螺栓群，可用下式验算最不利受力螺栓： Nt≤Ntb=0.8P Nv≤Nvb=0.9nfμ(P-1.25Nt) 可以考虑全部螺栓抗剪承载力设计值的总和不小于

　　在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易出现裂纹。 当温度从常温下降时，强度略有提高，但塑性和韧性 则降低而变脆，当温度下降到某一区间时，冲击韧性急剧 下降，破坏特征明显地转变为脆性破坏，这就是低温冷脆。

　　高梁的整体稳定，翼缘宜宽而薄。 防止的办法有两种，一种是加厚钢板，一种是布置 加劲肋减小幅面，即把腹板分成若干带有边框的区格而 不失稳。

　　3、支撑的计算和构造 当荷载反向作用时(如风荷载反向作用)，斜腹杆受力变 更，仍是一根参加受力工作，另一根弯扭屈曲而退出工作。

　　截面。 屋盖支撑受力通常都较小，一般不必计算，截面尺寸大 多根据杆件的容许长细比和构造要求而定。 支撑构件与屋架的连接，应力求构造简单，安装方便。

　　连接焊缝和螺栓应按次梁的反力分析计算，考虑到连接并非 真正铰接，会产生一定的弯矩，故计算时将反力加大20%～30%。

　　三、偏心受力构件 1、概述 偏心受力构件分拉弯与压弯两种，即同时承受拉力(压力)和 弯矩的构件。弯矩是由轴向荷载的偏心作用、端部弯矩作用或横 向力作用而产生的。 普通钢屋架的拉弯与压弯杆件多采用双角钢截面。偏心受压 柱同轴压柱一样也分实腹式与格构式两类 。 格构式柱则可采用不对称肢件，使较大的肢件位于受压侧， 参见图11.24。

　　四、 屋架节点设计 (1) 节点的构造要求 ① 屋架各杆件的形心线与屋架的几何轴线重合，并会交于 节点中心，使实际受力与计算简图相一致，减少附加偏心弯矩。 ② 为节省节点板材料，杆件要尽量紧凑，但考虑下料和焊 缝质量，上腹杆与弦杆之间以及腹杆与腹杆之间的间隙不宜小于 20mm。 ③ 考虑焊缝质量，节点板一 般应伸出弦杆肢背10～15mm，应尽 量使焊缝中心受力(图11.61)。 ④ 节点板的形状应该尽量简 单而有规则，最好设计成矩形、梯 形或平行四边形等，切忌出现凹角， 图11.61 节点板形状对焊缝受 防止严重的应力集中。 力的影响(a) 正确；(b) 不妥

　　③在各种力综合作用下角焊缝强度的计算 如图11.42所示，角焊缝受M、N、V的综合作用，N引起

　　垂直于焊缝长度方向的应力ζfN；V引起沿焊缝长度方向的应 力ηfV；M引起垂直于焊缝长度方向，按三角形分布的应力ζfM； 即： N N N f  w  A f 2  0.7 h f lw

　　2、 屋盖支撑布置 (1) 上弦横向支撑 (2) 下弦横向水平支撑 (3) 下弦纵向水平支撑 (4) 垂直(竖向)支撑 (5) 系杆

　　(a) 上弦横向水平支撑布置；(b) 下弦横向与纵向水平支撑布置； (c) 天窗架上弦横向水平支撑； (d) 屋架支座与跨中垂直支撑;(e) 天窗架侧竖杆垂直支撑

　　图11.19 梁的失稳 (a) 梁整体失稳；(b) 梁局部失稳 建筑结构

　　②整体稳定的计算公式 整体稳定是以临界应力为极限状态的，整体稳定的计 算就是要保证梁在荷载作用下产生的最大弯曲压应力不超 过临界应力。 临界应力ζcr与钢材屈服点fy之比叫做梁的整体稳定系

　　直角角焊缝（简称角焊缝）截面分普通式、平坡式和凹 式三种，一般多采用普通式。 角焊缝的构造要求： （1） 角焊缝的焊脚尺寸hf不得小于1.5√t，t为较厚钢 板的厚度。 （2） 角焊缝的焊脚尺寸hf不能过大，否则易发生损伤 构件的过烧现象和咬边现象，且易产生较大的焊接残余应力 和焊接变形。 （3） 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。 （4） 侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度不得小于8hf 和40mm。

　　（1） 碳素结构钢 目前碳素结构钢采用的国家标准《碳素结构钢》（GB 700—88）中按质量等级分为A、B、C、D四级，质量等级 中以A级最差，D级最优。 该标准中钢材牌号表示方法由字母Q、屈服点数值 （N/mm2）、质量等级代号（A、B、C、D）及脱氧方 法代号（F、b、Z、TZ）四个部分组成。

　　方面，同时又和屋面坡度密切相关，有时还受到建筑要求的限 制。 ⑶屋架高度确定的主要程序： ①根据屋架的形式和设计经验确定出屋架的端部高度；

　　是一种有效措施。加劲肋分横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋 几种，如图11.20所示。

　　轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型 钢屋架和薄壁型钢屋架。 轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形 屋架等三种，其中最常用的是三角形屋架。

　　分初拧和终拧两步。初拧用短扳手拧紧螺母，此时约 使螺栓达到20%~30%的预拉力，使板叠间紧密接触，做 出标记，然后用长扳手将螺母从标记位置再拧一定的角度 到终拧位置，终拧的角度根据角度和预拉力成正比，并考 虑板叠厚度和直径d的影响而定。

　　2、 拉弯和压弯构件的强度计算 偏心受力构件截面上的应力是由轴向力引起的拉(压) 应力与弯矩引起的弯曲应力的叠加，当截面边缘纤维的 最大应力ζmax=｜M/An±M/Wn｜≤fy时为弹性工作。 若N保持定值，而增加M，塑性区将向截面内部发展，

　　屋架的弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接。工厂拼接往往 是由于角钢长度不够而设，宜设于杆力较小的节间；工地拼接 多是由于运输条件或安装条件的限制而做接头，通常放在跨中 节点上。 弦杆一般用连接角钢拼接，先通过螺栓定位，再进行焊接。 弦杆与拼接角钢连接焊缝的计算如图11.65。

　　一、钢结构的特点 5、钢结构密闭性好 钢结构的钢材和焊接连接的不渗漏性、气密性和水 密性比较好，适合制造密封的板壳结构各种容器，如油 罐、气罐、管道和压力容器等 6、用螺栓连接的钢结构，可装拆，适用于移动性结构

　　⑵高强度螺栓的紧固方法 高强度螺栓按形状不同，有大六角头和扭剪型两种类 型，如图所示。

　　拧紧螺母时的扭矩M和螺栓所要达到的预拉力P之间 成正比关系，终拧扭矩T可用下列公式确定： T=kd(PΔP) ② 转角法

　　钢材轻质高强，大跨度结构应采用钢结构。如体育馆、大 剧场、展览馆、大会堂、会展中心等以及工业建筑中的飞机库、 飞机装配车间、大煤棚等。结构体系可为网架、悬索、拱架以 及框架等

　　点数值分为5个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。 （2） 低合金结构钢 低合金结构钢的国家标准《低合金高强度结构钢》 （GB/T 1591）中按质量等级分为A、B、C、D、E五级。

　　6、 重复荷载作用的影响 钢材在连续的重复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强 度，甚至低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为钢

　　高 层 建 筑 高层建筑的骨 架采用钢结构体 系，最能体现钢 结构建筑轻质高 强的优越性，近 年来钢结构在此 领域已逐步得到 发展。

　　高耸结构包括塔 开云 开云体育架和桅杆结构等。 如电视塔、微波 塔、输电线塔、 矿井塔、环境大 气监测塔、无线 电天线桅杆和广 播发射桅杆等

　　③综合考虑其他各影响因素，最后确定屋架的高度。 当屋架的外形和主要尺寸(跨度、高度)都确定之后，桁架 各杆的几何长度即可根据三角函数或投影关系求得。

　　①理想轴心受压构件的受力性能 理想轴心受压构件是指杆件本身是绝对直杆，材料匀质、各 向同性，无荷载偏心，在荷载作用之前，内部不存在初始应力。 在轴心压力的作用下理想构件可能 发生3种形式的屈曲(即构件丧失稳定)。 一种是弯曲屈曲，构件的轴心线(a)，这时构件绕 一个主轴弯曲；一种是扭转屈曲，构件

　　3、承压型高强度螺栓连接 《规范》规定，承压型高强度螺栓应按下列规定计算：

　　的处理方式应与摩擦型高强螺栓相同。承压型高强度螺栓仅 用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。 （2） 在抗剪连接中，每个承压型高强度螺栓的承载力 设计值的计算方法与普通螺栓相同，但当剪切面在螺纹处时，

　　集中并易产生裂纹。可设引弧板于两端，其材料和坡口形 式同于焊件，在焊接完毕后切除（图11.32）。

　　其受力性质和所处的部位进行分级检验。 质量检验分为三级，其中三级质量检验只对全部焊缝 作外观检查，即只检查焊缝外观缺陷（气孔、咬边）和几 何尺寸是否符合三级标准的要求；二级的检验项目规定除 对全部焊缝按二级标准检查外观外，还须按要求用超声波 抽查焊缝长度的50%；一级的检验项目则规定除对全部焊 缝按一级标准检查外观外，尚需按要求用超声波检查，并

　　2、角焊缝的计算 ①角焊缝的受力特点 角焊缝的应力状态是比较复杂的，应力分布是不均匀的，破 坏始自应力集中最严重的根角A处，如图11.40。 在设计计算中，均假定破坏截面为45°喉部截面，即图 11.40中的AD截面，称为计算截面，he为有效厚度。

　　应力－应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，c 点对应的应力fy称为屈服强度。 没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余 变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点f0.2。

　　图11.43 角钢的节点板连接焊缝（a） 两面侧焊；(b) 三面围焊；(c) L形围焊 建筑结构

　　求得N1和N2后，设出合理的肢背、肢尖的焊脚尺寸 hf1和hf2，即可计算出肢背、肢尖所需的焊缝长度lw1和lw2。

　　在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头垫圈、螺母的厚 度并外露2~3扣丝扣。 （2） 螺栓连接的构造要求

　　每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓 （或铆钉）数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连 接可采用一个螺栓（铆钉）。螺栓的排列分并列、错列两种。 螺栓排列时，其中距、边距和端距应满足下列要求：

　　如前所述，当外力N通过螺栓群中心时，可以认为每个 螺栓均匀受力，则抗剪螺栓连接中，接头一侧所需螺栓数为： n=N/Nminb 由于螺栓孔削弱了构件的截面，还须按下式验算开孔截 面的净截面强度 ζ=N/An 在构件的节点处或拼接接头一侧，当螺栓沿受力方向的 连接长度l1过大时，各螺栓的受力将很不均匀，两端螺栓受力 较大常先破坏，后依次破坏

　　三、其他因素对钢材性能的影响 1、冶炼和轧制过程 钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢两种， 两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基本一致，而 转炉钢成本较低，宜优先采用。

　　钢锭是在1200~1300℃高温下，经多次热轧而成材的。 热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除部分缺陷， 提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚度之比称为压缩比， 压缩比愈大，质量愈好。

　　图11.43 角钢的节点板连接焊缝（a） 两面侧焊；(b) 三面围焊；(c) L形围焊

　　Ⅰ两面侧焊 图11.43(a)为两面侧焊，双角钢截面的轴线位置可由角 钢表查出e1值得到，则焊缝的形心应在截面轴线上。设肢背 焊缝承受力N1、肢尖焊缝承受力N2，由平衡条件 N1N2=N N1e1=N2e2

　　一、钢结构的连接方法 钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接（connections） 构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。因此，连接在 钢结构中处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接、铆钉连接和 轻型钢结构用的紧固件连接等。

　　4、轴心受压构件的稳定计算 （1）、轴心受压构件的整体稳定 轴心受压构件往往当荷载还没有达到按强度计算的 极限状态，即平均应力尚低于屈服点时，就会发生屈曲

　　（a） 试验示意图；(b) 梅氏U形缺口；(c) 夏比氏V形缺口 建筑结构 第十一章 钢结构简介

　　钢的基本元素是铁（Fe），它在碳素结构钢中含量约 占99%，其余是碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）以及冶炼 中不易除净的有害元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮 （N）等。

　　板连接。当采用节点板连接时，节点板厚度通常为6～8m。支 座节点底板厚度为12～14mm。 三角形屋架的节点构造比较简单。如采用双角钢截面， 则与普通钢屋架相同。三铰拱屋架的支座节点与三角形屋架 的支座节点相似，由支座节点板，加劲肋和底板组成，但在 上弦两角钢上加设一块水平盖板，水平盖板与支座节点板用

　　6、 格构式轴心受压构件的设计 格构式轴心受压构件的截面形式如图11.15所示，一般多采用 双轴对称截面，以两根槽钢或工字钢作为肢件的双肢柱应用较多。

　　双肢格构柱又分缀板式和缀条式两种，缀板和缀条分别为连 接两个肢件的钢板和角钢。

　　取图中只布置了横向加劲肋的板段进行分析，该段腹板上、 下翼缘为弹性嵌固，左右加劲肋则为简支。该板段边缘上受有 弯曲应力σ ，剪应力τ ，局部压应力σ c(图11.21(a))，假如 三种应力分别单独作用于板边时，可用弹性理论求出各自的临 界应力σ cr、τ cr、σ ccr。

　　焊缝按施焊位置又可分为平焊、横焊、立焊、仰焊，平焊 施焊最方便，质量易于保证；仰焊施焊条件最差，质量不易保 证，设计时应尽量避免（图11.29）。

　　第二十五日 门窗安装完毕，内墙安装完毕、石膏板安装完毕天 棚、地面开始制作

　　4、 应力集中的影响 由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折，从 而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其他部位 应力降低，形成所谓的应力集中现象。

　　对于扭剪型高强螺栓，先用普通扳手拧紧螺母，是为初拧， 再用特制电动扳手的两个套筒中的大套筒套住螺母，小套筒套 住螺栓尾部梅花卡头，一个套筒正转，一个套筒反转，由于螺 栓尾部槽口深度是按终拧扭矩和预拉力之间的关系而确定的， 所以梅花卡头被拧断之时，拧紧扭矩即达到终拧扭矩，而螺栓 则达到预拉力。 接触面的粗糙程度和处理方法是影响μ值的主要因素，《规 范》规定了四种方法，喷砂（丸）、喷砂（丸）后涂无机富锌 漆、喷砂（丸）后生赤锈和钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净 轧制表面。

　　（5） 在抗剪连接以及同时承受剪力和杆轴方向拉力的 连接中，承压型高强度螺栓的受剪承载力设计值不得大于按 摩擦连接计算的1.3倍。一般结构的平均荷载分项系数约为 1.3，本条在实质上是保证在荷载标准值作用下，即正常使 用状态连接不致产生滑移。

　　（直径）≤16mm时的屈服点大小表示，共分为5个牌号： Q295、Q345、Q390、Q420及Q460。

　　2、 钢材的Kaiyun App下载 全站选用 （1） 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢 和Q420钢。 （2） 下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢： 焊接结构 非焊接结构

　　要的因素有截面中的残余应力、杆轴的初弯曲、荷载作用 点的初偏心以及杆端的约束条件等。 残余应力是结构受力前，内部就已存在的自相平衡的 初应力。它是在钢材轧制、火焰切割、焊接受热、冷弯和

　　初弯曲是杆件在制作、运输和安装过程中产生的。一 般杆件中点的挠度矢高约为杆长的1/500～1/2000 。

　　四、 钢材的品种与选用 1、结构用钢的品种与牌号 钢按用途分结构钢、工具钢和特殊钢，结构钢又可分 为建筑用钢和机械用钢； 按冶炼方法，钢可分为转炉钢和平炉钢，转炉钢目前 采用氧气顶吹转炉钢，成本比平炉钢要低；

　　（4） 冲击韧性 钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能 力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。 冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在冲击试验 时，采用截面为10mm³10mm，长度为55mm，中间开有小槽 的长方形试件，放在摆锤式冲击试验机上冲断，可从试验机刻 度盘上读出冲击功Ak(单位J)。

　　图11.8为不同槽口试件拉伸时的应力－应变图，表明形 状变化愈剧烈的试件，应力集中愈严重，抗拉强度愈高，而 脆性破坏的危险也愈大。 承受静力荷载的构件，应遵照《规范》的有关要求，避 免截面形状的突变，设计时可不考虑应力集中问题。

　　材料采用瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板和钢丝网水泥板等时， 屋面荷载要通过檩条传给屋架，这种体系称为有檩屋盖。

　　要求、结构特性、材料供应情况和施工条件等综合考虑而定。 一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向刚度要求较 高，所以宜采用大型屋面板的无檩屋盖；而对于中、小型特别 是不需要做保温层的房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩

　　直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此时变形剧增， 应力下降，最后试件断裂。

　　fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用； 愈小则安全储备愈大。

　　（3） 冷弯薄壁型钢和压型钢板 薄壁型钢是用1.5~5mm的薄钢板经模压或冷弯成型，

　　压型钢板是用0.4~2mm厚的钢板、镀锌钢板、彩色涂 层钢板经冷轧而成的波形板，我国已有26种压型钢板型号，

　　一、钢结构的特点 7、钢材耐腐蚀性差 钢材在湿度大和有侵蚀性介质的环境中，容易锈蚀，截 面不断削弱，使结构受损，特别是薄壁构件更要注意。因而 对钢结构必须注意防护措施，如表面除锈、刷油漆和涂料等。 而且需要定期维护，故维护费用较高。 8、钢材Kaiyun App下载 全站耐热但不耐火 钢材受热时，当温度在200℃以内时，其主要力学性能（如 屈服点和弹性模量）降低不多。在温度超过200℃以上，材性 发生较大的变化，不仅强度逐步降低，还会发生蓝脆和徐变现 象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态，失去承载力。因此， 规范规定当钢材表面温度超过150℃以上，应采用有效的防护 措施，对需防火的结构，应按相关的标准采取防火措施。

　　图11.14 轴心受压杆件的屈曲形式 转变形的弯扭屈曲，如图11.14(c)。 弯曲屈曲；(b) 扭转屈曲；(c) 弯扭屈曲 (a)

　　(4) 钢屋架施工图可以采用两种比例绘制，屋架轴线的比例尺，杆件截面和节点尺寸采用1∶10～ 1∶15的比例尺。 (5) 施工图上应注明屋架和各构件的主要几何尺寸。 (6) 在施工图中应全部注明各零件的型号和尺寸。 (7) 跨度较大的屋架，在自重及外荷载作用下将产生较大 的挠度，特别当屋架下弦有吊平顶或悬挂吊车荷载时，则挠度 更大，这将影响结构的使用和有损建筑的外观。 (8) 施工图上还应加注必要的文字说明，包括钢材的钢号， 焊条型号，加工精度和质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔 的尺寸，以及防锈处理的要求等等。

　　粗制螺栓多用于受拉连接，若有剪力常设支托承受。对 于次要连接。若不设支托，螺栓将兼受拉剪，同时承受剪力

　　轻型钢屋架适用于跨度≤18m，柱距4～6m，设置有 起重量≤5t的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度 ≤18m的民用房屋的屋盖结构。

　　㈡轻型钢屋架的特点 常用的三角形轻型钢屋架为芬克式(图11.71)，其特点 为长杆受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制作亦方便，

　　二、 钢材的机械性能与化学成分 1、 钢材的机械性能 （1）屈服点与抗拉强度 建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲 线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定 的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破 坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力－应变曲线所示，为低碳钢的应力－应变曲线。

　　（2）、实腹式轴心受压构件的局部稳定 构件受压时，组成构件的板件达到失去维持稳定平衡

　　因此《规范》规定，受压构件中板件的局部稳定以板 件屈曲不先于构件的整体屈曲为条件，并以限制板件的宽

　　5、实腹式轴心受压构件的截面设计 实腹式轴心压杆的截面形式可见图 (b) 所示。 在设计中应考虑以下几点：选择型钢在面积相同情况 下，宜号大壁薄；钢板在满足局部稳定要求的前提下，宜 宽而薄；应使λx=λy做到等稳定；考虑到制造省工，尽量使 用型钢；便于和其他构件连接，优先选用敞开式截面。

　　证焊缝质量。 （4） 采用不焊透的对接焊缝时 应在设计图中注明坡口的形式与尺寸，其有效厚度 he不得小于1.5√t,t为坡口所在焊件的较大厚度。

　　（5） 不同厚度与宽度钢板的连接 在钢板拼接处，当焊件宽度不同或厚度在一侧相差超过

　　④ 对于小尺寸的焊件可焊前预热或焊后进行退火处理。退火 是将构件加热至600℃后，使其缓慢冷却，可消除焊接应力。 也可以在焊后锤击，以减小焊接应力和焊接变形。

　　梁的挠度可直接应用材料力学公式求得，如均布荷载 作用下等截面简支梁，其中点最大挠度为

　　高强螺栓连接的净截面强度验算不同于普通螺栓 ，在图 11.56中，连接一侧螺栓数为n，验算截面Ⅰ-Ⅰ处的螺栓数为n1 ， 对普通螺栓而言，净截面An要承受全部N力；而高强度螺栓则 不然，每个螺栓所承受剪力的50%已由孔前摩擦面传走（孔前 传力系数为0.5），故净截面受力为 N′=N-0.5N n1/n=N(1-0.5n1/n)

　　焊缝处加粗线（表示可见焊缝）或栅线（表示不可见焊 缝），工地安装焊缝加³号（图11.30）。

　　㈡、对接焊缝的构造与计算 1、对接焊缝的构造 （1） 选择正确的坡口与间隙保证焊透 如图11.31所示，根据焊接条件和钢板的厚度可选择图中的 各种坡口形式，图中的坡口形式（由钢板厚度决定）、间隙c和 角度α可参见国家有关标准。

　　对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温 冲击韧性的合格保证。 （5） 吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对 钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。

　　型钢（工字钢、槽钢、角钢）上的螺栓排列，除满足表 17.3的要求，尚需考虑线距（为使螺栓的垫圈和螺母位于平 整部位）、最大孔径d0max(避免截面过分削弱)的要求，参见图 11.49。

　　在搭接或顶接板件的边缘，所焊截面为三角形的焊缝叫做 角焊缝。角焊缝按外力作用方向可分为平行于力作用方向的侧 面角焊缝、垂直于力作用方向的正面角焊缝以及与力作用方向 斜交的斜向角焊缝（图11.37）。

　　角焊缝两边夹角为直角的称为直角角焊缝（图11.38）， 夹角为锐角或钝角的称为斜角角焊缝（图11.39）。

　　图11.38 直角角焊缝截面形式 (a) 普通型；(b) 平坡式；(c) 凹式

　　抗剪螺栓连接（包括铆接和承压型高强螺栓连接）可能 有五种破坏形式，如图所示：

　　① 当螺栓杆较细、板件较厚时，螺栓杆被剪断（如图 (a)）； ② 当螺栓杆较粗、板件较薄时，孔壁挤压破坏（如图 (b)）； ③ 当螺孔对板削弱过多时，板件被拉断（如图 (c)）； ④ 当端距太小时，板端可能因冲剪而破坏（如图 (d)）； ⑤ 当栓杆细长时，栓杆可能因弯曲而破坏（如图 (e)）。

　　度以容许长细比加以控制，即 λ=l0/i≤［λ］ 其中， ［λ］为受拉或受压构件的容许长细比，规范 已给出相应的表格供查用。

　　超载或局部超载而突然断裂破坏，只是出现变形，使应 力重分布。钢材的韧性好，使钢材有一定的抗冲击脆断 的能力，对动力荷载的适应性强，其良好的延性和耗能 能力使钢结构具有优越的抗震性能。

　　⑵ 屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节间 的内力相差不大。 ⑶ 腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少， 并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。

　　二、受弯构件 1、概述 梁按截面形式可分为型钢梁和组合梁两种（如图）。型钢 梁多采用槽钢、工字钢、薄壁型钢以及H型钢。 梁按力学图形可分为单跨与多跨梁，有简支梁、连续梁和 悬臂梁之分。 钢梁按荷载作用情况的不同，还可以分为仅在一个主平面 内受弯的单向弯曲梁和在两个主平面内受弯的双向弯曲梁(墙梁、 檩条)。与轴心受压构件相对照，梁的设计计算也包括强度、刚 度、整体稳定和局部稳定四个方面。

　　图11.43 角钢的节点板连接焊缝（a） 两面侧焊；(b) 三面围焊；(c) L形围焊 建筑结构

　　图11.43 角钢的节点板连接焊缝（a） 两面侧焊；(b) 三面围焊；(c) L形围焊 建筑结构

　　板与上、下翼缘相接处两内弧起点间的距离(可查型钢表 计算)；对焊接组合梁即为腹板高度；对铆接(或高强螺栓 连接)组合梁，为上、下翼缘与腹板连接的铆钉(或高强度 螺栓)线所示。

　　对于翼缘只能采用第一种方法，梁的受压翼缘的外 伸部分可视为三边简支、一边自由的均匀受压板。用弹 性稳定理论，并考虑钢材的弹塑性工作，推导出局部失 稳时的临界应力ζcr系翼缘厚度t与翼缘外伸宽度b1比值的 函数，令ζcr接近钢材的屈服点可以反算出b1/t的限值，以 使局部失稳不先于强度破坏。

　　（2）大：大跨度结构★ （3）高：高层建筑、高耸结构★ （4）动：受动荷载作用的厂房★ （5）轻：荷载较小的轻钢结构★ （6）小：小型、可拆装的结构★ （7）壳：工业壳体结构★

　　对于跨度和柱距都比较大，吊车起重量较大或工作较繁重的车间 多采用钢结构。如冶金工厂的炼钢、轧钢车间、重型机器制造厂 的车间，还有温度作用或设备的振动作用，如锻压车间等。

　　二、焊缝连接 ㈠、焊接方法 1、焊接方法有电弧焊、接触焊、汽焊等。电弧焊又分为手工 焊、自动焊和半自动焊三种。目前，钢结构中常用的是手工电 弧焊。 ①手工电弧焊与焊条 如图11.26所示，电焊机即是 一个降压变压器，其两个电极一极 连焊钳（焊条），一极连焊件。 常用的焊条牌号有E43型、E50 型和E55型等。

　　(3)梁的整体稳定 ①整体稳定的概念 在梁的最大刚度平面内，受有垂直荷载作用时，梁的上部 受压，而下部受拉，如果梁的侧面没有支承点或支承点很少时， 当荷载增加到某一数值后，梁的弯矩最大处就会出现很大的侧 向弯曲和扭转，而失去了继续承担荷载的能力，只要外荷载再 稍有增加，梁的变形便急剧地增大而导致破坏，这种情况称梁 丧失了整体稳定，如图11.19(a)所示。 梁丧失整体稳定之前所能承受的最大弯矩叫做临界弯矩， 与临界弯矩相应的弯曲压应力叫做临界应力。

　　2、轴心受力构件的强度计算 《规范》采用了简化计算方法，规定轴心受力构件的 强度是以全截面的平均应力达到屈服强度为极限的，当有 截面削弱时，应采用净截面。公式如下： ζ=N/An≤f 此外，应注意在设计指标中所说的某些构件与连

　　③整体稳定的计算公式 根据轴心压杆的稳定极限承载力Nu，考虑抗力分项系 数γR后，即得《规范》所给的稳定性计算公式

　　⑸ 对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要配 合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布置腹杆。

　　㈢ 屋架的主要尺寸 (1) 屋架的跨度主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通 钢屋架常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。 钢屋架计算跨度的确定：简支于柱顶的钢屋架，其计算 跨度取决于屋架支反力间的距离。如图11.60所示。

　　力的降低使摩擦面间抗滑移系数μ也随之降低，计算时保 持μ不变，而将Nt增大到1.25倍作为补偿，则一个拉剪高 强度螺栓在承受拉力Nt的同时，抗剪承载力的设计值为： Nvb=0.9nfμ(P-1.25Nt)

　　多，适用于荷载重、跨度大的结构。钢材的容重虽比其他建 筑材料大，但强度却高得多，属于轻质高强材料。在相同的

　　(1) 图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的 几何尺寸，右半跨注明杆件的设计内力。

　　(2) 图纸的正中为屋架详图及上、下弦平面图，必要数量的 侧面图和零件图。 (3) 右上角绘制材料表，把所有杆件和零件的编号、规格尺 寸、数量、重量和整榀屋架的重量填入表中。

　　（2） 弯矩和剪力共同作用时的对接焊缝 如图11.35所示对接焊缝，应验算边缘纤维的最大正应力、

　　定性和局部稳定性的计算；受弯构件的强度、刚度、整 体稳定性、局部稳定性计算；拉弯和压弯构件的强度与

　　㈣ 焊接残余应力与焊接变形 高度不均匀的温度场造成构件内部收缩与膨胀的不均匀性， 致使构件产生变形，这种变形叫焊接变形（如图11.46所示）。 而焊缝和焊缝附近钢材不能自由地变形，因受到周围钢材的约 束而产生焊接残余应力。

　　图11.46 焊接变形(a) 纵向收缩和横向收缩；(b) 弯曲 变形；(c) 角变形；(d) 波浪变形；(e) 扭曲变形 建筑结构

　　撑分为上弦横向支撑、下弦水平支撑、垂直支撑和系杆四种。 (4) 托架和天窗架 屋架的跨度和间距取决于柱网布置，而柱网布置则根据 建筑物工艺要求和经济合理等各方面因素而定。

　　低了15%。角焊缝均为三级质量，其强Kaiyun App下载 全站度设计值不论拉、 压、剪均取统一值。

　　五、钢屋架施工图 施工图主要包括：屋架正面详图、上弦和下弦平面图，必要 数量的侧面图和零件图。当屋架为对称时，可绘制半榀屋架。 图11.70为某一钢屋架施工图详图。 钢屋架施工图的绘制的主要内容和基本要求：

　　图4.1 钢结构的连接方法 (a)焊缝连接(b)螺栓连接(c)铆钉连接(d)紧固件连接

　　对几何形体适应性强，构造简单， 省工省料，易于自动化，工效高 传力可靠，韧性和塑性好，质量易 于检查，抗动力荷载好 装卸便利，设备简单

　　（3） 在杆轴方向受拉的连接中，每个承压型高强度螺 栓的承载力设计值Ntb=0.8P。

　　③整体稳定系数的计算 求梁的整体稳定系数θb，实际上就是求临界弯矩或临 界应力。 影响临界应力的因素很多：从梁的几何尺寸来说，双 轴对称截面(工字形、箱形)、加宽加厚翼缘的H形截面比

　　小，也有利于提高临界弯矩；从荷载的类型和作用位置分 析，纯弯曲、均布荷载和跨中集中荷载三种情况，当受弯

　　为了减少和限制焊接残余应力和焊接变形，可以采取以下措 施： ① 在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在 一处集中大量焊缝。焊缝布置应尽可能对称于构件重心。 ② 采用合理的焊接顺序：例如钢板对接，当焊缝较长时 可采用分段退焊（图11.47(a)）；厚度较大时可采用分层焊 （图 (b)）；钢板分块拼接合理安排施焊顺序（图(c)），工 字形顶接采用对角跳焊（图(d)）。

　　对材质要求高，焊接程序严 格，质量检验工作量大 废钢，费工 螺栓精度低时不宜受剪，螺 栓精度高时加工和安装难度 大 复杂，造价高 不能收较大集中力

　　高强度螺栓 加工方便，对结构削弱少，可拆换， 摩擦面处理，安装工艺略为 连 接

　　由于钢材具有良好的韧性，在设有较大锻锤的车间，其骨架直 接承受的动力荷载尽管不大，但间接的振动却极为强烈，应采 用钢结构。对于地震作用要求较高的结构也宜采用钢结构。

　　2、梁的强度、刚度和稳定 ⑴梁的强度计算 ① 抗弯强度计算 钢材的ζ－ε曲线表明，应力在屈服点fy之前，钢材性质 接近于理想的弹性体；在屈服点之后，又接近于理想的塑 性体，所以可以把钢材视为理想的弹塑性材料。 梁在弯矩作用下，随弯矩的逐渐增大，梁截面上弯曲 应力的分布，可分为三个阶段，如图11.17所示。

　　《规范》规定（包括高强度螺栓），当l1＞15d0时， 螺栓的承载力设计值Nminb应乘以下列折减系数β予以降低：

　　⑵受拉螺栓连接 ① 单个受拉螺栓的抗拉承载力设计值 图11.52所示为螺栓连接的T形接头，在外力N的作用 下，栓杆将沿杆轴方向受拉。 d2 b b b 单个受拉螺栓抗拉承载力设计值 Nt  Ae ft  4 ft N 当螺钉群受轴心力作用时，所需螺栓数 n  b Nt

　　大于1∶2.5的斜角（如图11.33）所示，形成平缓过渡，减少 应力集中。

　　如图11.34所示的受拉对接焊缝，当采用一、二级质量时， 焊缝截面的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值同于母材，只要连 接板能承受拉力N，则焊缝不必计算；当采用三级质量时，抗 拉、抗剪强度设计值不变，唯抗拉强度设计值降低15%，可采 用斜焊缝。

　　的焊角尺寸和长度，然后再根据节点上各杆件的焊缝长度 确定节点板的合理形式和平面尺寸。

　　② 上弦中间节点，有檩(图11.63)与无檩(图11.64)不同， 腹杆与节点板的连接与下弦中间节点相同。 ③ 拼接接点 屋架的弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接。

　　钢屋盖结构主要由屋面、屋架和支撑三部分组成，有的 还设有托架和天窗架等构件(如图11.57)。

　　㈡ 高强度螺栓连接的构造与计算 1、 高强度螺栓的基本知识 ⑴ 高强度螺栓的受力特点与材料 高强度螺栓由高强度钢材制成，拧紧螺母可使栓杆产 生很高的预拉力将叠合钢板压得很紧，剪力则由板叠间的

　　承压来传递剪力，这就是摩擦型高强螺栓的工作原理。 高强度螺栓所用材料的性能等级按热开云 开云体育处理（淬火、回 火）后的强度分8.8级和10.9级两种，其性能等级和采用 的钢号可见表16.8。

　　3、梁的支座与主次梁连接 ①梁的支座 梁支承于柱墩（砖墙）上，常用支座有平板支座、弧形支 座、滚轴支座三种形式。如图11.22所示。 平板式支座的设计主要是确定支承板的尺寸，假定支座反 力均匀分布于支承板，支承板的面积为 A=lb=R/fce 6M 支承板厚度t由支承板单位宽度所受的弯矩来计算 t 

　　② 计算方法 在设计时一般先选定螺栓直径、数目及排列构造，然后再 进行验算。 如图11.53所示牛腿与柱的连接中，外力F的偏心作用使螺栓 群受剪力V和弯矩M。 My

　　1、屋盖支撑作用 (1) 保证屋盖结构的几何稳定性 (2) 保证屋盖的空间刚度和整体性

　　(4) 承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制 动力、地震荷载等) (5) 保证结构在安装和架设过程中的稳定性

　　根据上述三个方面的要求，《规范》制定了螺栓的最 大、最小允许间距，见表11.9。螺栓排列时，宜按最小允 许间距选用，且取5mm的整数倍。

　　②角焊缝在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下的强度计算 Ⅰ 正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向时

　　Ⅲ 当作用力与焊缝长度方向斜交时，应分别计算焊缝在 两个方向的ζf和ηf，然后按下式计算：

　　2、焊缝与焊缝连接形式 焊缝连接按构件的相对位置可分为平接、搭接、顶接、角 接等形式。焊缝按构造可分为对接焊缝和角焊缝两种，如图 11.28所示。 对接焊缝省料、传力均匀、强度高，但边缘须作坡口，尺 寸要求严且制造费工。

　　在工业建筑中，钢结构的工作平台、栈桥及管道支架 的柱，是将上部荷载传给基础的构件，一般按轴心受压设 计，称之为轴心受压柱。 柱由柱头(与梁连接部位)、柱身、柱脚(与基础相连接 的部位)三个部分组成。 组合截面柱按柱身构造形式可分为实腹式和格构式两 种，可见图11.13所示，其截面形式可见图11.12(b)和(c)。

　　Ⅱ、 弹塑性工作阶段 Ⅲ、塑性工作阶段 把边缘纤维达到屈服点视为梁承载能力的极限状态， 作为设计时的依据，叫做弹性设计；在一定的条件下，

　　《规范》规定：计算抗弯强度时，对直接承受动力 荷载的受弯构件，不考虑截面塑性变形的发展；对承受 静力荷载或间接承受动力荷载的受弯构件，考虑截面部 分发生塑变。

　　所谓人工时效是使钢材先发生10%左右的塑性变形， 再加热至250℃保持1h，然后在空气中冷却，则时效可在

　　钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其屈服 点将提高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却降低，这 种现象叫做冷作硬化。

　　屋架和柱子的连接可以做成简支或刚接。支承于钢筋 混凝土柱或砖柱上的屋架，一般为简支。而支承于钢柱上 的屋架通常为刚接。 支座节点包括节点板、加劲肋、支座底板和锚栓。加 劲肋的作用是加强支座底板刚度，以便均匀传递支座反力 并增强节点板的侧向刚度。 支座节点的传力路线是：屋架杆件的内力会交后通过 连接焊缝传给节点板，然后经节点板和加劲肋把力传给底 板，最后传给柱子。

　　算和压弯构件的截面设计方法；掌握钢结构常用的连接 方法；了解钢屋盖结构的组成和分类及轻型钢屋架的基 本知识。

　　钢结构是用钢板和各种型钢，如角钢、工字钢、槽钢、 H型钢、钢管和薄壁型钢等制成的承重构件或承重结构。

　　钢板分为薄钢板、厚钢板和扁钢，其规格用符号“—” 加“宽度³厚度”的毫米数来表示。如—600³12表示宽度 为600mm、厚度为12mm的钢板。 薄钢板：厚0.35~4.0mm，宽500~1500mm，长0.5~4m；

　　抗剪螺栓连接靠栓杆受剪和孔壁承压传力，受拉螺栓 连接沿栓杆轴线方向受拉，拉剪螺栓连接则两者兼而有之。

　　⑴抗剪螺栓连接 ① 受力特点与破坏形式 在图11.50中，N为钢板所受拉力，δ为钢板间的相对 位移。 N-δ曲线分为三个阶段： 第一阶段为上升直线段 第二阶段为水平段 第三阶段为弹塑性工作阶段

　　对滑移为极限状态的，一个螺栓的抗剪承载力设计值为 Nvb=0.9nfμP 一个高强螺栓抗剪承载力设计值求出后，即可求出 连接一侧所需的高强螺栓数目n： n≥N/Nvb

　　梯形屋架端部高度一般不宜小于l/18，陡坡梯形屋架 的端部高度一般为500～1000mm，平坡梯形屋架端部高度 一般为1800～2100mm，当屋架跨度较小时，取下限值。 屋架跨度越大，其端部高度的取值应越大。

　　当节点偏心距20mm时，应考虑节点偏心的影响， 将偏心弯矩按汇交于节点上各杆件的刚度比例分配，杆件

　　3、焊缝符号与标注方法 在钢结构施工图中的焊缝，应遵照《焊缝符号表示法》 （GB 324—88）和《建筑结构制图标准》（GB/T50105）的规定 予以标注（见表17.1）。 焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。

　　引出线由横线、斜线及箭头组成，而横线由两条平行的实线 与虚线组成，可在实线侧或虚线侧标注符号，斜线和箭头则将整 个焊缝符号指向图形的有关焊缝处。

　　按脱氧方法分为沸腾钢（F）、半沸腾钢（b）、镇静 钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)，镇静钢和特殊镇静钢的代号在钢 的牌号中可省略，镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，一 般采用镇静钢；

　　按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢； 按化学成分分为碳素钢和合金钢，在建筑工程中常用

　　（5） 侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf或40hf；当大于 上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。 （6） 在次要构件或次要焊接连接时，可采用断续角焊缝。 （7） 当板件端部仅有两侧角焊缝连接时，每条侧焊缝长度 不宜小于两侧面角焊缝之间的距离；同时两侧面角焊缝之间的距 离不宜大于16t或190mm，t为较薄焊件的厚度。 （8） 当角焊缝的端部在构件转角处作长度为2hf的绕角焊 时，转角处须连续施焊，以避免在应力集中较大处因起、灭弧而 出现缺陷。 （9） 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 倍，并不得小于25mm。

　　的1/4～1/3；若采用薄壁型钢屋架甚至接近1/10。钢结构重 量轻，便于运输和安装，同时可以减轻基础的负荷，对抵抗 地震作用比较有利 。

　　一、钢结构的特点 2、材质均匀，各向同性 钢材在冶炼和轧制的过程中质量可以严格控制， 材质波动性小。因此，钢材的内部组织比较均匀，接近 各向同性体，而且在一定的应力幅度内材料为弹性，所 以钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合， 计算结果比较可靠。

　　三、螺栓连接 ㈠普通螺栓连接的构造与计算 1、普通螺栓连接的构造 （1） 关于螺栓的基本知识 螺栓有不同的性能等级，如“4.6级”、“8.8级”、 “10.9级”等，是由螺栓材料而区分的。小数点前的数字表 示螺栓材料的最低抗拉强度fu,4即为400N/mm2；小数点及后 面的数字（0.6、0.8等）则表示材料的屈强比，普通螺栓用 Q235A²F钢制成，属于4.6级。 A、B级螺栓配Ⅰ类孔（见表16.9注）适用于受剪连接；C 级螺栓配Ⅱ类孔（冲孔或不用钻模钻孔）适用于受拉连接。

　　根据荷载性质与截面形式的不同，偏心受力构件的 强度计算分弹性工作和弹塑性工作两种情况。

　　3、拉弯、压弯构件的刚度 对于拉弯与压弯构件其刚度计算同于轴心受力构件， 用长细比衡量，并应 进行整体稳定性计算和局部稳定性计 算。

　　一、轴心受力构件 1、工程中的轴心受力构件及截面形式 轴心受力构件只承受通过其截面形心的轴向力，分轴心 受拉与轴心受压两种情况。 钢结构中的桁架、网架、塔架、屋盖的支撑体系等杆系 结构，一般均假设节点为铰接，若荷载都作用于节点上，则 所有的杆件均为轴心拉杆或轴心压杆，其截面形式可分为型 钢截面和组合截面，如图11.12(a)所示。

　　梭形屋架有平面桁架式和空间桁架式两种，适用于跨度 为9～15m，间距为3～4.2m的屋盖体系。屋架的高跨比为 1/9～1/12(图11.73)。

　　㈢轻型钢屋架杆件内力计算和设计特点 轻型钢屋架各杆件内力可以按结构力学中的图解法或数 解法求得。对于三铰拱屋架的空间桁架式斜梁和空间桁架式

　　如图11.41，有正面、侧面、斜向各种角焊缝组成的周围角 焊缝，假设破坏时各部分角焊缝都达到各自的极限强度，则：

　　在普通钢屋架中，双角钢截面轴力腹杆与节点板的连接一 般多采用两面侧焊；受有动力荷载时，可采用三面围焊；受力 较小时，可采用L形围焊，围焊的转角处必须连续施焊。

　　在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改善钢 材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等元素，则 对某些性能的改善更显著。 钢结构所用各类钢材的化学成分对钢材性能的影响见 下表。

　　②主梁与次梁连接 铰接连接可分叠接和平接两种，叠接是次梁直接搁在主梁上， 用螺栓或焊缝固定，如图11.23(a)所示。 平接则建筑高度较小，次梁的上翼缘必须切去一段，如与支 承加劲肋相连，下翼缘也须部分切除，见图11.23(b)所示。

　　（3） 冷弯性能 冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工），对产生裂 缝的抵抗能力。冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头 加压，将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径d弯曲 180°，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时又可检查钢材的 内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂质分布等），鉴定钢材的可 焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标（图11.3）。

　　轻型钢结构包括轻型门式刚架房屋钢结构、冷弯薄壁型钢结 构以及钢管结构等。这些结构可用于荷载较轻或跨度较小的 建筑，具有自重小、建造快又较省钢材等许多优点，近年来 轻型钢结构在我国发展非常迅猛。