第七章第七章 钢结构钢结构建筑结构原理及设计制作：重庆南方翻译学院制作：重庆南方翻译学院 邹定祺邹定祺1建筑结构原理及设计第七章第七章 钢结构钢结构制作：重庆南方翻译学院制作：重庆南方翻译学院 邹定祺邹定祺2第七章第七章 钢结构钢结构一、钢结构的优点一、钢结构的优点1、具有很高的强度，具有很高的强度，因此它的构件截面较小，重量因此它的构件截面较小，重量较轻，适合于做超高层建筑和大跨度建筑。较轻，适合于做超高层建筑和大跨度建筑。2、质地均匀质地均匀，其力学性能与计算假定的吻合程度高，其力学性能与计算假定的吻合程度高,因而钢结构的计算准确，适于建造重要建筑结构。因而钢结构的计算准确，适于建造重要建筑结构。3、具有良好的塑性和韧性具有良好的塑性和韧性，一般条件下，不会因超，一般条件下，不会因超载而发生脆断，即使有局部应力集中也可以通过塑载而发生脆断，即使有局部应力集中也可以通过塑性发展而缓解，对动力荷载适应能力强，适于抗震和性发展而缓解，对动力荷载适应能力强，适于抗震和动力作用厂房。动力作用厂房。4、钢构件、钢构件工业化程度高工业化程度高，可以在工厂成批预制，产，可以在工厂成批预制，产品质量稳定、精度高、，工地拼装简便，建造周期品质量稳定、精度高、，工地拼装简便，建造周期3短，能较快发挥投资的经济效益。钢构件的运输方便，短，能较快发挥投资的经济效益。钢构件的运输方便，适于在边远山区或恶劣环境下使用。适于在边远山区或恶劣环境下使用。5、建造后还可以根据需要、建造后还可以根据需要灵活进行改造，拆除和扩灵活进行改造，拆除和扩建，拆除后的钢构件能够重复使用或回炉建，拆除后的钢构件能够重复使用或回炉。二、缺点二、缺点1、钢构件、钢构件价格高价格高。2、耐腐蚀性差耐腐蚀性差，须定期进行防蚀维护。，须定期进行防蚀维护。3、耐火性差耐火性差，许多力学性能随温度升高而急剧下降，许多力学性能随温度升高而急剧下降，几乎丧失承载力。几乎丧失承载力。4、由于钢构件一般壁薄，细长，在受压时、由于钢构件一般壁薄，细长，在受压时容易失稳容易失稳, 材料强度不能充分发挥，因此稳定问题在钢结构设材料强度不能充分发挥，因此稳定问题在钢结构设计中是一个重要问题。计中是一个重要问题。4重型结构及大跨度建筑结构5多层、高层及超高层建筑结构多层、高层及超高层建筑结构6塔桅等高耸结构塔桅等高耸结构7钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构深圳地王大厦深圳地王大厦8美国世贸大厦92001年9月11日107.1 钢结构材料1、钢材（1）钢材品种 建筑结构适用的承重钢材为碳素结构钢Q235钢及低合金钢Q345、Q390和Q420钢QQ：表示：表示“ “屈屈” ”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“ “屈服强度屈服强度（2）常用钢材规格1）钢板2）热轧型钢: 角钢、工字钢、槽钢、H型钢、T型钢和钢管113）冷弯薄壁型钢和压型钢）冷弯薄壁型钢和压型钢 冷弯薄壁型钢是由冷弯薄壁型钢是由1.56mm的薄钢板经冷弯或模压而的薄钢板经冷弯或模压而成型的，其截面各部分厚度相同，转角处均呈圆弧形（图成型的，其截面各部分厚度相同，转角处均呈圆弧形（图ai）。）。因其壁薄，截面几何形状开展，因而与面积相同的因其壁薄，截面几何形状开展，因而与面积相同的热轧型钢相比，其截面惯性矩大，热轧型钢相比，其截面惯性矩大，受力性能好，受力性能好，是一种是一种高效高效经济经济的截面；缺点是因为壁薄，对的截面；缺点是因为壁薄，对锈蚀影响较为敏感锈蚀影响较为敏感，故多，故多于跨度小，荷载轻的轻型钢结构中。于跨度小，荷载轻的轻型钢结构中。 压型钢板（图压型钢板（图j）是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚度为度为0.42mm。其优缺点同冷弯薄壁型钢，主要用于围护其优缺点同冷弯薄壁型钢，主要用于围护结构、屋面、楼板等。结构、屋面、楼板等。冷弯薄壁型材的截面形式 12（3）钢材强度设计值见表7.1.1。（4）钢材的弹性模量：E=2.06105N/mm2（5）钢材的选用 钢材的选用的基本要求：保证承重结构的承载力、防止一定条件下的脆性破坏和具有良好的加工性能（冷加工、热加工和可焊性能）。2、连接材料 钢结构的连接方法有焊接、螺栓连接（普通螺栓钢结构的连接方法有焊接、螺栓连接（普通螺栓连接、高强螺栓连接）和铆钉连接。连接、高强螺栓连接）和铆钉连接。137.2 钢结构的可能破坏型式 1、整体失稳破坏 必须进行稳定计算并采取适当的构造措施141516172、结构和构件的局部失稳 防止的方法主要有限制板件的宽厚比和设置加劲肋。18加强局部稳定的措施加强局部稳定的措施*所选截面如不满足规定， 应调整板件厚度或宽度。*对工形和箱形截面的腹板 也可采用设置纵向加劲肋 的方法予以加强，以缩减 腹板计算高度，纵向加劲 肋宜在腹板两侧成对配置， 其一侧外伸宽度不应小于 10tw。193、结构的强度破坏 结构或构件的强度破坏，应通过计算和一定的构造措施予以有效防止。 在杆件系统建筑钢结构中，受压构件一般发在杆件系统建筑钢结构中，受压构件一般发生失稳生失稳破坏，受拉构件或受弯构件一般发生强度破坏。破坏，受拉构件或受弯构件一般发生强度破坏。7.3 钢结构连接 钢结构常用的几种连接方法的优缺点见表7.3.1。20.钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接(a)焊缝对接连接焊缝对接连接(b)焊缝搭接连接焊缝搭接连接(c)焊缝焊缝T形接连接形接连接21焊缝连接焊缝连接螺栓连接螺栓连接227.4 轴向受力构件7.4.1 轴心受力构件1、构件截面 界面分为型钢截面和组合截面。 组合截面又分实腹式截面和格构式截面。2、强度和刚度（1）强度 =N/Anf (7.4.1)（2）刚度最大长细比 =l0/i (7.4.2)233、轴压杆件的整体稳定 轴心受压构件按截面型式分为a,b,c,d四类（见附录G），按四类截面引入轴心受压构件的稳定系数。则轴压杆件的整体稳定计算公式为： =N/(A)f (7.4.5)4、轴压杆件的局部稳定（1）翼缘 b tb/t (10+0.1)235/fy (7.4.6) tw（2）腹板 h0h0/tw (25+0.5)235/fy (7.4.7) t247.4.2 实腹式轴心受压柱承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态强度、整体稳定、局部稳定刚度（控制长细比）轴心受压构件的强度轴心受压构件的强度整体稳定整体稳定用用欧拉临界力欧拉临界力25实腹轴心受压柱实腹轴心受压柱整体失稳整体失稳26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板件越宽越薄板件越宽越薄板件越容易失稳板件越容易失稳局部失稳局部失稳促使构件整体破坏促使构件整体破坏保证局部失稳不先于整体失稳保证局部失稳不先于整体失稳27.控制板件局部失稳的方法控制板件局部失稳的方法限制宽厚比限制宽厚比b/tb/t处理H、工字形腹板局部失稳的方法1 1、增加板件厚度、增加板件厚度3 3、任其腹板局部失稳、任其腹板局部失稳2 2、增加纵、横向加劲肋、增加纵、横向加劲肋轧制的型钢构件一般都满足轧制的型钢构件一般都满足局部稳定要求，无需进行局局部稳定要求，无需进行局部稳定验算。部稳定验算。287.4.3 格构示轴心受压柱7.4.4 偏心受压柱刚度刚度承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态强度、整体稳定、分肢稳定强度、整体稳定、分肢稳定297.4.5 柱脚柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。 307.5 钢梁7.5.1 钢梁的型式和应用 钢梁是实腹式受弯构件。梁的受弯可分为仅在主平面内受弯的单向弯曲和在两个主平面内受弯的双向受弯等两种受力状态。 钢结构中梁的布置称为梁格。梁格分三种型式： 简单梁格仅有主梁，适用于梁跨度较小的情况。31 普通梁格设置主梁和次梁，次梁支承于主梁。适用于大多数的梁格尺寸和荷载情况。 复式梁格除了主梁和纵向次梁外，还在纵向次梁间设置横向次梁，适用于荷载重、主梁跨度大情况。 钢梁的设计内容包括强度、刚度、整体稳定和局部稳定。7.5.2 梁的强度和刚度1、强度（1）抗弯强度 =Ms/(sWnx) f (7.5.1)（2）抗剪强度 =VS/(Itw)f (7.5.2)（3）局部承压强度（4）折算应力322、刚度 梁的刚度按荷载标准值引起的最大挠度来衡量,越小刚度越大。钢结构规范按全部荷载标准值作用、可变荷载标准值作用两种情况分别规定了梁的最大挠度值T和Q，用与跨度l的比值（相对挠度限值）表示。为保证梁的正常工作，挠度验算应满足： T和Q7.5.3 梁的整体稳定和局部稳定1、整体稳定（1）无需计算整体稳定的情况33（2）梁的整体稳定验算 Mx/(bWx) f (7.5.5)2、局部稳定 热轧工字钢的腹板较厚，不可能发生局部失稳，故不必验算。组合截面钢梁由板件组成，应按计算和构造要求分别保证翼缘和腹板的局部稳定。7.5.4 主梁与次梁的连接 主梁与次梁的连接构造分为叠接和平接两类。7.5.5 梁柱连接 梁与柱的铰接有两种做法：一种做法适用于顶层梁；另一种是梁连接于柱侧的下部承托上。 多层框架结构中，梁与柱的连接点应为刚接。347.6 钢桁架1、桁架型式的选择2、桁架的荷载和内力（1）荷载（2）桁架的内力 当桁架仅受节点荷载时，可按铰接珩架计算内力。3、桁架杆件截面设计（1）桁架杆件的计算长度 杆件在桁架平面内、平面外的支承挑拣不同，计算长度应分别考虑。（2）杆件的截面形式和一般构造35361）杆件截面形式 设计时应尽量使杆件在珩架平面内和平面外的细长比相接近。2）双角钢截面间的填板3）节点设计37H钢桁架间连接节点螺栓球节点杆件与焊接钢板节点的连接杆件与焊接钢板节点的连接杆件与焊接钢板节点的连接杆件与焊接钢板节点的连接383940414243