiáng)度螺栓所承受的拉力。也可將式（29）寫成下列形式：V≤0.9nfμ（nP-1.25ΣNti）（30）式中n—連接的螺栓總數(shù)；ΣNti—螺栓承受拉力的總和。此外，螺栓最大拉力應(yīng)滿足：Nti≤0.8P對(duì)承壓型連接高強(qiáng)度螺栓，應(yīng)按下式計(jì)算≤1同時(shí)還應(yīng)按下式驗(yàn)算孔壁承壓：Nv≤軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)軸心受拉構(gòu)件時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，設(shè)計(jì)軸心受壓構(gòu)件時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度的驗(yàn)算。一、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度1．軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度是以截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)為承載力極限狀態(tài) (1)式中 N——構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；——構(gòu)件的凈截面面積；——鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，驗(yàn)算最外列螺栓處危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度時(shí)，按下式計(jì)算： (2)= (3)式中——連接一側(cè)的高強(qiáng)度螺栓總數(shù)；——計(jì)算截面(最外列螺栓處)上的高強(qiáng)度螺栓數(shù)；0.5——孔前傳力系數(shù)。采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的拉桿，除按式(2)驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度外，還應(yīng)按下式驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度 (4)2．軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的剛度是以限制其長(zhǎng)細(xì)比保證 (5)式中 ——構(gòu)件的最大長(zhǎng)細(xì)比；[]——構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。二、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定1．理想軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式理想軸心受壓構(gòu)件可能以三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：=1\*GB3①?gòu)澢p軸對(duì)稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。②扭轉(zhuǎn)屈曲長(zhǎng)度較小的十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)屈曲。=3\*GB3③彎扭屈曲單軸對(duì)稱截面桿件繞對(duì)稱軸屈曲時(shí)發(fā)生彎扭屈曲。2．理想軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲臨界力若只考慮彎曲變形，臨界力公式即為著名的歐拉臨界力公式，表達(dá)式為NE==(6)3．初始缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件承載力的影響實(shí)際工程中的構(gòu)件不可避免地存在初彎曲、荷載初偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷，這些缺陷會(huì)降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。1）殘余應(yīng)力的影響當(dāng)軸心受壓構(gòu)件截面的平均應(yīng)力時(shí)，桿件截面內(nèi)將出現(xiàn)部分塑性區(qū)和部分彈性區(qū)。由于截面塑性區(qū)應(yīng)力不可能再增加，能夠產(chǎn)生抵抗力矩的只是截面的彈性區(qū)，此時(shí)的臨界力和臨界應(yīng)力應(yīng)為：Ncr==·(7)=·(8)式中Ie——彈性區(qū)的截面慣性矩(或有效慣性矩)；I——全截面的慣性矩。2）初彎曲的影響具有初彎曲的軸心受壓構(gòu)件的承載力具有如下特點(diǎn)：①具有初彎曲的壓桿，壓力一開始作用，桿件就產(chǎn)生撓曲，并隨著荷載的增大而增加，開始撓度增加慢，隨后迅速增長(zhǎng)，當(dāng)壓力N接近歐拉臨界力時(shí)，中點(diǎn)撓度趨于無(wú)限大。=2\*GB3②壓桿的初撓度值愈大，相同壓力N情況下，桿的撓度愈大。=3\*GB3③初彎曲即使很小，軸心受壓構(gòu)件的承載力總是低于歐拉臨界力。3）初偏心的影響具有初偏心的軸心受壓構(gòu)件的承載力特點(diǎn)與具有初彎曲壓桿的承載力特點(diǎn)相同。可以認(rèn)為初偏心影響與初彎曲影響類似。由于初偏心與初彎曲的影響類似，各國(guó)在制訂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通常只考慮其中一個(gè)缺陷來(lái)模擬兩個(gè)缺陷的影響。4．實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的極限承載力和多柱子曲線以壓桿跨中截面邊緣屈服時(shí)的承載力作為最大承載力，稱為邊緣屈服準(zhǔn)則。實(shí)際上壓力還可增加，只是壓力超過(guò)邊緣屈服準(zhǔn)則的最大承載力后，構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段，隨著截面塑性區(qū)的不斷擴(kuò)展，變形值增加得更快，直至壓桿不能維持穩(wěn)定平衡，這才是具有初彎曲壓桿真正的極限承載力，以此為準(zhǔn)則計(jì)算壓桿穩(wěn)定，稱為“最大強(qiáng)度準(zhǔn)則”。通?？紤]影響最大的殘余應(yīng)力和初彎曲兩種缺陷的影響。壓桿失穩(wěn)時(shí)臨界應(yīng)力與長(zhǎng)細(xì)比之間的關(guān)系曲線稱為柱子曲線。規(guī)范所采用的軸心受壓柱子曲線是按最大強(qiáng)度準(zhǔn)則確定的。規(guī)范在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，將柱子曲線歸納為四類。一般的截面情況屬于b類。軋制圓管以及軋制普通工字鋼繞x軸失穩(wěn)時(shí)其殘余應(yīng)力影響較小，故屬a類。曲線d主要用于厚板截面。5.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算軸心受壓構(gòu)件所受應(yīng)力不應(yīng)大于整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)，為：(9)規(guī)范對(duì)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算采用下列形式： (10)式中—軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，。整體穩(wěn)定系數(shù)值應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的截面分類和構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比查得。構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)按照下列規(guī)定確定：(1) 截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的構(gòu)件 (11)式中 、——構(gòu)件對(duì)主軸x和y的計(jì)算長(zhǎng)度；、——構(gòu)件截面對(duì)主軸x和y的回轉(zhuǎn)半徑。對(duì)雙軸對(duì)稱十字形截面構(gòu)件，或取值不得小于5.07b／t(其中b／t為懸伸板件寬厚比)(2) 截面為單軸對(duì)稱的構(gòu)件單軸對(duì)稱截面，繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)為彎扭屈曲。在相同情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力要低。因此，單軸對(duì)稱截面繞對(duì)稱軸(設(shè)為y軸)的穩(wěn)定應(yīng)取計(jì)及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的下列換算長(zhǎng)細(xì)比代替：(12)(13)單角鋼截面和雙角鋼組合T形截面繞對(duì)稱軸的換算長(zhǎng)細(xì)比可采用簡(jiǎn)化方法確定。無(wú)任何對(duì)稱軸且又非極對(duì)稱的截面(單面連接的不等邊單角鋼除外)不宜用作軸心受壓構(gòu)件。對(duì)單面連接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件，考慮折減系數(shù)后，可不考慮彎扭效應(yīng)。當(dāng)槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計(jì)算分肢繞對(duì)稱軸(y軸)的穩(wěn)定性時(shí)，不必考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，直接用查出值。四、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般組成軸心受力構(gòu)件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些板件過(guò)薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發(fā)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件喪失局部穩(wěn)定。工字形和H形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般通過(guò)限制組成截面的板件寬（高）厚比來(lái)保證軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定。(1)工字形和H形截面的受壓翼緣受壓翼緣板懸伸部分的寬厚比b/t限值： (14)式中，為構(gòu)件兩方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值。當(dāng)＜30時(shí)，取=30；當(dāng)＞100時(shí)，?。絣00。(2)工字形和H形截面的腹板腹板高厚比限值： (15)當(dāng)工字形截面的腹板高厚比不滿足式(15)的要求時(shí)，除了加厚腹板外，還可采用有效截面的概念進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)腹板截面面積僅考慮兩側(cè)寬度各為的部分，如圖1所示，但計(jì)算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)仍可用全截面。當(dāng)腹板高厚比不滿足要求時(shí)，亦可在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強(qiáng)后的腹板仍按式(1)計(jì)算，但應(yīng)取翼緣與縱向加勁肋之間的距離，如圖2所示。圖1腹板有效截面圖2腹板縱向加勁肋五、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用雙軸對(duì)稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面選擇時(shí)應(yīng)主要考慮以下原則：面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定承載力和剛度；兩個(gè)主軸方向盡量等穩(wěn)定性，即，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，取材方便。1．實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)軸心壓力的設(shè)計(jì)值、計(jì)算長(zhǎng)度選定合適的截面形式，再初步確定截面尺寸，然后進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗(yàn)算。具體步驟如下：（1）假定柱的長(zhǎng)細(xì)比，求出需要的截面面積A。一般假定=50～100，當(dāng)壓力大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)取較小值，反之取較大值。根據(jù)、截面分類可查得穩(wěn)定系數(shù)，則需要的截面面積為： (16)(2)求兩個(gè)主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑 (17)(3)由已知截面面積A、兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑優(yōu)先選用軋制型鋼。當(dāng)現(xiàn)有型鋼規(guī)格不滿足所需截面尺寸時(shí)，可以采用組合截面，這時(shí)需先初步定出截面的輪廓尺寸，一般是根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑確定所需截面的高度h和寬度b。(18)、為系數(shù)，表示h、b和回轉(zhuǎn)半徑之間的近似數(shù)值關(guān)系，常用截面可由表格查得。例如由三塊鋼板組成的工字形截面=0.43，=0.24。(4)由所需要的A、h、b等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初選尺寸。(5)構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。局部穩(wěn)定：對(duì)于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗(yàn)算。對(duì)于組合截面，則應(yīng)對(duì)板件的寬厚比進(jìn)行驗(yàn)算。2．實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求當(dāng)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的腹板高厚比時(shí)，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋。橫向加勁肋的間距不得大于3h0，其截面尺寸要求為雙側(cè)加勁肋的外伸寬度bs應(yīng)不小于mm，厚度ts應(yīng)大于外伸寬度的l/15。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的縱向焊縫(翼緣與腹板的連接焊縫)受力很小，不必計(jì)算，可按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸。六、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般采用兩個(gè)肢件組成，肢件間用綴條或綴板連成整體。格構(gòu)柱兩肢間距離的確定以兩個(gè)主軸的等穩(wěn)定性為準(zhǔn)則。在柱的橫截面上穿過(guò)肢件腹板的軸稱為實(shí)軸，穿過(guò)兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸。綴條一般用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。1．雙肢格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的換算長(zhǎng)細(xì)比格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實(shí)軸的穩(wěn)定計(jì)算與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相同，但繞虛軸的整體穩(wěn)定臨界力比長(zhǎng)細(xì)比相同的實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件低。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時(shí)，采用換算長(zhǎng)細(xì)比來(lái)考慮綴材剪切變形對(duì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定承載力的影響。（1）綴條式格構(gòu)式構(gòu)件雙肢綴條式格構(gòu)構(gòu)件的換算長(zhǎng)細(xì)比為： (19)式中 ——整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比；A——整個(gè)構(gòu)件的毛截面面積；A1——一個(gè)節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛面積之和。需要注意的是，式(19)的適用范圍為斜綴條與柱軸線間的夾角在400～700之間。（2）綴板式格構(gòu)式構(gòu)件雙肢綴板的換算長(zhǎng)細(xì)比采用： (20)式中 ——分肢的長(zhǎng)細(xì)比；2．格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材設(shè)計(jì)（1）格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的橫向剪力格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)發(fā)生彎曲時(shí)，綴材要承受橫向剪力的作用。最大剪力的計(jì)算式： （21）在設(shè)計(jì)中，將剪力V沿柱長(zhǎng)度方向取為定值。（2）綴條的設(shè)計(jì)圖3綴條計(jì)算簡(jiǎn)圖綴條可視為以分肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，內(nèi)力與桁架腹桿的計(jì)算方法相同。在橫向剪力作用下，一個(gè)斜綴條的軸心力為(圖3)： (22)式中 V1——分配到一個(gè)綴材面上的剪力；n——承受剪力V1的斜綴條數(shù)。單系綴條時(shí)，n＝1；交叉綴條時(shí)，n=2；θ——綴條的傾角(圖3)。斜綴條可能受拉也可能受壓，應(yīng)按軸心壓桿選擇截面。綴條一般采用單角鋼，與柱單面連接，考慮到受力時(shí)的偏心和受壓時(shí)的彎扭，當(dāng)按軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以下列折減系數(shù)：①按軸心受力計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和連接時(shí)＝0.85。②按軸心受壓計(jì)算構(gòu)件的穩(wěn)定性時(shí)等邊角鋼＝0.6+0.0015，但不大于1.0短邊相連的不等邊角鋼＝0.5+0.0025，但不大于1.0長(zhǎng)邊相連的不等邊角鋼＝0.70為綴條的長(zhǎng)細(xì)比，對(duì)中間無(wú)聯(lián)系的單角鋼壓桿，按最小回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算，當(dāng)＜20時(shí)，?。?0。交叉綴條體系的橫綴條按受壓力N＝V1計(jì)算。為了減小分肢的計(jì)算長(zhǎng)度，單系綴條也可加橫綴條，其截面尺寸一般與斜綴條相同，也可按容許長(zhǎng)細(xì)比([]＝l50)確定。（3）綴板的設(shè)計(jì)圖4綴板計(jì)算簡(jiǎn)圖綴板式格構(gòu)構(gòu)件可視為一多層框架。綴板內(nèi)力為：剪力：(23)彎矩(與肢件連接處)： (24)式中 ——綴板中心線間的距離； a——肢件軸件間的距離。綴板與肢體間用角焊縫相連，角焊縫承受剪力和彎矩的共同作用。綴板應(yīng)有一定的剛度。規(guī)范規(guī)定，同一截面處兩側(cè)綴板剛度之和不得小于一個(gè)分肢線剛度的6倍。一般取寬度(4)，厚度，并不小于6mm，端綴板宜適當(dāng)加寬，取d＝a。3．構(gòu)件的橫隔格構(gòu)式構(gòu)件應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔。另外，大型實(shí)腹式構(gòu)件(工字形或箱形)也應(yīng)設(shè)置橫隔。橫隔的間距不得大于構(gòu)件較大寬度的9倍或8m，且每個(gè)運(yùn)送單元的端部均應(yīng)設(shè)置橫隔。當(dāng)構(gòu)件某一處受有較大水平集中力作用時(shí)，也應(yīng)在該處設(shè)置橫隔。圖5橫隔圖4．格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)需首先選擇分肢截面和綴材的形式，中小型柱可采用綴板或綴條柱，大型柱宜用綴條柱。⑴按對(duì)實(shí)軸（y－y軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實(shí)腹式構(gòu)件的計(jì)算相同。⑵按對(duì)虛軸(x—x軸)的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。為了獲得等穩(wěn)定性，應(yīng)使兩方向的長(zhǎng)細(xì)比相等，即使。綴條柱(雙肢)： (25)即 (26)綴板柱(雙肢)： (27)即 (28)對(duì)綴條式構(gòu)件應(yīng)預(yù)先確定斜綴條的截面A1；對(duì)綴板式構(gòu)件應(yīng)先假定分肢長(zhǎng)細(xì)比。按式(26)或式(28)計(jì)算得出后，即可得到對(duì)虛軸的回轉(zhuǎn)半徑： (29)構(gòu)件在綴材方向的寬度，亦可由已知截面的幾何量直接算出構(gòu)件的寬度b。⑶驗(yàn)算構(gòu)件對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時(shí)應(yīng)修改構(gòu)件寬b再進(jìn)行驗(yàn)算。⑷設(shè)計(jì)綴條或綴板(包括它們與分肢的連接)。進(jìn)行以上計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：⑴校對(duì)實(shí)軸的長(zhǎng)細(xì)比和對(duì)虛軸的換算長(zhǎng)細(xì)比均不得超過(guò)容許長(zhǎng)細(xì)比[]；⑵綴條構(gòu)件的分肢長(zhǎng)細(xì)比不得超過(guò)構(gòu)件兩方向長(zhǎng)細(xì)比(對(duì)虛軸為換算長(zhǎng)細(xì)比)較大值的0.7倍，否則分肢可能先于整體失穩(wěn)； ⑶綴板構(gòu)件的分肢長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)大于40，并不應(yīng)大于構(gòu)件較大長(zhǎng)細(xì)比的0.5倍（當(dāng)<50時(shí)，?。?0），亦是為了保證分肢不先于整體構(gòu)件失去承載能力。八、軸心受壓柱的柱頭和柱腳1．軸心受壓柱的柱頭圖6梁與柱的鉸接連接梁與軸心受壓柱鉸接時(shí)，梁可支承于柱頂上，亦可連于柱的側(cè)面。梁支于柱頂時(shí)，梁的支座反力通過(guò)柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取16～20mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。多層框架的中間梁柱連接中，橫梁只能在柱側(cè)相連。梁連接于柱側(cè)面的鉸接構(gòu)造。梁的反力由端加勁肋傳給支托，支托與柱翼緣用角焊縫相連。支托與柱的連接焊縫按梁支座反力的1.25倍計(jì)算。2．軸心受壓柱柱腳軸心受壓柱的柱腳主要傳遞軸心壓力，與基礎(chǔ)的連接一般采用鉸接。圖7a柱腳是利用預(yù)埋在基礎(chǔ)中的錨栓固定其位置的。鉸接柱腳只沿著一條軸線設(shè)立兩個(gè)連接于底板上的錨栓。圖7軸心受壓柱的柱腳鉸接柱腳的剪力通常由底板與基礎(chǔ)表面的摩擦力傳遞。當(dāng)此摩擦力不足以承受水平剪力時(shí)，應(yīng)在柱腳底板下設(shè)置抗剪鍵。（1）底板的計(jì)算①底板的面積底板的平面尺寸決定于基礎(chǔ)材料的抗壓能力，基礎(chǔ)對(duì)底板的壓應(yīng)力可近似認(rèn)為是均勻分布的，這樣，所需要的底板凈面積An應(yīng)按下式確定： (30)式中 ——基礎(chǔ)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)考慮基礎(chǔ)混凝土局部受壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)。②底板的厚度底板的厚度由板的抗彎強(qiáng)度決定。底板可視為一支承在靴梁、隔板和柱端的平板，它承受基礎(chǔ)傳來(lái)的均勻反力。靴梁、肋板、隔板和柱的端面均可視為底板的支承邊，并將底板分隔成不同的區(qū)格，其中有四邊支承、三邊支承、兩相鄰邊支承和一邊支承等區(qū)格。這些區(qū)格板承受的彎矩一般不相同，取各區(qū)格板中的最大彎矩Mmax來(lái)確定板的厚度t： (31)設(shè)計(jì)時(shí)要注意靴梁和隔板的布置應(yīng)盡可能使各區(qū)格板中的彎矩相差不要太大，以免所需的底板過(guò)厚。底板的厚度通常為20～40mm，最薄一般不得小于14mm，以保證底板具有必要的剛度，從而滿足基礎(chǔ)反力是均布的假設(shè)。（2）靴梁的計(jì)算靴梁的高度由其與柱邊連接所需的焊縫長(zhǎng)度決定，此連接焊縫承受柱身傳來(lái)的壓力N。靴梁的厚度比柱翼緣厚度略小。靴梁按支承于柱邊的雙懸臂梁計(jì)算，根據(jù)所承受的最大彎矩和最大剪力值，驗(yàn)算靴梁的抗彎和抗剪強(qiáng)度。（3）隔板與肋板的計(jì)算隔板的厚度不得小于其寬度b的1/50，一般比靴梁略薄些，高度略小些。隔板可視為支承于靴梁的簡(jiǎn)支梁，驗(yàn)算隔板與靴梁的連接焊縫以及隔板本身的強(qiáng)度。注意隔板內(nèi)側(cè)的焊縫不易施焊，計(jì)算時(shí)不能考慮受力。肋板按懸臂梁計(jì)算，肋板與靴梁間的連接焊縫以及肋板本身的強(qiáng)度均應(yīng)按其承受的彎矩和剪力計(jì)算。受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定計(jì)算鋼梁的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的計(jì)算。一、強(qiáng)度和剛度計(jì)算1．強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度包括抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、局部承壓強(qiáng)度和折算應(yīng)力。（1）抗彎強(qiáng)度荷載不斷增加時(shí)正應(yīng)力的發(fā)展過(guò)程分為三個(gè)階段，以雙軸對(duì)稱工字形截面為例說(shuō)明如下：圖1梁正應(yīng)力的分布1）彈性工作階段荷載較小時(shí)，截面上各點(diǎn)的彎曲應(yīng)力均小于屈服點(diǎn)，荷載繼續(xù)增加，直至邊緣纖維應(yīng)力達(dá)到（圖1b）。2）彈塑性工作階段 荷載繼續(xù)增加，截面上、下各有一個(gè)高度為a的區(qū)域，其應(yīng)力σ為屈服應(yīng)力。截面的中間部分區(qū)域仍保持彈性（圖1c），此時(shí)梁處于彈塑性工作階段。3）塑性工作階段當(dāng)荷載再繼續(xù)增加，梁截面的塑性區(qū)便不斷向內(nèi)發(fā)展，彈性核心不斷變小。當(dāng)彈性核心完全消失（圖1d）時(shí)，荷載不再增加，而變形卻繼續(xù)發(fā)展，形成“塑性鉸”，梁的承載能力達(dá)到極限。計(jì)算抗彎強(qiáng)度時(shí)，需要計(jì)算疲勞的梁，常采用彈性設(shè)計(jì)。若按截面形成塑性鉸進(jìn)行設(shè)計(jì)，可能使梁產(chǎn)生的撓度過(guò)大。因此規(guī)范規(guī)定有限制地利用塑性。梁的抗彎強(qiáng)度按下列公式計(jì)算：?jiǎn)蜗驈澢鷷r(shí) （1）雙向彎曲時(shí) （2）式中Mx、My—繞x軸和y軸的彎矩（對(duì)工字形和H形截面，x軸為強(qiáng)軸，y軸為弱軸）；Wnx、Wny—梁對(duì)x軸和y軸的凈截面模量；—截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)工字形截面，；對(duì)箱形截面，；f—鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)梁受壓翼緣的外伸寬度b與其厚度t之比大于，但不超過(guò)時(shí)，取。需要計(jì)算疲勞的梁，宜取。（2）抗剪強(qiáng)度主平面受彎的實(shí)腹梁，以截面上的最大剪應(yīng)力達(dá)到鋼材的抗剪屈服點(diǎn)為承載力極限狀態(tài)。 （3）式中V—計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力設(shè)計(jì)值；S—中和軸以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩；I—毛截面慣性矩；tw—腹板厚度；fv—鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)抗剪強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，常采用加大腹板厚度的辦法來(lái)增大梁的抗剪強(qiáng)度。型鋼腹板較厚，一般均能滿足上式要求，因此只在剪力最大截面處有較大削弱時(shí)，才需進(jìn)行剪應(yīng)力的計(jì)算。（3）局部承壓強(qiáng)度圖2局部壓應(yīng)力當(dāng)梁的翼緣受有沿腹板平面作用的固定集中荷載且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋，或受有移動(dòng)的集中荷載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算腹板計(jì)算高度邊緣的局部承壓強(qiáng)度。假定集中荷載從作用處以1∶2.5（在hy高度范圍）和1∶1（在hR高度范圍）擴(kuò)散，均勻分布于腹板計(jì)算高度邊緣。梁的局部承壓強(qiáng)度可按下式計(jì)算 （4）式中F—集中荷載，對(duì)動(dòng)力荷載應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)；—集中荷載增大系數(shù)：對(duì)重級(jí)工作制吊車輪壓，＝1.35；對(duì)其他荷載，＝1.0；—集中荷載在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度，其計(jì)算方法如下 跨中集中荷載＝a+5hy+2hR梁端支反力＝a+2.5hy+a1a—集中荷載沿梁跨度方向的支承長(zhǎng)度，對(duì)吊車輪壓可取為50mm；hy—自梁承載的邊緣到腹板計(jì)算高度邊緣的距離；hR—軌道的高度，計(jì)算處無(wú)軌道時(shí)hR＝0；a1—梁端到支座板外邊緣的距離，按實(shí)際取，但不得大于2.5hy。當(dāng)計(jì)算不能滿足式（4）時(shí)，在固定集中荷載處，應(yīng)設(shè)置支承加勁肋予以加強(qiáng)，并對(duì)支承加勁肋進(jìn)行計(jì)算。對(duì)移動(dòng)集中荷載，則應(yīng)加大腹板厚度。（4）折算應(yīng)力在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，當(dāng)同時(shí)受有較大的正應(yīng)力σ、剪應(yīng)力τ和局部壓應(yīng)力σc時(shí)，或同時(shí)受有較大的正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ時(shí)，應(yīng)按下式驗(yàn)算該處的折算應(yīng)力 （5）式中——腹板計(jì)算高度邊緣同一點(diǎn)上的彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。按式（3）計(jì)算，按式（4）計(jì)算，按下式計(jì)算 （6）—凈截面慣性矩；y—計(jì)算點(diǎn)至中和軸的距離；均以拉應(yīng)力為正值，壓應(yīng)力為負(fù)值；—折算應(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。當(dāng)異號(hào)時(shí)，取＝1.2；當(dāng)同號(hào)或＝0?。?.1。2．剛度剛度驗(yàn)算即為梁的撓度驗(yàn)算。按下式驗(yàn)算梁的剛度 （7）式中—荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下梁的最大撓度；[]—梁的容許撓度值，規(guī)范規(guī)定的容許撓度值。二、整體穩(wěn)定1.整體失穩(wěn)現(xiàn)象如圖3所示的工字形截面梁，荷載作用在最大剛度平面內(nèi)，當(dāng)荷載較小時(shí)，僅在彎矩作用平面內(nèi)彎曲，當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值后，梁在彎矩作用平面內(nèi)彎曲的同時(shí)，將突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，并喪失繼續(xù)承載的能力，這種現(xiàn)象稱為梁的彎扭屈曲或整體失穩(wěn)。圖3梁的整體失穩(wěn)2.整體穩(wěn)定系數(shù)梁的整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力為，梁的整體穩(wěn)定應(yīng)滿足下式式中—梁的整體穩(wěn)定系數(shù)