房屋建筑工程技术之钢结构构件

1A411034钢结构构件的受力分析及连接类型

（1）受弯构件

1）钢梁的截面形式：

钢梁的截面形式一般有型钢和钢板组合梁两类。型钢梁多采用工字钢和H 型钢，钢板组合梁常采用焊接工字形截面。

2）钢梁的强度、刚度和稳定性计算：

▲抗弯强度计算：

取梁内塑性发展到一定深度作为极限状态。

单向弯曲： σ=nx

x x W M γ≤f 双向弯曲： σ=nx x x W M γ+ny

y y W M γ≤f nx W 、ny W ---净截面模量；

x γ、y γ ---截面塑性发展系数。工字型截面x γ=1.05，y γ=1.2。

f ----钢材抗弯强度设计值。

▲抗剪强度计算：

梁的抗剪强度按弹性设计。

τ=w

It VS ≤v f S ---计算剪应力处以上面积对中性轴的面积矩。

w t ---计算点处截面宽度。

I ---毛截面惯性矩。

v f ---钢材抗剪强度设计值。

▲刚度计算：

梁必须具有一定的刚度才能有效地工作，刚度不足将导致梁挠度太大，影响结构正常使用。因此，设计钢梁除应满足各项强度要求之外，还应满足刚度要求。

υ≤[υ]

▲钢梁的整体稳定计算：

梁的整体稳定性验算：

σ=)(x b x W M ?≤f

b ?-----整体稳定系数。

当有铺板（各种钢筋混凝土板或钢板）密铺在梁的受压翼缘上与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时，梁的整体稳定可不计算。

工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比11/b l 满足相应要求时，梁的整体稳定可不计算。

▲钢梁的局部稳定计算：

梁腹板通常采用加劲肋来加强腹板的局部稳定性，为保证钢板组合梁的受压翼缘不致产生局部失稳，应限制其自由外伸宽度与其厚度之比。t b /1

轧制的工字钢和槽钢等型钢一般不会发生局部失稳。

（2）受拉构件、受压构件

受拉构件根据受力情况，可分为轴心受拉和偏心受拉构件（拉弯构件）。

▲轴心受拉构件：轴心受拉构件常见于桁架中。轴心受拉构件须按净截面面积进行强度计算。构件的刚度是通过限制长细比来保证的。

▲偏心受拉构件：偏心受拉构件应用较少，桁架受拉杆同时承受节点之间横向荷载时为偏心受拉构件。

▲受压构件：柱、桁架的压杆等都是常见的受压构件。根据受力情况，受压构件可分为轴心受压和偏心受压构件（压弯构件）。受压构件的截面设计要满足强度和刚度要求。还要进行整体稳定和局部稳定计算。

实腹式轴压构件整体稳定验算：

σ=)

N?≤f

(A

?----稳定系数。

实腹式:构造简单、制作方便；

格构式:制作费工，但节省钢材。当构件比较高大时，可采用格构式，增加截面刚度，节省钢材。

（3）钢结构的连接方法

▲焊缝连接:对接焊缝和角焊缝。

▲螺栓连接：普通螺栓和高强螺栓。

▲铆钉连接。

1）焊缝连接

优点: 构造简单，加工简便，易实现自动化操作，提高焊缝质量；

不削弱焊件截面，节省材料，经济；

连接刚度大，密闭性好，整体性好。

缺点: 焊缝附近局部材质变脆；

焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；

焊接结构对裂纹很敏感，低温冷脆问题较为突出；

2)焊缝连接形式

焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种。

(a)对接连接；(b)用拼接盖板的对接连接；(c)搭接连接；(d)(e)T形连接；(f)(g)角部连接

焊逢连接的形式

手工焊接；埋弧焊(自动或半自动) ；气体保护焊。

3)焊缝形式:

对接焊缝:正对接焊缝和斜对接焊缝。

角焊缝:正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝。

(a)对接焊缝；(b) 斜对接焊缝；(c) 角焊缝

焊逢形式

4)焊缝按施焊位置:

平焊、横焊、立焊及仰焊

(a)平焊；(b) 横焊；(c) 立焊；(d)仰焊

焊逢施焊位置

5）焊缝代号

基本符号：

常用焊缝基本符号

指引线：指引线一般由带有箭头线和两条相互平行的基准线所组成。

基本符号与基准线的相对位置是：

(a)焊件上的V形焊缝；(b)指引线与焊缝的基本符号；(c)同(d)但箭头线弯折一次，实线画在虚线下侧

焊缝指引线标注

焊缝在非箭头侧焊缝在箭头侧

焊缝基本符号与基准线标准

6）焊缝尺寸标注

7）焊缝质量检验

三级:对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；其设计值只为主体钢材的85%左右。

一级、二级：除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。

钢结构中一般采用三级焊缝，因而对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采用二级焊缝；对抗动力和疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。

焊接残余应力：焊接后焊件内部产生自相平衡的初始应力。

焊接残余变形:因焊接过程中的不均匀膨胀和收缩而在焊件中伴随焊接残余应力产生的残余变形。

8）减小焊接残余应力和残余变形的措施

▲采取合理的施焊次序；例如钢板对接时采用分段退焊。厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊等。

▲采用反变形；施焊前给构件以一个与焊接变形反方向的预变形，使之与焊接所引起的变形相抵消，从而达到减小焊接变形的目的。

▲对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至600C左右，然后缓慢冷却，可以消除焊接应力和焊接变形。

9）螺栓连接

分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。

▲普通螺栓连接

A级：精制螺栓，对成孔质量要求高，制作和安装复杂，价格较高，已很少采用；d≦24mm，L≦150mm。

B级：精制螺栓，对成孔质量要求高，制作和安装复杂，价格较高，已很少采用；d＞24mm，L＞150mm。

C级：粗制螺栓,II类孔,螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5～3mm, 一般用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。

▲高强度螺栓连接

摩擦型连接:只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则；连接的剪切变形小，弹性性能好，施工较简单，可拆卸，耐疲劳，特别适用于承受动力荷载的结构。

承压型连接：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。连接的承载力高于摩擦型，连接紧凑，但剪切变形大，故不得用于承受动力荷载的结构中。

（3）梁柱节点

梁和柱连接时，可将梁支承在柱顶上或连接于柱的侧面。二者均可做成铰接或刚接。

1）梁柱铰接节点：

图1A4llO341（a）、（b）为梁铰接支承于柱顶的构造。

当梁连续设置时，梁柱也可以形成柱顶刚接节点。图1A411034-1（c）中，梁铰接支承于柱侧面的牛腿上。为了防止梁端顶部向侧方向偏移或发生扭转，梁端靠近顶部处设钢板并用构造螺栓将梁和柱相连。图1A4llO34－1（d）用于梁支座反力较大时，梁端用实缘支座板，柱侧面焊以厚钢板制成的承托，突缘支座板下端与承托上端刨平顶紧，传递梁端反力。

2）梁柱刚接节点：

图1A411034-2是梁和柱刚接的构造示例，翼缘通过连接板或直接用全焊透的坡口焊缝与柱连接，腹板用高强度螺栓通过连接板与柱连接，节点一般按弹性设计，也可以考虑梁端的弯矩由翼缘连接承受，梁端剪力由腹板连接承受。

（4）柱脚节点

如图1A411034－3，柱脚节点通常由底板、中间传力结构（包括靴梁、肋板和隔板）和锚栓组成。底板承受柱脚反力。底板较大时，须设置中间传力结构以降低底板厚度。

图lA4ll034－3（a）为铰接柱脚，常用于轴心受压柱，锚栓只起固定位置和安装的作用，可按构造设置。为接近铰接的假设，锚栓应尽量布置在底板中央部位。图1A4llO343（b）为刚接柱脚，一般用于偏心受压柱，锚栓须按计算确定。

1A411035钢结构构件制作、运输、安装、防火与防锈

（l）制作：钢结构制作包括放样、号料、切割、校正等诸多环节。高强度螺栓处理后的摩擦面，抗滑移系数应符合设计要求。制作质量检验合格后进行除锈和涂装。一般安装焊缝处留出30～50mm暂不涂装。

（2）焊接：焊工必须经考试合格并取得合格证书且必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。焊缝施焊后须在工艺规定的焊缝及部位打上焊工钢印。焊接材料与母材应匹配，全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，采用射线探伤。施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法等，进行焊接工艺评定。

（3）运输：运输钢构件时，要根据钢构件的长度和重量选用车辆。钢构件在车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均应保证构件不产生变形、不损伤涂层。

（4）安装：钢结构安装要按施工组织设计进行，安装程序须保证结构的稳定性和不导致永久性变形。安装柱时，每节柱的定位轴线须从地面控制轴线直接引上。钢结构的柱、梁、屋架等主要构件安装就位后，须立即进行校正、固定。由工厂处理的构件摩擦面，安装前须复验抗滑移系数，合格后方可安装。

（5）防火与防锈：

▲钢结构防火性能较差。当温度达到550℃时，钢材的屈服强度大约降至正常温度时屈服强度的70%，结构即达到它的强度设计值而可能发生破坏。

▲外露的钢结构可能会受到大气，特别是被污染的大气的严重腐蚀，最普通的是生锈。这就必须对构件的表面进行防腐蚀处理，以保证钢结构的正常使用。

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