钢结构设计原理第三章概要

B、焊条的表示方法：
E—焊条(Electrode) 第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) 第3、4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。
不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。
@2007 NJUT Cisco Network Academy. All钢rig结ht构s r设es计erv原ed理..
Design Principles of Steel Structure
CCNP Lab Manual
3.1.2 螺栓连接
第三章
Chapter 3
连接
Connections
1. 普通螺栓连接
精制螺栓
粗制螺栓
代号
A级和级
4.6级和4.8级
加工方式
车床上经过切削而成
单个零件上一次冲成
（3）气体保护焊
利用焊枪喷出的CO2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方 法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体 的侵入。
优点：没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。
缺点：施工条件受限制，不适用于在风较大的地方施焊。
（4）电阻焊
利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属
，再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于12ｍｍ的焊接。
角焊缝按受力与焊缝方向分：
1）正面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。
3）斜焊缝（c）：作用力方向与焊缝方向斜交。
图3.1.5 焊缝形式
@2007 NJUT Cisco Network Academy. All钢rig结ht构s r设es计erv原ed理..
Design Principles of Steel Structure

悬索桥中的桥面梁等。
14
3.2.2 梁的弯曲、剪切强度
• 梁的正应力：
梁的M -ω曲线
应力-应变关系简图
15
正应力发展的四个阶段：
梁的正应力分布
(a) 弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢 (b) 弹塑性工作阶段：一般受弯构件 (c) 塑性工作阶段：塑性铰 (d) 应变硬化阶段：一般不利用
16
各阶段最大弯矩：
截面高度
容许最大高度hmax 容许最小高度hmin
hmin>=nl/6000 经济高度he
he 73Wx 30(cm)
hmin≤h≤hmax，h≈he
焊接梁截面
35
均布荷载作用下简支梁的最小高度hmin
36
腹板高度hw
腹板高度hw比h略小。
腹板厚度tw 抗剪
tw
V hw fv
局部稳定
58
3.6.2 拉弯、压弯构件的强度计算
➢ 强度极限状态： （静载、实腹式构件） 受力最不利截面出现塑性铰时
压弯构件截面的受力状态
59
➢ 强度计算公式推导：以矩形截面为例
截面出现塑性铰时的应力分布
N A
dA2y0bfy2y h 0bhfy2y h 0N P
M Ay d A b h 2 y 0 y 0 h 2 fy b 4 h 2 1 4 h y 0 2 2 fy 1 4 h y 0 2 2 M P
高层建筑框架柱、屋 架上弦
截面形式 双轴对称截面：同
拉弯构件 单轴对称截面：
受弯矩较大时采用
压弯构件
55
压弯构件的单轴对称截面
56
变截面柱: 高大厂房常 用
变截面压弯构件
(a) 阶形柱

1高性能钢材强度塑性和韧性耐火耐候等2对结构承载能力的认识从构件到整体从弹性到弹塑性计算手段的改进3新型结构形式高强钢索钢和混凝土组合结构杂交结构4制造和安装机电一体化用软件把钢材切割焊接技术和焊接标准集成一起保证质量又节省劳动力
<钢构造设计原理> 总复习
主讲教师：张美霞 中国地质大学(武汉)网络学院
除疲劳计算采用允许应力法外，钢构造设计规范采用以概率 实际为根底的极限形状设计方法，用分项系数的设计表达 式进展计算。
两种极限形状－承载才干极限形状与正常运用极限形状。
失效概率：构造不能完成预定功能的概率。目前只能用近似 概率设计方法，采用可靠目的表示失效概率
可靠度－－可靠性的概率度量，按照概率极限形状设计法， 在规定的时间内〔设计基准期－分5、25、50以及100年〕， 规定的条件〔正常设计、施工、运用、维护〕完成预定功 能的概率。
应力与变形，质量变动大。 3、焊缝缺陷－裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。
第三章 钢构造的衔接
4、焊接方式 按焊件相对位置－平接〔对接〕、搭接以及垂直衔接。 按施焊位置－俯焊〔平焊〕、横焊、立焊以及仰焊。 按截面构造－对接焊缝及角焊缝 第3节 对接焊缝的构造与计算 一、构造 破口方式——I型、单边V型、V型、U型、K型及X型。 引、落弧板的设置 变厚度与变宽度的板件衔接——≤1：2.5斜面。 质量等级与强度——一级综合性能与母材一样；
第二章 钢构造的资料
第7节 钢材的种类、牌号与选择 种类－碳素钢Q235；低合金钢Q345、Q390、Q420 牌号的表示方法－Q、屈服强度规范值、质量等级〔碳素钢
A~D，低合金钢A~E〕,冶金脱氧方法〔F、b、Z、TZ〕 钢材选用的原那么：既要使构造平安可靠和满足运用要求，

钢结构设计原理第一章钢结构的基本性能建筑工程中，钢结构所用的钢材都是塑性比较好的材料，在拉力作用下，应力-应变曲线在超过弹性后有明显的屈服点和一段屈服平台，然后进入强化阶段。

传统的钢结构设计，以屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则。

目前利用塑性的设计方法已经提上了日程。

钢材和其他建筑结构材料相比，强度要高得多。

在同样的荷载条件下，钢结构构件截面小，截面组成部分的厚度也小。

因此，稳定问题在钢结构设计中是一个突出的问题。

建筑结构钢材有较好的韧性。

因此，钢结构是承受动荷载的重要结构。

钢材的韧性也不是一成不变的。

材质、板厚、受力状态、温度等都会对它产生影响。

【钢材的生产及其对材性的影响】建筑结构所用的钢材包括两大类：一类是热轧型钢和钢板；另一类是冷成型（冷弯、冷冲、冷轧）的薄壁型钢和压型钢板。

一、钢的熔炼冶炼按需要生产的钢号进行，它决定钢材的主要化学成分。

炼钢的原料为99%钢水+废钢+合金元素。

平炉炼钢的质量优于转炉炼钢的质量。

目前，我国采用转炉炼钢，转炉钢具有投资少、建厂快、生产效率高、原料适应性强等优点。

二、钢的脱氧脱氧的手段是在钢液中加入和氧的亲和力比铁高的锰、硅和铝。

脱氧的程度对钢材的质量颇有影响。

锰是弱脱氧剂。

硅是较强的脱氧剂。

铝是强脱氧剂。

钢液中含有较多的FeO，浇注时FeO和碳相互作用，形成CO气体逸出，引起钢液的剧烈沸腾，这种钢称之为沸腾钢。

它夹杂较多FeO，冷却后有许多气泡。

硅在还原氧化铁的过程中放出热量，使钢液冷却缓慢，气体大多可以逸出，所得钢锭称之为镇静钢。

冷却后因体积收缩而在上部形成较大缩孔，缩孔的孔壁有些氧化，在辊轧时不能焊合，必须先把钢锭头部切去。

切头后实得钢材仅为钢锭的80%~85%。

对冲击韧性（尤其是低温冲击韧性）要求高的重要结构，如寒冷地区的露天结构，钢材宜用硅脱氧后再用铝补充脱氧的特殊镇静钢。

这种钢比一般镇静钢具有更高的室温冲击韧性和更低的冷脆倾向性和时效倾向性。

11 2.1 钢结构对材料的要求
第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的破坏形式
塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。
脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生 突然，没有机会补救。
脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。
➢ 应尽量发挥材料的塑性 ➢ 避免一切脆性破坏的可能性
10
第二章 钢结构的材料
2.1 钢结构对材料的要求
较高的强度 足够的变形能力。即塑性、韧性好。 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
15 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ fu 作为钢材实际破坏强度
16 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
二、塑性性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100%
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使 材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即 冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。
27 2.4 各种因素对钢材主要性能的影响

编辑ppt
25
第三节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件、基 本原理部分，即前面六章内容；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构 构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记， 从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；
第一章第一章绪论绪论第二章第二章钢结构材料钢结构材料第三章第三章钢结构连接钢结构连接第四章第四章轴心受力构件轴心受力构件第五章第五章受弯构件受弯构件第六章第六章拉弯与压弯构件拉弯与压弯构件22第一章第一章第一节第一节钢结构的特点与应用范围钢结构的特点与应用范围第二节第二节钢结构的设计计算方法钢结构的设计计算方法第三节第三节钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法33第一节第一节钢结构的特点及应用范围钢结构的特点及应用范围一钢结构的特点一钢结构的特点11强度高强重比大强度高强重比大重量轻基础费用减少抗震性重量轻基础费用减少抗震性能好
编辑ppt
17
编辑ppt
18
索穹顶结构
汉城奥运会体操馆
亚特兰大佐治亚穹顶 用编辑钢ppt量不到30 kg /m2
19
编辑ppt
20
重型厂房结构
西安变压器厂（400t吊车）
编辑ppt
21
容器和其他构筑物
大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐
编辑ppt
陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐
东方明珠电视塔
编辑ppt
12
鸟巢
编辑ppt
13
鸟巢
容纳8万人，平面 为椭圆形,长轴 340m,短轴292m。 屋盖中间有一个 146m×76m的开口

钢结构设计原理复习第一章绪论1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点）1）强度高、重量轻2）材质均匀，塑性、韧性好3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好）4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差7)耐腐蚀性差8)低温冷脆倾向2、钢结构的应用1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房）2）工业厂房【具有耐热性】3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等）3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。

4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值）5、涉及标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料1、钢材的加工①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。

（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃）②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。

（冷作硬化现象：钢材经冷加工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。

（退火、正火、淬火和回火）3、钢材的六大机械性能指标屈服点f y：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。

（作为钢结构设计可以达到的最大应力）抗拉强度f u：它是钢材破坏前所能承受的最大应力。

（强度的安全储备）伸长率δ：代表材料断裂前具有的塑性变形能力。

断面收缩率ψ：断面收缩率ψ越大，钢材的塑性越好。

冷弯性能（塑性）：钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。

冲击韧性：【韧性：反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。

钢结构设计原理(张耀春所著书籍)范本一：1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的与范围2. 钢结构概述2.1 钢结构的定义2.2 钢结构的特点2.3 钢结构的应用领域3. 钢结构设计原理3.1 荷载分析3.1.1 自重荷载3.1.2 活载荷载3.1.3 风荷载3.1.4 地震荷载3.2 结构选择与布局3.2.1 结构形式选择3.2.2 框架结构的布局原则3.2.3 梁柱系统的布局原则3.3 材料选择与规格确定3.3.1 钢材种类选择3.3.2 钢材规格确定3.4 结构计算与分析3.4.1 试算法3.4.2 系数法3.5 断面设计3.5.1 普通钢材的断面设计3.5.2 带肋钢材的断面设计3.6 节点设计3.6.1 节点分类3.6.2 节点的力学模型3.6.3 节点的设计原则3.7 连接设计3.7.1 强度计算3.7.2 刚度计算3.7.3 选择合适的连接形式4. 钢结构施工与质量控制4.1 施工准备4.2 吊装与安装4.3 焊接与热处理4.4 表面防腐与涂装4.5 质量控制与检验5. 经济性与可持续性5.1 钢结构的经济性5.2 钢结构的可持续性6. 结论附件：附件一：钢结构设计实例分析附件二：设计计算工具软件法律名词及注释：1. 承重结构：指承担重要荷载的结构，如建筑物的主体结构。

2. 断面：指钢材截面形状，在钢结构中起到承载作用。

3. 节点：指连接钢构件的部位，承载力和刚度的影响较大。

4. 连接形式：指连接两个或多个钢构件的方式，如焊接、螺栓连接等。

5. 活载：指在使用过程中变动的荷载，如人员、家具等。

6. 地震荷载：指地震引起的荷载，钢结构需要考虑地震力的作用。

7. 质量控制：指对钢结构施工过程中的质量进行控制和检验。

范本二：1. 简介1.1 文档目的1.2 读者对象1.3 使用注意事项2. 钢结构基本概念2.1 钢结构定义2.2 钢的特性与优势2.3 钢结构应用领域3. 钢结构设计原理3.1 荷载分析3.1.1 自重荷载3.1.2 活载荷载3.1.3 风荷载3.1.4 地震荷载3.2 结构选型3.2.1 钢结构形式选择3.2.2 结构布局原则3.3 材料选择与规格确定3.3.1 钢材种类选择3.3.2 钢材规格确定3.4 结构计算与分析3.4.1 荷载计算3.4.2 结构分析3.4.3 断面计算与验证3.5 节点与连接设计3.5.1 节点分类与分析3.5.2 节点设计原则3.5.3 连接设计与优化4. 钢结构施工与质量控制4.1 施工准备4.1.1 施工方案制定4.1.2 材料采购与加工4.2 钢结构安装4.2.1 吊装操作流程4.2.2 焊接与螺栓连接4.2.3 涂装与防腐处理4.3 质量控制与检测4.3.1 施工质量控制4.3.2 钢结构检测方法5. 钢结构的经济性与可持续性5.1 钢结构的经济性分析5.2 钢结构的可持续性考虑结尾内容：1. 本文档涉及附件：附件一：钢结构设计案例附件二：钢结构施工图纸2. 本文所涉及的法律名词及注释：1) 承重结构：指主要承担建筑物荷载的结构体系。

4
1
2
本课程的内容
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 第一章 绪 论
• 第二章 钢结构的材料 • 第三章 钢结构的连接 • 第四章 轴心受力构件 • 第五章 受弯构件设计 • 第六章 拉弯和压弯构件
4
1
2
学习参考书
• 钢结构设计规范, GB50017-2003. 北京: 中国计划出版社, 2003 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 • 陈绍蕃等编著. 钢结构（上下册）. 北京: 中国建筑工业出 版社, 2003 • 沈祖炎，陈以一编著. 钢结构基本原理(第二版). 北京: 中 国建筑工业出版社, 2005 • 张耀春等. 钢结构设计原理. 北京: 高等教育出版社, 2006 • 《钢结构设计手册》（第三版 上下册）.北京: 中国建筑 工业出版社, 2003, 2004 • 邱鹤年. 新编钢结构设计手册. 北京: 中国电力出版社, 2005 • 钢结构设计计算示例.北京: 中国计划出版社, 2007 • 夏志斌，姚谏 编著.钢结构——原理与设计.北京: 中国建 筑工业出版社, 2004
4
1
2
大 跨 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 建 筑
上 海 体 育 场
4
1
2
大跨结构-国家大剧院
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建 筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元。
如建筑工地的活动房，临时的商业或旅游业建筑， 塔式起重机，龙门吊等。此类结构多为轻钢结构并采用 螺栓或扣件连接。

第3章钢结构的连接12.如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235,焊条为E43型，采用焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。

已知，试求此连接能承受的最大荷载。

解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度？?= 500mm，则焊缝正应力应满足:其中, 故有,185=——------------- -^7—= 505859N = 505.85RN丄JL OU500 X14 1 58333333033 3 1 IOOX 14 2687500N= 2 687. 5kh故此连接能承受的最大荷载为 F -5O5.S6kN13.图3-58所示为角钢2L 140X10构件的节点角焊鏠连接，构件重心至角钢肢严二背距离】-11"，钢材为Q235BF采用手工焊，焊条为E43型，，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为N=1100kN若采用三面围焊，试设计此焊缝连接。

故可取正面角此时I 64mmgr 140mm正面焊缝的作用：则由平衡条件得：TVt = k±Nl X= 1401 38.2 X 11001 206. 所以它们的焊缝长度为£11^! = »X 0. 7h + tl,取 95mmE43豳五.(&藩刈(JHX 169 8= 368. 9mm,取 370mmM147 X 10317.如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝，拼接处作 用有弯矩二-二H'l 工，剪力「—厂匚k ：；，钢材为Q235B 钢，焊条用 型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。

9PQB3-6*肛升解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征 x 轴惯性矩：— X 8 X 10003 4- 2 X 280 X 14 X 5072 = 2681,9 X 10G mm 4 1 12 中性轴以上截面静矩：5X 一 280 X14X 507 + 500 X 8 X S00/2 一 2987440mm 1 单个翼缘截面静矩：S ± = 280 X14X 507 = 1987440mm 3 （2）验算焊缝强度焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：M 10 1122 X IO6 209.2N二严二 2681.9X10- X 500 =盂歹N 1500~ 1013 -14811161w _ 185N2N查表知，忙ini-' tn -，所以焊缝强度不满足要求。

lw
;
N A
he
N
lw
;
T A
T ry J
;
T A
T
rx J
由剪力V引起的应力均匀分布，A点处应力垂直于焊缝长度方
向，属于正面角焊缝受力性质，可计算出：
V A
he
V
lw
;
N A
he
N
lw
;
T A
பைடு நூலகம்
T ry J
;
T A
T
rx J
由轴力N引起的应力在A点处平行于焊缝长度方向，属侧面
气体保护焊：
是利用惰性气体或 CO2气体作为保护介 质，在电弧周围形成 保护层，使被融化的 金属不与空气接触， 而形成的火焰来熔化 焊条，形成焊缝。
电弧加热集中，熔化 深度大，焊接速度快， 焊缝强度高，塑性好， 其效率是手工电弧焊 的3~4倍。
可以手工操作或自动 操作。
3.1.2 焊缝连接型式
lw —两焊件间角焊缝计算长度总和。每条焊缝取实际长度
减去 2h f 。
f
w f
—角焊缝的强度设计值，参见附表1-2。
圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝的有效厚度：
圆钢与平板： he 0.7hf
圆钢与圆钢： he 0.1d1 2d2 a
式中：
d1、d2 —大、小圆钢直径。
a —焊缝表面至两个圆钢公切线距离。
按被连接构件的相对位置分：平接；T 形连接；搭接；角接；
按焊缝本身构造分：对接焊缝；角焊缝 按施焊位置分：俯焊（平焊）、立焊、
横焊和仰焊；
1. 焊缝连接形式
对接连接（用盖板的对接）、搭接连接、T形连接、 角部连接
对接焊缝
角焊缝

N1Tx
N1T
y1 r1

Ty1 ri2

Ty1 xi2
yi2
N1Ty
N1T
x1 r1

Tx1 ri2

Tx1 xi2 yi2
NV 1y

V n
NN 1x

N n
N

1
(
NT 1x

NN 1x
)2

N N T
V
1y
1y
2
Nb min
3.8.2 普通螺栓的抗拉连接 1. 一个普通螺拴的抗拉承载力
轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n
n

N Nmb in
N
b m
in
—一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的
较小值
当l1＞l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所
受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，
随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因
此，当l1＞l5d0 时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应 乘以折减系数η予以降低：
N1 N2 N3 ... Nn
y1 y2 y3
yn
M N1 y1 N2 y2 N3 y3 ... Nn yn

N1
y2

N2
y2

N 3
y2
...
N n
y2
y1 1
y2 2
y3 3
yn n
Ni

Myi
y2 i
N1

My 1 y2 i

N
b t
4、弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算

2 An t[2e4 (n2 1) e12 e2 n2 d0 ]
4．扭矩作用的普通螺栓群计算 首先布置螺栓，然后计算受力最大螺栓所承受的剪力， b 再和 N min 进行比较。 螺栓群在扭矩作用下，每个螺栓均受剪,假设： (1)被连接板件为绝对刚性时，螺栓为弹性的； (2)被连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大 小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线该螺栓 至形心垂直。
Ne ' y1' b N1 N t '2 yi
3.8.3普通螺栓连接受剪力和拉力的共同作用 承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓应考虑两种可能的 破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏；二是孔壁承压破坏。 根据试验，兼受剪力和拉力的螺杆，无量纲化后的相关 关系近似为一圆曲线，螺杆计算式为
Nv Nt b b 1 N N v t
2 2
孔壁承压的计算式为
b N v N c
3.9高强度螺栓连接的工作性能和计算 3.9.1高强度螺栓连接的工作性能 高强度螺栓连接和普通螺栓连接的区别：普通螺栓连接 受剪时依靠栓杆承压和抗剪传递剪力，预拉力很小，可 略去不计， 高强螺栓除材料强度高外，施加很大的预拉 力，板件间存在很大的摩擦力。预拉力、抗滑移系数和 钢材种类等都直接影响高强度螺栓连接的承载力。 高强度螺栓连接按分为摩擦型连接和承压型连接。 摩擦型连接依靠被连接件之间的摩擦阻力传递剪力，以 剪力等于摩擦力作为承载能力的极限状态。
3.8.2 普通螺栓的抗拉连接 1. 一个普通螺拴的抗拉承载力 受拉连接中，螺栓所受的拉力和垂直连接件的刚度有关。 螺栓受拉时，通常不可能使拉力正作用在螺栓轴线上， 通过与螺杆垂直的板件传递。如连接件的刚度较小，受 力后连接件会变形，形成杠杆作用，螺栓有被撬开的趋 势，使螺杆中的拉力增加并产生弯曲现象。考虑杠杆作 用时，螺杆的轴心力为： Nt=N+Q Q—由于杠杆作用对螺栓产生的撬力。 抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断，一个抗拉螺栓 的承载力设计值为：

钢结构设计基本原理课后答案--肖亚明合肥工业大学出版社出版 (肖亚明主编) 第三章 1.解：Q235钢、160N/ 2 mm 、 N 600kN (1)采用侧面角焊缝最小焊脚尺寸:h f 1.5t m ax 1.5 . 14 5.6mm 角钢肢背处最大焊脚尺寸: h f 1 .2t min1.2 10 12mm 角钢肢尖处最大焊脚尺寸: h f t (1~2) 10 (1~2) 9 ~ 8mm 角钢肢尖和肢背都取 h f 8mm 查表3-2得：K 1 0.65、 K 2 0.35 N 1 K 1N 0.65 600 390kN ，N 2 K 2N 0.35 600 210kN 所需焊缝计算长度: l w1 N 1 390 103 l w2 焊缝的实际长度为: J l w2 2 0.7h f f f w 2 0.7 8 160 217.63mm 2h f 2h f N 2 0.7h f f f w 217.63 117.19(2)采用三面围焊缝，取 h f 6mm 正面角焊缝承担的内力为: N 3 0.7hf l w3 f 侧面角焊缝承担的内力为: 210 103 0.7 8 160 117.19mm 0.76 233.63mm 133.19mm ， 2 100 1.22 取 240mm 。

取 140mm 。

160 163.97 kNN 2 K 2N N 3/2 0.35 600 163.97/2 128.02kN 所需焊缝计算长度: !w1 N 1 308.01 1w2 焊缝的实际长度为: l 1 1 w1 I 2 I w2 2.解：Q235钢、f f w 2 0.7h f f f w2 0.7 6 160丄 229.17mm h f h f N 2 0.7h f f f w 229.17 95.25 2 160N/mm (1)取 d 1d 2 170mm 角焊缝受到轴力和剪力的共同作用, 角焊缝受到轴力为: 角焊缝受到剪力为: l w 2 170 2h f 340 12802 103 95.25mm0.7 6 160 235.仃 mm ，取 240mm 。

13
(c) 角 焊 逢 （ 端 缝 ） (d) 角 焊 逢 （ 恻 缝 ）
第二节 焊接方法和焊缝连接形式
•按焊缝连续性： a）连续角焊缝（重要构件） ：受力较好 b）断续角焊缝（次要构件） ：易发生应力集中
断续角焊缝间断距离l≤15t（受压）和l≤30t（受拉）， t为较薄件的厚度
(a)
(b)
连续 焊逢 和间 断焊 逢 (a) 连 续 焊 逢 (b) 间 断 焊 逢
分普通螺栓连接和高强螺栓连接 （1）普通螺栓连接 • A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C级为粗制螺栓； • 材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8；
等级表示：如4.6级指螺栓成品的最低抗拉强度为400 N/mm2,屈强比为0.6的螺栓。 • 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成——精制； C级为由未经加工的圆钢压制而成——粗制；
质量高。焊件变形小。
自动焊的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方向的
移动都是自动的，而半自动焊的焊接前进方式仍是依靠手持
焊枪移动。
4
8
9
3 2
12 10
6
5
11
1
7
自动埋弧电弧焊
1 电源 2 导线 3 夹具 4 焊丝 5 电弧 6 焊件 7 焊 逢 8 转 盘 9 漏 斗 10 溶 剂 11 熔 化 的 溶 剂 12 移 动 方 向
• 费用： A、B级成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C级 螺栓的地方不用A、B级螺栓。
（2）高强螺栓连接
• 高强螺栓用高强度钢材制成，对结构削弱少，可拆换， 摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 。分为摩擦 型高强螺栓和承压型高强螺栓。
• 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传 递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。 5

钢结构设计原理——第三章（2）3.5普通螺栓的构造和计算3.5.1 螺栓的排列和其他构造要求1. 螺栓的排列 (1)并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；(2)错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；端距中距中距边距边距A 并列B 错列3.5普通螺栓的构造和计算螺栓排列的要求（1）受力要求: 垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能太小；顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。

（2）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。

3.5普通螺栓的构造和计算（3）施工要求为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。

根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。

钢板上螺栓和铆钉的容许间距名称位置和方向外排 (垂直内力或顺内力方向 ) 垂直内力方向中心间距中间排顺内力方向沿对角线方向顺内力方向中心至构件边缘距离剪切或手工气割边垂直内力方向轧制边、自动气割或锯割边高强度螺栓其它螺栓构件受压力构件受拉力最大容许距离（取两者的较小值）最小容许距离8d0 或12 t 16d0 或 24 t 12d0 或 18 t 16d0 或 24 t —— 2d0 4d0 或8 t 1.5d0 1.5d0 1.2d0 3d0注: 1. d0 为螺栓孔或铆钉孔径，t 为外层薄板件厚度。

2. 钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢) 相连的螺栓最大间距，可按中间排数值采用。

3.5普通螺栓的构造和计算2. 螺栓的其他构造要求为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接： (1) 承受静载或间接动载的次要连接； (2) 承受静载的可拆卸结构连接；(3) 临时固定构件的安装连接。

t2
t1
5、梁的侧向支撑
要提高梁的整体稳定性，较经济合理的方法是设置侧向支撑， 减少梁受压翼缘的自由长度，故要求侧向支撑应可靠，能有效 地承受梁侧弯产生的侧向力（实际为弯曲剪力）。 由于侧弯主要是受压翼缘弯曲引起，同第五章，支撑受力可以 写为：
F
Af f 85
235 fy
Af——梁受压翼缘截面面积
第二节 梁的强度与刚度
一、梁的强度 • 梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处 还有局部承压应力，故梁的强度计算包括：正应力、剪应力、 局部压应力，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还 应验算折算应力。 1、梁的抗弯强度 • 弹性阶段：全截面弹性工作，以边缘屈服为最大承载力； 弹性最大弯矩
(a)
(b)
五、梁的刚度
• 控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）
v [v]
v v l l
得，计算时荷载取标准值；
v
—梁跨中的最大挠度，根据材料力学、结构力学知识求
[v ]
— 梁的容许挠度，查表。 均布荷载作用下跨中挠度，E=2.06X105N/mm2
vmax
5q k l 384 EI

M px M ex
应变强化阶段：确定梁的稳定系数时考虑此阶段的作用。
• 梁的《规范》计算方法： 以部分截面发展塑性（1/4截面）为极限承载力状态
单向弯曲
M x( y)
x( y )Wxn( yn) My Mx f 双向弯曲 xWxn yWyn
式中：γ 为塑性发展系数，查表采用。 对工字型截面 对箱形截面 x 1.05, y 1.2 x 1.05 y 受压翼缘当 及 直接承受动力荷载且需计算疲劳时γ =1.0； 当抗弯强度不够时，增大梁的高度最有效。