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钢结构设计原理第五章.ppt
作阶段进行计算，在上式中取x= y =1.0即可。
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
2024版钢结构ppt课件
01钢结构定义02发展历程由钢材制成的工程结构，具有轻质、高强、施工速度快等特点。
从工业革命时期的初步应用到现代建筑业的广泛应用，钢结构经历了不断的技术创新和发展。
钢结构定义及发展历程钢材性能与分类钢材性能包括力学性能、工艺性能和耐久性等方面，如抗拉强度、屈服点、延伸率、冷弯性能等。
钢材分类根据化学成分、冶炼方法、用途等不同，钢材可分为碳素钢、合金钢、不锈钢等多种类型。
0102强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保等。
耐火性差、易腐蚀、隔音效果一般、设计要求高等。
优势局限性钢结构优势与局限性应用领域及发展趋势应用领域广泛应用于工业厂房、高层建筑、桥梁、海洋平台等领域。
发展趋势随着新材料、新技术的不断涌现，钢结构将朝着更加轻质、高强、耐久、环保的方向发展，同时智能化、模块化等新型建造方式也将得到更广泛的应用。
03通过电弧或火焰将焊条和焊件局部加热到熔化状态，形成永久性的连接。
焊接连接原理包括焊接前准备（如坡口加工、清理焊件等）、装配与定位、焊接工艺参数选择、焊接操作以及焊后检验等步骤。
工艺流程常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等，设备包括焊机、焊枪、焊条等。
焊接方法与设备焊接连接原理及工艺流程01螺栓连接类型包括普通螺栓连接和高强度螺栓连接，其中高强度螺栓连接又分为摩擦型连接和承压型连接。
02选用原则根据连接件的受力情况、工作环境、安装条件等因素选择合适的螺栓类型和规格。
03安装与紧固螺栓连接安装时应保证螺栓与孔洞的配合精度，采用正确的紧固方法和力矩，避免过紧或过松。
螺栓连接类型与选用原则铆接技术简介及实例分析铆接技术简介铆接是一种通过铆钉将两个或多个构件连接在一起的方法，具有连接可靠、承受载荷大等优点。
实例分析以某钢结构桥梁为例，介绍铆接技术在桥梁建设中的应用，包括铆钉的选用、铆接工艺以及铆接质量的检验等。
优缺点及适用范围分析铆接技术的优缺点，如连接强度高、密封性好但拆卸困难等，并指出其适用于承受较大载荷和需要密封的场合。
钢结构内力分析课件.ppt
③根据方程画内力图
3
x
29
§ 剪力、弯矩与分布荷载间的关系及应用
一、 剪力、弯矩与分布荷载间的关系
q
1、支反力：
YA
YB
ql 2
2、内力方程
L
YA
x
3、讨论：
YB
Q(x) 1 ql qx 2
(0 x l)
M (x) 1 qlx 1 qx2 (0 x l) 22
dM (x) 1 ql qx Q(x) dQ(x) q q(x)
x3 1
M
(x3)
2 1
1 2
1.5(kN.m)
28
L
YA Q(x)
q0 L2 6
3 3
L
M(x)
3q0L2 27
q0 解：①求支反力
YA
q0L 6
;
YB
q0L 3
②内力方程
YB
Q(
x
)
q0 6L
(L2
3x2)
(0 x l)
x
M (x)
q0x 6L
(
L2
x2
)
(0 x l)
q0L2
2--2截面取右侧考虑： Q2 P
M2 P 0.5a 0.5Pa
16
800N
2 1200N/m [例]：求图所示梁1--1、
1 A
2--2截面处的内力。 B
1.5m 1.5m YA
2m 1
3m YB
2 1.5m
解：（1）确定支座反力
Y 0 YA YB 800 12003 0
YA 1500N
YA
b L
P
x
M (x1)
b L
钢结构施工全过程ppt课件
PART 04
钢结构现场安装施工
REPORTING
基础验收及处理
基础验收
检查基础的尺寸、标高、轴线等是否符合设 计要求，以及基础的混凝土强度是否达到设 计要求。
基础处理
对于不合格的基础，需要进行相应的处理，如打磨 、修补等，以确保基础的平整度和强度。
预埋件安装
按照设计要求，在基础上安装预埋件，如地 脚螺栓、支撑钢板等，以便后续钢结构的安 装。
构件检查
检查梁、板等构件的尺寸、形状、表面质量等是否符合设 计要求。
构件吊装
使用吊车将梁、板等构件吊起，调整其位置和角度，然后 将其缓慢降落到预定位置。
构件连接
使用高强螺栓、焊接等方式将梁、板等构件与钢柱连接在 一起，形成完整的钢结构框架。同时，需要使用测量仪器 检查连接精度和稳定性。
PART 05
根据钢结构的耐火极限要求，选择相应的防火涂料，如超薄型防火涂料、薄型防火涂料、厚型防火涂料等。
涂装要求
在涂装防火涂料前，需对钢结构表面进行除锈、除油处理，确保表面干净、干燥。涂装时应按照涂料厂家提供的 施工工艺进行，确保涂层厚度均匀、满足设计要求。
防腐防火验收标准
防腐验收标准
涂层应完整、无气泡、无裂纹、无脱落现象；涂层厚度应符合设计要求；附着力良好，用划格法测试 时，涂层不脱落。
钢柱安装就位
钢柱检查
检查钢柱的尺寸、弯曲度、扭曲度等是否符合设计要求， 以及钢柱的表面是否有锈蚀、损伤等问题。
01
钢柱吊装
使用吊车将钢柱吊起，调整钢柱的垂直 度和位置，然后将其缓慢降落到基础上基础紧密连接 ，并使用测量仪器检查钢柱的垂直度 和位置精度。
梁、板等构件安装连接
VS
验收内容
钢结构ppt课件
能
可焊性
11
Z向收缩率
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。 二、钢结构的应用
重型工业厂房、大跨度建筑的屋盖、多层及超高层建筑、 高耸结构、组合结构
三、钢结构的设计方法（极限状态设计法） 1、承载能力极限状态设计法 2、正常使用极限状态设计法
2
第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
3
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构。
4
二、钢结构的应用
2、多层、高层及超高层建筑结构。
17
第七节 结构钢材的种类、规格及其选
用
一、结构钢材的种类
Q235A.b
1、Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；
2、质量等级：分A~E五级（字序越高质量越好）；
3、脱氧方法：F－沸腾钢；b－半镇静钢； Z－镇静钢（一般 省
略）； TZ－特殊镇静钢。 注：1、炭素结构钢（Q235)分：A、B、C、D 四级，含
四、钢材的主要力学性能 强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、Z向性能 12
第五节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件
只有正应力
f
只有剪应力 既有正应力又有剪应力
f
3
2 3 2 f
13
第六节 钢材的破坏形式
塑性破坏
破坏时有很大的塑性变形
钢结构全套PPT教学课件
防腐防火处理效果评价
厚度检测
使用涂层测厚仪检测防腐防火 涂层的厚度，确保满足设计要 求。
耐腐蚀性测试
通过盐雾试验、湿热试验等模 拟环境测试方法，评估防腐处 理效果。
外观检查
观察防腐防火处理后的钢结构 表面是否平整、无气泡、无裂 纹等缺陷。
附着力测试
采用划格法或拉开法等测试方 法，检测防腐防火涂层与钢结 构基材的附着力。
结构分析与计算方法
结构分析方法
弹性力学方法、塑性力学方法、有限 元方法等。
计算内容
计算软件
SAP2000、ANSYS、ABAQUS等通 用有限元软件，以及专用钢结构分析 软件如Midas/Gen、3D3S等。
内力分析、变形计算、稳定性验算、 疲劳分析等。
构造措施与节点设计
01
02
03
构造措施
保证结构整体性和稳定性 的措施，如设置支撑、加 强刚度等。
认真阅读图纸，了解钢结构的构 造、节点形式和安装要求，掌握 相关技术标准和验收规范。
制定施工方案
根据工程特点和现场条件，制定 切实可行的施工方案，包括安装 顺序、吊装方法、安全措施等。
材料和设备准备
按照图纸要求，准备好所需的钢 材、连接件、紧固件等材料，以 及吊装设备、焊接设备、测量工 具等。
现场拼装和吊装技术
前景展望
随着城市化进程的加快和建筑业的持续发展，钢结构将在未来建筑领域中发挥更 加重要的作用。同时，随着新材料和新技术的不断涌现，钢结构的应用范围将进 一步扩大，市场前景广阔。
02 钢结构设计原理 与方法
设计基本原则与规范要求
设计基本原则
确保结构安全、适用、经济、美观；符合现行国家规范和行 业标准；考虑施工便利性和可持续性。
钢结构-钢梁PPT课件
矩形薄板的屈曲
薄板屈曲概念
实腹式截面（如工字形、槽形、箱形）构件都由一些板件组成。 这些板件在中面（平分板厚的平面）内的一定压力作用下，不能 保持其平面变形状态下的平衡形式，发生弯曲变形。这种现象称 为板件失稳，对于整个轴心受压构件来说称局部失稳（屈曲）。
Nx
Nx
Nxy
中面
面内压力——作用在中面内的压力和剪力
按梁截面沿长度有无变化分：等截面梁和变截面梁
蜂窝梁 楔形梁
按受力情况分：单向弯曲梁和双向弯曲梁
双向弯曲梁
(a) 屋面檩条
(b) 吊车梁
预应力梁
基本原理：受拉 侧设置高预拉力的钢 筋，使梁受荷前反弯 曲。
制作、施工过程 复杂。
预应力梁
受弯构件的计算原理
Design Principle of Flexural Members
二、梁整体稳定性的验算
单向弯矩Mx ：
双向弯矩Mx、My ：
Mx f
bWx
工字形截面对弱轴y弯曲时，不会有稳定问题，只需要验算抗弯强
度，把对x轴的稳定和对y轴的强度两个验算公式相加，得，
Mx My f
b 为梁整体稳定系数 bWx yWy
b
cr
fy
Mcr(临界弯矩） M（ y 边缘屈服弯矩）
f vy
cr
1）当a h0 1时：
则：
s
41
h0 tw
45.34a h0 2
cr
18.6kχ10b0tw
2
fy 235
2）当ah0 1时：
则：
将 E =206X103 N/mm2，ν=0.3代入上式，得：
σcr18.6βχ1b0t02
建筑钢结构课件PPT
工业厂房
钢结构提供了灵活的空间布局和 高度可定制性。
定期检查、维修和保养，延长钢结构的使用 寿命。
钢结构的火灾安全性控制
通过防火涂料和防火隔离带等措施，提高钢结构的火灾安全性，减少火灾对结构的影响。
钢结构的经济性分析和可持续性发展
钢结构的高强度、轻量化和可回收性使其成为经济和环保的建筑材料，符合可持续性发展的要求。
建筑钢结构的标准和规范
国家标准
形式钢材的分类和特点
常规形式钢材
如角钢、型钢等，适用于一 般建筑结构。
特殊形式钢材
如槽钢、槽钢、槽钢等，用 于特殊结构设计和特定用途。
特点
形式钢材具有高强度、轻巧、 易于施工和连接等特点。
建筑钢结构的节点设计和连接方式
节点设计
• 节点质量控制 • 节点刚性设计 • 节点连接方式选择
连接方式
• 焊接连接 • 螺栓连接 • 铆接连接
如GB/T 50017-2003《钢结构 设计规范》等。
行业标准
如JGJ99-98《钢结构工程施工 质量验收规范》等。
规范要求
标准和规范对钢结构的设计、 施工和验收等环节提出了具 体要求。
钢结构工程的案例分析与实践应用
大型商业综合体
通过钢结构，实现大跨度的空间 设计和创新的建筑形式。
体育场馆
钢结构使得体育场馆能够容纳更 多观众和举办各种大型活动。
1 高强度
钢材具有高强度和刚性，使得建筑物更加稳固和耐久。
2 灵活性
钢结构可以根据需要进行调整和重新配置，以适应不同的建筑设计。
3 可持续性
钢结构使用可回收的材料，有助于减少对自然资源的消耗。
4 应用领域
钢结构广泛应用于商业建筑、工业厂房、体育场馆等各种建筑类型。
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武汉军山长江公路大桥
全长2847m，主桥48+204+460+204+48m斜拉桥，钢箱梁长964m，
武汉军山长江公路大桥标准断面
桥面宽38.8m，87个节段，节段长6.2～12m，节段重 1000～2100kN。由吊机的吊重能力确定节段长度。全 焊梁。
抗弯强度检算式:
承载能力的极限状态表达为最大应力达到屈服应力，
强度条件为：
M xf
W max
—净截面抵抗矩
y
nx
Wnx —屈服应力
fy
（2）、塑性工作阶段
特点： 截面全部进入塑性状态，形成塑性铰；
梁的刚度降低，变形大。
应力分布：矩形
用途：是塑性设计的理论依据，承受静荷载
或间接承受动荷载梁的设计出发点。
其它梁ψ =1.0；
tw—腹板厚 lz—局部压应力在腹板计算高度上的分布长度或
腹板计算高度上的承载长度。
在梁支座处未设腹板竖向加劲肋时，仍按式（5-6）
计算，但一律取 ψ =1.0。
关键是确定lz 从图，
lz = a+2hy 在梁端支座处，取
（3-28）
式中
lz = a+hy a—集中荷载沿梁长方向的实际支承长度。
与纵向纤维长度不变相适应，沿杆件全长 各截面将有不完全相同的翘曲情况
自由扭转的必要条件
• 两端截面可以无约束地自由翘曲即自由纵 向凹凸伸缩是自由扭转的必要条件。 1.圆形和圆管形截面杆件 对于圆形或圆管形截面自由扭转时的变形 将是整个截面绕圆心发生整体扭转转角， 而不会发生截面各点互相凹凸的翘曲变形 (即截面仍保持平面)。
对中性轴的面积矩
I——毛截面惯性矩 tw——腹板厚度 f v——钢材抗剪设计强度
3.2.3 梁的扭转
• 1.自由扭转
• 纵向纤维扭转后成为略为倾斜的螺旋 线， 较小时近似于直线，其长度没有改变， 因而截面上不产生正应力。 对一般的截面(圆形、圆管形截面和某些特 殊截面例外)情况，截面将发生翘曲，即原 为平面的横截面不再保持平面而成为凹凸 不平的截面。
对吊车轮压，取a=5cm。
hy——由梁的承载边缘或吊车轨顶到腹板计算 高度边缘的距离。
腹板计算高度确定
腹板计算高度（h0）应按《规范》规定采用：
（1）轧制型钢梁
与上下翼缘相连处两内
弧起点间的距离。
h0
（2）焊接组合梁 腹板高度
轧制型钢
（3）铆接（或高强螺栓连接）组合梁
腹板与上下翼缘连接的铆钉（或高强螺栓）
抗弯强度检算式：
M
f
W —净截面塑性抵抗矩
y
pnx
W pnx
（3-3.
引入塑性发展系数
W W
与截面形状有pn关x 。
nx
3、梁的正应力设计公式归纳
（1）承受静力和间接动力荷载作用的梁
① 绕x轴单向弯曲
Mx f xWnx
② 绕x、y轴单向弯曲
Mx My f xWnx yWny
3.2 梁
3.2.1 梁的种类和截面形式 1、梁的定义 发生弯曲或扭转变形的构件称为梁。 2、梁的分类 按计算简图分：简支梁、连续梁，伸臂梁等。 按功能分：楼层梁、吊车梁、塔架梁等。 按制造工艺分：型钢梁、组合梁。 3、梁的作用 承受横向荷载与扭转。
4、截面形式
图 梁的截面型式 图 蜂窝梁
3.2.2 梁的强度计算
2 约束扭转
3.3局部压应力和组合应力
• 1、主要用于集中力情形（如：吊车梁） 翼缘的竖向集中力作用处无竖向支撑 肋时，腹板边缘存在沿高度方向的局 部压应力。
2、验算腹板时应计入该部分应力
3、公式 集中力在梁的上翼缘时
F—集中荷c载 1tw计Flz入动f力系数；
3-30）
ψ—系数。重级工作制吊梁=1.35，
钉线间的最近距离。
3.3.2 折算应力 • 《规范》规定，在组合梁的腹
板计算高度处，同时受有较大 的正应力、较大的剪应力和 局 进部 行压验应算力 。其c，强应度对验折算算式应为力：
2
2 c
c
3 2
1 f
3-32
1—强度系数。 和c同号时， 1 =1.1； 和c异号时， 1 =1.2。
3－6）
Mx、My ——梁截面内绕x、y轴的最大计算弯矩 Wnx、Wny ——截面对x、y轴的净截面抵抗矩
x、y ——截面对x、y轴的塑性发展系数 f ——钢材抗弯设计强度
（2）直接承受动力荷载作用的梁 仍按式（3－6）计算，但应取
x= y =1.0 即，按弹性设计。
（3）塑性发展系数取值 《规范》规定：承受静力和间接承受动力荷载作用时， 如：
一、弯曲正应力
1、钢材应力-应变关系理想化
f
实际：弹性—弹塑性—
fy
塑性—强化
fp
理想化：弹性—理想塑性
—强化
（对截面上一点的应力而言）
2、钢梁截面正应力两阶段强度
特点：截面上所有点都处于弹性状态；
应力三角形分布；
用途：某些受弯构件设计依据，不允许任何点进
入屈服的构件，如直接承受动态荷载的梁。
工字型截面 圆形截面 箱型截面
二、剪应力
x=1.05 x=1.2 x=1.05
y= 1.2 y= 1.2 y= 1.05
主要发生在实腹梁的腹板上。按弹性设计，以最
大剪应力达到钢材的抗剪
屈服剪应力为极限状态。
检算式为：
VS Itw
fv
图6
式中 V ——剪力 S ——中性轴以上或以下毛截面