第十三章 钢结构优秀课件.ppt

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1、第十三章 钢结构第1页，本讲稿共54页13.3.1 13.3.1 钢结构连接的种类及其特点钢结构连接的种类及其特点a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接连接方法优 点缺 点 焊 接对几何形体适应性强，构造简单，不削弱截面，省材省工，易于自动化，工效高，焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大铆 接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好 费钢、费工,逐渐被高强螺栓取代普通螺栓连接 装卸便利，设备简单 螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大高强螺栓连接 加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好

2、摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 第2页，本讲稿共54页 焊焊条条与与局局部部焊焊件件熔熔化化、冷冷却却，凝凝结结成成焊焊缝缝。是现代钢结构最主要的连接方法。是现代钢结构最主要的连接方法。13.3.2 13.3.2 焊缝连接焊缝连接一、焊接方法一、焊接方法一、焊接方法一、焊接方法 电弧焊电弧焊(1)(1)手工电弧焊手工电弧焊(2)(2)自动半自动埋弧电弧焊自动半自动埋弧电弧焊(3)CO(3)CO2 2气体保护焊气体保护焊以以C0C02 2为保护气体，使被熔为保护气体，使被熔 化的金属不与空气接触。化的金属不与空气接触。第3页，本讲稿共54页手工焊原理 自动焊原理第4页，本讲稿共54页二、

3、焊缝连接的形式二、焊缝连接的形式二、焊缝连接的形式二、焊缝连接的形式 1、按焊缝的性质角焊缝被连接板件2对接焊缝对接焊缝被连接板件1对接焊缝,角焊缝第5页，本讲稿共54页2、按两焊件的相对位置分 3、对接焊缝按受力与焊缝方向分a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交 b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交 第6页，本讲稿共54页3、角焊缝按受力与焊缝方向分a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行c)斜缝:作用力与焊缝长度方向斜交角焊缝的种类Na)Nb)Nc)第7页，本讲稿共54页4、按焊缝连续性a）连续焊缝：受力较好 b）断续焊缝：易发生应力集中 5、按施工位置俯焊

4、、立焊、横焊、仰焊其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。a)焊条平焊d)仰焊b)立焊c)横焊第8页，本讲稿共54页vv三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别1、焊缝连接的缺陷、焊缝连接的缺陷常见的缺陷形式：常见的缺陷形式：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透第9页，本讲稿共54页焊缝质量检验方法分：焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检外观检查、超声波探伤检 验、验、X

5、X射线检验。射线检验。2 2 2 2、焊缝质量检验、焊缝质量检验、焊缝质量检验、焊缝质量检验3 3 3 3、焊缝质量等级、焊缝质量等级、焊缝质量等级、焊缝质量等级焊缝质量分三级焊缝质量分三级:一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x x射线射线检验都合格；检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。三级焊缝需外观检查合格。第10页，本讲稿共54页vv四、焊缝的符号及标注方法四、焊缝的符号及标注方法四、焊缝的符号及标注方法四、焊缝的符号及标注方法第11页，本讲稿共54页13.3.3 13.3.3 对接焊

6、缝连接对接焊缝连接v一、对接焊缝的形式和构造一、对接焊缝的形式和构造b)I型c)单边V型h)K型溶合线对接焊缝坡口的型式对接焊缝坡口的型式a)I型V型d)J型e)U型f)g)X型对接焊缝的形式对接焊缝的形式第12页，本讲稿共54页应用：板厚为应用：板厚为t t t10mm t10mm 时，用时，用 a a）、）、b)b)工字形工字形 t=10t=1020mm 20mm 时，用时，用 c c）、）、d)d)单边单边V V 、V V字形字形 t t20mm 20mm 时，用时，用 g)g)、f)f)、h)h)X X、K K、U U字形字形垫板垫板垫板加垫板的坡口为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加

7、垫板为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板第13页，本讲稿共54页（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理引弧板b第14页，本讲稿共54页（2）变厚度板或变宽度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力集中。第15页，本讲稿共54页v二、对接焊缝连接的计算二、对接焊缝连接的计算轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝NNNNlwt矩形截面引弧板b（1）正焊缝验算截面矩形，只有正应力。或(3-1)第16页，

8、本讲稿共54页 t t两连接件中较小的厚度，两连接件中较小的厚度，T T形连接时为腹板厚度形连接时为腹板厚度 ftw对接焊缝抗拉设计强度，对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定按不同质检级别定，除除3 3级质检外级质检外(为主体钢材的为主体钢材的0.850.85倍倍)与钢材同。与钢材同。fcw对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。N N轴向拉力或压力设计值轴向拉力或压力设计值 焊缝计算长度（有引弧扳时为焊缝计算长度（有引弧扳时为 焊件宽度焊件宽度b b，引弧扳时为引弧扳时为b-2tmmb-2tmm。焊焊缝缝抗抗拉拉强强度度质质检检分分级级由由“钢钢结结构构工工程程施施

9、工工及及验验收收规规范范”规规定定，分分I I、IIII、IIIIII级级。达达到到 I I、IIII级级质质量量时时（x x光光 射射线线检检查查），焊焊缝缝抗抗拉拉设设计计强强度度和和母母材材相相同同，IIIIII级级质质量量（只只外外观观检检查查）的的抗抗拉拉设设计计强强度度约约为为I I、IIII级级的的0.850.85。或第17页，本讲稿共54页 对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。只有以下两种情况，才需对正焊缝进行抗拉强度验算：a.未使用引弧板施焊；b.III级焊缝质量。此时，正焊缝长度不够（b/0.85=1.18b），需改用斜焊缝增加焊缝长度

10、。b1.18bb1.18b第18页，本讲稿共54页（2）斜焊缝验算截面矩形，有、。或 焊缝长度方向与作用力方向间夹角。焊缝长度方向与作用力方向间夹角。斜焊缝计算长度。斜焊缝计算长度。对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。“规范规范”规定规定时，不检算焊缝强度。时，不检算焊缝强度。b0.67b1.2bNNlwNNtNNcosNsinN第19页，本讲稿共54页13.3.4 13.3.4 角焊缝连接角焊缝连接v角焊缝的形式和构造角焊缝的形式和构造1、角焊缝的形式(按两焊脚边的夹角分)（1）直角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝 一般采用（a）。但（a）应力集中较严重，在承受动力荷载

11、时采用（b）、（c）。a)c)b)第20页，本讲稿共54页 直角焊缝：直角焊缝：=90=900 0a)普通焊缝b)平焊缝c)凹焊缝 普通焊缝：普通焊缝：两焊脚尺寸都等于两焊脚尺寸都等于h hf f ，常用。但应力集中较严重常用。但应力集中较严重 （a a、b b处材料突变严重）。处材料突变严重）。平焊缝：平焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.51.5h hf f而成。易焊，应而成。易焊，应 力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。凹焊缝：凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受

12、 动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。ab第21页，本讲稿共54页45BACEDhfhfhe图中，图中，h hf f焊脚尺寸，焊脚尺寸，h he e焊缝有效厚度。焊缝有效厚度。并有，并有，h he e=0.7h=0.7hf f，h he e总是总是45450 0斜面上的最小高度。斜面上的最小高度。第22页，本讲稿共54页（2）斜角角焊缝 主要用于钢管连接中主要用于钢管连接中我们主要讨论直角焊缝我们主要讨论直角焊缝（d）斜锐角焊缝d)e)（e）斜钝角焊缝f)（f）斜凹面角焊缝第23页，本讲稿共54页 直角角焊缝的种类Na)Nb)Nc)侧焊缝侧焊缝（

13、a a图）：外力与焊缝轴线平行，图）：外力与焊缝轴线平行，端焊缝端焊缝（b b图）：外力与焊缝轴线垂直，图）：外力与焊缝轴线垂直，斜焊缝斜焊缝（c c图）：外力与焊缝轴线斜交。图）：外力与焊缝轴线斜交。按照作用力和焊缝关系，直角角焊缝分为：按照作用力和焊缝关系，直角角焊缝分为：第24页，本讲稿共54页2.角焊缝的构造要求第25页，本讲稿共54页13.3.5 普通螺栓连接一、普通螺栓连接的构造1、螺栓的规格(1)普通螺栓的形式为六角头型。其代号用M和公称直径数表示。如M16、M20等。(3)分为A级、B级和C级三种(2)常用螺栓直径为d=16，20，24mm第26页，本讲稿共54页(4)C级为粗

14、制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm，制作安装方便。C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。(3)A级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。第27页，本讲稿共54页2、螺栓的排列(1)基本形式：并列和错列(2)排布参数：端距，边距，中距第28页，本讲稿共54页为什么要限制中心距？为什么要限制中心距？(3(3d d0 0)太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；不便施工不便施工太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。+e1 e2 e3 e4最大、

15、最小距离限值见最大、最小距离限值见P71P71表表3.53.5。为什么限制边距、端距？为什么限制边距、端距？(2(2d d0 0、1.51.5d d0 0、1.21.2d d0 0)太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太大：不紧密，易锈蚀和变形。太大：不紧密，易锈蚀和变形。(3)排布尺寸要求第29页，本讲稿共54页第30页，本讲稿共54页 二、高强度螺栓连接的计算连接板间摩擦力 摩擦型摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相

16、互滑动，变形小，承载力小。形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，使工艺保证措施：喷砂，使=0.3=0.30.550.55。分类：分类：特点：特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达予拉力很大，依直径等级不同，可达8080355355kNkN。高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级级10.910.9h h和和8.88.8级。级。第31页，本讲稿共54页 承承压压型型连连接接件件间间允允许许相相互互滑滑动动。传传力力开开始始时时在在标标准准荷荷载载作作用用下下动动连连接接件件间间无无滑滑动动，剪剪力力由由摩摩擦擦力力和和螺螺杆杆抗抗剪剪共共同

17、同传传递递。但但当当荷荷载载很很大大时时，连连接接件件间间有有较较大大塑塑性性变变形形。接接近近破破坏坏时时，连连接接件件间间有有相相对对滑滑动动，摩摩擦擦只只起起推推迟迟滑滑移移作作用用。剪剪力力由由螺螺杆杆传传递递，其其特特点点与与普普通通螺螺栓栓相相同同。因因此此，有有与与普普通通螺螺栓栓相相同同的的极极限限状状态态螺螺栓栓剪剪坏坏，孔孔壁壁挤挤压坏，构件被拉断。变形大，压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载的连接。不适于受动荷载的连接。抗拉时与普通螺栓 相同，但变形 小，可减少锈 蚀，改善疲劳 性能。螺杆剪力N第32页，本讲稿共54页13.4 梁1、梁的定义 承受横向荷载受弯的实腹钢

18、构件。2、梁的分类 按计算简图分：简支梁、连续梁 悬臂梁等。按截面形式分：型钢梁、组合梁、3、梁的作用 承受横向荷载与扭转。第33页，本讲稿共54页4、截面形式 第34页，本讲稿共54页5、应用 第35页，本讲稿共54页13.5 轴心受力构件图4-1轴心受力构件NN1.1.结构及受力特点结构及受力特点（1 1）作用在构件上的荷载是）作用在构件上的荷载是 轴心压力或轴心拉力；轴心压力或轴心拉力；（2 2）构件理想的直；）构件理想的直；（3 3）构件无初应力；）构件无初应力；（4 4）节点铰支。）节点铰支。第36页，本讲稿共54页 主要用于承重结构，如：桁架、网架、塔架和支撑结构等。+b)2.应用

19、第37页，本讲稿共54页3.截面型式 图图4-2 4-2 轴心受力构件截面形式轴心受力构件截面形式a)b)热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。第38页，本讲稿共54页13.6 13.6 拉弯构件和压弯构件拉弯构件和压弯构件压弯构件偏心受压构件横向荷载作用的压杆拉弯构件偏心受拉构件横向荷载作用的拉杆一、类型拉弯构件压弯构件第39页，本讲稿共54页二、应用偏心受压柱厂房柱有横向荷载作用抗风柱有柱端弯矩框架柱第40页，本讲稿共54页三、截面形式按截面组成方式分为型钢（a、b），钢板焊接组合截面型钢（c、g），组合截面（d、e、f、h、i）按截面几何特征分为开口截面，闭口截面（g、h、i、

20、j）按截面对称性分为单轴对称截面（d、e、f、n、p），双轴对称截面（其余各图）按截面分布连续性分为实腹式截面（ag）格构式截面（kp）第41页，本讲稿共54页13.7 13.7 钢屋盖结构钢屋盖结构13.7.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置一、无檩屋盖结构体系1.形式和布置2.2.组成：组成：屋架、天窗架、支撑屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板大型屋面板第42页，本讲稿共54页3.3.传力路线：传力路线：屋面荷载屋面荷载 大型屋面板大型屋面板 屋架（或天窗架）屋架（或天窗架）4.4.特点：特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗屋盖刚度大、

21、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。第43页，本讲稿共54页二、有檩屋盖结构体系1.1.形式和布置形式和布置2.2.组成：组成：轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架3.3.传力路线：传力路线：屋面荷载屋面荷载 屋面板屋面板 檩条檩条 屋架屋架4.4.特点：特点：屋面材料轻，整体性、刚度差些，有屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。有檩屋盖的单层厂有檩屋盖的单层厂有檩屋盖的

22、单层厂有檩屋盖的单层厂房的吊装过程动画房的吊装过程动画房的吊装过程动画房的吊装过程动画第44页，本讲稿共54页13.7.2 钢屋盖支撑一、支撑作用 由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方向以半波的形式鼓曲（图），此外端墙传来的风荷载，仅靠屋架的弦杆承受和传递是不够的。l l 保证结构的空间作用保证结构的空间作用 l l 增强屋架的侧向稳定增强屋架的侧向稳定 l l 传递屋盖的水平荷载传递屋盖的水平荷载 l l 便于屋盖的安全施工便于屋盖的安全施工第45页，本讲稿共54页二、支撑布置1、上弦横向水平支撑组成：屋架上弦

23、、斜向杆件、檩条、系杆 作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：（1）端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和风荷载传递。（有时因天窗架从第二开间起设。）第46页，本讲稿共54页（2）横向支撑间距大于60m时，中间增设。（3）屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是设上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架时，上弦横向支撑仍需布置。2、下弦横向水平支撑组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车

24、的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。第47页，本讲稿共54页3、下弦纵向水平支撑组成：系杆、斜杆作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。布置：布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系。o 屋架跨度大于18m时，o 屋架下弦设有悬挂吊车时，o 抗风柱支承在屋架下弦时，o 屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。第48页，本讲稿共54页布置：屋架两边，与横向支撑形成封闭框。o有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车时，o有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时，o房屋跨度较大、空间刚度要求较高时，均需设置下弦纵向水 平支撑。4

25、、竖向支撑组成：系杆、斜杆 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。布置位置：设有上弦横向支撑的开间内第49页，本讲稿共54页5、系杆作用：作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。系杆分系杆分刚性刚性和和柔性柔性布置：布置：竖向支撑平面内设通长系杆。水平横向支撑设在第二开间时，端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。第50页，本讲稿共54页什么是轻钢结构？轻型钢结构通常是指用冷轧薄壁型钢或是用断面较小的型钢(如角钢、钢筋、扁钢等)组成骨架，并用彩色压型钢板或其它轻型材料做成围护结构的

26、结构体系。特点特点、自重轻，能够建成大跨度的结构形式，更能充分利用空间，也使建筑物的布局更加灵活、外观造型美观轻巧，建筑表现能力强、能够实现工业化生产，质量能够得到很好的保证、施工周期短，使业主的投资在短期内得到回报、经济性好，尤其对于大跨度结构和软弱地基，其经济性能够得到更加充分的体现13.8轻钢结构简介第51页，本讲稿共54页应用范围应用范围1、新技术开发区项目，特别是高新技术企业，为树立企业形象，多采用轻钢结构2、仓储(粮棉库、车库、储备库)，配送转运中心(工业、商业)3、各类(小吨位吊车)轻型工业厂房4、商场、展厅、体育馆、候车室、飞机库、摄影棚等大跨度公共建筑5、多层住宅，多层工业厂

27、房6、学校、医院、办公、娱乐等多层公共建筑7、超市、零售、百货等商业建筑8、旧建筑物改扩建、翻修、加层第52页，本讲稿共54页现状及前景展望现状及前景展望由于历史的原因，我国钢结构大多应用于重型冶金厂房、大跨度桥梁和大跨度公共建筑，归口管理部门也由原冶金工业部负责随着钢结构，特别是轻钢结构在民用建筑中的大量应用，作为主管的建设部也意识到必须规范建筑钢结构市场和发展民族建筑钢结构，1996成立在中国建筑金属结构协会下设立了建筑钢结构委员会，鼓励和推动钢结构的应用，组织制定了轻钢结构设计规程，2000年又成立了建设部与冶金局的钢材应用协调组，以指导、协调工程中钢结构及钢材的应用。目前我国已生产出自

28、己的轻型型钢，鞍山一轧、莱芜钢厂上马的小规格热轧型生产线也已投产或即将投产，年设计能力有50-60万吨，轻型钢结构因其商品化程度高、施工速度快、周期短、综合经济效益高，市场需求大，发展十分迅猛，是我国各类钢结构中近年来发展最快的。轻钢结构制造厂在数量上和规模上近年都有较大发展。国家已经制订了相应的技术规范和设计手册，并开发了部分轻钢结构设计专业软件。第53页，本讲稿共54页为开拓国内钢材消费市场，国家在政策方面鼓励建筑行业积极采用钢结构。轻型钢结构在我国以进入了快速发展时期。轻钢结构己不再是造价比混凝土贵的结构型式。其用钢量一般在20-50kgm2，综合造价己和混凝土结构持平，且多数情况下还低于传统的钢筋混凝土结构，并具有施工快、建筑美观的竞争优势。越来越多的建设单位己开始认识到轻钢结构的优越性，逐渐成为工业建筑首选结构型式，在多层民用建筑也己得到了认同。轻钢住宅已成为轻型钢结构应用的新领域和增长点。第54页，本讲稿共54页