钢筋混凝土结构--钢结构.docVIP

第七讲? 钢结构【内容提要】1．钢结构的材料：钢材的基本性能；影响钢材性能的因素；结构用钢的种类、钢号及选材。2．钢结构的基本构件：轴心受拉构件、轴心受压构件、受弯构件、拉弯构件、压弯构件的计算和构造。3．钢结构的连接：对接焊缝和角焊缝的构造和计算；普通螺栓和高强螺栓的构造和计算；构件间连接的构造和计算。【重点、难点】钢结构的基本构件和钢结构的连接一、钢材性能(一)基本性能钢材的主要机械性能(也称力学性能)，是指钢材在标准条件下均匀拉伸、冷弯和冲击试验所显示出来的性能，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、指标。前三项指标由抗拉试验确定，后两项指标分别由冲击试验、冷弯试验确定。抗拉强度是钢材断裂前能够承受的最大应力，它表示钢材应力达到屈服强度后安全储备的大小。屈服强度是确定钢材强度设计值的主要指标。伸长率是表示钢材塑性性能的指标。冲击韧性为将标准试件在摆锤式冲击试验机上冲断时所消耗的冲击功，它反映钢材在冲击荷载和三轴应力作用下抵抗脆性破坏的能力。冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对出现裂纹的抵抗能力，是判别钢材塑性变形能力和显示钢材内部缺陷的综合指标。钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。塑性破坏是指构件的应力超过屈服点，并达到极限强度后，构件产生很大的变形和明显的“颈缩”现象。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗；其特点为破坏前有明显的预兆，破坏常可以预防和避免；破坏前有很大塑性变形，导致内力重分布，对构件有利。脆性破坏是指构件破坏前构件变形很小，平均应力亦小(一般都小于屈服点)，破坏前没有任何征兆，破坏是突然发生的，断口平直或呈有光泽的晶粒状。其特点为在构件的缺口、裂缝处应力集中而引起破坏，后果严重，损失较大，应努力防止脆性破坏。(二)结构钢的种类甲类钢——保证机械性能钢结构所用的钢材仅为普通碳素钢和普通低合金钢二类。(三)选用钢材的原则钢材选用的原则应该是：既能使结构安全可靠地满足使用要求，又要尽最大可能节约钢材、降低造价。不同的使用条件，应当有不同的质量要求，在一般结构中当然不宜轻易地选用优质钢材，而在重要的结构中更不能盲目地选用质量很差的钢材。就钢结构的力学性能指标来说，屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性和低温冲击韧性等各项指标，是从各个不同的方面来衡量钢材质量的指标，当然，没有必要在各种不同的使用条件下，都要完全符合这些质量指标。所以在设计钢结构时，应该根据结构的特点，选用适宜的钢材。钢材选择是否合适，不仅是一个经济问题，而且关系到结构的安全和使用寿命。 3．格构式轴心受压构件根据所用缀材不同，格构式构件可分为缀板式和缀条式两种。格构式构件与实腹式构件在设计计算上的主要区别在于格构式构件绕虚轴的整体稳定性必须考虑剪切变形的影响；除整体稳定性外，对格构式构件尚须验算分肢稳定性；格构式构件的缀材应进行计算。(二)受弯构件(梁)设计梁时应满足下列要求：安全适用、用料节约、制造省工、安装方便。其中安全适用要求必须确保，其他要求则根据情况灵活处理，尽可能达到降低造价、缩短工期，取得较好的经济效益。一般梁的设计步骤为：1．确定结构方案根据使用要求，确定结构的平面图形状、尺寸、使用荷载、层高和净空要求等。选择几种不同的梁格布置形式，进行初步设计和技术经济比较。选定最佳或较好的梁格结构布置形式，确定各梁(主梁和次梁)的荷载、跨度、间距、最大容许高度等。2．确定梁的高度根据经济条件求得梁的经济高度，再根据梁的刚度条件求得梁的最小高度，并考虑生产工艺和使用上的最大容许高度，经综合考虑，初步决定梁的设计高度。3．梁的截面选择在梁的设计高度(截面高度)确定后，根据梁的荷载和跨度，求得梁的最大弯矩。根据梁的正应力强度能够充分发挥的条件(应力接近而不超过强度设计值)，选定梁的腹板厚度、翼缘宽度、翼缘厚度。4．验算梁的强度必须验算梁中下列各个部位：有最大弯矩处、截面有削弱处(净截面)、截面改变处、有集中荷载而又无横向加劲肋处，剪力最大处、剪力和弯矩都较大处。各处的正应力、剪应力、一折算应力都不能超过强度设计值。此外还要验算翼缘和腹板间焊缝的强度，以及接头处的连接焊缝或高强度螺栓等的强度。5．验算梁的整体稳定性有些梁在荷载作用下，虽然截面最大的正应力、剪应力、折算应力等都低于钢材的强度设计值，但梁的变形会突然偏离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这就称为梁的整体失稳。必须充分重视梁的整体失稳的严重性。突然失稳破坏，与钢材脆性破坏具有同样的后果。它事先是没有预兆的，在确定结构方案和选择梁的截面时要防止梁可能出现整体失稳问题。等到验算时才发现有问题而加大梁的截面则已较迟了，也很不经济。6．验算梁的刚度梁的挠度过大常会使人感到不舒适，甚至感到不安全，或者影响设备的正常使用。吊