钢结构教程第一章第一章概述概述第二章第二章建筑钢材建筑钢材第三章第三章钢结构的连接钢结构的连接第四章第四章轴心受力构件轴心受力构件第五章第五章梁（受弯构件）梁（受弯构件）第六章第六章拉弯与压弯构件拉弯与压弯构件Crane收集欢迎大家交流第一章绪论第一节第一节第一节第一节 钢结构的特点与应用钢结构的特点与应用钢结构的特点与应用钢结构的特点与应用第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计原理与方法钢结构的设计原理与方法钢结构的设计原理与方法钢结构的设计原理与方法第三节第三节第三节第三节 钢结构的发展钢结构的发展钢结构的发展钢结构的发展第四节第四节第四节第四节 钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法第一节钢结构的特点及应用一、钢结构的特点强度高、重量轻钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较钢与混凝土、木材相比，虽然质量密度较大，但其屈服点较混凝土和木材要高得多，大，但其屈服点较混凝土和木材要高得多，其质量密度与屈服点的比值相对较低。在其质量密度与屈服点的比值相对较低。在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比，构件较小，重量较土结构、木结构相比，构件较小，重量较轻，便于运输和安装。轻，便于运输和安装。质地均匀，塑性和韧性好钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性，为理想的弹塑性体，有良好的塑性和韧性，为理想的弹塑性体，完全符合目前所采用的计算方法和基本理完全符合目前所采用的计算方法和基本理论。论。生产、安装工业化程度高，施工周期短钢结构生产具备成批大件生产和高度准确钢结构生产具备成批大件生产和高度准确性的特点，可以采用工厂制作、工地安装性的特点，可以采用工厂制作、工地安装的施工方法，所以其生产作业面多，可缩的施工方法，所以其生产作业面多，可缩短施工周期，进而为降低造价、提高效益短施工周期，进而为降低造价、提高效益创造条件。创造条件。密闭性能好由于焊接结构可以做到完全密封，一些要由于焊接结构可以做到完全密封，一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜、管道等板壳结构都采用钢结构。库、气柜、管道等板壳结构都采用钢结构。抗震及抗动力荷载性能好钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。具有一定的耐热性温度在温度在250以内，钢的性质变化很小，以内，钢的性质变化很小，温度达到温度达到300以上，强度逐渐下降，达以上，强度逐渐下降，达到到450650时，强度降为零。因此，时，强度降为零。因此，钢结构可用于温度不高于钢结构可用于温度不高于250的场合。的场合。在自身有特殊防火要求的建筑中，钢结构在自身有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须用耐火材料予以维护。当防火设计不必须用耐火材料予以维护。当防火设计不当或者当防火层处于破坏的状况下，有可当或者当防火层处于破坏的状况下，有可能将产生灾难性的后果。能将产生灾难性的后果。远眺纽约曼哈顿世贸大楼远眺纽约曼哈顿世贸大楼绝绝版版纽纽约约世世贸贸中中心心双双子子塔塔撞击下的世界贸易中心撞击下的世界贸易中心撞击下的世界贸易中心撞击下的世界贸易中心美国东部时间美国东部时间美国东部时间美国东部时间20012001年年年年9 9月月月月1111日上午日上午日上午日上午8 8时时时时4545分，一架起飞重量达分，一架起飞重量达分，一架起飞重量达分，一架起飞重量达160160吨的波音吨的波音吨的波音吨的波音767767型型型型飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；1818分钟后，又一架起飞重量为分钟后，又一架起飞重量为分钟后，又一架起飞重量为分钟后，又一架起飞重量为100100吨的波音吨的波音吨的波音吨的波音757757型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再考虑两种机型的速度是考虑两种机型的速度是考虑两种机型的速度是考虑两种机型的速度是10001000千米千米千米千米/ /小时，而小时，而小时，而小时，而且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中心受到的冲量究竟有多少呢？心受到的冲量究竟有多少呢？心受到的冲量究竟有多少呢？心受到的冲量究竟有多少呢？根据动量的计算公式根据动量的计算公式根据动量的计算公式根据动量的计算公式P=P=mvmv，mm是质点的质量，是质点的质量，是质点的质量，是质点的质量，v v是该质是该质是该质是该质点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢量点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢量点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢量点的质心速度，质点的动量是矢量，其方向和速度矢量的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于物的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于物的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于物的方向相同。实质上，飞机撞击世界贸易中心是属于物体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：体对障碍物碰撞的现象，我们先看看有关数据：一、一、一、一、 北塔所承受北塔所承受北塔所承受北塔所承受767767型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量m=1601000=160000m=1601000=160000（千克）（千克）（千克）（千克）v=v=（1000100010001000）3600277.83600277.8米米米米/ /秒秒秒秒P=P=mvmv=160000277.8=44448000=160000277.8=44448000千克千克千克千克 米米米米/ /秒秒秒秒二、二、二、二、 南塔所承受南塔所承受南塔所承受南塔所承受757757型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量型飞机撞击的动量m=1001000=100000m=1001000=100000（千克）（千克）（千克）（千克）v=v=（1000100010001000）3600277.83600277.8米米米米/ /秒秒秒秒P=P=mvmv=100000277.8=27780000=100000277.8=27780000千克千克千克千克 米米米米/ /秒秒秒秒以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致以上数据之巨，可见飞机每一次撞击的力量都是致命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达命的，所以有物理学家说，这种撞击与爆炸，可达10001000吨烈性炸药当量，应该是可信的。吨烈性炸药当量，应该是可信的。吨烈性炸药当量，应该是可信的。吨烈性炸药当量，应该是可信的。南北塔是筒中筒结构，核心是南北塔是筒中筒结构，核心是南北塔是筒中筒结构，核心是南北塔是筒中筒结构，核心是4747个电梯井个电梯井个电梯井个电梯井（因分段设置，（因分段设置，（因分段设置，（因分段设置，4747个电梯井可容个电梯井可容个电梯井可容个电梯井可容104104部电梯）部电梯）部电梯）部电梯），外围是钢柱排列，外围是钢柱排列，外围是钢柱排列，外围是钢柱排列，9 9层以下的承重外柱间距层以下的承重外柱间距层以下的承重外柱间距层以下的承重外柱间距为为为为3 3米，米，米，米，9 9层以上承重外柱间距为层以上承重外柱间距为层以上承重外柱间距为层以上承重外柱间距为1.0161.016米，米，米，米，标准层窗宽仅标准层窗宽仅标准层窗宽仅标准层窗宽仅0.550.55米，如此密植的钢铁森林，米，如此密植的钢铁森林，米，如此密植的钢铁森林，米，如此密植的钢铁森林，于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入于极高速撞击之下，两架飞机还是全都没入其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深其腹部，甚至撞击南塔那架还穿透整座进深达达达达63.563.5米的大厦，撞击力量之巨，威力之大，米的大厦，撞击力量之巨，威力之大，米的大厦，撞击力量之巨，威力之大，米的大厦，撞击力量之巨，威力之大，实在令人悚然。实在令人悚然。实在令人悚然。实在令人悚然。但是，事实上，世界贸易中心却经受住但是，事实上，世界贸易中心却经受住但是，事实上，世界贸易中心却经受住但是，事实上，世界贸易中心却经受住了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量，了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量，了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量，了这等力量的撞击，因为撞击造成的动量，并不是坍塌的决定因素。并不是坍塌的决定因素。并不是坍塌的决定因素。并不是坍塌的决定因素。烈火中的世界贸易中心烈火中的世界贸易中心烈火中的世界贸易中心烈火中的世界贸易中心撞击两塔的波音撞击两塔的波音撞击两塔的波音撞击两塔的波音767767型或型或型或型或757757型飞机，如果机体直型飞机，如果机体直型飞机，如果机体直型飞机，如果机体直径约计径约计径约计径约计1010米的话，也就是说，世界贸易中心北塔的米的话，也就是说，世界贸易中心北塔的米的话，也就是说，世界贸易中心北塔的米的话，也就是说，世界贸易中心北塔的8080层左右，南塔的层左右，南塔的层左右，南塔的层左右，南塔的6060层左右，在飞机的质量与速度层左右，在飞机的质量与速度层左右，在飞机的质量与速度层左右，在飞机的质量与速度的撞击下，应该各有三层都处于被飞机蹿通的状态。的撞击下，应该各有三层都处于被飞机蹿通的状态。的撞击下，应该各有三层都处于被飞机蹿通的状态。的撞击下，应该各有三层都处于被飞机蹿通的状态。而且而且而且而且767767机型满挂油料是机型满挂油料是机型满挂油料是机型满挂油料是4545吨，吨，吨，吨，757757机型为机型为机型为机型为3030吨，吨，吨，吨，这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看其惨烈之状。这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看其惨烈之状。这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看其惨烈之状。这些油料霎时倾倒其中，可从具体数据看其惨烈之状。世界贸易中心边长世界贸易中心边长世界贸易中心边长世界贸易中心边长=63.5=63.5米米米米世界贸易中心每层的建筑面积世界贸易中心每层的建筑面积世界贸易中心每层的建筑面积世界贸易中心每层的建筑面积=63.563.54032=63.563.54032平方米平方米平方米平方米如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大厦建筑面积达厦建筑面积达厦建筑面积达厦建筑面积达1/51/51/41/4的电梯井的面积，也就是说，的电梯井的面积，也就是说，的电梯井的面积，也就是说，的电梯井的面积，也就是说，在在在在30003000平方米不到的面积里，浇灌了平方米不到的面积里，浇灌了平方米不到的面积里，浇灌了平方米不到的面积里，浇灌了45453030吨的吨的吨的吨的高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨燃我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨燃我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨燃我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨燃油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉，兼有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线气体等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和电梯井被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃工具。所以被撞击后的世界贸易中心，远远看去，就像两根硕以被撞击后的世界贸易中心，远远看去，就像两根硕以被撞击后的世界贸易中心，远远看去，就像两根硕以被撞击后的世界贸易中心，远远看去，就像两根硕大的烟囱。同时，高达大的烟囱。同时，高达大的烟囱。同时，高达大的烟囱。同时，高达10001000的温度，钢结构都易的温度，钢结构都易的温度，钢结构都易的温度，钢结构都易产生变形，更因上有重压，所以最终招致崩落现象。产生变形，更因上有重压，所以最终招致崩落现象。产生变形，更因上有重压，所以最终招致崩落现象。产生变形，更因上有重压，所以最终招致崩落现象。而且，高温之下，燃油有气化的现象，急速膨胀的气而且，高温之下，燃油有气化的现象，急速膨胀的气而且，高温之下，燃油有气化的现象，急速膨胀的气而且，高温之下，燃油有气化的现象，急速膨胀的气体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是致命的。体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是致命的。体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是致命的。体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是致命的。因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决因此，火，火，火，才是世界贸易中心殒落的决定因素。定因素。定因素。定因素。大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，大厦被撞击后，那里面被飞机蹿空的三层，其核心部位其核心部位其核心部位其核心部位电梯井已失去作用（有部分电梯井已失去作用（有部分电梯井已失去作用（有部分电梯井已失去作用（有部分油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几油料会倒灌井内，引起井道内爆），里面几乎成了镂空状态，在烈火燃烧下，剩下的两乎成了镂空状态，在烈火燃烧下，剩下的两乎成了镂空状态，在烈火燃烧下，剩下的两乎成了镂空状态，在烈火燃烧下，剩下的两侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有侧外围承重的钢柱软化，以上数十层至少有2000020000余吨的楼层的重力（以两幢共用钢余吨的楼层的重力（以两幢共用钢余吨的楼层的重力（以两幢共用钢余吨的楼层的重力（以两幢共用钢19.219.2万吨计，加上租赁方的什物就远不止这万吨计，加上租赁方的什物就远不止这万吨计，加上租赁方的什物就远不止这万吨计，加上租赁方的什物就远不止这个数了），在有个数了），在有个数了），在有个数了），在有1010米高的空间盈余下，夹着米高的空间盈余下，夹着米高的空间盈余下，夹着米高的空间盈余下，夹着9.89.8米米米米/ /秒的加速度作自由落体坠落，重力之秒的加速度作自由落体坠落，重力之秒的加速度作自由落体坠落，重力之秒的加速度作自由落体坠落，重力之下，势如破竹。下，势如破竹。下，势如破竹。下，势如破竹。在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下，以雷霆万钧之势，重力在加速度作用下，以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍塌，而不是倒塌。坍塌，而不是倒塌。钢结构抗腐蚀性较差钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要重新刷涂料，维护费以后隔一定时间又要重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广泛采用。广泛采用。二、钢结构的应用钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。点相一致的。钢结构的应用1 1、重型结构及大跨度建筑结构；、重型结构及大跨度建筑结构；2 2、多层、高层及超高层建筑结构；、多层、高层及超高层建筑结构；3 3、轻钢结构；、轻钢结构；4 4、塔桅等高耸结构；、塔桅等高耸结构；5 5、钢混凝土组合结构。、钢混凝土组合结构。钢结构的应用钢结构通常有框架、平面钢结构通常有框架、平面(木行木行)架、网架架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。1、厂房钢结构厂房钢结构一般指重型、大型车间的承重厂房钢结构一般指重型、大型车间的承重骨架。通常由檩条、天窗架、屋架、托架、骨架。通常由檩条、天窗架、屋架、托架、柱、吊车梁、制动梁（桁架）、各种支撑柱、吊车梁、制动梁（桁架）、各种支撑及墙架等构件组成。及墙架等构件组成。2、轻型钢结构轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、轻型钢结构因具有用钢量省、造价低、供货迅速、安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年安装方便、外形美观、内部空旷等特点，在近年来得到迅速的发展，主要用于：来得到迅速的发展，主要用于：来得到迅速的发展，主要用于：来得到迅速的发展，主要用于：单层或多层厂房、仓库单层或多层厂房、仓库单层或多层厂房、仓库单层或多层厂房、仓库 ；多层住宅、办公楼多层住宅、办公楼多层住宅、办公楼多层住宅、办公楼 （图图图图） 多层住宅、办公楼柱距一般为多层住宅、办公楼柱距一般为多层住宅、办公楼柱距一般为多层住宅、办公楼柱距一般为6 69 9米，不超过米，不超过米，不超过米，不超过8 8层，层，层，层，基础受力小，有利于抗震；资源耗用少；工业化基础受力小，有利于抗震；资源耗用少；工业化基础受力小，有利于抗震；资源耗用少；工业化基础受力小，有利于抗震；资源耗用少；工业化程度高；施工速度快；可装拆；造价略高。程度高；施工速度快；可装拆；造价略高。程度高；施工速度快；可装拆；造价略高。程度高；施工速度快；可装拆；造价略高。 小别墅小别墅小别墅小别墅 （图图图图） 3、大跨度钢结构大跨度结构主要有网架结构、悬索结构和大跨度结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等。网壳结构等。（1）网架结构网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。点。网架结构构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形、四边形、六可组合成平面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任何形体。边形、圆形或其他任何形体。网架结构一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：焊接球节点焊接球节点螺栓球节点螺栓球节点（图图）钢板节点钢板节点（2）悬索及索桁架结构以一系列拉索为主要承重构件，这些索按以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。节约钢材况下得到充分发挥的结构形式。节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅（以浙江省体育馆为例，仅17kg/m2）、）、外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨度屋顶。度屋顶。（3）网壳结构同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。网壳结构的特点：外形美外形呈曲面状。网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。计施工较复杂。苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）上上海海商商务务中中心心网网状状网网壳壳4.桥梁钢结构桥梁钢结构的主要形式有：桥梁钢结构的主要形式有：桥梁钢结构的主要形式有：桥梁钢结构的主要形式有： （1 1）桁架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小）桁架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小）桁架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小）桁架式桥（如武汉、南京长江大桥）（连续小跨距）跨距）跨距）跨距） （2 2）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊成）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊成）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊成）箱形桥梁（如立交桥、铁路桥），钢板焊成（3 3）拱形桥梁，中、小跨度（）拱形桥梁，中、小跨度（）拱形桥梁，中、小跨度（）拱形桥梁，中、小跨度（图图图图） （4 4）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）斜拉桥（如上海南浦、杨浦大桥）“ “H”H”型钢，型钢，型钢，型钢，大跨距、特大跨距（大跨距、特大跨距（大跨距、特大跨距（大跨距、特大跨距（图图图图） （5 5）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁）悬索桥（如江阴长江大桥）桁架梁10001000米跨米跨米跨米跨距距距距 拱形桥梁拱形桥梁拱形桥梁拱形桥梁斜拉桥斜拉桥斜拉桥斜拉桥5.高耸钢结构高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，以水平荷载作用为主，点是高跨比较大，以水平荷载作用为主，可应用在以下几个方面：可应用在以下几个方面：（1）输电塔（）输电塔（图图）（2）通讯及微波塔）通讯及微波塔（3）多功能广播电视发射塔（）多功能广播电视发射塔（图图）（4）桅杆）桅杆（5）火炬塔、石油化工塔架）火炬塔、石油化工塔架6.高层钢结构已建的高层钢结构已建的高层钢结构（纽约世贸中心不幸在（纽约世贸中心不幸在恐怖事件中倒塌，恐怖事件中倒塌，向死难的人民表示哀悼向死难的人民表示哀悼）高层钢结构（1 1）一般）一般）一般）一般5050层以上建筑均用钢结构层以上建筑均用钢结构层以上建筑均用钢结构层以上建筑均用钢结构 （2 2）自重轻、抗震性能好，基础处理方便）自重轻、抗震性能好，基础处理方便）自重轻、抗震性能好，基础处理方便）自重轻、抗震性能好，基础处理方便 （3 3）柱用焊接方管（圆角）、）柱用焊接方管（圆角）、）柱用焊接方管（圆角）、）柱用焊接方管（圆角）、HH型钢或组合柱型钢或组合柱型钢或组合柱型钢或组合柱 （4 4）梁用）梁用）梁用）梁用HH型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用型钢，上下翼缘用对接焊，腹板用高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加高强螺栓作抗剪连接，柱与梁翼缘对应处有加强板强板强板强板 高层钢结构（5）楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼）楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼构成组合板，板与梁连接用销钉构成组合板，板与梁连接用销钉（6）外墙用玻璃或铝幕墙）外墙用玻璃或铝幕墙（7）基础用桩基加箱基，箱基作停车场）基础用桩基加箱基，箱基作停车场（8）防火要求非常严格）防火要求非常严格159m高的启东广播电视塔位于江苏启东新落成的广电广场高的启东广播电视塔位于江苏启东新落成的广电广场购物中心购物中心第二节钢结构的设计原理与方法结构设计首层规范结构设计首层规范建筑结构可靠度设建筑结构可靠度设计统一标准计统一标准（GB50068）规定：结规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。限状态设计方法分析确定。钢结构和其他建筑结构一样，遵循钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统统一标准一标准”要求，采用的也是要求，采用的也是以概率论为以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设计基础，用分项系数表达的极限状态设计方法方法。结构概率设计法对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这就是结构概率设计法就是结构概率设计法就是结构概率设计法就是结构概率设计法。 荷载效应荷载效应荷载效应荷载效应S S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、：取决于各种荷载（恒载、活载、风、：取决于各种荷载（恒载、活载、风、：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温度变化等）。地震作用，温度变化等）。地震作用，温度变化等）。地震作用，温度变化等）。结构或构件的承载力或抗力结构或构件的承载力或抗力结构或构件的承载力或抗力结构或构件的承载力或抗力R R：取决于材料、构：取决于材料、构：取决于材料、构：取决于材料、构件的几何特性等。件的几何特性等。件的几何特性等。件的几何特性等。 结构概率设计法设结构状态方程：设结构状态方程：Z=R-S当当Z0时，结构可靠；时，结构可靠；当当Z20mmt20mme e）K K形：适合板厚形：适合板厚形：适合板厚形：适合板厚t20mmt20mmf f）X X形：适合板厚形：适合板厚形：适合板厚形：适合板厚t20mmt20mm对接焊缝的形式：对接焊缝的构造在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于于1:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。应力集中。对接焊缝的构造在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一般应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。般应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。对受静力荷载的结构设置引弧（出）板有对受静力荷载的结构设置引弧（出）板有困难时，允许不设置引弧（出）板，此时，困难时，允许不设置引弧（出）板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减可令焊缝计算长度等于实际长度减2t（此（此处处t为较薄焊件厚度）。为较薄焊件厚度）。二、对接焊缝的计算对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。缝质量的检验标准等因素有关。缝质量的检验标准等因素有关。缝质量的检验标准等因素有关。如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。全由于焊接技术问题，焊缝中可能有气高于母材的。全由于焊接技术问题，焊缝中可能有气高于母材的。全由于焊接技术问题，焊缝中可能有气高于母材的。全由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受压、受压、受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等受剪的对接焊缝与母材强度相等受剪的对接焊缝与母材强度相等受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝，但受拉的对接焊缝，但受拉的对接焊缝，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过5%5%时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。由于三级时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。由于三级时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。由于三级时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。由于三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的材强度的材强度的材强度的85%85%，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。可认为与母材强度相等。可认为与母材强度相等。可认为与母材强度相等。对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强度设计值。不能超过焊缝的强度设计值。不能超过焊缝的强度设计值。不能超过焊缝的强度设计值。 轴心拉力或压力轴心拉力或压力轴心拉力或压力轴心拉力或压力; ;焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去长减去长减去长减去2t2t，有引弧板时，取实长，有引弧板时，取实长，有引弧板时，取实长，有引弧板时，取实长; ;平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚; ;、对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 或fcw1、轴心受力的对接焊缝、轴心受力的对接焊缝在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算，只有受拉的三均与母材等强，不用计算，只有受拉的三均与母材等强，不用计算，只有受拉的三均与母材等强，不用计算，只有受拉的三级焊缝才需要进行计算。级焊缝才需要进行计算。级焊缝才需要进行计算。级焊缝才需要进行计算。当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝。当斜焊缝倾角对接焊缝。当斜焊缝倾角对接焊缝。当斜焊缝倾角对接焊缝。当斜焊缝倾角56.356.3，即，即，即，即tg1.5tg1.5时，可认为与母材等强，不用计时，可认为与母材等强，不用计时，可认为与母材等强，不用计时，可认为与母材等强，不用计算。算。算。算。 fvw对接焊缝抗剪强度设计值对接焊缝抗剪强度设计值斜对接焊缝的计算斜对接焊缝的计算2、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。焊缝截面抵抗矩焊缝截面抵抗矩焊缝截面上计算点处以上截面对中和轴的面积矩焊缝截面上计算点处以上截面对中和轴的面积矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力，即：但都比较大，所以需验算折算应力，即： 1、 1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为为考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强度设计值适当提高。度设计值适当提高。3、承受轴心力，弯矩和剪力联合作用的对接焊缝当轴心力与弯矩、剪力联合作用时，当轴心力与弯矩、剪力联合作用时，轴心力和弯矩在焊缝中引起的正应力应轴心力和弯矩在焊缝中引起的正应力应进行叠加，剪应力仍按上面的式验算，进行叠加，剪应力仍按上面的式验算，折算应力仍按上面的式验算。折算应力仍按上面的式验算。 例题例题例题例题3-13-1试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。图中图中图中图中a=540mm,t=22mma=540mm,t=22mm，轴心力的设计值为，轴心力的设计值为，轴心力的设计值为，轴心力的设计值为N=2500kNN=2500kN。钢材为。钢材为。钢材为。钢材为Q235-BQ235-B，手工焊，焊条，手工焊，焊条，手工焊，焊条，手工焊，焊条为为为为E43E43型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板。板。板。板。第三节角焊缝连接设计一、角焊缝的形式一、角焊缝的形式角焊缝是最常用的焊缝。角焊缝按其角焊缝是最常用的焊缝。角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的作用力垂直的正面角焊缝正面角焊缝；焊缝长度方向；焊缝长度方向与作用力平行的与作用力平行的侧面角焊缝侧面角焊缝以及以及斜焊缝斜焊缝。按其截面形式可分为按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角直角角焊缝和斜角角焊缝。焊缝。直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图角三角形截面（图角三角形截面（图角三角形截面（图3.3.1a3.3.1a）。在直接承受动）。在直接承受动）。在直接承受动）。在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图图图图3.3.13.3.1（b b）所示的坦式，侧面角焊缝的截）所示的坦式，侧面角焊缝的截）所示的坦式，侧面角焊缝的截）所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图面则作成凹面式（图面则作成凹面式（图面则作成凹面式（图3.3.1c3.3.1c）。图中的）。图中的）。图中的）。图中的hfhf为为为为焊角尺寸。焊角尺寸。焊角尺寸。焊角尺寸。两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角 9090或或或或 9090的焊缝称的焊缝称的焊缝称的焊缝称为斜角角焊缝（图为斜角角焊缝（图为斜角角焊缝（图为斜角角焊缝（图3.3.23.3.2）。斜角角焊缝常用）。斜角角焊缝常用）。斜角角焊缝常用）。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角 135135或或或或 6060的斜角角焊缝，除钢管结构外，不的斜角角焊缝，除钢管结构外，不的斜角角焊缝，除钢管结构外，不的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。宜用作受力焊缝。宜用作受力焊缝。宜用作受力焊缝。 侧面角焊缝侧面角焊缝主要承受剪应力，应力沿焊缝长度方向主要承受剪应力，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。塑性较好。塑性较好。正面角焊缝正面角焊缝（图（图3.3.3b）受力较复杂，截面的各面）受力较复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。这均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。这一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。经试验，正面角接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。二、角焊缝的构造要求部位部位 项目项目 构构 造造 要要 求求 备备 注注 焊脚焊脚尺寸尺寸 h hf f 上限上限 对对 边：边：t t1 1为较薄焊件厚为较薄焊件厚 下限下限 ；当；当t t2 2为较厚焊件厚对自动为较厚焊件厚对自动焊可减焊可减1mm1mm；对单面；对单面T T型焊应加型焊应加1mm1mm焊缝焊缝长度长度 l lw w 上限上限 （受动力荷载）；（受动力荷载）；（其（其他情况）；他情况）； 内力沿侧缝全长均匀分内力沿侧缝全长均匀分布者不限布者不限 下限下限 8 8h hf f或或 40mm40mm，取两者最大值，取两者最大值 端部端部仅有仅有两侧两侧面角面角焊缝焊缝连接连接 长度长度 l lw w 距离距离 l l0 0 t t为较薄焊件为较薄焊件厚厚 端部端部 转角转角 转角处加焊一段长度转角处加焊一段长度 2 2h hf f （两面侧缝时）（两面侧缝时）或用三面围焊或用三面围焊 转角处焊缝须连续施焊转角处焊缝须连续施焊 搭接搭接连接连接 搭接搭接最小最小长度长度 5 5t t1 1或或 25mm25mm，取两者最大值，取两者最大值 t t1 1 为较薄焊件厚度为较薄焊件厚度 围焊时，在转角处截面突变，会产生应围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊的绕角焊其它构造要求：其它构造要求：其它构造要求：其它构造要求： (1)(1)承受动力荷载的结构中，垂直于受力承受动力荷载的结构中，垂直于受力承受动力荷载的结构中，垂直于受力承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。 (2)(2)在直接承受动力荷载的结构中，角焊在直接承受动力荷载的结构中，角焊在直接承受动力荷载的结构中，角焊在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为例：对正面角焊缝宜为例：对正面角焊缝宜为例：对正面角焊缝宜为1:1.5,1:1.5,长边顺内力方长边顺内力方长边顺内力方长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为向；对侧面角焊缝可为向；对侧面角焊缝可为向；对侧面角焊缝可为1:11:1。 (3)(3)在次要构件或次要焊接连接中，可采用在次要构件或次要焊接连接中，可采用在次要构件或次要焊接连接中，可采用在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于大于大于大于1515t t（对受压构件）或（对受压构件）或（对受压构件）或（对受压构件）或3030t t（对受拉构件）（对受拉构件）（对受拉构件）（对受拉构件），t t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。 当角焊缝的两焊脚边夹角为当角焊缝的两焊脚边夹角为90时，称时，称为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝。为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝。角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度（喉部尺寸）与计算长度的乘积，而有效（喉部尺寸）与计算长度的乘积，而有效厚度厚度he=0.7hf为焊缝横截面的内接等腰三为焊缝横截面的内接等腰三角形的最短距离，即不考虑熔深和凸度。角形的最短距离，即不考虑熔深和凸度。三、直角角焊缝的基本计算公式两焊脚边的夹角焊脚尺寸。焊脚尺寸。有效厚度有效厚度试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，通常认为直角角焊缝是以通常认为直角角焊缝是以通常认为直角角焊缝是以通常认为直角角焊缝是以4545方向的最小截方向的最小截方向的最小截方向的最小截面（即有效厚度也称计算厚度与焊缝计算长面（即有效厚度也称计算厚度与焊缝计算长面（即有效厚度也称计算厚度与焊缝计算长面（即有效厚度也称计算厚度与焊缝计算长度的乘积）作为有效计算截面。作用于焊缝度的乘积）作为有效计算截面。作用于焊缝度的乘积）作为有效计算截面。作用于焊缝度的乘积）作为有效计算截面。作用于焊缝有效截面上的应力有：垂直于焊缝有效截面有效截面上的应力有：垂直于焊缝有效截面有效截面上的应力有：垂直于焊缝有效截面有效截面上的应力有：垂直于焊缝有效截面的正应力，垂直于焊缝长度方向的剪应力，的正应力，垂直于焊缝长度方向的剪应力，的正应力，垂直于焊缝长度方向的剪应力，的正应力，垂直于焊缝长度方向的剪应力，及沿焊缝及沿焊缝及沿焊缝及沿焊缝 长度方向的剪应力。但计算比较复长度方向的剪应力。但计算比较复长度方向的剪应力。但计算比较复长度方向的剪应力。但计算比较复杂。杂。杂。杂。 直角角焊缝强度简化的计算基本公式如下：直角角焊缝强度简化的计算基本公式如下：直角角焊缝强度简化的计算基本公式如下：直角角焊缝强度简化的计算基本公式如下：（1）在通过焊缝形心的拉力、压力或剪）在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用，正面角焊缝：力作用，正面角焊缝：对侧面角焊缝：对侧面角焊缝：（2）在各种力综合作用下，共同作用处。垂直于垂直于焊缝长度方向的度方向的应力；力； f沿沿焊缝长度方向的剪度方向的剪应力力;he角角焊缝有效厚度；有效厚度； l lw w角角角角焊缝计焊缝计算算算算长长度，每条角度，每条角度，每条角度，每条角焊缝焊缝取取取取实际实际长长度减度减度减度减22； f ff fw w角角角角焊缝焊缝强强强强度度度度设计值设计值； f f系数，系数，系数，系数，对对承受静力荷承受静力荷承受静力荷承受静力荷载载和和和和间间接承受接承受接承受接承受动动力荷力荷力荷力荷载载的的的的结结构，构，构，构， ff=1.22=1.22，直接承受，直接承受，直接承受，直接承受动动力荷力荷力荷力荷载载 ff=1.0=1.0。 四、角焊缝的计算1 1、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算（1 1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。图图图图3.3.113.3.11用盖板的对接连接中，当只有侧面用盖板的对接连接中，当只有侧面用盖板的对接连接中，当只有侧面用盖板的对接连接中，当只有侧面角焊缝时，按式（角焊缝时，按式（角焊缝时，按式（角焊缝时，按式（3.73.7）计算；当只有正面角）计算；当只有正面角）计算；当只有正面角）计算；当只有正面角焊缝时，按式（焊缝时，按式（焊缝时，按式（焊缝时，按式（3.63.6）计算。）计算。）计算。）计算。先按式（先按式（先按式（先按式（3.63.6）计算正面角焊缝承担的内力：）计算正面角焊缝承担的内力：）计算正面角焊缝承担的内力：）计算正面角焊缝承担的内力：（2）承受斜向轴心力的角焊缝）承受斜向轴心力的角焊缝下图所示受斜向轴心力的角焊缝连接下图所示受斜向轴心力的角焊缝连接，有有两种计算方法。两种计算方法。3、承受轴力的角钢端部连接在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用特殊情况也允许采用特殊情况也允许采用特殊情况也允许采用L L形围焊。腹杆受轴心力形围焊。腹杆受轴心力形围焊。腹杆受轴心力形围焊。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。（1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算K1、K2焊缝内力分配系数；焊缝内力分配系数；N1、N2分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。（2 2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算 端部正面角焊缝能传递的内力为：端部正面角焊缝能传递的内力为：端部正面角焊缝能传递的内力为：端部正面角焊缝能传递的内力为：（3 3）角钢用）角钢用“ “L”L”型焊缝与节点板连接的焊缝计型焊缝与节点板连接的焊缝计算算 由由由由 N2=N2=00得：得：得：得：例题例题试确定图试确定图试确定图试确定图3.3.153.3.15所示承受静态轴心力所示承受静态轴心力所示承受静态轴心力所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢知角钢知角钢知角钢212510212510，与厚度为，与厚度为，与厚度为，与厚度为8mm8mm的节点板连的节点板连的节点板连的节点板连接，其搭接长度为接，其搭接长度为接，其搭接长度为接，其搭接长度为300mm300mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸，焊脚尺寸，焊脚尺寸hfhf=8mm=8mm，钢材为，钢材为，钢材为，钢材为Q235-BQ235-B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43E43型。型。型。型。二、复杂受力时角焊缝连接计算当焊缝非轴心受力时，可以将外力的当焊缝非轴心受力时，可以将外力的作用分解为轴力、弯矩、扭矩、剪力等简作用分解为轴力、弯矩、扭矩、剪力等简单受力情况，分别求出具各自的焊缝应力，单受力情况，分别求出具各自的焊缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个点，利用公式（的几个点，利用公式（3.3.6）进行验算。）进行验算。1 1、承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊、承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊、承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊、承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊缝的计算缝的计算缝的计算缝的计算下图所示的下图所示的下图所示的下图所示的双面角焊缝连接承受偏心斜双面角焊缝连接承受偏心斜双面角焊缝连接承受偏心斜双面角焊缝连接承受偏心斜拉力拉力拉力拉力NN作用，作用，作用，作用，计算时，可将作用力计算时，可将作用力计算时，可将作用力计算时，可将作用力NN分解为分解为分解为分解为NNX X和和和和NNy y两个分力。角焊缝同时承受轴心力两个分力。角焊缝同时承受轴心力两个分力。角焊缝同时承受轴心力两个分力。角焊缝同时承受轴心力NNX X、剪力剪力剪力剪力NNy y和弯矩和弯矩和弯矩和弯矩M=M=NNX Xee的共同作用。焊缝计的共同作用。焊缝计的共同作用。焊缝计的共同作用。焊缝计算截面上的应力分布如图算截面上的应力分布如图算截面上的应力分布如图算截面上的应力分布如图3.3.163.3.16（b b）所示，）所示，）所示，）所示，图中图中图中图中A A点应力最大为控制设计点。此处垂直于点应力最大为控制设计点。此处垂直于点应力最大为控制设计点。此处垂直于点应力最大为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴焊缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴焊缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴焊缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴心拉力心拉力心拉力心拉力NNX X产生的应力：产生的应力：产生的应力：产生的应力：这两部分应力由于在这两部分应力由于在A点处的方向相同，可直接叠点处的方向相同，可直接叠加，故加，故A点垂直于焊缝长度方向的应力为：点垂直于焊缝长度方向的应力为：对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接，焊缝连接，焊缝连接，焊缝连接，通常只承受弯矩通常只承受弯矩通常只承受弯矩通常只承受弯矩MM和剪力和剪力和剪力和剪力V V的联合的联合的联合的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿梁高度呈三两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿梁高度呈三两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿梁高度呈三两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维纤维纤维纤维1 1处，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长处，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长处，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长处，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，为了保证此焊缝的正常度方向的弯曲应力，为了保证此焊缝的正常度方向的弯曲应力，为了保证此焊缝的正常度方向的弯曲应力，为了保证此焊缝的正常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件，即：角焊缝的强度条件，即：角焊缝的强度条件，即：角焊缝的强度条件，即：腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝点为翼缘焊缝与腹板焊缝点为翼缘焊缝与腹板焊缝点为翼缘焊缝与腹板焊缝2 2的交点处，此处的的交点处，此处的的交点处，此处的的交点处，此处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算：弯曲应力和剪应力分别按下式计算：弯曲应力和剪应力分别按下式计算：弯曲应力和剪应力分别按下式计算：则腹板焊缝则腹板焊缝则腹板焊缝则腹板焊缝2 2的端点应按下式验算强度的端点应按下式验算强度的端点应按下式验算强度的端点应按下式验算强度n工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接的另一种计算方法是使焊缝传递应力与母材所承的另一种计算方法是使焊缝传递应力与母材所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力；翼受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平化为一对水平力力H=M/h1。则。则翼缘焊缝的强度计算式为：翼缘焊缝的强度计算式为：翼缘焊缝的强度计算式为：翼缘焊缝的强度计算式为：腹板焊缝的强度计算式为：腹板焊缝的强度计算式为：腹板焊缝的强度计算式为：腹板焊缝的强度计算式为：牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算: : MMVeVe；假设全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由假设全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由假设全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由假设全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由翼缘与腹板角焊缝共同承受。翼缘与腹板角焊缝共同承受。翼缘与腹板角焊缝共同承受。翼缘与腹板角焊缝共同承受。 点点点点1 1： 点点点点2 2：点点点点3 3： 2、三面围焊承受扭矩剪力联合作用时角焊缝的计算图为三面围焊承受偏心力图为三面围焊承受偏心力图为三面围焊承受偏心力图为三面围焊承受偏心力F F。此偏心力产生轴。此偏心力产生轴。此偏心力产生轴。此偏心力产生轴心力心力心力心力F F和扭矩和扭矩和扭矩和扭矩T=T=FeFe。最危险点为。最危险点为。最危险点为。最危险点为A A或或或或AA点。点。点。点。计算时按弹性理论假定：计算时按弹性理论假定：计算时按弹性理论假定：计算时按弹性理论假定：被连接件是绝对刚被连接件是绝对刚被连接件是绝对刚被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心性的，它有绕焊缝形心性的，它有绕焊缝形心性的，它有绕焊缝形心OO旋转的趋势，而角焊旋转的趋势，而角焊旋转的趋势，而角焊旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的；缝本身是弹性的；缝本身是弹性的；缝本身是弹性的；角焊缝群上任一点的应力角焊缝群上任一点的应力角焊缝群上任一点的应力角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度连线长度连线长度连线长度r r成正比。图中，成正比。图中，成正比。图中，成正比。图中，A A点与点与点与点与AA点距形心点距形心点距形心点距形心OO点最远，故点最远，故点最远，故点最远，故A A点和点和点和点和AA点由扭矩点由扭矩点由扭矩点由扭矩T T引起的剪应力引起的剪应力引起的剪应力引起的剪应力TT最大，故最大，故最大，故最大，故A A点和点和点和点和AA点为设计控制点。点为设计控制点。点为设计控制点。点为设计控制点。第四节焊接应力与焊接变形 焊接变形焊接变形焊接变形焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，：钢结构构件或节点在焊接过程中，：钢结构构件或节点在焊接过程中，：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。形。形。形。 焊接应力焊接应力焊接应力焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。力称为焊接应力。力称为焊接应力。力称为焊接应力。焊接应力的形成和对钢结构的影响焊接应力的形成和对钢结构的影响焊接应力的形成和对钢结构的影响焊接应力的形成和对钢结构的影响 焊接变形的产生和防止焊接变形的产生和防止焊接变形的产生和防止焊接变形的产生和防止 减少焊接应力和焊接变形的方法减少焊接应力和焊接变形的方法减少焊接应力和焊接变形的方法减少焊接应力和焊接变形的方法 合理的焊缝设计合理的焊缝设计合理的焊缝设计合理的焊缝设计 1.焊接应力的形成和对钢结构的影响焊接应力的形成和对钢结构的影响（1 1）形成）形成）形成）形成 两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达焊缝附近温度高达焊缝附近温度高达焊缝附近温度高达16001600 C C，其邻近区域温，其邻近区域温，其邻近区域温，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。冷却快的区域受到压应力。冷却快的区域受到压应力。冷却快的区域受到压应力。 （2 2）焊接应力的分类）焊接应力的分类）焊接应力的分类）焊接应力的分类 纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力 横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力件表面的应力件表面的应力件表面的应力 厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。于构件表面的应力。于构件表面的应力。于构件表面的应力。 （3 3）焊接应力的影响）焊接应力的影响）焊接应力的影响）焊接应力的影响 对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；但刚度降低；但刚度降低；但刚度降低； 由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；碍了塑性变形，裂纹易发生和发展； 降低疲劳强度；降低疲劳强度；降低疲劳强度；降低疲劳强度； 降低压杆的稳定性；降低压杆的稳定性；降低压杆的稳定性；降低压杆的稳定性； 使构件提前进入弹塑性工作阶段。使构件提前进入弹塑性工作阶段。使构件提前进入弹塑性工作阶段。使构件提前进入弹塑性工作阶段。2.焊接变形的产生和防止焊接变形的产生和防止 焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。曲或扭曲等。曲或扭曲等。曲或扭曲等。 表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图 3.减少焊接应力和焊接变形的方法：减少焊接应力和焊接变形的方法：（1）采用适当的焊接程序，如分段焊、）采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；分层焊；（2）尽可能采用对称焊缝，使其变形）尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；相反而抵消；（3）施焊前使结构有一个和焊接变形相）施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；反的预变形；（4）对于小构件焊前预热、焊后回火，）对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。然后慢慢冷却，以消除焊接应力。4.合理的焊缝设计：合理的焊缝设计： （1）避免焊缝集中、三向交叉焊缝；）避免焊缝集中、三向交叉焊缝；（2）焊缝尺寸不宜太大；）焊缝尺寸不宜太大；（3）焊缝尽可能对称布置，连接过渡）焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象；平滑，避免应力集中现象；（4）避免仰焊。）避免仰焊。第五节普通螺栓的连接一、一、普通螺栓的连接构造普通螺栓的连接构造普通螺栓的分类普通螺栓的分类螺栓的规格与表示螺栓的规格与表示钢结构一般选用钢结构一般选用钢结构一般选用钢结构一般选用C C级（粗制）六角螺母螺栓，标级（粗制）六角螺母螺栓，标级（粗制）六角螺母螺栓，标级（粗制）六角螺母螺栓，标识用识用识用识用MM和工程直径（和工程直径（和工程直径（和工程直径（mmmm）表示，例如）表示，例如）表示，例如）表示，例如M16M16、M20M20等等等等类别类别 加工精度加工精度 抗剪抗剪 性能性能 成成本本 使用范围使用范围 精制精制 (A(A、B)B)级级 高，栓径高，栓径与孔径之与孔径之差为差为0.50.50.8mm0.8mm，I I类孔类孔 高高 高高 1 1）构件精度很高的结构，机）构件精度很高的结构，机械结构；械结构；2 2）连接点仅用一个螺栓或有）连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件（柔性杆）可调节杆件（柔性杆） 粗制粗制 (C(C级级) ) 较低，栓较低，栓径与孔径径与孔径之差为之差为1 11.5mm1.5mm 较低较低 低低 1 1）抗拉连接；）抗拉连接；2 2）静力荷载下抗剪连接；）静力荷载下抗剪连接； 3 3）加防松措施后受风振作用）加防松措施后受风振作用抗剪；抗剪； 4 4）可拆卸连接；）可拆卸连接； 5 5）安装螺栓；）安装螺栓；6 6）与抗剪支托配合抗拉剪联）与抗剪支托配合抗拉剪联合作用合作用 注：注：A级用于级用于M24以下，以下，B级用于级用于M24以上。以上。n n螺栓的排列螺栓的排列螺栓的排列螺栓的排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求： （1 1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。张口现象。张口现象。张口现象。（2 2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3 3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。板手拧紧螺帽。板手拧紧螺帽。板手拧紧螺帽。 螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（P84P84，表，表，表，表3.43.4） 螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1 1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。 （2 2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。（3 3）由于）由于）由于）由于C C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用接中，也可用接中，也可用接中，也可用C C级螺栓受剪。级螺栓受剪。级螺栓受剪。级螺栓受剪。 （4 4）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。二、受力性能与计算二、受力性能与计算1 1、受力分类、受力分类螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力，拉剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力，拉剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力，拉剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力，拉力螺栓靠螺栓受拉，有时普通螺栓同时受剪、受拉。力螺栓靠螺栓受拉，有时普通螺栓同时受剪、受拉。力螺栓靠螺栓受拉，有时普通螺栓同时受剪、受拉。力螺栓靠螺栓受拉，有时普通螺栓同时受剪、受拉。 2 2、受剪连接、受剪连接受力性能与破坏形式受力性能与破坏形式五种破坏形式五种破坏形式螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏a）螺栓剪断）螺栓剪断b）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏e）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏弯、剪破坏f）螺栓双剪破坏）螺栓双剪破坏上述第上述第种破坏形式由螺栓端距种破坏形式由螺栓端距l12d。保。保证；第证；第种破坏属于构件的强度验算。因种破坏属于构件的强度验算。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑此，普通螺栓的受剪连接只考虑、两两种破坏形式。种破坏形式。3、受剪连接的工作性能螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上a a、b b两点之间的相对位移两点之间的相对位移两点之间的相对位移两点之间的相对位移 与作用力与作用力与作用力与作用力NN的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线。该曲线给出了试件由零载一直加载至连线。该曲线给出了试件由零载一直加载至连线。该曲线给出了试件由零载一直加载至连线。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：接破坏的全过程，经历了以下四个阶段： （1 1）摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段 在施加荷载在施加荷载在施加荷载在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在变，连接工作处于弹性阶段，在变，连接工作处于弹性阶段，在变，连接工作处于弹性阶段，在N-N-图上呈图上呈图上呈图上呈现出现出现出现出0 0，1 1斜直线段。但由于板件间摩擦力的斜直线段。但由于板件间摩擦力的斜直线段。但由于板件间摩擦力的斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。段很短。段很短。段很短。（2 2）滑移阶段滑移阶段滑移阶段滑移阶段 当荷载增大，连接中的剪力达到构件当荷载增大，连接中的剪力达到构件当荷载增大，连接中的剪力达到构件当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于触，相应于触，相应于触，相应于N-N-曲线上的曲线上的曲线上的曲线上的1 1，2 2水平段。水平段。水平段。水平段。（3 3）栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段 荷载继续增加，连接所承荷载继续增加，连接所承荷载继续增加，连接所承荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以N-N-曲线曲线曲线曲线呈上升状态。达到呈上升状态。达到呈上升状态。达到呈上升状态。达到“ “3”3”点时，曲线开始明显弯曲，点时，曲线开始明显弯曲，点时，曲线开始明显弯曲，点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。 （4 4）受剪螺栓连接达到极限承载力，直至破坏受剪螺栓连接达到极限承载力，直至破坏受剪螺栓连接达到极限承载力，直至破坏受剪螺栓连接达到极限承载力，直至破坏 。剪力螺栓受力情况剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。 当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。近，最后趋于相等直到破坏。近，最后趋于相等直到破坏。近，最后趋于相等直到破坏。 单个受剪螺栓的承载力计算单个受剪螺栓的承载力计算螺栓抗剪：螺栓抗剪：螺栓抗剪：螺栓抗剪：孔壁承压：孔壁承压：孔壁承压：孔壁承压：最大承载力：最大承载力：最大承载力：最大承载力：nvnv受剪面数受剪面数受剪面数受剪面数 d d螺杆直径螺杆直径螺杆直径螺杆直径 同一方向承压构件较同一方向承压构件较同一方向承压构件较同一方向承压构件较小总厚度小总厚度小总厚度小总厚度 、螺栓抗剪、抗压螺栓抗剪、抗压螺栓抗剪、抗压螺栓抗剪、抗压强度设计值强度设计值强度设计值强度设计值 普通普通螺栓群受剪连接计算螺栓群受剪连接计算螺栓群受剪连接计算螺栓群受剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心受剪、普通螺栓群轴心受剪、普通螺栓群轴心受剪、普通螺栓群轴心受剪受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数 ，当，当，当，当l l1 115d15d0 0时：时：时：时：当当当当l l1 160d60d0 0时时时时 0.70.7连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：连接板净截面强度连接板净截面强度连接板净截面强度连接板净截面强度2 2、普通螺栓群偏心受剪、普通螺栓群偏心受剪、普通螺栓群偏心受剪、普通螺栓群偏心受剪图示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力图示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力图示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力图示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F F的作用线至螺栓群中心线的距离为的作用线至螺栓群中心线的距离为的作用线至螺栓群中心线的距离为的作用线至螺栓群中心线的距离为e e，故螺，故螺，故螺，故螺栓群同时受到轴心力栓群同时受到轴心力栓群同时受到轴心力栓群同时受到轴心力F F和扭矩和扭矩和扭矩和扭矩T=T=FeFe的联合的联合的联合的联合作用作用作用作用在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：力，即：力，即：力，即：扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩作用：扭矩作用：扭矩作用：扭矩作用：轴力及剪力作用轴力及剪力作用轴力及剪力作用轴力及剪力作用轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接受力性能与承载力受力性能与承载力受力性能与承载力受力性能与承载力普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平板件传递。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚板件传递。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚板件传递。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚板件传递。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到撬力的附加作用，杆力增加到：撬力的附加作用，杆力增加到：撬力的附加作用，杆力增加到：撬力的附加作用，杆力增加到：NtNt=N+Q=N+Q规范将螺栓的抗拉强度设计值降低规范将螺栓的抗拉强度设计值降低规范将螺栓的抗拉强度设计值降低规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%20%来考来考来考来考虑撬力影响。例如虑撬力影响。例如虑撬力影响。例如虑撬力影响。例如4.64.6级普通螺栓（级普通螺栓（级普通螺栓（级普通螺栓（3 3号钢做号钢做号钢做号钢做成），取抗拉强度设计值为：成），取抗拉强度设计值为：成），取抗拉强度设计值为：成），取抗拉强度设计值为：1 1、单个普通螺栓的受拉承载力、单个普通螺栓的受拉承载力de 螺纹处有效直径螺纹处有效直径抗拉强度设计值抗拉强度设计值普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉2 2、栓群轴心受拉、栓群轴心受拉、栓群轴心受拉、栓群轴心受拉图示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板图示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板图示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板图示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的螺栓数为：拉，则连接所需的螺栓数为：拉，则连接所需的螺栓数为：拉，则连接所需的螺栓数为：3 3、栓群偏心受拉、栓群偏心受拉、栓群偏心受拉、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力力力力NN和弯知和弯知和弯知和弯知M=M=NeNe的联合作用。按弹性设计的联合作用。按弹性设计的联合作用。按弹性设计的联合作用。按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。和大偏心受拉两种情况。和大偏心受拉两种情况。和大偏心受拉两种情况。（1 1）小偏心受拉）小偏心受拉）小偏心受拉）小偏心受拉当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力NN由各螺栓均匀承受；弯矩由各螺栓均匀承受；弯矩由各螺栓均匀承受；弯矩由各螺栓均匀承受；弯矩MM则引起以螺栓群形心则引起以螺栓群形心则引起以螺栓群形心则引起以螺栓群形心OO为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公式如下（式如下（式如下（式如下（y yi i均自均自均自均自OO点算起）：点算起）：点算起）：点算起）：（2）大偏心受拉（2）大偏心受拉（2）大偏心受拉）大偏心受拉当无轴心力当无轴心力N只有弯矩只有弯矩M作用作用是特例，属于大偏心的情况，应照上式验是特例，属于大偏心的情况，应照上式验算。算。4 4、拉剪共同作用螺栓连接计算、拉剪共同作用螺栓连接计算、拉剪共同作用螺栓连接计算、拉剪共同作用螺栓连接计算同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。二是孔壁承压破坏。二是孔壁承压破坏。二是孔壁承压破坏。规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：第六节第六节高强度螺栓连接高强度螺栓连接一、概述一、概述按受力特性分：按受力特性分：按受力特性分：按受力特性分：摩擦型与承压型摩擦型与承压型摩擦型与承压型摩擦型与承压型p抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。受拉时两者无区别。受拉时两者无区别。受拉时两者无区别。1 1、高强度螺栓的抗剪性能高强度螺栓的抗剪性能高强度螺栓的抗剪性能高强度螺栓的抗剪性能由图由图由图由图3.5.23.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接中可以看出，由于高强度螺栓连接中可以看出，由于高强度螺栓连接中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到螺栓连接的抗剪承载力可达到螺栓连接的抗剪承载力可达到螺栓连接的抗剪承载力可达到1 1点。通过点。通过点。通过点。通过1 1点后，点后，点后，点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到1 1点，点，点，点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到到到到4 4点，即为高强度螺栓承压型连接。点，即为高强度螺栓承压型连接。点，即为高强度螺栓承压型连接。点，即为高强度螺栓承压型连接。受力性能受力性能受力性能受力性能 高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。以达到传递外力的目的。以达到传递外力的目的。以达到传递外力的目的。 高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。这两种螺栓构造、安装基本相同。但是摩擦型高强栓。这两种螺栓构造、安装基本相同。但是摩擦型高强栓。这两种螺栓构造、安装基本相同。但是摩擦型高强栓。这两种螺栓构造、安装基本相同。但是摩擦型高强螺栓靠摩擦力传递荷载，所以螺杆与螺孔之差可达螺栓靠摩擦力传递荷载，所以螺杆与螺孔之差可达螺栓靠摩擦力传递荷载，所以螺杆与螺孔之差可达螺栓靠摩擦力传递荷载，所以螺杆与螺孔之差可达1.51.52.0mm2.0mm。承压型高强螺栓传力特性是保证在正常使用情。承压型高强螺栓传力特性是保证在正常使用情。承压型高强螺栓传力特性是保证在正常使用情。承压型高强螺栓传力特性是保证在正常使用情况下，剪力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当况下，剪力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当况下，剪力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当况下，剪力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当荷载再增大时，连接板间将发生相对滑移，连接依靠螺荷载再增大时，连接板间将发生相对滑移，连接依靠螺荷载再增大时，连接板间将发生相对滑移，连接依靠螺荷载再增大时，连接板间将发生相对滑移，连接依靠螺杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆与螺孔之差略小些，为与螺孔之差略小些，为与螺孔之差略小些，为与螺孔之差略小些，为1.01.01.5mm1.5mm。 摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小，承摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小，承摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小，承摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小，承载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。而承压型高强螺载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。而承压型高强螺载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。而承压型高强螺载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。而承压型高强螺栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。 材料材料高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的中的35号钢、号钢、45号钢，合金钢中的号钢，合金钢中的20锰钛硼钢等。制成的螺栓有锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.8级和级和10.9级。级。8.8级为级为10.9级为级为2 2、预拉力值的确定、预拉力值的确定、预拉力值的确定、预拉力值的确定高强度螺栓的预拉力设计值高强度螺栓的预拉力设计值高强度螺栓的预拉力设计值高强度螺栓的预拉力设计值P P由下式计算得到：由下式计算得到：由下式计算得到：由下式计算得到： 式中的系数考虑了以下几个因素：式中的系数考虑了以下几个因素：式中的系数考虑了以下几个因素：式中的系数考虑了以下几个因素：拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引起的拉应拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引起的拉应拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引起的拉应拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引起的拉应力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力作用。折算应力为：力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力作用。折算应力为：力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力作用。折算应力为：力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力作用。折算应力为：根据试验分析，系数根据试验分析，系数根据试验分析，系数根据试验分析，系数 在在在在1.151.251.151.25之间，取平均值之间，取平均值之间，取平均值之间，取平均值为为为为1.21.2。式中分母的。式中分母的。式中分母的。式中分母的1.21.2既为考虑拧紧螺栓时扭矩对既为考虑拧紧螺栓时扭矩对既为考虑拧紧螺栓时扭矩对既为考虑拧紧螺栓时扭矩对螺杆的不利影响系数。螺杆的不利影响系数。螺杆的不利影响系数。螺杆的不利影响系数。 为了弥补施工时高强度螺栓预拉力的松驰为了弥补施工时高强度螺栓预拉力的松驰为了弥补施工时高强度螺栓预拉力的松驰为了弥补施工时高强度螺栓预拉力的松驰损失，在确定施工控制预拉力时，考虑了预损失，在确定施工控制预拉力时，考虑了预损失，在确定施工控制预拉力时，考虑了预损失，在确定施工控制预拉力时，考虑了预拉力设计值的拉力设计值的拉力设计值的拉力设计值的1/0.91/0.9的超张拉，故式右端分的超张拉，故式右端分的超张拉，故式右端分的超张拉，故式右端分子应考虑超张拉系数子应考虑超张拉系数子应考虑超张拉系数子应考虑超张拉系数0.90.9。考虑螺栓材质的不定性系数考虑螺栓材质的不定性系数考虑螺栓材质的不定性系数考虑螺栓材质的不定性系数0.90.9；再考虑用；再考虑用；再考虑用；再考虑用fufu而不是用而不是用而不是用而不是用fyfy作为标准值的系数作为标准值的系数作为标准值的系数作为标准值的系数0.90.9。3 3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号有关。试验表明，此系数值有随连接构件接有关。试验表明，此系数值有随连接构件接有关。试验表明，此系数值有随连接构件接有关。试验表明，此系数值有随连接构件接触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物理学中的摩擦系数有区别。理学中的摩擦系数有区别。理学中的摩擦系数有区别。理学中的摩擦系数有区别。我国规范推荐采用的接触面处理方法有：我国规范推荐采用的接触面处理方法有：我国规范推荐采用的接触面处理方法有：我国规范推荐采用的接触面处理方法有：喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不作处和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不作处和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不作处和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不作处理等，各种处理方法相应的理等，各种处理方法相应的理等，各种处理方法相应的理等，各种处理方法相应的 值详见表值详见表值详见表值详见表3.6.33.6.3和和和和3.6.43.6.4。4 4、其他构造要求、其他构造要求、其他构造要求、其他构造要求高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连接相同之排列布置要求外，尚须注意：接相同之排列布置要求外，尚须注意：接相同之排列布置要求外，尚须注意：接相同之排列布置要求外，尚须注意：（1 1）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接件宜采用钢板。以使被连接部接时，其拼接件宜采用钢板。以使被连接部接时，其拼接件宜采用钢板。以使被连接部接时，其拼接件宜采用钢板。以使被连接部分能紧密贴合，保证预拉力的建立。分能紧密贴合，保证预拉力的建立。分能紧密贴合，保证预拉力的建立。分能紧密贴合，保证预拉力的建立。（2 2）在高强度螺栓连接范围内，构件接）在高强度螺栓连接范围内，构件接）在高强度螺栓连接范围内，构件接）在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。触面的处理方法应在施工图中说明。触面的处理方法应在施工图中说明。触面的处理方法应在施工图中说明。 (3)(3)高强螺栓采用高强螺栓采用高强螺栓采用高强螺栓采用级孔，便于施工。级孔，便于施工。级孔，便于施工。级孔，便于施工。(4)(4)受传力机理的要求，构造上除连接板受传力机理的要求，构造上除连接板受传力机理的要求，构造上除连接板受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距的边、端距的边、端距的边、端距1.5d1.5d0 0外其它同普通螺栓。外其它同普通螺栓。外其它同普通螺栓。外其它同普通螺栓。二、摩擦型高强螺栓连接计算1 1）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值 一个螺栓的抗剪承载力设计值；一个螺栓的抗剪承载力设计值；一个螺栓的抗剪承载力设计值；一个螺栓的抗剪承载力设计值； 传力摩擦面数；传力摩擦面数；传力摩擦面数；传力摩擦面数； 摩擦面抗滑移系数；摩擦面抗滑移系数；摩擦面抗滑移系数；摩擦面抗滑移系数； 每个高强度螺栓的预拉力。每个高强度螺栓的预拉力。每个高强度螺栓的预拉力。每个高强度螺栓的预拉力。 一个承受剪力一个承受剪力一个承受剪力一个承受剪力的螺栓需满足：的螺栓需满足：的螺栓需满足：的螺栓需满足：。2 2）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值 一个螺栓的抗拉承载力设计值；一个螺栓的抗拉承载力设计值；一个螺栓的抗拉承载力设计值；一个螺栓的抗拉承载力设计值； 一个承受拉力一个承受拉力一个承受拉力一个承受拉力的螺栓需满足的螺栓需满足的螺栓需满足的螺栓需满足：。3 3）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦型高强螺栓的承载力：型高强螺栓的承载力：型高强螺栓的承载力：型高强螺栓的承载力： 一个既承受剪力一个既承受剪力一个既承受剪力一个既承受剪力，又承受拉力，又承受拉力，又承受拉力，又承受拉力的螺栓需同的螺栓需同的螺栓需同的螺栓需同时满足：时满足：时满足：时满足： 或者满足或者满足：三、承压型高强度螺栓 1 1）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值 承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺栓计算相同，分螺栓杆抗剪和孔壁承压两部分。栓计算相同，分螺栓杆抗剪和孔壁承压两部分。栓计算相同，分螺栓杆抗剪和孔壁承压两部分。栓计算相同，分螺栓杆抗剪和孔壁承压两部分。 为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力不得大于按摩擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力不得大于按摩擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力不得大于按摩擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力不得大于按摩擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力的的的的1.31.3倍。倍。倍。倍。 所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足：所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足：所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足：所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足： 2）承压型高强度螺栓的抗拉承载力设计）承压型高强度螺栓的抗拉承载力设计值值承压型高强螺栓的抗拉承载力设计值与承压型高强螺栓的抗拉承载力设计值与摩擦型高强螺栓相同，即：摩擦型高强螺栓相同，即：3 3）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强螺栓的强度计算螺栓的强度计算螺栓的强度计算螺栓的强度计算 一个同时受剪、受拉的承压型高强度螺栓，一个同时受剪、受拉的承压型高强度螺栓，一个同时受剪、受拉的承压型高强度螺栓，一个同时受剪、受拉的承压型高强度螺栓，其强度应同时满足：其强度应同时满足：其强度应同时满足：其强度应同时满足： ：其中其中四、高强度螺栓群的计算高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪1 1、轴心受剪、轴心受剪、轴心受剪、轴心受剪此时，高强度螺栓连接所需螺栓数目应由此时，高强度螺栓连接所需螺栓数目应由此时，高强度螺栓连接所需螺栓数目应由此时，高强度螺栓连接所需螺栓数目应由下式确定：下式确定：下式确定：下式确定：2 2、高强度螺栓群的非轴心受剪、高强度螺栓群的非轴心受剪、高强度螺栓群的非轴心受剪、高强度螺栓群的非轴心受剪高强度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作高强度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作高强度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作高强度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉1 1、轴心受拉、轴心受拉、轴心受拉、轴心受拉高强度螺栓群连接所需螺栓数目：高强度螺栓群连接所需螺栓数目：高强度螺栓群连接所需螺栓数目：高强度螺栓群连接所需螺栓数目： 2 2、高强度螺栓群受弯矩作用、高强度螺栓群受弯矩作用、高强度螺栓群受弯矩作用、高强度螺栓群受弯矩作用高强度螺栓（摩擦型和承压型）的外拉力总是小高强度螺栓（摩擦型和承压型）的外拉力总是小高强度螺栓（摩擦型和承压型）的外拉力总是小高强度螺栓（摩擦型和承压型）的外拉力总是小于预拉力于预拉力于预拉力于预拉力P P，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合；因此，时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合；因此，时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合；因此，时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合；因此，可认为中和轴在螺栓群的形心轴上，最外排螺栓受力可认为中和轴在螺栓群的形心轴上，最外排螺栓受力可认为中和轴在螺栓群的形心轴上，最外排螺栓受力可认为中和轴在螺栓群的形心轴上，最外排螺栓受力最大。最大拉力及其验算式为：最大。最大拉力及其验算式为：最大。最大拉力及其验算式为：最大。最大拉力及其验算式为：3、高强度螺栓群偏心受拉、高强度螺栓群偏心受拉由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最大拉力不得超过大拉力不得超过大拉力不得超过大拉力不得超过0.8P0.8P，能够保证板层之间始，能够保证板层之间始，能够保证板层之间始，能够保证板层之间始终保持紧密贴合，端板不会拉开，故摩擦型终保持紧密贴合，端板不会拉开，故摩擦型终保持紧密贴合，端板不会拉开，故摩擦型终保持紧密贴合，端板不会拉开，故摩擦型连接高强度螺栓和承压型连接高强度螺栓均连接高强度螺栓和承压型连接高强度螺栓均连接高强度螺栓和承压型连接高强度螺栓均连接高强度螺栓和承压型连接高强度螺栓均可按普通螺栓小偏心受拉计算，即：可按普通螺栓小偏心受拉计算，即：可按普通螺栓小偏心受拉计算，即：可按普通螺栓小偏心受拉计算，即：高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用1 1、摩擦型连接的计算、摩擦型连接的计算、摩擦型连接的计算、摩擦型连接的计算图图图图3.6.43.6.4所示为摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩所示为摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩所示为摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩所示为摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩和剪力共同作用时的情况。由于螺栓连接板层间的压紧力和剪力共同作用时的情况。由于螺栓连接板层间的压紧力和剪力共同作用时的情况。由于螺栓连接板层间的压紧力和剪力共同作用时的情况。由于螺栓连接板层间的压紧力和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小。已知摩和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小。已知摩和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小。已知摩和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小。已知摩擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，螺栓的擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，螺栓的擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，螺栓的擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，螺栓的承载力设计值应符合相关方程：承载力设计值应符合相关方程：承载力设计值应符合相关方程：承载力设计值应符合相关方程：即两公式是等价的。式中的即两公式是等价的。式中的Nv是同时作用剪力和拉力时，单个螺是同时作用剪力和拉力时，单个螺栓所能承受的最大剪力设计值。栓所能承受的最大剪力设计值。在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中的拉力在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中的拉力各不相同，即：各不相同，即：或或此外，螺栓最大拉力应满足：此外，螺栓最大拉力应满足：则剪力则剪力V的验算应满足下式：的验算应满足下式：2 2、承压型连接的计算、承压型连接的计算、承压型连接的计算、承压型连接的计算对承压型连接高强度螺栓，应按公式对承压型连接高强度螺栓，应按公式对承压型连接高强度螺栓，应按公式对承压型连接高强度螺栓，应按公式（3.6.73.6.7）和（）和（）和（）和（3.6.83.6.8）验算拉剪的共同作用。）验算拉剪的共同作用。）验算拉剪的共同作用。）验算拉剪的共同作用。即：即：即：即：三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结剪及孔壁承压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结剪及孔壁承压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结剪及孔壁承压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结如表如表如表如表3.113.11。本章重点1、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；2、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；2、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；3、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。第四章轴心受力构件第一节第一节概概述述第二节第二节轴心受力构件的强度与刚度轴心受力构件的强度与刚度第三节第三节实腹式轴心受压构件的整体稳定实腹式轴心受压构件的整体稳定第四节第四节实腹式轴心受压构件的局部稳定实腹式轴心受压构件的局部稳定第五节第五节实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计第六节第六节格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件第一节概述轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（P97P97图图图图4.24.2）实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等等。平台柱等等。平台柱等等。平台柱等等。 实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅占总体应力的占总体应力的占总体应力的占总体应力的3 3以下。）就可以将其作为轴以下。）就可以将其作为轴以下。）就可以将其作为轴以下。）就可以将其作为轴心受力构件。心受力构件。心受力构件。心受力构件。 轴心受力的构件可采用轴心受力的构件可采用轴心受力的构件可采用轴心受力的构件可采用图中图中图中图中的各种形式。的各种形式。的各种形式。的各种形式。 其中其中其中其中 a a）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但连接较为方便，单价低。连接较为方便，单价低。连接较为方便，单价低。连接较为方便，单价低。 b)类为多型钢实腹型截面，改善了单型类为多型钢实腹型截面，改善了单型钢截面的稳定各向异性特征，受力较好，钢截面的稳定各向异性特征，受力较好，连接也较方便。连接也较方便。c)类为格构式截面，其回转半径大且各类为格构式截面，其回转半径大且各向均匀，用于较长、受力较大的轴心受向均匀，用于较长、受力较大的轴心受力构件，特别是压杆。但其制作复杂，力构件，特别是压杆。但其制作复杂，辅助材料用量多。辅助材料用量多。第二节第二节轴心受拉构件的强度与刚度轴心受拉构件的强度与刚度一、轴心受拉构件的强度一、轴心受拉构件的强度以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，除按此式验算净对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，除按此式验算净截面强度外，还按前面的式子验算毛截面强度。截面强度外，还按前面的式子验算毛截面强度。按正常使用极限状态的要求，轴心受力按正常使用极限状态的要求，轴心受力按正常使用极限状态的要求，轴心受力按正常使用极限状态的要求，轴心受力构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。当轴心受力构件刚度不足时，在本身自当轴心受力构件刚度不足时，在本身自当轴心受力构件刚度不足时，在本身自当轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中作用下容易产生振动，在运输和安装过程中作用下容易产生振动，在运输和安装过程中作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。构件的长细比进行控制。构件的长细比进行控制。构件的长细比进行控制。 二、轴心受拉构件的刚度二、轴心受拉构件的刚度二、轴心受拉构件的刚度二、轴心受拉构件的刚度式中：式中：式中：式中： 拉杆按各方向计算得的最大长细比；拉杆按各方向计算得的最大长细比；拉杆按各方向计算得的最大长细比；拉杆按各方向计算得的最大长细比； l l0 0 计算拉杆长细比时的计算长度；计算拉杆长细比时的计算长度；计算拉杆长细比时的计算长度；计算拉杆长细比时的计算长度； ii截面的回转半径（与截面的回转半径（与截面的回转半径（与截面的回转半径（与 l l0 0相对应）；相对应）；相对应）；相对应）； 容许长细比。按规范采用。容许长细比。按规范采用。容许长细比。按规范采用。容许长细比。按规范采用。第三节第三节实腹式轴心受压构件的整体稳定实腹式轴心受压构件的整体稳定轴心压杆的破坏形式有强度破坏、整体失稳轴心压杆的破坏形式有强度破坏、整体失稳轴心压杆的破坏形式有强度破坏、整体失稳轴心压杆的破坏形式有强度破坏、整体失稳破坏和局部失稳破坏三种。破坏和局部失稳破坏三种。破坏和局部失稳破坏三种。破坏和局部失稳破坏三种。轴心压杆的截面若无削弱，就不会发生强度轴心压杆的截面若无削弱，就不会发生强度轴心压杆的截面若无削弱，就不会发生强度轴心压杆的截面若无削弱，就不会发生强度破坏。截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响破坏。截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响破坏。截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响破坏。截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响小，也不会发生强度破坏。如截面削弱的程度较整小，也不会发生强度破坏。如截面削弱的程度较整小，也不会发生强度破坏。如截面削弱的程度较整小，也不会发生强度破坏。如截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响大，则会发生强度破坏。轴体失稳对承载力的影响大，则会发生强度破坏。轴体失稳对承载力的影响大，则会发生强度破坏。轴体失稳对承载力的影响大，则会发生强度破坏。轴心压杆的强度计算方法同心压杆的强度计算方法同心压杆的强度计算方法同心压杆的强度计算方法同轴心拉杆轴心拉杆轴心拉杆轴心拉杆。 一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。如图所处平衡状态的属性。如图所处平衡状态的属性。如图所处平衡状态的属性。如图4.44.4，稳定分稳定，稳定分稳定，稳定分稳定，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。作在临界荷载之前。作在临界荷载之前。作在临界荷载之前。轴心受压构件的整体失稳现象轴心受压构件的整体失稳现象对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形截面），当轴心压力截面），当轴心压力截面），当轴心压力截面），当轴心压力NN达到临界值时，稳定平衡状态达到临界值时，稳定平衡状态达到临界值时，稳定平衡状态达到临界值时，稳定平衡状态不再保持而发生微扭转。当不再保持而发生微扭转。当不再保持而发生微扭转。当不再保持而发生微扭转。当NN再稍微增加，则扭转变再稍微增加，则扭转变再稍微增加，则扭转变再稍微增加，则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭转屈曲或扭转失稳转屈曲或扭转失稳转屈曲或扭转失稳转屈曲或扭转失稳 . .截面为单轴对称（如截面为单轴对称（如截面为单轴对称（如截面为单轴对称（如T T形截面）的轴心受压构件形截面）的轴心受压构件形截面）的轴心受压构件形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，由于截面形心与截面剪切中心（或绕对称轴失稳时，由于截面形心与截面剪切中心（或绕对称轴失稳时，由于截面形心与截面剪切中心（或绕对称轴失稳时，由于截面形心与截面剪切中心（或称扭转中心与弯曲中心，即构件弯曲时截面剪应力合称扭转中心与弯曲中心，即构件弯曲时截面剪应力合称扭转中心与弯曲中心，即构件弯曲时截面剪应力合称扭转中心与弯曲中心，即构件弯曲时截面剪应力合力作用点通过的位置）不重合，在发生弯曲变形的同力作用点通过的位置）不重合，在发生弯曲变形的同力作用点通过的位置）不重合，在发生弯曲变形的同力作用点通过的位置）不重合，在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭屈曲或弯扭失稳。时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭屈曲或弯扭失稳。时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭屈曲或弯扭失稳。时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭屈曲或弯扭失稳。同理，截面没有对称轴的轴心受压构件，其屈曲形态同理，截面没有对称轴的轴心受压构件，其屈曲形态同理，截面没有对称轴的轴心受压构件，其屈曲形态同理，截面没有对称轴的轴心受压构件，其屈曲形态也属弯扭屈曲。也属弯扭屈曲。也属弯扭屈曲。也属弯扭屈曲。钢结构中常用截面的轴心受压构件，由于其板件钢结构中常用截面的轴心受压构件，由于其板件钢结构中常用截面的轴心受压构件，由于其板件钢结构中常用截面的轴心受压构件，由于其板件较厚，构件的抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生较厚，构件的抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生较厚，构件的抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生较厚，构件的抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生弯曲屈曲；单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，弯曲屈曲；单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，弯曲屈曲；单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，弯曲屈曲；单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈曲计算。因此弯曲屈曲是确定轴心受压构件稳定承载曲计算。因此弯曲屈曲是确定轴心受压构件稳定承载曲计算。因此弯曲屈曲是确定轴心受压构件稳定承载曲计算。因此弯曲屈曲是确定轴心受压构件稳定承载力的主要依据，本节将主要讨论弯曲屈曲问题。力的主要依据，本节将主要讨论弯曲屈曲问题。力的主要依据，本节将主要讨论弯曲屈曲问题。力的主要依据，本节将主要讨论弯曲屈曲问题。 二、理想轴心受压构件的整体失稳二、理想轴心受压构件的整体失稳n n弹性弯曲屈曲弹性弯曲屈曲图图图图6.3.26.3.2为两端铰接的理想等截面构件，当为两端铰接的理想等截面构件，当为两端铰接的理想等截面构件，当为两端铰接的理想等截面构件，当轴心压力轴心压力轴心压力轴心压力NN达到临界值时，处于屈曲的微弯状达到临界值时，处于屈曲的微弯状达到临界值时，处于屈曲的微弯状达到临界值时，处于屈曲的微弯状态。在弹性微弯状态下，由内外力矩平衡条件，态。在弹性微弯状态下，由内外力矩平衡条件，态。在弹性微弯状态下，由内外力矩平衡条件，态。在弹性微弯状态下，由内外力矩平衡条件，可建立平衡微分方程，求解后可得到著名的欧可建立平衡微分方程，求解后可得到著名的欧可建立平衡微分方程，求解后可得到著名的欧可建立平衡微分方程，求解后可得到著名的欧拉临界力公式为：拉临界力公式为：拉临界力公式为：拉临界力公式为：根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程解平衡方程：得解平衡方程：得解平衡方程：得解平衡方程：得n弹塑性弯曲屈曲弹塑性弯曲屈曲n轴心受压构件的整体稳定计算应满足：轴心受压构件的整体稳定计算应满足：3 3、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏心。心。心。心。(1)(1)残余应力的影响残余应力的影响残余应力的影响残余应力的影响构件中的力学缺陷主要是指残余应力，它的构件中的力学缺陷主要是指残余应力，它的构件中的力学缺陷主要是指残余应力，它的构件中的力学缺陷主要是指残余应力，它的产生主要是由钢材热轧以及板边火焰切割、产生主要是由钢材热轧以及板边火焰切割、产生主要是由钢材热轧以及板边火焰切割、产生主要是由钢材热轧以及板边火焰切割、构件焊接和校正调直等加工制造过程中不均构件焊接和校正调直等加工制造过程中不均构件焊接和校正调直等加工制造过程中不均构件焊接和校正调直等加工制造过程中不均匀的高温加热和冷却所引起的。其中焊接残匀的高温加热和冷却所引起的。其中焊接残匀的高温加热和冷却所引起的。其中焊接残匀的高温加热和冷却所引起的。其中焊接残余应力数值最大，通常可达到或接近钢材的余应力数值最大，通常可达到或接近钢材的余应力数值最大，通常可达到或接近钢材的余应力数值最大，通常可达到或接近钢材的屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度fyfy。HH型钢，在热轧后的冷却过程中，翼缘板端的型钢，在热轧后的冷却过程中，翼缘板端的型钢，在热轧后的冷却过程中，翼缘板端的型钢，在热轧后的冷却过程中，翼缘板端的单位体积的暴露面积大于腹板与翼缘交接处，单位体积的暴露面积大于腹板与翼缘交接处，单位体积的暴露面积大于腹板与翼缘交接处，单位体积的暴露面积大于腹板与翼缘交接处，冷却较快。腹板与翼缘的交接处，冷却较慢。冷却较快。腹板与翼缘的交接处，冷却较慢。冷却较快。腹板与翼缘的交接处，冷却较慢。冷却较快。腹板与翼缘的交接处，冷却较慢。同理，腹板中部也比其两端冷却较快。后冷同理，腹板中部也比其两端冷却较快。后冷同理，腹板中部也比其两端冷却较快。后冷同理，腹板中部也比其两端冷却较快。后冷却部分的收缩受到先冷却部分的约束产生了却部分的收缩受到先冷却部分的约束产生了却部分的收缩受到先冷却部分的约束产生了却部分的收缩受到先冷却部分的约束产生了残余拉应力，而先冷却部分则产生了与之平残余拉应力，而先冷却部分则产生了与之平残余拉应力，而先冷却部分则产生了与之平残余拉应力，而先冷却部分则产生了与之平衡的残余压应力。因此，截面残余应力为自衡的残余压应力。因此，截面残余应力为自衡的残余压应力。因此，截面残余应力为自衡的残余压应力。因此，截面残余应力为自平衡应力。平衡应力。平衡应力。平衡应力。钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残余应力对构件的强度无影响，但会对构件的余应力对构件的强度无影响，但会对构件的余应力对构件的强度无影响，但会对构件的余应力对构件的强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。稳定承载力产生不利影响。稳定承载力产生不利影响。稳定承载力产生不利影响。注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对强轴的影响强轴的影响强轴的影响强轴的影响（2 2）初始弯曲、初始偏心的影响）初始弯曲、初始偏心的影响）初始弯曲、初始偏心的影响）初始弯曲、初始偏心的影响4 4、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大（杆长的千分之一）以兼并考虑初偏心的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初偏心的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初偏心的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初偏心的影响；按弯曲失稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为a a、b b、c c及及及及d d四类（详见四类（详见四类（详见四类（详见p117p117，图，图，图，图4.64.6及表及表及表及表4.2a4.2a）。）。）。）。a a类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，c c类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，a a、c c类之间为类之间为类之间为类之间为b b类，类，类，类，d d类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕弱轴。弱轴。弱轴。弱轴。规范规范规范规范计算公式计算公式计算公式计算公式 按按按按 计算计算计算计算三、轴心受压构件的局部稳定三、轴心受压构件的局部稳定实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件都承受均匀压力。如果这些板件的平面尺寸都承受均匀压力。如果这些板件的平面尺寸都承受均匀压力。如果这些板件的平面尺寸都承受均匀压力。如果这些板件的平面尺寸很大，而厚度又相对很薄（宽厚比较大）时，很大，而厚度又相对很薄（宽厚比较大）时，很大，而厚度又相对很薄（宽厚比较大）时，很大，而厚度又相对很薄（宽厚比较大）时，在均匀压力作用下，板件有可能在达到强度在均匀压力作用下，板件有可能在达到强度在均匀压力作用下，板件有可能在达到强度在均匀压力作用下，板件有可能在达到强度承载力之前先失去局部稳定。给出考虑板件承载力之前先失去局部稳定。给出考虑板件承载力之前先失去局部稳定。给出考虑板件承载力之前先失去局部稳定。给出考虑板件间相互约束作用的单个矩形板件的临界应力间相互约束作用的单个矩形板件的临界应力间相互约束作用的单个矩形板件的临界应力间相互约束作用的单个矩形板件的临界应力公式为公式为公式为公式为：轴心受压构件局部稳定的计算方法轴心受压构件局部稳定的计算方法1确定板件宽确定板件宽(高高)厚比限值的准则厚比限值的准则为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，通为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，通为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，通为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，通常采用限制其板件宽常采用限制其板件宽常采用限制其板件宽常采用限制其板件宽( (高高高高) )厚比的办法来实现。确定板厚比的办法来实现。确定板厚比的办法来实现。确定板厚比的办法来实现。确定板件宽件宽件宽件宽( (高高高高) )厚比限值所采用的原则有两种：一种是使构厚比限值所采用的原则有两种：一种是使构厚比限值所采用的原则有两种：一种是使构厚比限值所采用的原则有两种：一种是使构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲，即局部屈件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲，即局部屈件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲，即局部屈件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不低于屈服应力；另一种是使构件整体屈曲临界应力不低于屈服应力；另一种是使构件整体屈曲临界应力不低于屈服应力；另一种是使构件整体屈曲临界应力不低于屈服应力；另一种是使构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力，常称作等稳定性准则。后一低于整体屈曲临界应力，常称作等稳定性准则。后一低于整体屈曲临界应力，常称作等稳定性准则。后一低于整体屈曲临界应力，常称作等稳定性准则。后一准则与构件长细比发生关系，对中等或较长构件似乎准则与构件长细比发生关系，对中等或较长构件似乎准则与构件长细比发生关系，对中等或较长构件似乎准则与构件长细比发生关系，对中等或较长构件似乎更合理，前一准则对短柱比较适合。规范更合理，前一准则对短柱比较适合。规范更合理，前一准则对短柱比较适合。规范更合理，前一准则对短柱比较适合。规范GB50017GB50017在规定轴心受压构件宽（高）厚比限值时，主要采用在规定轴心受压构件宽（高）厚比限值时，主要采用在规定轴心受压构件宽（高）厚比限值时，主要采用在规定轴心受压构件宽（高）厚比限值时，主要采用后一准则，在长细比很小时参照前一准则予以调整。后一准则，在长细比很小时参照前一准则予以调整。后一准则，在长细比很小时参照前一准则予以调整。后一准则，在长细比很小时参照前一准则予以调整。2轴心受压构件板件宽轴心受压构件板件宽(高高)厚比的限值厚比的限值轧制型钢轧制型钢轧制型钢轧制型钢( (工字钢、工字钢、工字钢、工字钢、HH型钢、槽钢、型钢、槽钢、型钢、槽钢、型钢、槽钢、T T形钢、形钢、形钢、形钢、角钢等角钢等角钢等角钢等) )的翼缘和腹板一般都有较大厚度，宽的翼缘和腹板一般都有较大厚度，宽的翼缘和腹板一般都有较大厚度，宽的翼缘和腹板一般都有较大厚度，宽( (高高高高) )厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不作验算。对焊接组合截面构件，一般采用限制板作验算。对焊接组合截面构件，一般采用限制板作验算。对焊接组合截面构件，一般采用限制板作验算。对焊接组合截面构件，一般采用限制板件宽件宽件宽件宽( (高高高高) )厚比办法来保证局部稳定。厚比办法来保证局部稳定。厚比办法来保证局部稳定。厚比办法来保证局部稳定。（1）工字形截面）工字形截面翼缘翼缘腹板腹板（2）T形截面形截面T形截面轴心受压构件的翼缘板悬形截面轴心受压构件的翼缘板悬伸部分的宽厚比伸部分的宽厚比限值与工字形截面一限值与工字形截面一样，按工字形计算。（与课本不同）样，按工字形计算。（与课本不同）T形截面的腹板形截面的腹板(3)箱形截面箱形截面2.2.轴心受压实腹构件宽厚比限值轴心受压实腹构件宽厚比限值截面及板件尺寸截面及板件尺寸截面及板件尺寸截面及板件尺寸 宽厚比限值宽厚比限值宽厚比限值宽厚比限值 注：表中的注：表中的 小于小于3030时取取3030，大于，大于100100时取取100100。 加强局部稳定的措施加强局部稳定的措施增加腹板厚度增加腹板厚度设置纵向加劲肋设置纵向加劲肋任腹板局部失稳，按有效截面重新进行任腹板局部失稳，按有效截面重新进行稳定性和强度计算。稳定性和强度计算。四、轴心受压构件的刚度四、轴心受压构件的刚度刚度验算方法同轴心受拉构件，即刚度验算方法同轴心受拉构件，即五、实腹式轴心受压构件的截面设计五、实腹式轴心受压构件的截面设计11截面设计原则截面设计原则截面设计原则截面设计原则为了避免弯扭失稳，实腹式轴心受压构件一般采用为了避免弯扭失稳，实腹式轴心受压构件一般采用为了避免弯扭失稳，实腹式轴心受压构件一般采用为了避免弯扭失稳，实腹式轴心受压构件一般采用双轴对称截面，为了获得经济与合理的设计效果，选择双轴对称截面，为了获得经济与合理的设计效果，选择双轴对称截面，为了获得经济与合理的设计效果，选择双轴对称截面，为了获得经济与合理的设计效果，选择实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑以下几个原则：实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑以下几个原则：实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑以下几个原则：实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑以下几个原则： （1 1）等稳定性：使构件两个主轴方向的稳定承载力相同，）等稳定性：使构件两个主轴方向的稳定承载力相同，）等稳定性：使构件两个主轴方向的稳定承载力相同，）等稳定性：使构件两个主轴方向的稳定承载力相同，即使即使即使即使xx=yy ，以达到经济的效果；，以达到经济的效果；，以达到经济的效果；，以达到经济的效果；（2 2）宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，）宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，）宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，）宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，截面面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回截面面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回截面面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回截面面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高构件的整体稳定性和刚度。转半径，提高构件的整体稳定性和刚度。转半径，提高构件的整体稳定性和刚度。转半径，提高构件的整体稳定性和刚度。（3 3）连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其他构件进）连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其他构件进）连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其他构件进）连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其他构件进行连接；行连接；行连接；行连接；（4 4）制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。）制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。）制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。）制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。实腹式轴压杆常用截面形式及其优缺点实腹式轴压杆常用截面形式及其优缺点截面图形、名称截面图形、名称 优点优点 缺点缺点 省工、价廉省工、价廉 i ix x ，i iy y 相差很大，相差很大，当当 l l0x0x ，l l0y0y 接近时很接近时很不经济不经济 省工，双向省工，双向 i ix x ， i iy y 接近，接近，经济性好经济性好 规格有限制规格有限制 双向双向 i ix x ， i iy y 接近，接近，经济性好，截面组经济性好，截面组合灵活，便于自动合灵活，便于自动焊焊 增加加工焊接工增加加工焊接工作量作量 加工量较少，材料加工量较少，材料单价较低单价较低 用材增多，截面用材增多，截面形式、尺寸均受形式、尺寸均受限制，连接复杂限制，连接复杂 i ix x 和和 i iy y 相同或接近相同或接近（矩形管），回转（矩形管），回转半径大，抗压稳定半径大，抗压稳定性好，用材省，抗性好，用材省，抗扭刚度大扭刚度大 圆管单价较高，圆管单价较高，与其它构件连接与其它构件连接时相对较繁时相对较繁 2 2、截面选择、截面选择、截面选择、截面选择截面设计时，首先应根据上述截面设计截面设计时，首先应根据上述截面设计截面设计时，首先应根据上述截面设计截面设计时，首先应根据上述截面设计原则、轴力大小和两方向的计算长度等情况原则、轴力大小和两方向的计算长度等情况原则、轴力大小和两方向的计算长度等情况原则、轴力大小和两方向的计算长度等情况综合考虑后，初步选择截面尺寸，然后进行综合考虑后，初步选择截面尺寸，然后进行综合考虑后，初步选择截面尺寸，然后进行综合考虑后，初步选择截面尺寸，然后进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定验算。具强度、刚度、整体稳定和局部稳定验算。具强度、刚度、整体稳定和局部稳定验算。具强度、刚度、整体稳定和局部稳定验算。具体步骤如下：体步骤如下：体步骤如下：体步骤如下：（1 1）确定所需要的截面积：假定构件的长）确定所需要的截面积：假定构件的长）确定所需要的截面积：假定构件的长）确定所需要的截面积：假定构件的长细比细比细比细比=50=50l00l00，当压力大而计算长度小时，当压力大而计算长度小时，当压力大而计算长度小时，当压力大而计算长度小时取较小值，反之取较大值。根据取较小值，反之取较大值。根据取较小值，反之取较大值。根据取较小值，反之取较大值。根据 、截面分类、截面分类、截面分类、截面分类和钢材级别可查得整体稳定系数和钢材级别可查得整体稳定系数和钢材级别可查得整体稳定系数和钢材级别可查得整体稳定系数值，则所值，则所值，则所值，则所需要的截面面积为：需要的截面面积为：需要的截面面积为：需要的截面面积为：截面验算截面验算按照上述步骤初选截面后，按式按照上述步骤初选截面后，按式(4.1)、(4.2)、(4.3)和和(4.10)、（4.4）、（）、（4.20）、（）、（4.21）等进行）等进行刚度、整体稳定和局部稳定验算。如有刚度、整体稳定和局部稳定验算。如有孔洞削弱，还应按式孔洞削弱，还应按式(4.2)进行强度验进行强度验算。如验算结果不完全满足要求，应调算。如验算结果不完全满足要求，应调整截面尺寸后重新验算，直到满足要求整截面尺寸后重新验算，直到满足要求为止。为止。(1)强度验算强度验算强度验算公式为强度验算公式为(2)整体稳定验算整体稳定验算整体验算公式为：整体验算公式为：整体验算公式为：整体验算公式为： 验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向进行验算。进行验算。进行验算。进行验算。 (3)局部稳定验算局部稳定验算局部稳定验算应根据截面形式进行。局部稳定验算应根据截面形式进行。(4)刚度验算刚度验算刚度验算公式为刚度验算公式为例题例题6.1图示为一管道支架，其支柱的轴图示为一管道支架，其支柱的轴心压力（包括自重）设计值为心压力（包括自重）设计值为1450kN，柱，柱两端铰接，钢材为两端铰接，钢材为Q345钢，截面无孔洞削钢，截面无孔洞削弱。试设计此支柱的截面：弱。试设计此支柱的截面：用轧制普通工用轧制普通工字钢；字钢；用轧制用轧制H型钢；型钢；用焊接工字形截用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边。面，翼缘板为焰切边。钢材改为钢材改为Q235钢，钢，以上所选截面是否可以安全承载？以上所选截面是否可以安全承载？解解设截面的强轴为设截面的强轴为轴，弱轴为轴，弱轴为y轴，柱轴，柱在两个方向的计算长度分别为：在两个方向的计算长度分别为： 由本例计算结果可知，由本例计算结果可知，由本例计算结果可知，由本例计算结果可知，轧制普通工字钢要比轧制轧制普通工字钢要比轧制轧制普通工字钢要比轧制轧制普通工字钢要比轧制HH型钢和焊接工字形截面的面积型钢和焊接工字形截面的面积型钢和焊接工字形截面的面积型钢和焊接工字形截面的面积大很多，这是由于普通工字钢绕弱轴的回转半径太小。尽管大很多，这是由于普通工字钢绕弱轴的回转半径太小。尽管大很多，这是由于普通工字钢绕弱轴的回转半径太小。尽管大很多，这是由于普通工字钢绕弱轴的回转半径太小。尽管弱轴方向的计算长度仅为强轴方向计算长度的弱轴方向的计算长度仅为强轴方向计算长度的弱轴方向的计算长度仅为强轴方向计算长度的弱轴方向的计算长度仅为强轴方向计算长度的1 12 2，但其，但其，但其，但其长细比远大于后者，因而构件的承载能力是由弱轴所控制的，长细比远大于后者，因而构件的承载能力是由弱轴所控制的，长细比远大于后者，因而构件的承载能力是由弱轴所控制的，长细比远大于后者，因而构件的承载能力是由弱轴所控制的，对强轴则有较大富裕，这显然是不经济的。对于轧制对强轴则有较大富裕，这显然是不经济的。对于轧制对强轴则有较大富裕，这显然是不经济的。对于轧制对强轴则有较大富裕，这显然是不经济的。对于轧制HH型钢型钢型钢型钢和焊接工字形截面，由于其两个方向的长细比非常接近，基和焊接工字形截面，由于其两个方向的长细比非常接近，基和焊接工字形截面，由于其两个方向的长细比非常接近，基和焊接工字形截面，由于其两个方向的长细比非常接近，基本上做到了等稳定性，用料更经济。焊接工字形截面更容易本上做到了等稳定性，用料更经济。焊接工字形截面更容易本上做到了等稳定性，用料更经济。焊接工字形截面更容易本上做到了等稳定性，用料更经济。焊接工字形截面更容易实现等稳定性要求，用钢量最省，但焊接工字形截面的焊接实现等稳定性要求，用钢量最省，但焊接工字形截面的焊接实现等稳定性要求，用钢量最省，但焊接工字形截面的焊接实现等稳定性要求，用钢量最省，但焊接工字形截面的焊接工作量大，在设计实腹式轴心受压构件时宜优先选用轧制工作量大，在设计实腹式轴心受压构件时宜优先选用轧制工作量大，在设计实腹式轴心受压构件时宜优先选用轧制工作量大，在设计实腹式轴心受压构件时宜优先选用轧制HH型钢。型钢。型钢。型钢。改用改用改用改用Q235Q235钢后，轧制普通工字钢的截面不增大时仍可安钢后，轧制普通工字钢的截面不增大时仍可安钢后，轧制普通工字钢的截面不增大时仍可安钢后，轧制普通工字钢的截面不增大时仍可安全承载，而轧制全承载，而轧制全承载，而轧制全承载，而轧制HH型钢和焊接工字形截面却不能安全承载且型钢和焊接工字形截面却不能安全承载且型钢和焊接工字形截面却不能安全承载且型钢和焊接工字形截面却不能安全承载且相差很多，这是因为长细比大的轧制普通工字钢构件在改变相差很多，这是因为长细比大的轧制普通工字钢构件在改变相差很多，这是因为长细比大的轧制普通工字钢构件在改变相差很多，这是因为长细比大的轧制普通工字钢构件在改变钢号后，仍处于弹性工作状态，钢材强度对稳定承载力影响钢号后，仍处于弹性工作状态，钢材强度对稳定承载力影响钢号后，仍处于弹性工作状态，钢材强度对稳定承载力影响钢号后，仍处于弹性工作状态，钢材强度对稳定承载力影响不大，而长细比小的轧制不大，而长细比小的轧制不大，而长细比小的轧制不大，而长细比小的轧制HH型钢和焊接工字形截面构件，由型钢和焊接工字形截面构件，由型钢和焊接工字形截面构件，由型钢和焊接工字形截面构件，由于原设计的截面积比轧制普通工字钢就小许多，改变钢号后，于原设计的截面积比轧制普通工字钢就小许多，改变钢号后，于原设计的截面积比轧制普通工字钢就小许多，改变钢号后，于原设计的截面积比轧制普通工字钢就小许多，改变钢号后，钢柱中的应力已处于弹塑性工作状态，钢材强度对稳定承载钢柱中的应力已处于弹塑性工作状态，钢材强度对稳定承载钢柱中的应力已处于弹塑性工作状态，钢材强度对稳定承载钢柱中的应力已处于弹塑性工作状态，钢材强度对稳定承载力有显著影响。力有显著影响。力有显著影响。力有显著影响。 第四节第四节格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件 轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容：轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容：轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容：轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容： 截面选择；截面选择；截面选择；截面选择； 强度验算强度验算强度验算强度验算 整体稳定验算；整体稳定验算；整体稳定验算；整体稳定验算； 单肢验算；单肢验算；单肢验算；单肢验算； 刚度计算；刚度计算；刚度计算；刚度计算； 缀条或缀板设计；缀条或缀板设计；缀条或缀板设计；缀条或缀板设计； 连接节点设计；连接节点设计；连接节点设计；连接节点设计； 柱脚设计。柱脚设计。柱脚设计。柱脚设计。本节主要介绍六项内容。本节主要介绍六项内容。本节主要介绍六项内容。本节主要介绍六项内容。 一、截面形式一、截面形式一、截面形式一、截面形式 轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。常轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。常轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。常轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。常用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件，有时用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件，有时用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件，有时用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件，有时也采用四个角钢或三个圆管作为肢件。格构柱的优点也采用四个角钢或三个圆管作为肢件。格构柱的优点也采用四个角钢或三个圆管作为肢件。格构柱的优点也采用四个角钢或三个圆管作为肢件。格构柱的优点是肢件间的距离可以调整，能使构件对两个主轴的稳是肢件间的距离可以调整，能使构件对两个主轴的稳是肢件间的距离可以调整，能使构件对两个主轴的稳是肢件间的距离可以调整，能使构件对两个主轴的稳定性相等。工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大定性相等。工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大定性相等。工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大定性相等。工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大的构件。用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力的构件。用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力的构件。用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力的构件。用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力较小而长细比较大的构件。肢件采用槽钢时，宜采用较小而长细比较大的构件。肢件采用槽钢时，宜采用较小而长细比较大的构件。肢件采用槽钢时，宜采用较小而长细比较大的构件。肢件采用槽钢时，宜采用图图图图a a的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的惯性矩的惯性矩的惯性矩的惯性矩 I Ix x，比较经济而且外观平整，便于和其他构，比较经济而且外观平整，便于和其他构，比较经济而且外观平整，便于和其他构，比较经济而且外观平整，便于和其他构件连接。件连接。件连接。件连接。 缀条式格构柱常采用角钢作为缀条。缀条可布置成不缀条式格构柱常采用角钢作为缀条。缀条可布置成不缀条式格构柱常采用角钢作为缀条。缀条可布置成不缀条式格构柱常采用角钢作为缀条。缀条可布置成不带横杆的三角形体系或带横杆的三角形体系。带横杆的三角形体系或带横杆的三角形体系。带横杆的三角形体系或带横杆的三角形体系。带横杆的三角形体系或带横杆的三角形体系。 缀板式格构柱常采用钢板作为缀板缀板式格构柱常采用钢板作为缀板缀板式格构柱常采用钢板作为缀板缀板式格构柱常采用钢板作为缀板。 二、格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定二、格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定二、格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定二、格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定格构式受压构件也称为格构式柱，其分格构式受压构件也称为格构式柱，其分格构式受压构件也称为格构式柱，其分格构式受压构件也称为格构式柱，其分肢通常采用槽钢和工字钢，构件截面具有对肢通常采用槽钢和工字钢，构件截面具有对肢通常采用槽钢和工字钢，构件截面具有对肢通常采用槽钢和工字钢，构件截面具有对称轴。当构件轴心受压丧失整体稳定时，不称轴。当构件轴心受压丧失整体稳定时，不称轴。当构件轴心受压丧失整体稳定时，不称轴。当构件轴心受压丧失整体稳定时，不大可能发生扭转屈曲和弯扭屈曲，往往发生大可能发生扭转屈曲和弯扭屈曲，往往发生大可能发生扭转屈曲和弯扭屈曲，往往发生大可能发生扭转屈曲和弯扭屈曲，往往发生绕截面主轴的弯曲屈曲。因此计算格构式轴绕截面主轴的弯曲屈曲。因此计算格构式轴绕截面主轴的弯曲屈曲。因此计算格构式轴绕截面主轴的弯曲屈曲。因此计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，只需计算绕截面心受压构件的整体稳定时，只需计算绕截面心受压构件的整体稳定时，只需计算绕截面心受压构件的整体稳定时，只需计算绕截面实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲情况与实腹式轴心受压构件没有区别，因此情况与实腹式轴心受压构件没有区别，因此情况与实腹式轴心受压构件没有区别，因此情况与实腹式轴心受压构件没有区别，因此其整体稳定计算也相同，可以采用式其整体稳定计算也相同，可以采用式其整体稳定计算也相同，可以采用式其整体稳定计算也相同，可以采用式(6.4.2)(6.4.2)按按按按b b类截面进行计算。类截面进行计算。类截面进行计算。类截面进行计算。三、格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定三、格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定1.双肢格构式轴心受压构件双肢格构式轴心受压构件实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时，剪切变形影响实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时，剪切变形影响实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时，剪切变形影响实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时，剪切变形影响很小，对构件临界力的降低不到很小，对构件临界力的降低不到很小，对构件临界力的降低不到很小，对构件临界力的降低不到1%1%，可以忽略不计。，可以忽略不计。，可以忽略不计。，可以忽略不计。格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲时，由于两个分肢格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲时，由于两个分肢格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲时，由于两个分肢格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲时，由于两个分肢不是实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式不是实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式不是实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式不是实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件的腹板弱，构件在微弯平衡状态下，除弯曲变形外，构件的腹板弱，构件在微弯平衡状态下，除弯曲变形外，构件的腹板弱，构件在微弯平衡状态下，除弯曲变形外，构件的腹板弱，构件在微弯平衡状态下，除弯曲变形外，还需要考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。还需要考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。还需要考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。还需要考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。根据弹性稳定理论分析，当缀件采用缀条时，两端铰接根据弹性稳定理论分析，当缀件采用缀条时，两端铰接根据弹性稳定理论分析，当缀件采用缀条时，两端铰接根据弹性稳定理论分析，当缀件采用缀条时，两端铰接等截面格构式构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为：等截面格构式构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为：等截面格构式构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为：等截面格构式构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为：三、截面验算三、截面验算（1）强度验算）强度验算强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截面面积面面积面面积面面积 AnAn不应计入缀条或缀板的截面面积。不应计入缀条或缀板的截面面积。不应计入缀条或缀板的截面面积。不应计入缀条或缀板的截面面积。（2）整体稳定验算）整体稳定验算分别对实轴和虚轴验算整体稳定性。对分别对实轴和虚轴验算整体稳定性。对分别对实轴和虚轴验算整体稳定性。对分别对实轴和虚轴验算整体稳定性。对实轴作整体稳定验算时与实腹柱相同。对虚实轴作整体稳定验算时与实腹柱相同。对虚实轴作整体稳定验算时与实腹柱相同。对虚实轴作整体稳定验算时与实腹柱相同。对虚轴作整体稳定验算时，轴心受压构件稳定系轴作整体稳定验算时，轴心受压构件稳定系轴作整体稳定验算时，轴心受压构件稳定系轴作整体稳定验算时，轴心受压构件稳定系数数数数应按换算长细比应按换算长细比应按换算长细比应按换算长细比查出。换算长细比查出。换算长细比查出。换算长细比查出。换算长细比 ，则按前面的公式计算。则按前面的公式计算。则按前面的公式计算。则按前面的公式计算。 （3 3）单肢验算）单肢验算）单肢验算）单肢验算格构柱在两个缀条或缀板相邻节点之间的单肢格构柱在两个缀条或缀板相邻节点之间的单肢格构柱在两个缀条或缀板相邻节点之间的单肢格构柱在两个缀条或缀板相邻节点之间的单肢是一个单独的轴心受压实腹构件。它的长细比为是一个单独的轴心受压实腹构件。它的长细比为是一个单独的轴心受压实腹构件。它的长细比为是一个单独的轴心受压实腹构件。它的长细比为，其中，其中，其中，其中 l l0101为计算长度，对缀条柱取缀条节点间的距为计算长度，对缀条柱取缀条节点间的距为计算长度，对缀条柱取缀条节点间的距为计算长度，对缀条柱取缀条节点间的距离，对缀板柱焊接时取缀板间的净距离（离，对缀板柱焊接时取缀板间的净距离（离，对缀板柱焊接时取缀板间的净距离（离，对缀板柱焊接时取缀板间的净距离（图图图图）；螺栓）；螺栓）；螺栓）；螺栓连接时，取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离；连接时，取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离；连接时，取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离；连接时，取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离； i1i1 为为为为单肢的最小回转半径，即单肢的最小回转半径，即单肢的最小回转半径，即单肢的最小回转半径，即图图图图中单肢绕中单肢绕中单肢绕中单肢绕1 11 1轴的回转轴的回转轴的回转轴的回转半径。为了保证单肢的稳定性不低于柱的整体稳定性，半径。为了保证单肢的稳定性不低于柱的整体稳定性，半径。为了保证单肢的稳定性不低于柱的整体稳定性，半径。为了保证单肢的稳定性不低于柱的整体稳定性，对于缀条柱应使对于缀条柱应使对于缀条柱应使对于缀条柱应使不大于整个构件最大长细比不大于整个构件最大长细比不大于整个构件最大长细比不大于整个构件最大长细比（即即即即和和和和中的较大值）的中的较大值）的中的较大值）的中的较大值）的0.70.7倍；对于缀板柱，由倍；对于缀板柱，由倍；对于缀板柱，由倍；对于缀板柱，由于在失稳时单肢会受弯矩，所以对单肢于在失稳时单肢会受弯矩，所以对单肢于在失稳时单肢会受弯矩，所以对单肢于在失稳时单肢会受弯矩，所以对单肢应控制得更应控制得更应控制得更应控制得更严格些，应不大于严格些，应不大于严格些，应不大于严格些，应不大于4040，也不大于整个构件最大长细，也不大于整个构件最大长细，也不大于整个构件最大长细，也不大于整个构件最大长细比比比比的的的的0.50.5倍（当倍（当倍（当倍（当时，取时，取时，取时，取）。）。）。）。（4）缀条、缀板设计）缀条、缀板设计格构柱的缀条和缀板的实际受力情况不格构柱的缀条和缀板的实际受力情况不格构柱的缀条和缀板的实际受力情况不格构柱的缀条和缀板的实际受力情况不容易确定。柱受力后的压缩、构件的初弯曲、容易确定。柱受力后的压缩、构件的初弯曲、容易确定。柱受力后的压缩、构件的初弯曲、容易确定。柱受力后的压缩、构件的初弯曲、荷载和构造上的偶然偏心，以及失稳时的挠荷载和构造上的偶然偏心，以及失稳时的挠荷载和构造上的偶然偏心，以及失稳时的挠荷载和构造上的偶然偏心，以及失稳时的挠曲等均使缀条和缀板受力。通常可先估算柱曲等均使缀条和缀板受力。通常可先估算柱曲等均使缀条和缀板受力。通常可先估算柱曲等均使缀条和缀板受力。通常可先估算柱挠曲时产生的剪力，然后计算由此剪力引起挠曲时产生的剪力，然后计算由此剪力引起挠曲时产生的剪力，然后计算由此剪力引起挠曲时产生的剪力，然后计算由此剪力引起的缀条和缀板的内力。的缀条和缀板的内力。的缀条和缀板的内力。的缀条和缀板的内力。轴心压杆在受力弯曲后任意截面上的剪力轴心压杆在受力弯曲后任意截面上的剪力轴心压杆在受力弯曲后任意截面上的剪力轴心压杆在受力弯曲后任意截面上的剪力 V V （图）（图）（图）（图）为为为为 因此，只要求出轴心压杆的挠曲线因此，只要求出轴心压杆的挠曲线因此，只要求出轴心压杆的挠曲线因此，只要求出轴心压杆的挠曲线 yy即可求即可求即可求即可求得截面上的剪力得截面上的剪力得截面上的剪力得截面上的剪力V V 。考虑杆件的初始弯曲和荷载作。考虑杆件的初始弯曲和荷载作。考虑杆件的初始弯曲和荷载作。考虑杆件的初始弯曲和荷载作用点的偶然偏心等因素，可求出挠曲线用点的偶然偏心等因素，可求出挠曲线用点的偶然偏心等因素，可求出挠曲线用点的偶然偏心等因素，可求出挠曲线 yy。我国。我国。我国。我国钢结构设计规范根据对不同钢号压杆所做了计算结钢结构设计规范根据对不同钢号压杆所做了计算结钢结构设计规范根据对不同钢号压杆所做了计算结钢结构设计规范根据对不同钢号压杆所做了计算结果，经分析后得到了计算剪力果，经分析后得到了计算剪力果，经分析后得到了计算剪力果，经分析后得到了计算剪力 V V 的实用计算公式的实用计算公式的实用计算公式的实用计算公式 所得到的所得到的所得到的所得到的 V V 假定沿构件全长不变，如假定沿构件全长不变，如假定沿构件全长不变，如假定沿构件全长不变，如图示图示图示图示。 有了剪力后，即可进行有了剪力后，即可进行有了剪力后，即可进行有了剪力后，即可进行缀条缀条缀条缀条和和和和缀板缀板缀板缀板的计算的计算的计算的计算 1 1）缀条的计算）缀条的计算）缀条的计算）缀条的计算 缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。如缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。如缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。如缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。如图图图图，一个，一个，一个，一个斜缀条的内力斜缀条的内力斜缀条的内力斜缀条的内力 NNt t 为为为为 式中：式中：式中：式中： V V1 1 分配到一个缀条面上的剪力；分配到一个缀条面上的剪力；分配到一个缀条面上的剪力；分配到一个缀条面上的剪力； n n承受剪力承受剪力承受剪力承受剪力 V V1 1的斜缀条数，对单缀条的斜缀条数，对单缀条的斜缀条数，对单缀条的斜缀条数，对单缀条 n=n=11，对交叉缀条，对交叉缀条，对交叉缀条，对交叉缀条 n=n=22； 缀条的倾角，见缀条的倾角，见缀条的倾角，见缀条的倾角，见图图图图。 由于剪力方向的不定，斜缀条可能受压也可能受由于剪力方向的不定，斜缀条可能受压也可能受由于剪力方向的不定，斜缀条可能受压也可能受由于剪力方向的不定，斜缀条可能受压也可能受拉，设计时应按最不利情况拉，设计时应按最不利情况拉，设计时应按最不利情况拉，设计时应按最不利情况, ,所以应一律按轴心所以应一律按轴心所以应一律按轴心所以应一律按轴心受压构件设计。受压构件设计。受压构件设计。受压构件设计。缀条采用单角钢时，由于通常都用单面连接，受缀条采用单角钢时，由于通常都用单面连接，受缀条采用单角钢时，由于通常都用单面连接，受缀条采用单角钢时，由于通常都用单面连接，受力不可避免会有偏心。因此单角钢缀条按轴心受力不可避免会有偏心。因此单角钢缀条按轴心受力不可避免会有偏心。因此单角钢缀条按轴心受力不可避免会有偏心。因此单角钢缀条按轴心受压构件计算稳定性时，钢材的强度设计值应乘以压构件计算稳定性时，钢材的强度设计值应乘以压构件计算稳定性时，钢材的强度设计值应乘以压构件计算稳定性时，钢材的强度设计值应乘以折减系数折减系数折减系数折减系数，以考虑偏心的不利影响。，以考虑偏心的不利影响。，以考虑偏心的不利影响。，以考虑偏心的不利影响。按以下情况分别考虑：按以下情况分别考虑：按以下情况分别考虑：按以下情况分别考虑： 等边角钢等边角钢等边角钢等边角钢 短边相连的不等边角钢短边相连的不等边角钢短边相连的不等边角钢短边相连的不等边角钢 长边相连的不等边角钢长边相连的不等边角钢长边相连的不等边角钢长边相连的不等边角钢 横横隔隔为了提高格构式构件的抗扭刚度，保证为了提高格构式构件的抗扭刚度，保证为了提高格构式构件的抗扭刚度，保证为了提高格构式构件的抗扭刚度，保证运输和安装过程中截面几何形状不变，以及运输和安装过程中截面几何形状不变，以及运输和安装过程中截面几何形状不变，以及运输和安装过程中截面几何形状不变，以及传递必要的内力，在受有较大水平力处和每传递必要的内力，在受有较大水平力处和每传递必要的内力，在受有较大水平力处和每传递必要的内力，在受有较大水平力处和每个运送单元的两端，应设置横隔，构件较长个运送单元的两端，应设置横隔，构件较长个运送单元的两端，应设置横隔，构件较长个运送单元的两端，应设置横隔，构件较长时还应设置中间横隔。横隔的间距不得大于时还应设置中间横隔。横隔的间距不得大于时还应设置中间横隔。横隔的间距不得大于时还应设置中间横隔。横隔的间距不得大于构件截面较大宽度的构件截面较大宽度的构件截面较大宽度的构件截面较大宽度的9 9倍或倍或倍或倍或8m8m。格构式构件。格构式构件。格构式构件。格构式构件的横隔可用钢板或交叉角钢做成的横隔可用钢板或交叉角钢做成的横隔可用钢板或交叉角钢做成的横隔可用钢板或交叉角钢做成( (图图图图6.7.5)6.7.5)。五、格构式轴心受压构件的设计五、格构式轴心受压构件的设计 现以两个相同实腹式分肢组成的格构式轴心受压现以两个相同实腹式分肢组成的格构式轴心受压现以两个相同实腹式分肢组成的格构式轴心受压现以两个相同实腹式分肢组成的格构式轴心受压构件构件构件构件( (图图图图6.7.6)6.7.6)为例来说明其截面选择和设计问题。为例来说明其截面选择和设计问题。为例来说明其截面选择和设计问题。为例来说明其截面选择和设计问题。1.截面选择截面选择例题例题6.2将例将例6.1的支柱的支柱AB设计成格设计成格构式轴心受压柱：构式轴心受压柱：缀条柱；缀条柱；缀板柱。缀板柱。钢材为钢材为Q345钢，焊条为钢，焊条为E50型，截面型，截面无削弱。无削弱。第五节柱头和柱脚设计柱子由柱头、柱身和柱脚柱子由柱头、柱身和柱脚3部分组成。部分组成。一、柱头一、柱头1.构造设计构造设计第五章梁（受弯构件）第一节概述第一节概述第二节梁的强度与刚度第二节梁的强度与刚度第三节梁的整体稳定第三节梁的整体稳定第四节梁的局部稳定与加劲肋设计第四节梁的局部稳定与加劲肋设计第五节梁的截面设计第五节梁的截面设计第一节第一节概概述述梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件（格构式为桁架），主要内力为弯矩与剪力；（格构式为桁架），主要内力为弯矩与剪力；梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形；梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形；梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳定性；定性及局部稳定性；梁的截面主要分型钢与钢板组合截面梁的截面主要分型钢与钢板组合截面型钢梁型钢梁型钢梁型钢梁通常采用工字钢（通常采用工字钢（通常采用工字钢（通常采用工字钢（I I形钢）或宽翼缘形钢）或宽翼缘形钢）或宽翼缘形钢）或宽翼缘工字钢（工字钢（工字钢（工字钢（HH型钢），槽钢和冷弯薄壁型钢等。型钢），槽钢和冷弯薄壁型钢等。型钢），槽钢和冷弯薄壁型钢等。型钢），槽钢和冷弯薄壁型钢等。工字钢和工字钢和工字钢和工字钢和HH型钢的材料在截面上的分布较符型钢的材料在截面上的分布较符型钢的材料在截面上的分布较符型钢的材料在截面上的分布较符合受弯构件的特点，用钢较省。槽钢截面单合受弯构件的特点，用钢较省。槽钢截面单合受弯构件的特点，用钢较省。槽钢截面单合受弯构件的特点，用钢较省。槽钢截面单轴对称，剪力中心在腹板外侧，绕截面受弯轴对称，剪力中心在腹板外侧，绕截面受弯轴对称，剪力中心在腹板外侧，绕截面受弯轴对称，剪力中心在腹板外侧，绕截面受弯时易发生扭转。冷弯薄壁型钢多用在承受较时易发生扭转。冷弯薄壁型钢多用在承受较时易发生扭转。冷弯薄壁型钢多用在承受较时易发生扭转。冷弯薄壁型钢多用在承受较小荷载的场合下，例如房屋建筑中的屋面檩小荷载的场合下，例如房屋建筑中的屋面檩小荷载的场合下，例如房屋建筑中的屋面檩小荷载的场合下，例如房屋建筑中的屋面檩条和墙梁。条和墙梁。条和墙梁。条和墙梁。 焊接组合截面梁焊接组合截面梁焊接组合截面梁焊接组合截面梁由若干钢板或钢板与型钢由若干钢板或钢板与型钢由若干钢板或钢板与型钢由若干钢板或钢板与型钢连接而成。它截面布置灵活，可根据工程的连接而成。它截面布置灵活，可根据工程的连接而成。它截面布置灵活，可根据工程的连接而成。它截面布置灵活，可根据工程的各种需要布置成工字形和箱形截面，多用于各种需要布置成工字形和箱形截面，多用于各种需要布置成工字形和箱形截面，多用于各种需要布置成工字形和箱形截面，多用于荷载较大、跨度较大的场合。荷载较大、跨度较大的场合。荷载较大、跨度较大的场合。荷载较大、跨度较大的场合。 按支承条件分：按支承条件分：简支梁简支梁连续梁连续梁悬臂梁悬臂梁 梁格梁格梁格梁格是由许多梁排列而成的平面体系，例如是由许多梁排列而成的平面体系，例如是由许多梁排列而成的平面体系，例如是由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙，到柱或墙，到柱或墙，到柱或墙， 最后传给基础和地基。最后传给基础和地基。最后传给基础和地基。最后传给基础和地基。 根据梁的根据梁的根据梁的根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式（图）（图）（图）（图）： 简式梁格简式梁格简式梁格简式梁格只有主梁，适用于梁跨度较只有主梁，适用于梁跨度较只有主梁，适用于梁跨度较只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；小的情况；小的情况；小的情况； 普通式梁格普通式梁格普通式梁格普通式梁格有次梁和主梁，次梁支承有次梁和主梁，次梁支承有次梁和主梁，次梁支承有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；于主梁上；于主梁上；于主梁上； 复式梁格复式梁格复式梁格复式梁格除主梁和纵向次梁外，还有除主梁和纵向次梁外，还有除主梁和纵向次梁外，还有除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。支承于纵向次梁上的横向次梁。支承于纵向次梁上的横向次梁。支承于纵向次梁上的横向次梁。 铺板可采用钢筋混凝土板、钢板或由压型钢铺板可采用钢筋混凝土板、钢板或由压型钢板与混凝土组成的组合板。铺板宜与梁牢固连接板与混凝土组成的组合板。铺板宜与梁牢固连接使两者共同工作，可分担梁的受力而节约钢材，使两者共同工作，可分担梁的受力而节约钢材，并增强梁的整体稳定性。并增强梁的整体稳定性。钢结构设计的内容大致包括：钢结构设计的内容大致包括：强度计算强度计算整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定刚度计算刚度计算一般说来，梁的设计步骤通常是先根据一般说来，梁的设计步骤通常是先根据一般说来，梁的设计步骤通常是先根据一般说来，梁的设计步骤通常是先根据强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算。如果验算结果不能满足要求，就定的验算。如果验算结果不能满足要求，就定的验算。如果验算结果不能满足要求，就定的验算。如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一些有效的措施予需要重新选择截面或采取一些有效的措施予需要重新选择截面或采取一些有效的措施予需要重新选择截面或采取一些有效的措施予以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。 强度计算：强度计算：强度计算：强度计算： 梁受弯时的应力梁受弯时的应力梁受弯时的应力梁受弯时的应力: :应变曲线与受拉时相似，屈服应变曲线与受拉时相似，屈服应变曲线与受拉时相似，屈服应变曲线与受拉时相似，屈服点也接近点也接近点也接近点也接近, ,仍假定钢材为理想的弹塑性体。仍假定钢材为理想的弹塑性体。仍假定钢材为理想的弹塑性体。仍假定钢材为理想的弹塑性体。 梁在弯矩作用下，截面上正应力的发展阶段为梁在弯矩作用下，截面上正应力的发展阶段为梁在弯矩作用下，截面上正应力的发展阶段为梁在弯矩作用下，截面上正应力的发展阶段为 弹性阶段弹性阶段弹性阶段弹性阶段此时正应力为直线分布，梁最此时正应力为直线分布，梁最此时正应力为直线分布，梁最此时正应力为直线分布，梁最外边缘正应力不超过屈服点外边缘正应力不超过屈服点外边缘正应力不超过屈服点外边缘正应力不超过屈服点 弹塑性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段梁边缘出现塑性，应力达到梁边缘出现塑性，应力达到梁边缘出现塑性，应力达到梁边缘出现塑性，应力达到屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性 塑性阶段塑性阶段塑性阶段塑性阶段梁全截面进入塑性，应力均等梁全截面进入塑性，应力均等梁全截面进入塑性，应力均等梁全截面进入塑性，应力均等于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承载极限载极限载极限载极限梁的截面中，除存在正应力外，还同时存在剪应力，梁的截面中，除存在正应力外，还同时存在剪应力，梁的截面中，除存在正应力外，还同时存在剪应力，梁的截面中，除存在正应力外，还同时存在剪应力，有时还有局部压应力，在这种复杂应力状态下，梁在有时还有局部压应力，在这种复杂应力状态下，梁在有时还有局部压应力，在这种复杂应力状态下，梁在有时还有局部压应力，在这种复杂应力状态下，梁在形成塑性铰之前就已达到极限承载能力。某些不利因形成塑性铰之前就已达到极限承载能力。某些不利因形成塑性铰之前就已达到极限承载能力。某些不利因形成塑性铰之前就已达到极限承载能力。某些不利因素（如钢材变脆，残余应力的存在等），也会使梁提素（如钢材变脆，残余应力的存在等），也会使梁提素（如钢材变脆，残余应力的存在等），也会使梁提素（如钢材变脆，残余应力的存在等），也会使梁提前达到极限承载能力。在一般情形下，常以最大边缘前达到极限承载能力。在一般情形下，常以最大边缘前达到极限承载能力。在一般情形下，常以最大边缘前达到极限承载能力。在一般情形下，常以最大边缘应力达到屈服点作为强度极限状态的标志，只在一定应力达到屈服点作为强度极限状态的标志，只在一定应力达到屈服点作为强度极限状态的标志，只在一定应力达到屈服点作为强度极限状态的标志，只在一定条件下，才允许考虑塑性变形的发展，这个问题将在条件下，才允许考虑塑性变形的发展，这个问题将在条件下，才允许考虑塑性变形的发展，这个问题将在条件下，才允许考虑塑性变形的发展，这个问题将在下一节中讨论。设计时，梁内的正应力、剪应力和局下一节中讨论。设计时，梁内的正应力、剪应力和局下一节中讨论。设计时，梁内的正应力、剪应力和局下一节中讨论。设计时，梁内的正应力、剪应力和局部压应力均不应超过规范规定的相应的强度设计值。部压应力均不应超过规范规定的相应的强度设计值。部压应力均不应超过规范规定的相应的强度设计值。部压应力均不应超过规范规定的相应的强度设计值。如果在梁的某些部位中，上述三种应力或其中二种应如果在梁的某些部位中，上述三种应力或其中二种应如果在梁的某些部位中，上述三种应力或其中二种应如果在梁的某些部位中，上述三种应力或其中二种应力都较大时（例如梁的翼缘截面改变处、连续梁的支力都较大时（例如梁的翼缘截面改变处、连续梁的支力都较大时（例如梁的翼缘截面改变处、连续梁的支力都较大时（例如梁的翼缘截面改变处、连续梁的支座处等），还应验算折算应力。此外，在组合梁中尚座处等），还应验算折算应力。此外，在组合梁中尚座处等），还应验算折算应力。此外，在组合梁中尚座处等），还应验算折算应力。此外，在组合梁中尚须计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接的强度。须计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接的强度。须计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接的强度。须计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接的强度。 刚度：受弯构件的刚度计算即是要保证其在受弯构件的刚度计算即是要保证其在使用过程中不会因挠度太大以致不能满使用过程中不会因挠度太大以致不能满足正常使用的要求。足正常使用的要求。整体稳定： 整体失稳的现象整体失稳的现象整体失稳的现象整体失稳的现象 某些受弯构件在荷载作用下，虽然其正某些受弯构件在荷载作用下，虽然其正某些受弯构件在荷载作用下，虽然其正某些受弯构件在荷载作用下，虽然其正应力还低于钢材的强度，但其变形会突然偏应力还低于钢材的强度，但其变形会突然偏应力还低于钢材的强度，但其变形会突然偏应力还低于钢材的强度，但其变形会突然偏离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这称作受弯构件的整体失稳。和扭转，这称作受弯构件的整体失稳。和扭转，这称作受弯构件的整体失稳。和扭转，这称作受弯构件的整体失稳。 产生整体失稳的原因产生整体失稳的原因产生整体失稳的原因产生整体失稳的原因 受弯构件产生整体失稳的主要原因是侧受弯构件产生整体失稳的主要原因是侧受弯构件产生整体失稳的主要原因是侧受弯构件产生整体失稳的主要原因是侧向刚度太小，抗扭刚度太小，侧向支承点的向刚度太小，抗扭刚度太小，侧向支承点的向刚度太小，抗扭刚度太小，侧向支承点的向刚度太小，抗扭刚度太小，侧向支承点的间距太大等，应对受弯构件的整体稳定进行间距太大等，应对受弯构件的整体稳定进行间距太大等，应对受弯构件的整体稳定进行间距太大等，应对受弯构件的整体稳定进行验算。验算。验算。验算。 局部稳定：受弯构件局部失稳的现象受弯构件局部失稳的现象某些受弯构件在荷载作用下，其受某些受弯构件在荷载作用下，其受压翼缘和腹板受压区出现波状的局部屈压翼缘和腹板受压区出现波状的局部屈曲，这种现象被称作局部失稳。曲，这种现象被称作局部失稳。产生局部失稳的原因产生局部失稳的原因产生局部失稳的原因产生局部失稳的原因 受弯构件截面主要由平板组成，其局部受弯构件截面主要由平板组成，其局部受弯构件截面主要由平板组成，其局部受弯构件截面主要由平板组成，其局部失稳是不同约束条件下的平板在不同应力分失稳是不同约束条件下的平板在不同应力分失稳是不同约束条件下的平板在不同应力分失稳是不同约束条件下的平板在不同应力分布下的失稳。受弯构件的翼缘和腹板发生局布下的失稳。受弯构件的翼缘和腹板发生局布下的失稳。受弯构件的翼缘和腹板发生局布下的失稳。受弯构件的翼缘和腹板发生局部屈曲，虽然不致于使梁立即达到极限承载部屈曲，虽然不致于使梁立即达到极限承载部屈曲，虽然不致于使梁立即达到极限承载部屈曲，虽然不致于使梁立即达到极限承载能力而破坏，但局部失稳会恶化梁的受力性能力而破坏，但局部失稳会恶化梁的受力性能力而破坏，但局部失稳会恶化梁的受力性能力而破坏，但局部失稳会恶化梁的受力性能，因而也必须避免。能，因而也必须避免。能，因而也必须避免。能，因而也必须避免。 对策对策对策对策 为了保证受压翼缘不会局部失稳，应使为了保证受压翼缘不会局部失稳，应使为了保证受压翼缘不会局部失稳，应使为了保证受压翼缘不会局部失稳，应使其宽度与厚度之比符合一定的要求。对于腹其宽度与厚度之比符合一定的要求。对于腹其宽度与厚度之比符合一定的要求。对于腹其宽度与厚度之比符合一定的要求。对于腹板，常用加劲肋将其分隔成尺寸较小的区格板，常用加劲肋将其分隔成尺寸较小的区格板，常用加劲肋将其分隔成尺寸较小的区格板，常用加劲肋将其分隔成尺寸较小的区格来提高其抵抗局部屈曲的能力，来提高其抵抗局部屈曲的能力，来提高其抵抗局部屈曲的能力，来提高其抵抗局部屈曲的能力，如图所示如图所示如图所示如图所示。 第二节梁的强度与刚度一、一、一、一、梁的强度梁的强度梁的强度梁的强度梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：括：括：括：抗弯强度、抗剪强度、局部成压强度抗弯强度、抗剪强度、局部成压强度抗弯强度、抗剪强度、局部成压强度抗弯强度、抗剪强度、局部成压强度，在弯，在弯，在弯，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力折算应力折算应力折算应力。1、抗弯强度、抗弯强度弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力载力弹性最大弯矩弹性最大弯矩弹性最大弯矩弹性最大弯矩塑性铰弯矩塑性铰弯矩塑性铰弯矩塑性铰弯矩截面形状系数截面形状系数截面形状系数截面形状系数梁的梁的梁的梁的规范规范规范规范计算方法计算方法计算方法计算方法以部分截面发展塑性（以部分截面发展塑性（以部分截面发展塑性（以部分截面发展塑性（1/41/4截面）为极限承载力状态截面）为极限承载力状态截面）为极限承载力状态截面）为极限承载力状态单向弯曲单向弯曲单向弯曲单向弯曲双向弯曲双向弯曲双向弯曲双向弯曲式中：式中：式中：式中：为塑性发展系数，按为塑性发展系数，按为塑性发展系数，按为塑性发展系数，按P163P163P163P163，表，表，表，表5.15.15.15.1b1/t13b1/t13b1/t13b1/t13及直接承受动力荷载时及直接承受动力荷载时及直接承受动力荷载时及直接承受动力荷载时=1.0=1.0=1.0=1.0二、抗剪强度工字形和槽形截面梁中，由于截面的壁厚远工字形和槽形截面梁中，由于截面的壁厚远工字形和槽形截面梁中，由于截面的壁厚远工字形和槽形截面梁中，由于截面的壁厚远小于截面的高度和宽度，故可假设剪应力的小于截面的高度和宽度，故可假设剪应力的小于截面的高度和宽度，故可假设剪应力的小于截面的高度和宽度，故可假设剪应力的大小沿壁厚不变；又因壁的两侧表面皆为自大小沿壁厚不变；又因壁的两侧表面皆为自大小沿壁厚不变；又因壁的两侧表面皆为自大小沿壁厚不变；又因壁的两侧表面皆为自由面，故又可认为剪应力的方向与周边相切。由面，故又可认为剪应力的方向与周边相切。由面，故又可认为剪应力的方向与周边相切。由面，故又可认为剪应力的方向与周边相切。根据这两个假设可推导得剪应力的计算公式：根据这两个假设可推导得剪应力的计算公式：根据这两个假设可推导得剪应力的计算公式：根据这两个假设可推导得剪应力的计算公式： fv钢材的抗剪强度设计值。钢材的抗剪强度设计值。三、梁的局部承压强度当梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载当梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载当梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载当梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载（如吊车轮压、次梁传来的集中力等），且（如吊车轮压、次梁传来的集中力等），且（如吊车轮压、次梁传来的集中力等），且（如吊车轮压、次梁传来的集中力等），且该荷载处又未设置支承加劲肋时，计算腹板该荷载处又未设置支承加劲肋时，计算腹板该荷载处又未设置支承加劲肋时，计算腹板该荷载处又未设置支承加劲肋时，计算腹板计算高度上翼缘的局部承压强度，计算高度上翼缘的局部承压强度，计算高度上翼缘的局部承压强度，计算高度上翼缘的局部承压强度，如图如图如图如图： 局部承压强度局部承压强度F集中荷载，动力荷载需考虑动力系数；集中荷载，动力荷载需考虑动力系数；集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁1.35；Lz集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定腹板长度，集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定腹板长度，按下式计算：按下式计算：Lz=a+2hya集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，吊车梁可取集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，吊车梁可取a为为50mm；hy自吊车梁轨顶或其它梁顶面至腹板计算高度上边自吊车梁轨顶或其它梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离。缘的距离。钢材处于复杂应力状态，应按下式计算折算钢材处于复杂应力状态，应按下式计算折算钢材处于复杂应力状态，应按下式计算折算钢材处于复杂应力状态，应按下式计算折算应力：应力：应力：应力：四、折算应力四、折算应力两两两两 同号取同号取同号取同号取1.11.1，异号取异号取异号取异号取1.21.2 梁净截面惯性矩；梁净截面惯性矩； y1 所计算点至梁中和轴的距离；所计算点至梁中和轴的距离； 计算折算算折算应力的力的强强度度设计值增大系数增大系数In 五、梁的刚度控制梁的挠跨比小于控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）规定的限制（为变形量的限制）第三节梁的整体稳定一、梁的失稳机理一、梁的失稳机理一、梁的失稳机理一、梁的失稳机理梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。从以上失稳机理来看，从以上失稳机理来看，从以上失稳机理来看，从以上失稳机理来看，提高梁的整稳承载力提高梁的整稳承载力提高梁的整稳承载力提高梁的整稳承载力的有效措施应为提高的有效措施应为提高的有效措施应为提高的有效措施应为提高梁上翼缘的侧移刚度，梁上翼缘的侧移刚度，梁上翼缘的侧移刚度，梁上翼缘的侧移刚度，减小梁上翼缘的侧向减小梁上翼缘的侧向减小梁上翼缘的侧向减小梁上翼缘的侧向计算长度计算长度计算长度计算长度能保持整体稳定的最大荷载称临界荷载，能保持整体稳定的最大荷载称临界荷载，最大弯矩称临界弯矩。根据薄壁构件计最大弯矩称临界弯矩。根据薄壁构件计算理论，可建立梁的微分平衡方程，从算理论，可建立梁的微分平衡方程，从而求解出梁的临界弯矩。而求解出梁的临界弯矩。二、影响梁整体稳定的因素二、影响梁整体稳定的因素二、影响梁整体稳定的因素二、影响梁整体稳定的因素主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作用方式，受压翼缘的侧向支撑。用方式，受压翼缘的侧向支撑。用方式，受压翼缘的侧向支撑。用方式，受压翼缘的侧向支撑。三、整体稳定计算三、整体稳定计算表达式表达式在最大刚度主平面内受弯的梁整体稳定性验算公式：在最大刚度主平面内受弯的梁整体稳定性验算公式：在两个主平面内受弯的工字形截面梁整体稳定验算：在两个主平面内受弯的工字形截面梁整体稳定验算： 绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数；绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数； 截面塑性截面塑性发展系数。展系数。 构造符合下列情况之一，可不计算梁的整体稳定性：构造符合下列情况之一，可不计算梁的整体稳定性： a a）有铺板密布在梁的受压翼缘并与其牢固连接）有铺板密布在梁的受压翼缘并与其牢固连接 b b）工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度）工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度与其宽度b1之比不超过下表规定数值之比不超过下表规定数值 钢钢钢钢 号号号号 跨中无侧向支承点的梁跨中无侧向支承点的梁跨中无侧向支承点的梁跨中无侧向支承点的梁 跨中有侧向跨中有侧向跨中有侧向跨中有侧向支承点的梁支承点的梁支承点的梁支承点的梁 不论荷载作不论荷载作不论荷载作不论荷载作用在何处用在何处用在何处用在何处 荷载作用在上荷载作用在上荷载作用在上荷载作用在上翼缘翼缘翼缘翼缘 荷载作用在下翼荷载作用在下翼荷载作用在下翼荷载作用在下翼缘缘缘缘 Q235Q235Q235Q235钢钢钢钢 13 13 13 13 20 20 20 20 16 16 16 16 Q345Q345Q345Q345钢钢钢钢 11 11 11 11 17 17 17 17 13 13 13 13 Q390Q390Q390Q390钢钢钢钢 10 10 10 10 16 16 16 16 12 12 12 12 l1 1指梁受压翼缘的自由长度：对跨中指梁受压翼缘的自由长度：对跨中无侧向支承点的梁，无侧向支承点的梁，l1 1为其跨度；对跨为其跨度；对跨中有侧向支承点的梁，中有侧向支承点的梁，l1 1为受压翼缘侧为受压翼缘侧向支承点间的距离（梁的支座处视为有向支承点间的距离（梁的支座处视为有侧向支承）。侧向支承）。其他钢号的梁不需计算整体稳定性的其他钢号的梁不需计算整体稳定性的最大最大l1 1/b1 1值，应取值，应取3号钢的数值乘号钢的数值乘梁的支座处，应采取构造措施以防止梁的支座处，应采取构造措施以防止梁端截面的扭转。梁端截面的扭转。c c）对箱形截面简支梁）对箱形截面简支梁h/b0 6 6且且 l1/b0 9595（ 235/235/fy）三、梁的整体稳定保证措施三、梁的整体稳定保证措施提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不必验算梁的整体稳定，具体条件详见必验算梁的整体稳定，具体条件详见必验算梁的整体稳定，具体条件详见必验算梁的整体稳定，具体条件详见P153P153四、梁的侧向支撑四、梁的侧向支撑侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产生的侧向力（实际为弯曲剪力），由于侧弯主要是受生的侧向力（实际为弯曲剪力），由于侧弯主要是受生的侧向力（实际为弯曲剪力），由于侧弯主要是受生的侧向力（实际为弯曲剪力），由于侧弯主要是受压翼缘弯曲引起，同第四章，侧向力可以写为：压翼缘弯曲引起，同第四章，侧向力可以写为：压翼缘弯曲引起，同第四章，侧向力可以写为：压翼缘弯曲引起，同第四章，侧向力可以写为：如果为支杆应按轴心受压构件计如果为支杆应按轴心受压构件计如果为支杆应按轴心受压构件计如果为支杆应按轴心受压构件计算，同时应注意如书算，同时应注意如书算，同时应注意如书算，同时应注意如书P154P154图图图图5.115.11所示的有效支撑。所示的有效支撑。所示的有效支撑。所示的有效支撑。夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取措施限制梁的扭转。措施限制梁的扭转。措施限制梁的扭转。措施限制梁的扭转。例：例：例：例：如图所示如图所示如图所示如图所示 工字形简支主梁，工字形简支主梁，工字形简支主梁，工字形简支主梁，Q235FQ235F 钢，钢，钢，钢，f f=215N/mm2=215N/mm2，fvfv=125N/mm2=125N/mm2承受两个次梁传承受两个次梁传承受两个次梁传承受两个次梁传来的集中力来的集中力来的集中力来的集中力PP=250KN=250KN作用（设计值），次梁作为主作用（设计值），次梁作为主作用（设计值），次梁作为主作用（设计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，梁的侧向支承，不计主梁自重，梁的侧向支承，不计主梁自重，梁的侧向支承，不计主梁自重，。 要求：要求：要求：要求：1 1）验算主梁的强度）验算主梁的强度）验算主梁的强度）验算主梁的强度 2 2）判别梁的整体稳定性是否需要验算）判别梁的整体稳定性是否需要验算）判别梁的整体稳定性是否需要验算）判别梁的整体稳定性是否需要验算解解解解: :主梁强度验算：主梁强度验算：主梁强度验算：主梁强度验算： 梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两截面受力相同。截面受力相同。截面受力相同。截面受力相同。 梁的截面特性：梁的截面特性：梁的截面特性：梁的截面特性： 正应力强度：正应力强度：剪应力强度：剪应力强度：该截面上腹板与翼缘连接处正应力、剪应力都较该截面上腹板与翼缘连接处正应力、剪应力都较大，所以需验算折算应力。大，所以需验算折算应力。此点：此点：所以强度满足要求。所以强度满足要求。2）梁的整体稳定性验算：）梁的整体稳定性验算：所以不必验算整体稳定性。所以不必验算整体稳定性。第四节梁的局部稳定与加劲肋设计一、概述一、概述一、概述一、概述同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，应遵循承载力，应遵循承载力，应遵循承载力，应遵循“肢宽壁薄肢宽壁薄肢宽壁薄肢宽壁薄”的设计原则，从而引发的设计原则，从而引发的设计原则，从而引发的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力问题。板件的局部稳定承载力问题。板件的局部稳定承载力问题。板件的局部稳定承载力问题。翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部稳定性。保证局部稳定性。保证局部稳定性。保证局部稳定性。腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。寸，从而提高局部稳定承载力。寸，从而提高局部稳定承载力。寸，从而提高局部稳定承载力。 图中：图中：图中：图中：1 1 1 1横向加劲肋横向加劲肋横向加劲肋横向加劲肋 2 2 2 2纵向加劲肋纵向加劲肋纵向加劲肋纵向加劲肋 3 3 3 3短加劲肋短加劲肋短加劲肋短加劲肋受弯构件中板件的局部失稳临界应力受弯构件截面主要由平板组成，在设计时，从强度受弯构件截面主要由平板组成，在设计时，从强度受弯构件截面主要由平板组成，在设计时，从强度受弯构件截面主要由平板组成，在设计时，从强度方面考虑，腹板宜高一些，薄一些；翼缘宜宽一些，方面考虑，腹板宜高一些，薄一些；翼缘宜宽一些，方面考虑，腹板宜高一些，薄一些；翼缘宜宽一些，方面考虑，腹板宜高一些，薄一些；翼缘宜宽一些，薄一些；翼缘的宽厚比应尽量大。但如设计不当，薄一些；翼缘的宽厚比应尽量大。但如设计不当，薄一些；翼缘的宽厚比应尽量大。但如设计不当，薄一些；翼缘的宽厚比应尽量大。但如设计不当，则在荷载作用下在受压应力和剪应力作用的腹板区则在荷载作用下在受压应力和剪应力作用的腹板区则在荷载作用下在受压应力和剪应力作用的腹板区则在荷载作用下在受压应力和剪应力作用的腹板区及受压翼缘有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲及受压翼缘有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲及受压翼缘有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲及受压翼缘有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲即局部失稳。即局部失稳。即局部失稳。即局部失稳。局部失稳的本质是不同约束条件的局部失稳的本质是不同约束条件的局部失稳的本质是不同约束条件的局部失稳的本质是不同约束条件的平板在不同应力分布下的屈曲。局部失稳临界应力平板在不同应力分布下的屈曲。局部失稳临界应力平板在不同应力分布下的屈曲。局部失稳临界应力平板在不同应力分布下的屈曲。局部失稳临界应力的一般表达式为：的一般表达式为：的一般表达式为：的一般表达式为： 2 2、保证板件局部稳定的设计标准、保证板件局部稳定的设计标准、保证板件局部稳定的设计标准、保证板件局部稳定的设计标准 使板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强使板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强使板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强使板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强度，承载能力由强度控制度，承载能力由强度控制度，承载能力由强度控制度，承载能力由强度控制 使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳定临界应力，承载能力由整体稳定控制定临界应力，承载能力由整体稳定控制定临界应力，承载能力由整体稳定控制定临界应力，承载能力由整体稳定控制 使板件局部失稳的临界应力不小于实际工作应力使板件局部失稳的临界应力不小于实际工作应力使板件局部失稳的临界应力不小于实际工作应力使板件局部失稳的临界应力不小于实际工作应力 由于由于由于由于是板件宽厚比与长宽比的函数，根据以上是板件宽厚比与长宽比的函数，根据以上是板件宽厚比与长宽比的函数，根据以上是板件宽厚比与长宽比的函数，根据以上准则，设计公式可以转化为对板件宽厚比和长准则，设计公式可以转化为对板件宽厚比和长准则，设计公式可以转化为对板件宽厚比和长准则，设计公式可以转化为对板件宽厚比和长宽比的几何要求。宽比的几何要求。宽比的几何要求。宽比的几何要求。 P P1891893、防止受弯杆件局部失稳的途径增加腹板的厚度增加腹板的厚度增加腹板的厚度增加腹板的厚度 twtw ，但此法不很经济；，但此法不很经济；，但此法不很经济；，但此法不很经济； 设置加劲肋作为腹板的支承，将腹板分设置加劲肋作为腹板的支承，将腹板分成尺寸较小的区段，以提高其临界应力，成尺寸较小的区段，以提高其临界应力，此法较为有效，其布置方式有：此法较为有效，其布置方式有：此法较为有效，其布置方式有：此法较为有效，其布置方式有： A.A.仅用横向加劲肋（有助于防止剪力作用下仅用横向加劲肋（有助于防止剪力作用下仅用横向加劲肋（有助于防止剪力作用下仅用横向加劲肋（有助于防止剪力作用下的失稳）的失稳）的失稳）的失稳）（图）（图）（图）（图） B.B.同时使用横向加劲肋和纵向加劲肋（有助同时使用横向加劲肋和纵向加劲肋（有助同时使用横向加劲肋和纵向加劲肋（有助同时使用横向加劲肋和纵向加劲肋（有助于防止不均匀压力和单边压力作用下的失稳）于防止不均匀压力和单边压力作用下的失稳）于防止不均匀压力和单边压力作用下的失稳）于防止不均匀压力和单边压力作用下的失稳）（图）（图）（图）（图） C.C.同时使用横向加劲肋和在受压区的纵向加同时使用横向加劲肋和在受压区的纵向加同时使用横向加劲肋和在受压区的纵向加同时使用横向加劲肋和在受压区的纵向加劲肋及短加劲肋（有助于防止不均匀压力和劲肋及短加劲肋（有助于防止不均匀压力和劲肋及短加劲肋（有助于防止不均匀压力和劲肋及短加劲肋（有助于防止不均匀压力和单边压力作用下的失稳）单边压力作用下的失稳）单边压力作用下的失稳）单边压力作用下的失稳） （图）（图）（图）（图） 4、腹板的局部稳定理论分析结果理论分析结果理论分析结果理论分析结果 当当当当时，腹板在弯曲应力、剪应力、时，腹板在弯曲应力、剪应力、时，腹板在弯曲应力、剪应力、时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部压应力的单独作用下均不会失稳；局部压应力的单独作用下均不会失稳；局部压应力的单独作用下均不会失稳；局部压应力的单独作用下均不会失稳； 当当当当时，腹板在弯曲时，腹板在弯曲时，腹板在弯曲时，腹板在弯曲应力的单独作应下不会失稳，但在剪应力、局部压应应力的单独作应下不会失稳，但在剪应力、局部压应应力的单独作应下不会失稳，但在剪应力、局部压应应力的单独作应下不会失稳，但在剪应力、局部压应力单独作用下有可能失稳；力单独作用下有可能失稳；力单独作用下有可能失稳；力单独作用下有可能失稳； 当当当当时，腹板在弯曲应力、剪应时，腹板在弯曲应力、剪应时，腹板在弯曲应力、剪应时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部应力的单独作用下都可能失稳力、局部应力的单独作用下都可能失稳力、局部应力的单独作用下都可能失稳力、局部应力的单独作用下都可能失稳 规范规定：规范规定：规范规定：规范规定： 规范规定：规范规定：规范规定：规范规定： 当当当当时，对有局部压应力（时，对有局部压应力（时，对有局部压应力（时，对有局部压应力（）的）的）的）的梁，梁，梁，梁， 宜按构造配置横向加劲肋；对无局部压应力（宜按构造配置横向加劲肋；对无局部压应力（宜按构造配置横向加劲肋；对无局部压应力（宜按构造配置横向加劲肋；对无局部压应力（）的梁，可不配置加劲肋。）的梁，可不配置加劲肋。）的梁，可不配置加劲肋。）的梁，可不配置加劲肋。 当当当当时，应配置横向加劲时，应配置横向加劲时，应配置横向加劲时，应配置横向加劲肋，并应按规范计算横向加劲肋的间距或计算腹板的肋，并应按规范计算横向加劲肋的间距或计算腹板的肋，并应按规范计算横向加劲肋的间距或计算腹板的肋，并应按规范计算横向加劲肋的间距或计算腹板的局部稳定性（对无局部压应力的梁，当局部稳定性（对无局部压应力的梁，当局部稳定性（对无局部压应力的梁，当局部稳定性（对无局部压应力的梁，当时，可不计算）。时，可不计算）。时，可不计算）。时，可不计算）。 当当当当时，应配置横向加劲肋和在受时，应配置横向加劲肋和在受时，应配置横向加劲肋和在受时，应配置横向加劲肋和在受压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短加劲肋，劲肋，劲肋，劲肋，并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局部稳定性。部稳定性。部稳定性。部稳定性。 梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。 三、腹板的屈曲三、腹板的屈曲三、腹板的屈曲三、腹板的屈曲屈曲应力统一表达式屈曲应力统一表达式屈曲应力统一表达式屈曲应力统一表达式（k k k k值相见值相见值相见值相见p167p167p167p167，表，表，表，表5.95.95.95.9）剪切应力屈曲剪切应力屈曲剪切应力屈曲剪切应力屈曲如不设加劲肋，如不设加劲肋，如不设加劲肋，如不设加劲肋，a a a ab b b b，b/a0b/a0b/a0b/a0，k5.34,=1.23k5.34,=1.23k5.34,=1.23k5.34,=1.23弯曲应力弹性屈曲弯曲应力弹性屈曲弯曲应力弹性屈曲弯曲应力弹性屈曲如不设加劲肋，如不设加劲肋，如不设加劲肋，如不设加劲肋， k23.9,=1.66k23.9,=1.66k23.9,=1.66k23.9,=1.66（1.23,1.23,1.23,1.23,扭转不约扭转不约扭转不约扭转不约束）束）束）束）局部压应力弹性屈曲局部压应力弹性屈曲局部压应力弹性屈曲局部压应力弹性屈曲按按按按a/ha/ha/ha/h0 0 0 0=2=2=2=2设置横向加劲肋，设置横向加劲肋，设置横向加劲肋，设置横向加劲肋， k18.4,=1.0k18.4,=1.0k18.4,=1.0k18.4,=1.0复合应力作用板件屈曲复合应力作用板件屈曲复合应力作用板件屈曲复合应力作用板件屈曲仅配置横向加劲肋仅配置横向加劲肋仅配置横向加劲肋仅配置横向加劲肋配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，c2c2c2c2c c c c）四、加劲肋的配置与构造四、加劲肋的配置与构造四、加劲肋的配置与构造四、加劲肋的配置与构造1 1、配置规定、配置规定、配置规定、配置规定（P169P169，表，表，表，表5.105.10）2 2、加劲肋的构造、加劲肋的构造、加劲肋的构造、加劲肋的构造横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋的间距横向加劲肋的间距横向加劲肋的间距横向加劲肋的间距a a应满足应满足应满足应满足，当，当，当，当且且且且时，允许时，允许时，允许时，允许纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在范围范围范围范围内；内；内；内；上述各式中，上述各式中，上述各式中，上述各式中，h h0 0为梁腹板的计算高度，为梁腹板的计算高度，为梁腹板的计算高度，为梁腹板的计算高度，h hc c为梁腹板受为梁腹板受为梁腹板受为梁腹板受压区高度，对于单对称截面，前述表压区高度，对于单对称截面，前述表压区高度，对于单对称截面，前述表压区高度，对于单对称截面，前述表5.105.10中中中中4 4、5 5项中项中项中项中有关纵向加劲肋规定中的有关纵向加劲肋规定中的有关纵向加劲肋规定中的有关纵向加劲肋规定中的h h0 0应取应取应取应取2h2hc c。加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足：加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足：加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足：加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足：横向加劲肋的截面尺寸横向加劲肋的截面尺寸横向加劲肋的截面尺寸横向加劲肋的截面尺寸双侧布置时双侧布置时双侧布置时双侧布置时单侧布置时：单侧布置时：单侧布置时：单侧布置时：b b b bs s s s不应小于上式的不应小于上式的不应小于上式的不应小于上式的1.21.21.21.2倍。倍。倍。倍。截面惯性矩的要求截面惯性矩的要求截面惯性矩的要求截面惯性矩的要求（同时配置横、纵肋时）（同时配置横、纵肋时）（同时配置横、纵肋时）（同时配置横、纵肋时）横向肋：横向肋：横向肋：横向肋：纵向肋：纵向肋：纵向肋：纵向肋：当当当当时时时时当当当当时时时时横向加劲肋应按右图示切角，横向加劲肋应按右图示切角，横向加劲肋应按右图示切角，横向加劲肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交，产生复杂避免多向焊缝相交，产生复杂避免多向焊缝相交，产生复杂避免多向焊缝相交，产生复杂应力场。应力场。应力场。应力场。支承加劲肋构造与计算支承加劲肋构造与计算支承加劲肋构造与计算支承加劲肋构造与计算在梁支座处及较大集中荷载作用处，应布置支承加劲在梁支座处及较大集中荷载作用处，应布置支承加劲在梁支座处及较大集中荷载作用处，应布置支承加劲在梁支座处及较大集中荷载作用处，应布置支承加劲肋，支承加劲肋实际上就是加大的横向加劲肋，支承肋，支承加劲肋实际上就是加大的横向加劲肋，支承肋，支承加劲肋实际上就是加大的横向加劲肋，支承肋，支承加劲肋实际上就是加大的横向加劲肋，支承加劲肋分梁腹板两侧成对布置的加劲肋分梁腹板两侧成对布置的加劲肋分梁腹板两侧成对布置的加劲肋分梁腹板两侧成对布置的平板式，及凸缘式两平板式，及凸缘式两平板式，及凸缘式两平板式，及凸缘式两种种种种。其作用除保证腹板的局部稳定外，还应承受集中力作其作用除保证腹板的局部稳定外，还应承受集中力作其作用除保证腹板的局部稳定外，还应承受集中力作其作用除保证腹板的局部稳定外，还应承受集中力作用，用，用，用，故除满足横向加劲肋的有关尺寸及构造要求外故除满足横向加劲肋的有关尺寸及构造要求外故除满足横向加劲肋的有关尺寸及构造要求外故除满足横向加劲肋的有关尺寸及构造要求外，尚满足如下所述几方面承载力的要求。尚满足如下所述几方面承载力的要求。尚满足如下所述几方面承载力的要求。尚满足如下所述几方面承载力的要求。p稳定性计算稳定性计算稳定性计算稳定性计算注：平板式按注：平板式按注：平板式按注：平板式按b b类；凸缘式按类；凸缘式按类；凸缘式按类；凸缘式按c c类类类类p端面刨平抵紧示应验算端面承压端面刨平抵紧示应验算端面承压端面刨平抵紧示应验算端面承压端面刨平抵紧示应验算端面承压p端面焊接时以及支承肋与腹板的焊缝应按第三章方法端面焊接时以及支承肋与腹板的焊缝应按第三章方法端面焊接时以及支承肋与腹板的焊缝应按第三章方法端面焊接时以及支承肋与腹板的焊缝应按第三章方法验算焊缝强度验算焊缝强度验算焊缝强度验算焊缝强度第四节钢梁的设计一、型钢梁的设计一、型钢梁的设计一、型钢梁的设计一、型钢梁的设计1 1、根据实际情况计算梁的最大弯距设计值、根据实际情况计算梁的最大弯距设计值、根据实际情况计算梁的最大弯距设计值、根据实际情况计算梁的最大弯距设计值M M M Mmaxmaxmaxmax；2 2 2 2、根据抗弯强度，计算所需的净截面抵抗矩：根据抗弯强度，计算所需的净截面抵抗矩：根据抗弯强度，计算所需的净截面抵抗矩：根据抗弯强度，计算所需的净截面抵抗矩：3 3 3 3、查型钢表确定型钢截面、查型钢表确定型钢截面、查型钢表确定型钢截面、查型钢表确定型钢截面4 4 4 4、截面验算、截面验算、截面验算、截面验算强度验算：抗弯、抗剪、局部承压（一般不需验算折强度验算：抗弯、抗剪、局部承压（一般不需验算折强度验算：抗弯、抗剪、局部承压（一般不需验算折强度验算：抗弯、抗剪、局部承压（一般不需验算折算应力强度）；算应力强度）；算应力强度）；算应力强度）；刚度验算：验算梁的挠跨比刚度验算：验算梁的挠跨比刚度验算：验算梁的挠跨比刚度验算：验算梁的挠跨比整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。二、组合梁的截面设计二、组合梁的截面设计二、组合梁的截面设计二、组合梁的截面设计1 1、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩2 2、截面高度的确定、截面高度的确定、截面高度的确定、截面高度的确定最小高度：最小高度：最小高度：最小高度：h h h hminminminmin由梁刚度确定；由梁刚度确定；由梁刚度确定；由梁刚度确定；最大高度：最大高度：最大高度：最大高度：h h h hmaxmaxmaxmax由建筑设计要求确定；由建筑设计要求确定；由建筑设计要求确定；由建筑设计要求确定；经济高度：经济高度：经济高度：经济高度：h h h he e e e由最小耗钢量确定；由最小耗钢量确定；由最小耗钢量确定；由最小耗钢量确定；选定高度：选定高度：选定高度：选定高度：h h h hminminminminhhhhhhhhmaxmaxmaxmax；hhhhhhhhe e e e，并认为并认为并认为并认为h h h h0 0 0 0hhhhe e e e3 3 3 3、确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有：确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有：确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有：确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有： 或按经验公式：或按经验公式：或按经验公式：或按经验公式：3 3、确定翼缘宽度确定翼缘宽度确定翼缘宽度确定翼缘宽度确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积A A A Af f f f，已工字型截面为例：已工字型截面为例：已工字型截面为例：已工字型截面为例：有了有了有了有了A A A Af f f f ，只要选定只要选定只要选定只要选定b b b b、t t t t中的其一，就可以确定另一值。中的其一，就可以确定另一值。中的其一，就可以确定另一值。中的其一，就可以确定另一值。4 4、截面验算、截面验算、截面验算、截面验算强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度）；强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度）；强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度）；强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度）；刚度验算：验算梁的挠跨比；刚度验算：验算梁的挠跨比；刚度验算：验算梁的挠跨比；刚度验算：验算梁的挠跨比；整体稳定验算；整体稳定验算；整体稳定验算；整体稳定验算；局部稳定验算局部稳定验算局部稳定验算局部稳定验算（翼缘板）（翼缘板）（翼缘板）（翼缘板）根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据实际情况进行加劲肋结算与布置根据实际情况进行加劲肋结算与布置根据实际情况进行加劲肋结算与布置根据实际情况进行加劲肋结算与布置4 4、腹板与翼缘焊缝的计算、腹板与翼缘焊缝的计算、腹板与翼缘焊缝的计算、腹板与翼缘焊缝的计算连接焊缝主要用于承受弯曲剪力，单位长度上剪力为：连接焊缝主要用于承受弯曲剪力，单位长度上剪力为：连接焊缝主要用于承受弯曲剪力，单位长度上剪力为：连接焊缝主要用于承受弯曲剪力，单位长度上剪力为：当梁上承受固定的集中荷载且未设支承了时，上翼缘当梁上承受固定的集中荷载且未设支承了时，上翼缘当梁上承受固定的集中荷载且未设支承了时，上翼缘当梁上承受固定的集中荷载且未设支承了时，上翼缘焊缝焊缝焊缝焊缝同时承受剪力同时承受剪力同时承受剪力同时承受剪力T T T T1 1 1 1及集中力及集中力及集中力及集中力F F F F的共同作用，由的共同作用，由的共同作用，由的共同作用，由F F F F产生产生产生产生的单位长度上的力的单位长度上的力的单位长度上的力的单位长度上的力V V V V1 1 1 1为：为：为：为：第六章拉弯与压弯构建第一节第一节概述概述第二节第二节拉弯与压弯构件的强度与刚度拉弯与压弯构件的强度与刚度第三节第三节实腹式压弯构件的整体稳定实腹式压弯构件的整体稳定第四节第四节实腹式压弯构件的局部稳定实腹式压弯构件的局部稳定第五节第五节实腹式压弯构件的截面设计实腹式压弯构件的截面设计第六节第六节格构式压弯构件格构式压弯构件第一节概述拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构件，也就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型件，也就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型件，也就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型件，也就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型的三种拉、压弯构件如下图所示。的三种拉、压弯构件如下图所示。的三种拉、压弯构件如下图所示。的三种拉、压弯构件如下图所示。同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。用及承载能力两种极限状态的要求。用及承载能力两种极限状态的要求。用及承载能力两种极限状态的要求。正常使用极限状态：满足刚度要求。正常使用极限状态：满足刚度要求。正常使用极限状态：满足刚度要求。正常使用极限状态：满足刚度要求。承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳定三方面要求。定三方面要求。定三方面要求。定三方面要求。截面形式：同轴心受力构件，截面形式：同轴心受力构件，截面形式：同轴心受力构件，截面形式：同轴心受力构件，分实腹式截面与格构式截面分实腹式截面与格构式截面分实腹式截面与格构式截面分实腹式截面与格构式截面实腹式：型钢截面与组合截面实腹式：型钢截面与组合截面实腹式：型钢截面与组合截面实腹式：型钢截面与组合截面格构式：缀条式与缀板式格构式：缀条式与缀板式格构式：缀条式与缀板式格构式：缀条式与缀板式构件受到沿杆轴方向的拉力（或压力）构件受到沿杆轴方向的拉力（或压力）和绕截面形心主轴的弯矩作用，称为拉和绕截面形心主轴的弯矩作用，称为拉弯（或压弯）构件。如果只有绕截面一弯（或压弯）构件。如果只有绕截面一个形心主轴的弯矩，称为单向拉弯（或个形心主轴的弯矩，称为单向拉弯（或压弯）构件；绕两个形心主轴均有弯矩，压弯）构件；绕两个形心主轴均有弯矩，称为双向拉弯（或压弯）构件。弯矩由称为双向拉弯（或压弯）构件。弯矩由偏心轴力引起的压弯构件也称作偏压构偏心轴力引起的压弯构件也称作偏压构件。件。破坏形式强度破坏强度破坏强度破坏强度破坏指截面的一部分或全部应力都达指截面的一部分或全部应力都达指截面的一部分或全部应力都达指截面的一部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况；到甚至超过钢材屈服点的状况；到甚至超过钢材屈服点的状况；到甚至超过钢材屈服点的状况； 整体失稳破坏整体失稳破坏整体失稳破坏整体失稳破坏 单向压弯构件弯矩作用平面内失稳单向压弯构件弯矩作用平面内失稳单向压弯构件弯矩作用平面内失稳单向压弯构件弯矩作用平面内失稳在弯矩作在弯矩作在弯矩作在弯矩作用平面内只产生弯曲变形，不存在分枝现象，用平面内只产生弯曲变形，不存在分枝现象，用平面内只产生弯曲变形，不存在分枝现象，用平面内只产生弯曲变形，不存在分枝现象，属于极值失稳；属于极值失稳；属于极值失稳；属于极值失稳； 单向压弯构件弯矩作用平面外失稳单向压弯构件弯矩作用平面外失稳单向压弯构件弯矩作用平面外失稳单向压弯构件弯矩作用平面外失稳在弯矩作在弯矩作在弯矩作在弯矩作用平面外发生侧移和扭转，又称弯扭失稳。如用平面外发生侧移和扭转，又称弯扭失稳。如用平面外发生侧移和扭转，又称弯扭失稳。如用平面外发生侧移和扭转，又称弯扭失稳。如构成各截面的几何与物理中心是理想直线，弯构成各截面的几何与物理中心是理想直线，弯构成各截面的几何与物理中心是理想直线，弯构成各截面的几何与物理中心是理想直线，弯矩也只作用在一个平面内，这种失稳具有分枝矩也只作用在一个平面内，这种失稳具有分枝矩也只作用在一个平面内，这种失稳具有分枝矩也只作用在一个平面内，这种失稳具有分枝失稳的特点；失稳的特点；失稳的特点；失稳的特点； 双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳同时产生双向弯曲变形同时产生双向弯曲变形同时产生双向弯曲变形同时产生双向弯曲变形并伴随有扭转变形；并伴随有扭转变形；并伴随有扭转变形；并伴随有扭转变形； 局部失稳破坏局部失稳破坏局部失稳破坏局部失稳破坏发生在压弯构件的腹板和受压发生在压弯构件的腹板和受压发生在压弯构件的腹板和受压发生在压弯构件的腹板和受压翼缘，其产生原因与受弯构件局部失稳相同。翼缘，其产生原因与受弯构件局部失稳相同。翼缘，其产生原因与受弯构件局部失稳相同。翼缘，其产生原因与受弯构件局部失稳相同。 第二节第二节拉、压弯构件的强度与刚度拉、压弯构件的强度与刚度一、强度一、强度一、强度一、强度两个工作阶段，两个特征点两个工作阶段，两个特征点两个工作阶段，两个特征点两个工作阶段，两个特征点弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载力）力）力）力）拉弯及压弯构件强度计算准则 边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则在构件受力最大的截在构件受力最大的截在构件受力最大的截在构件受力最大的截面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性段工作；段工作；段工作；段工作； 全截面屈服准则全截面屈服准则全截面屈服准则全截面屈服准则构件的最大受力截面的构件的最大受力截面的构件的最大受力截面的构件的最大受力截面的全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用下形成塑性铰；下形成塑性铰；下形成塑性铰；下形成塑性铰； 部分发展塑性准则部分发展塑性准则部分发展塑性准则部分发展塑性准则构件的最大受力截面构件的最大受力截面构件的最大受力截面构件的最大受力截面的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给定。此时，构件在弹塑性段工作。定。此时，构件在弹塑性段工作。定。此时，构件在弹塑性段工作。定。此时，构件在弹塑性段工作。 极限承载力（极限承载力（极限承载力（极限承载力（形成塑性铰）形成塑性铰）形成塑性铰）形成塑性铰）联立以上两式，消去联立以上两式，消去，则有如下相关方程则有如下相关方程轴力单独作用时最大承载力轴力单独作用时最大承载力弯距单独作用时最大承载力弯距单独作用时最大承载力如右图所示，为计算方便，改用线性相关方程如右图所示，为计算方便，改用线性相关方程（偏安全）（偏安全）规范规范公式公式二、刚度二、刚度一般情况，刚度由构件的一般情况，刚度由构件的长细比控制，即：长细比控制，即：第三节实腹式压弯构件的整体稳定一、概一、概一、概一、概 述述述述实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发生生生生弯矩作用平面内的弯曲失稳弯矩作用平面内的弯曲失稳弯矩作用平面内的弯曲失稳弯矩作用平面内的弯曲失稳，也可能发生，也可能发生，也可能发生，也可能发生弯矩作用弯矩作用弯矩作用弯矩作用平面外的弯曲扭转失稳平面外的弯曲扭转失稳平面外的弯曲扭转失稳平面外的弯曲扭转失稳（类似梁）。两方面在设计中（类似梁）。两方面在设计中（类似梁）。两方面在设计中（类似梁）。两方面在设计中均应保证。均应保证。均应保证。均应保证。二、弯矩作用平面内的整体稳定二、弯矩作用平面内的整体稳定二、弯矩作用平面内的整体稳定二、弯矩作用平面内的整体稳定以右图示理想的压弯构件为例以右图示理想的压弯构件为例以右图示理想的压弯构件为例以右图示理想的压弯构件为例考虑初弯曲考虑初弯曲考虑初弯曲考虑初弯曲的影响的影响的影响的影响以受压边缘纤维屈服为破坏准则，以受压边缘纤维屈服为破坏准则，则有则有如果如果如果如果M=0M=0M=0M=0，则构件变为轴心压杆，则有则构件变为轴心压杆，则有则构件变为轴心压杆，则有则构件变为轴心压杆，则有代入上式便有：代入上式便有：代入上式便有：代入上式便有：联立联立联立联立1 1 1 1、2 2 2 2两式，消去两式，消去两式，消去两式，消去 则有：则有：则有：则有：如果和梁一样允许一定的塑性发展，如果和梁一样允许一定的塑性发展，如果和梁一样允许一定的塑性发展，如果和梁一样允许一定的塑性发展，则有则有则有则有规范规范规范规范公式公式公式公式 等效弯距系数，按等效弯距系数，按等效弯距系数，按等效弯距系数，按P226P226P226P226选用。选用。选用。选用。三、弯矩作用平面外的整体稳定实用计算公式如下实用计算公式如下四、双向压弯构件的整体稳定验算在双向压弯构件的平衡微分方程中，在双向压弯构件的平衡微分方程中，在双向压弯构件的平衡微分方程中，在双向压弯构件的平衡微分方程中， 、三种变形耦合在一起，且构件达到极限承载三种变形耦合在一起，且构件达到极限承载三种变形耦合在一起，且构件达到极限承载三种变形耦合在一起，且构件达到极限承载力之前，材料已进入弹塑性阶段。虽然有人力之前，材料已进入弹塑性阶段。虽然有人力之前，材料已进入弹塑性阶段。虽然有人力之前，材料已进入弹塑性阶段。虽然有人已对此问题作出过弹性解答和数值分析，但已对此问题作出过弹性解答和数值分析，但已对此问题作出过弹性解答和数值分析，但已对此问题作出过弹性解答和数值分析，但所得的结果十分复杂，使用不便。因此，目所得的结果十分复杂，使用不便。因此，目所得的结果十分复杂，使用不便。因此，目所得的结果十分复杂，使用不便。因此，目前工程上只能采用近似的直线相关的方法。前工程上只能采用近似的直线相关的方法。前工程上只能采用近似的直线相关的方法。前工程上只能采用近似的直线相关的方法。 规范规定，对双向压弯实腹式构件，同时按规范规定，对双向压弯实腹式构件，同时按规范规定，对双向压弯实腹式构件，同时按规范规定，对双向压弯实腹式构件，同时按以下两式验算以下两式验算以下两式验算以下两式验算 n n其整体稳定性其整体稳定性压弯构件的局部稳定常用限制板件压弯构件的局部稳定常用限制板件高（宽）高（宽）厚比厚比的方法来保证。的方法来保证。1.腹板的局部稳定腹板的局部稳定压弯构件腹板的局部稳定验算，其腹板计算压弯构件腹板的局部稳定验算，其腹板计算压弯构件腹板的局部稳定验算，其腹板计算压弯构件腹板的局部稳定验算，其腹板计算高度高度高度高度与厚度与厚度与厚度与厚度之比的限值计算如下之比的限值计算如下之比的限值计算如下之比的限值计算如下 第四节实腹式压弯构件的局部稳定 当当时时当当时时1）工字形截面）工字形截面2 2）箱形截面）箱形截面 箱形截面腹板的箱形截面腹板的 不应大于由上述公式右边算得的不应大于由上述公式右边算得的值的值的0.80.8倍；倍； 当此当此值小于小于 时，用时，用 。 3 3）T T形截面形截面 当当 时时 当当 时时 2.翼缘的局部稳定压弯构件翼缘的局部稳定验算，其宽厚压弯构件翼缘的局部稳定验算，其宽厚比限值与梁的翼缘相同，即对翼缘板的比限值与梁的翼缘相同，即对翼缘板的自由外伸部分自由外伸部分对箱形截面受压翼缘在两腹板间的部分对箱形截面受压翼缘在两腹板间的部分