第5章拉彎與壓彎構件5.1概述5.2拉彎和壓彎構件強度和剛度計算5.3實腹式壓彎構件的穩定5.4實腹式壓彎構件的截面設計5.5格構式壓彎構件5.1概述

拉彎、壓彎構件定義

同時承受軸力和彎矩作用的構件思考引起彎曲的可能因素？偏心力端彎矩橫向荷載建筑鋼結構設計原理有節間荷載作用的桁架弦桿廠房中的柱子5.1概述

建筑鋼結構設計原理拉彎構件壓彎構件拉彎、壓彎構件應用

1）按其組成可分：型鋼、鋼板焊接、組合截面、型鋼組合截面；

拉彎、壓彎構件截面形式2）按幾何特征分：開口、閉口；雙軸對稱、單軸對稱；實腹式截面、格構式截面；沿軸線等截面或變截面。5.1概述

建筑鋼結構設計原理強度破壞：拉、彎產生拉應力疊加拉彎構件破壞形式AB+=剛度：同時有受拉構件和受彎構件的特性，視何更主要穩定：彎矩引起壓應力大于軸拉應力時的穩定問題5.1概述

建筑鋼結構設計原理5.2.1拉彎和壓彎構件的強度：拉（壓）、彎產生應力疊加5.2拉彎和壓彎構件強度和剛度計算拉（壓）、彎構件應力發展過程建筑鋼結構設計原理用直線式相關曲線代替由理論推導得出的曲線式相關曲線，直線式相關曲線的方程為：

實用計算公式5.2拉彎和壓彎構件強度和剛度計算建筑鋼結構設計原理單向拉彎、壓彎構件強度計算公式拉彎、壓彎構件強度實用計算公式雙向拉彎、壓彎構件強度計算公式5.2拉彎和壓彎構件強度和剛度計算建筑鋼結構設計原理凈截面模量、當截面板件寬厚比等級為S1、S2、S3或S4級時，應全截面模量當截面板件寬厚比等級為S5級時，應取有效截面模量構件板件寬厚比等級S1級S2級S3級S4級S5級受彎構件（梁）工字型截面翼緣b/t9εk11εk13εk15εk20腹板ho/tw65εk72εk93εk124εk250箱型截面壁板（腹板）間翼緣b0/t25εk32εk37εk42εk--建筑鋼結構設計原理截面塑性發展系數需要計算疲勞的梁，取1.0當截面板件寬厚比等級為S1、S2、S3級時，按下表當截面板件寬厚比等級為S4、S5級時，取1.0建筑鋼結構設計原理式中：——拉彎和壓彎構件繞對應主軸的長細比；——受拉或受壓構件的容許長細比。建筑鋼結構設計原理5.2.2拉彎和壓彎構件的剛度例題5-1下圖所示拉彎構件，間接承受動力荷載，軸心拉力的設計值800kN，橫向荷載的設計值采用普通工字鋼I22a截面無削弱，材料Q345B。試驗算該構件的強度和剛度。建筑鋼結構設計原理例題5-1建筑鋼結構設計原理壓彎構件實際工程應用多層框架柱單多廠房柱廠房牛腿柱高層框架柱5.3實腹式壓彎構件的整體穩定性a)彎曲失穩b)彎扭失穩彎矩作用平面外沒有足夠的支撐限制側向位移和扭轉時失穩形式在彎矩平面內產生變形ab建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定基本理論建筑鋼結構設計原理軸力N彎矩MXYZ單向壓彎構件會產生彎矩平面內的失穩和平面外失穩彎矩作用平面——YZ平面XY在YZ平面內的失穩——稱為彎矩作用平面內的失穩在非YZ平面內的失穩——稱為彎矩作用平面外的失穩彎矩作用平面內失穩過程oa段彈性階段，a點截面邊緣開始屈服bc段不穩定平衡階段，b點穩定極限狀態點ab段彈塑性階段，穩定平衡階段基本理論建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定壓彎構件平面內失穩塑性發展區計算準則邊緣屈服準則——彈性設計極限承載能力準則——塑性設計建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定基本理論1.壓彎構件彎矩作用平面內穩定承載力計算準則分析建立方程、推導公式、數值模擬、實用公式建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定計算辦法邊緣屈服準則極限承載力準則分析建立方程、推導公式、數值模擬試驗、實用公式對200根柱子進行試驗得出計算公式建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定《鋼結構設計標準》GB50017-2017——參數——等效彎矩系數實用公式2.彎矩作用平面內穩定的實用計算公式建筑鋼結構設計原理5.3.1實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩定3.等效彎矩系數根據彎矩作用平面內構件的約束、荷載狀況確定（1)無側移框架柱和兩端支承構件1)無橫向荷載，有端彎矩作用建筑鋼結構設計原理

2)無端彎矩但有橫向荷載作用（均布或集中荷載）跨中單個集中荷載全跨均布荷載3.等效彎矩系數建筑鋼結構設計原理

3)同時有端彎矩和橫向荷載作用（集中力或均布荷載）跨中單個集中荷載全跨均布荷載建筑鋼結構設計原理3.等效彎矩系數（2)有側移框架柱和懸臂構件

1)有橫向荷載的柱腳鉸接的單層框架柱和多層框架的底層柱

2)除1）之外的框架柱

3)自由端作用有彎矩的懸壁柱自由端彎矩和固端彎矩的比值

無反彎點取正，有反彎點取負3.等效彎矩系數建筑鋼結構設計原理4.單軸對稱的壓彎構件計算規定除計算穩定外，還要對拉一側進行強度計算建筑鋼結構設計原理課堂練習建筑鋼結構設計原理1.公式：2.步驟：（1）找已知參數：（2）計算未知：平面內穩定滿足要求（3）帶入公式：建筑鋼結構設計原理截面影響系數，閉口截面0.7；其他截面1.0受彎構件整體穩定系數，按附錄C.0.5規定確定。閉口截面取1.0等效彎矩系數建筑鋼結構設計原理5.3.2實腹式單向壓彎構件彎矩作用平面外的整體穩定（1)彎矩作用平面外有支承的構件，應根據兩相鄰支承間構件段內的荷載和內力情況確定1)無橫向荷載，有端彎矩2)有橫向荷載，無端彎矩3)

橫向荷載和端彎矩同時作用

同向曲率

反向曲率（2)彎矩作用平面外為懸臂等效彎矩系數（2）條件同上，試驗算該上段柱的平面外穩定是否滿足要求。1.公式：2.步驟：（1）找已知參數：（2）計算未知：課堂練習建筑鋼結構設計原理建筑鋼結構設計原理5.3.3雙向彎曲實腹式壓彎構件的整體穩定Mx彎矩作用平面內的穩定My彎矩作用平面內的穩定5.3.4實腹式壓彎構件的局部穩定1.翼緣寬厚比限值板受彎構件構件板件寬厚比等級S1級S2級S3級S4級S5級受彎構件（梁）工字型截面翼緣b/t9εk11εk13εk15εk20腹板ho/tw65εk72εk93εk124εk250箱型截面壁板（腹板）間翼緣b0/t25εk32εk37εk42εk--《標準》規定：應符合S4級截面要求建筑鋼結構設計原理2.腹板寬厚比限值《標準》規定：應符合S4級截面要求

構件板件寬厚比等級S1級S2級S3級S4級S5級壓彎構件（框架柱）工字型截面翼緣b/t9εk11εk13εk15εk20腹板ho/tw（33+13α01.3）εk（38+13α01.39）εk（40+18α01.5）εk（45+25α01.66）εk250箱型截面壁板（腹板）間翼緣b0/t30εk35εk40εk45εk--圓鋼管截面徑厚比50εk270εk290εk2100εk2--5.3.4實腹式壓彎構件的局部穩定建筑鋼結構設計原理應力梯度x+=5.3.4實腹式壓彎構件的局部穩定建筑鋼結構設計原理5.3.5壓彎構件及框架柱的計算長度建筑鋼結構設計原理1.等截面框架柱在框架平面內的計算長度近似假定1）框架只承受作用于節點的豎向荷載，忽略橫梁荷載和水平荷載產生梁端彎矩的影響；2）所有框架柱同時喪失穩定；3）材料是彈性的，變形是在彈性的小變形范圍內；4）失穩時無側移框架橫梁兩端轉角大小相等，方向相反。有側移框架橫梁兩端轉角大小相等，方向相同，如圖5-14所示。5）對于多層多跨框架的框架柱失穩時，相交于同一節點的橫梁對柱子所提供的約束彎矩按上下兩柱的線剛度之比分配給柱子。5.3.5壓彎構件及框架柱的計算長度建筑鋼結構設計原理1.等截面框架柱在框架平面內的計算長度式中：——框架幾何長度；

——計算長度系數1)框架柱分別為相交于柱上端、柱下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值(1)無支撐框架5.3.5壓彎構件及框架柱的計算長度建筑鋼結構設計原理2)搖擺柱搖擺柱本身的計算長度系數取1.0，框架柱的計算長度系數應乘以放大系數式中：——本層各框架柱軸心壓力設計值與柱子高度比值之和；

——本層各搖擺柱軸心壓力設計值與柱子高度比值之和。5.3.5壓彎構件及框架柱的計算長度建筑鋼結構設計原理(2)有支撐框架式中：——分別是第i層層間所有框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數算得的軸壓穩定承載力之和；、——分別為相交于柱上端、柱下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值。——支撐系統的層側移剛度。5.3.5壓彎構件及框架柱的計算長度建筑鋼結構設計原理2.柱在框架平面外的計算長度框架柱在框架平面外的計算長度支承點之間的距離。無支承點時，柱在平面外的計算長度為柱全長。5.4實腹式壓彎構件的截面設計建筑鋼結構設計原理5.4.1截面設計原則安全、經濟、構造簡單、便于施工5.4.2截面設計步驟1.確定彎矩、軸心壓力、剪力等壓彎構件的內力設計值。2.選擇截面的形式。3.確定鋼材及其強度設計值。4.計算彎矩作用平面內和平面外的計算長度、。5.初選截面尺寸。6.驗算截面，包括強度驗算、彎矩作用平面內整體穩定驗算、彎矩作用平面外整體穩定驗算、局部穩定驗算、剛度驗算等。5.5格構式壓彎構件建筑鋼結構設計原理5.5.1強度計算5.5.2剛度計算5.5格構式壓彎構件建筑鋼結構設計原理5.5.3穩定計算1.彎矩繞實軸作用的格構式壓彎構件與實腹式計算方法相同yyxx建筑鋼結構設計原理2.彎矩繞虛軸作用的格構式壓彎構件5.5.3穩定計算yyxx式中：和——分別為軸心受壓構件的整體穩定系數和考慮抗力分項

系數的歐拉臨界力。

——構件截面較大受壓邊緣的毛截面模量。

——由x軸到壓力較大側分肢的軸線或腹板邊緣的距離。分肢穩定計算建筑鋼結構設計原理5.5.3穩定計算yyxx分肢1分肢2對分肢1對分肢2分肢按軸心受壓構件計算建筑鋼結構設計原理5.5.3穩定計算3.格構式雙向壓彎構件按整體計算按分肢計算對分肢1對分肢2——作用的主軸平面至分肢1、分肢2軸線的距離。

——分肢1、分肢2對y軸的慣性矩；

——作用的主軸平面至分肢1、分肢2軸線的距離。問題討論柱間支撐的重要性某正在施工的鋼結構四層樓在安裝預制混凝土樓板時突然發生整體倒塌，造成人員傷亡。原因：結構缺陷，未布置柱間支撐建筑鋼結構設計原理問題討論支撐的作用、布置的位置柱間支撐屬于第一道安全防線，增加柱間支撐可以為結構增加一道安全防線建筑鋼結構設計原理拓展學習：支撐回顧和總結講過的各類支撐，結合圖片資料及《鋼結構設計標準》《民用高層鋼結構設計規范》等標準分析支撐設計中需要注意的問題。建筑鋼結構設計原理第6章鋼結構的連接

第6章：鋼結構連接方法和節點設計6.1鋼結構連接方法6.2焊縫連接的構造和計算6.3螺栓連接的縫構造與計算6.4節點設計原則6.5次梁和主梁的連接6.6梁和柱的連接6.7柱頭柱腳設計6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理焊縫連接螺栓連接鉚釘連接材質易變脆產生殘余應力、殘余變形、焊接缺陷對鋼結構疲勞、穩定有不利影響較多地依賴焊工的技能水平質量檢驗要求較高時檢驗工作量較大缺點現代鋼結構最基本的連接方式，應用最廣泛優點構造簡單

—

任何形狀的構件可直接連接，無需輔助零配件省工省料

—

加工方便，不需打孔鉆眼，不削弱截面施工快速

—

可自動化操作連接的密閉性好，剛度大，整體性好6.1.1焊接連接6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理電弧焊氣體保護焊電渣焊氣焊電阻焊（1）手工電弧焊（2）自動埋弧焊（3）半自動埋弧焊1.焊接連接的方法6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理2.焊縫連接的形式及焊縫形式對接搭接T型連接角接6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理（1）焊接連接形式①焊縫在被連接板件的平面內且焊縫截面與構件截面相同②傳力均勻平順，沒有明顯應力集中，宜承受動荷載③要求下料尺寸精確，焊接邊緣需要開坡口，制造費工。①傳力曲折，易產生應力集中②對尺寸、位置要求不高，制造方便。角接焊縫對接焊縫6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理（2）焊縫連接形式

對接焊縫分為：

a）直縫：a）直縫b）斜縫b）斜縫：作用力方向與焊縫方向正交

作用力方向與焊縫方向斜交

NNNN6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理

角接焊縫分為：

a）端焊縫：b）側焊縫：焊縫軸線垂直與力作用方向，焊縫①焊縫軸線平行與力作用方向，焊縫②Nc）斜焊縫：焊縫軸線斜交與力作用方向，焊縫③①②③側焊縫（與力平行）端焊縫（與力垂直）6.1鋼結構連接的方法建筑鋼結構設計原理

熱裂紋

冷裂紋氣孔

燒穿

夾渣

根部未焊透邊緣未熔合

焊縫層間未熔合

咬邊

焊瘤3.焊縫缺陷與焊縫質量檢驗影響：削弱焊縫受力面積，引起應力集中，易形成裂紋并擴展引起斷裂。建筑鋼結構設計原理6.1.1焊接連接檢驗標準三級肉眼外觀檢查二級肉眼外觀檢查＋超聲波用于有較大拉應力的較重要連接－－不得存在裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷一級肉眼外觀檢查＋超聲波＋X射線用于抗動力、疲勞荷載的重要連接－－不得存在未滿焊、咬邊、根部收縮、裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷用于一般連接－－所有焊縫均應作外觀檢驗，不允許有可見裂紋等缺陷。其它缺陷如咬邊、表面氣孔、夾渣等按規范要求；超聲波檢測設備無損檢測：一級焊縫全數檢驗，二級焊縫抽檢20％以上建筑鋼結構設計原理6.1.1焊接連接4.焊縫符號表示法引出線+基本符號輔助符號++補充符號+焊縫尺寸符號引出線：帶箭頭指引線。基本符號：表示焊縫截面形式。輔助符號：對焊縫輔助要求。補充符號：補充說明焊縫的某些特征。焊縫尺寸符號：焊角高度，角度等。hfβ建筑鋼結構設計原理6.1.1焊接連接6.1.2螺栓連接1.普通螺栓連接2.高強螺栓連接精制螺栓：A、B級，Ⅰ類孔尺寸準確，精度較高，性能好，變形小。粗制螺栓：C級，Ⅱ類孔d≤16mm，d<d01mmd=18~24mm，d<d01.5mmd=27~30mm，d<d02mm摩擦型：承壓型：變形小，承載力低；變形大，承載力高。建筑鋼結構設計原理工廠構件焊接、工地節點螺栓連接鋼結構發展方向優點施工簡單，裝拆方便，對安裝工的要求高耐疲勞，易阻止裂紋擴展缺點費料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高建筑鋼結構設計原理3.連接圖例6.1.2螺栓連接優點塑性、韌性好，動力性能好缺點費料、加熱鉚合過程極其費工目前承重鋼結構連接中已很少應用建筑鋼結構設計原理6.1.3鉚釘連接栓釘將鋼板與混凝土板連接起來栓釘承受剪力拴釘連接建筑鋼結構設計原理射釘槍用于薄壁構件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝射釘、自攻釘連接建筑鋼結構設計原理直邊縫單邊V形縫雙邊V形縫板厚t<10mm板厚t=10~20mmU形縫K形縫X形縫板厚t>20mm坡口形式6.2.1對接焊縫的構造與計算1.對接焊縫的構造6.2焊接連接的構造與計算建筑鋼結構設計原理不同寬度不同厚度可不設斜坡引弧板其它構造6.2.1對接焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理2.對接焊縫的計算

對接焊縫的應力分布情況基本上與焊件相同。可用計算焊件的方法計算對接焊縫。對于重要的構件，按一、二級標準檢驗焊縫質量，焊縫和構件等強，不必另行計算，只有對三級焊縫，才需要計算。6.2.1對接焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理直焊縫引弧板焊縫應力驗算(1)軸心受力的對接焊縫6.2.1對接焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理N—軸心拉力或壓力tw—焊縫厚度（不同板連接時為較小板厚）lw—焊縫計算長度，有引弧板lw＝L，無引弧板lw＝L－2t

—對接焊縫抗拉或抗壓設計強度強度彎矩M剪力V平板梁應力分布(2)彎矩和剪力共同作用的對接焊縫6.2.1對接焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理彎矩M剪力V工字形梁應力分布6.2.1對接焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理直角角焊縫1.角焊縫的形式和強度（a）普通焊縫等腰直角三角形截面hfhfhe不能直接承受動荷載6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理（b）平坡焊縫1.5hfhfhe在直接承受動荷載結構中，正面角焊縫常采用：在直接承受動荷載結構中，側面角焊縫常采用：（c）凹面式焊縫hfhfhe建筑鋼結構設計原理6.2.2角焊縫的構造與計算斜角角焊縫hf兩焊角邊的夾角α＞90°或α<90°的焊縫α＞135°或α<60°的焊縫不宜用作受力焊縫hfhfhf銳角角焊縫鈍角角焊縫6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理2.角焊縫構造要求hflw焊角高度hflw焊縫計算長度hft1t26.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理最大焊角高度hfmax貼邊焊時當t>6mm時，hf≤t-（1~2）mm當t≤6mm時，hf≤t6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理最小焊角高度hfmin為了保證焊縫最小承載力，防止焊縫因冷卻過快產生裂縫，《規范》規定：母材厚度t角焊縫最小焊腳尺寸hft≤636﹤t≤12512﹤t≤206t﹥2086.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理最小計算長度lwminlwmin最大計算長度沒有要求當時，焊縫承載力乘以折減系數6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理搭接連接的構造要求避免焊縫受彎矩影響產生破壞，要求僅采用端焊縫t1t26.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理僅采用兩條側焊縫時NNblw①為了避免鋼板拱曲tmin≤12mm時，b≤200mm;tmin>12mm時，b≤16t;②為保證連接強度。要求：lw≥b③為了減小轉角處應力集中，作繞角焊2hf6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理側縫的應力狀態主要受剪應力，分布不均，兩頭大中間小，焊縫越長應力不均勻程度越高強度相對較低，塑性較好破壞常發生在近似45°斜平面上3.直角角焊縫的基本計算公式6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理角焊縫應力狀態遠比側焊縫復雜正、剪應力都有，且分布很不均勻根部應力集中最厲害，常常是開裂的起源點焊縫破壞強度高，但塑性差端焊縫應力分布ABCD端縫應力狀態6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理012焊縫變形/mm焊件平均應力N/mm2θ=0°θ=30°θ=60°θ=90°側縫端縫試驗結論θ1.側焊縫強度低、塑性好2.端焊縫強度高、塑性差6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理端焊縫側焊縫

計算截面均取焊縫45°喉部為有效截面（假定破壞截面）有效焊縫高度he＝0.7hf(焊縫高度)hfhfhe有效截面角焊縫的計算截面hfhehfh1h2de6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理試驗公式NxNyσ┻τ┻τ∥=τflw45O45Ohehf角焊縫計算公式推導σf6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理式中——按有效截面計算垂直于焊縫長度方向的應力——按有效截面計算平行于焊縫長度方向的應力——端焊縫強度增大系數動載時，βf=1.0靜載時，βf=1.226.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理4.各種受力狀態下角焊縫連接計算(1)承受軸心力作用時角焊縫連接的計算6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理1）用蓋板的對接鏈接兩邊側焊兩邊端焊四周圍焊N1lw1N2，lw2減小拼接板角部應力集中四周菱形圍焊兩邊側焊兩邊端焊驗算－端焊縫強度提高系數驗算認為焊縫有效截面上應力均勻分布一條單獨的焊縫，每端扣除hf6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理三面圍焊縫受軸心力作用Nblw

認為焊縫破壞時全截面達到承載力極限狀態N3N2N1

1）求焊縫3承受的力③①②

2）求焊縫1、2承受的力

3）求焊縫1、2所需焊縫長度6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理驗算四周圍焊當焊縫受直接動力荷載時：由端焊縫1N1122再驗算側焊縫N2，lw2減小拼接板角部應力集中四周菱形圍焊簡化驗算－無論靜載、動載N1lw16.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理2）承受斜向軸心力的角焊縫計算FNV6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理如圖鋼板厚度為14mm，柱翼緣厚度為20mm，

，鋼材

，焊條

型，手工焊。焊縫的焊腳尺寸

。要求：驗算直角角焊縫的強度。例題建筑鋼結構設計原理肢背焊縫肢尖焊縫blw2lw1兩邊側焊由平衡條件N1、N2不均勻分配3)承受軸心力的角鋼角焊縫連接6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理blw2lw1三面圍焊由端焊縫強度驗算確定由平衡6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理例1：如圖所示，角鋼和節點板采用兩側焊縫連接，

（靜載設計值）角鋼為2∟

，節點板厚度為10mm，鋼材

，焊條

型，手工焊。試確定所需焊腳尺寸及焊接長度。例2：

如圖所示，角鋼和節點板采用三面圍焊連接，

（靜載設計值）角鋼為2∟

，節點板厚度為12mm，鋼材

，焊條

型，手工焊，試確定焊接長度。FMWnVM(2)承受彎矩、軸力和剪力聯合作用的角焊縫計算N6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理FMhVM工字形截面hNFVM6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理VT(3)承受扭矩或扭矩和剪力聯合作用的角焊縫計算N6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理T近似計算方法hN將偏心力移至豎向焊縫處兩水平焊縫能承擔的扭矩為豎向焊縫能承擔的扭矩為豎向焊縫只承擔豎向力F6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理xo4005.65.62925.6扭矩截面幾何特征6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理xo角點A的應力6.2.2角焊縫的構造與計算建筑鋼結構設計原理1.焊接殘余應力1.試驗條件三塊相同鋼板兩端均與一剛度很大的擋板連接鋼板之間不傳熱6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理試驗步驟加熱中間板冷卻中間板中間板伸長受到限制，產生壓應力。兩側板受拉伸長，產生拉應力。中間板收縮受到限制，產生拉應力。兩側板受壓縮短，產生壓應力。6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理結論原因不均勻分布的溫度場各纖維之間相互約束4.殘余應力特點自相平衡力系焊縫周圍溫度場焊縫θ變形壓住內應力6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理殘余應力的分類300度縱向焊接應力平板工字形截面X(橫向焊接應力)Y(縱向焊接應力)Z(厚度方向焊接應力)焊縫6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理第一部分施焊方向收縮橫向焊接應力第二部分應力分布

厚度方向焊接應力＋=合成應力6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理與焊接應力同時產生，由焊區收縮變形導致2.焊接殘余變形波浪變形縱向收縮橫向收縮彎曲角變形波浪變形扭曲變形6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理3.殘余應力和殘余變形對結構工作性能的影響1）對結構靜力強度的影響300度拉壓——+fybBt無殘余應力有殘余應力特點殘余應力結論：殘余應力對構件靜力強度無影響6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理2）對構件剛度的影響無殘余應力有殘余應力結論殘余應力存在降低了構件的剛度6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理3）對低溫冷脆的影響4）對疲勞強度的影響不利影響不利影響4.減少焊接應力和變形的措施（1）合理設計焊縫只要結構允許，盡可能使焊縫對稱與構件截面中性軸1）合理安排設計位置差好6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理3）合理選擇焊縫尺寸和形狀2）盡可能減少不必要的焊縫5）盡量避免在母材厚度方向的收縮應力.差好差好加勁板開孔，讓主要焊縫通過，次要焊縫中斷6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理4）避免焊縫的過分交叉和集中（2）合理的工藝措施1）采取合理的施焊次序和方向12342）采用反變形3）對小尺寸焊件，焊前預熱，焊后回火6.2.4焊接殘余應力和殘余變形建筑鋼結構設計原理6.3.1普通螺栓連接構造與計算同一構件中盡量采用一種規格的螺栓，受力差大時，可采用2~3種。螺栓表示方法M20螺栓代號直徑（mm）6.3螺栓連接的構造與計算建筑鋼結構設計原理1.螺栓的規格和排列并列：簡單整齊，但對構件截面削弱較大錯列：對構件截面削弱較小，連接件較大6.3.1普通螺栓連接構造與計算建筑鋼結構設計原理間距三種端距端距順內力方向螺栓中心至構件邊緣的距離邊距垂直內力方向螺栓中心至構件邊緣的距離中距兩個螺栓中心之間的距離邊距中距6.3.1普通螺栓連接構造與計算建筑鋼結構設計原理1）受力要求2）構造要求中距不應過大，避免潮氣侵蝕銹蝕3）施工要求保留一定施工空間邊距不能過小，避免應力集中端距不能過小，避免端板撕裂中距不宜過大，避免起鼓端距中距邊距6.3.1普通螺栓連接構造與計算建筑鋼結構設計原理6.3.1普通螺栓連接構造與計算同一構件中盡量采用一種規格的螺栓，受力差大時，可采用2~3種。螺栓表示方法M20螺栓代號直徑（mm）建筑鋼結構設計原理2.螺栓連接的構造要求構造：一般采用高強螺栓+端板連接，斜梁與柱的連接及斜梁拼接端板螺栓螺栓承擔什么力？建筑鋼結構設計原理實例梁與柱鉸接連接梁腹板傳遞豎向剪力螺栓承擔什么力？建筑鋼結構設計原理123實例梁與柱的剛接連接高強螺栓鋼襯板對接焊縫梁上下翼緣傳遞彎矩，腹板傳遞剪力螺栓承擔什么力？建筑鋼結構設計原理普通螺栓按受力方向分類受剪螺栓連接螺栓桿承受剪力受拉螺栓連接NNN螺栓桿承受拉力拉剪共同作用螺栓連接N栓桿承受拉力、剪力6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理1.受剪連接的工作性能NNδ(mm)N/mm212346.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理1）0-1摩擦傳力彈性階段02）1-2滑移階段3）2-3桿件傳力彈性階段破壞形式（2）鋼板孔壁擠壓破壞（板較薄，螺栓較粗）（1）螺栓剪斷（板較厚，螺栓較細）（3）鋼板拉斷（板開孔，截面削弱）（4）鋼板剪壞（螺栓端距過小）（5）螺栓彎曲破壞（板過厚，螺栓細長）防止螺栓破壞措施(1)(2)(3)通過計算解決(4)(5)通過構造解決端距≥2d。螺桿長度≤5d6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理2.單個普通螺栓的受剪計算單個受剪螺栓的承載力計算抗剪承載力設計值式中nv受剪面數；nv=1nv=2nv=4d螺栓桿直徑；fvb螺栓抗剪強度設計值。6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理承壓承載力設計值式中∑t同一方向的承壓構件的較小厚度和；d螺栓桿直徑；fcb螺栓承壓強度設計值。6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理3.普通螺栓群受剪連接計算（1）普通螺栓群軸心受剪沿受力方向，受力分配不均，兩端大中間小，在一定范圍內，靠塑變可以均布內力，過大時，設計計算時仍按均布，但強度需乘折減系數6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理連接所需螺栓數量：當l1≥15d時，采用承載力折減系數考慮螺栓群受力不均6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理（2）若8.8級高強度摩擦型螺栓連接，求螺栓直徑。M22單個普通螺栓在連接中承擔剪力作用見圖，單個螺栓承壓承載力計算公式為：a+c+eABCD提交max{a+c+e，b+d}min{a+c+e，b+d}b+d單選題2分小螺栓、大事故上個世紀，美國密蘇里州的堪薩斯城的凱悅酒店，吊著的空中走廊突然坍塌，共造成114人死亡216人受傷。

四樓天橋最中間的箱梁因為其靠近東面的一端的連接處上的螺栓失效而迅速下滑坍塌，美國佛州一座新建的過街天橋坍塌至少6人死亡6個小時完成主體橋身搭建，號稱能承受五級颶風，而且“百年不倒”，邁阿密的地標建筑破壞原因：桿件施工時受力和設計時受力不同，螺栓連接的壓桿破壞FxyN

基本假設：

1.連接件是剛性的，

螺栓是彈性的。

2.每個螺栓受力的方向垂直于該螺栓至形心的連線

3.每個螺栓受力的大小與該螺栓至形心的連線成正比6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理（2）普通螺栓群偏心受剪xy

扭矩作用6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理xy

軸力、剪力作用VxyN6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理xy共同作用6.3.2普通螺栓的受剪連接建筑鋼結構設計原理1.普通螺栓受拉的工作性能2.單個普通螺栓的受拉承載力3.普通螺栓群受拉6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理（1）螺栓群軸心受拉(2)螺栓群承受彎矩作用M彎曲形心在彎矩指向最外排螺栓處6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理FMN小偏心(3)螺栓群偏心受拉6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理大偏心6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理如圖所示，偏心受拉的C級普通螺栓連接，偏心拉力設計值為

,

，螺栓布置如圖所示。要求：所需螺栓的規格。6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理01.01.0FVM6.3.4普通螺栓受剪力和拉力的聯合作用建筑鋼結構設計原理若題圖中去掉支托，并改為采用M20C級普通連接，試驗算螺栓承載力是否滿足要求。6.3.3普通螺栓的受拉連接建筑鋼結構設計原理按受力特性分：摩擦型與承壓型破壞特征摩擦型：

抗剪連接板件間最大摩擦力抗拉連接承壓型：螺桿抗剪與孔壁承壓破壞兩者無區別6.3.5高強螺栓連接的構造與計算建筑鋼結構設計原理1.高強螺栓連接的工作性能和構造要求（1）高強螺栓預拉力的建立建筑鋼結構設計原理6.3.5高強螺栓連接的構造與計算（2）高強螺栓摩擦面抗滑移系數1）高強螺栓摩擦型連接建筑鋼結構設計原理6.3.5高強螺栓連接的構造與計算（3）高強螺栓抗剪連接工作性能式中：——一個高強度螺栓的抗剪承載力設計值；

——孔型系數，標準孔取1.0；大圓孔取0.85；內力與槽孔長向垂直時取0.7；內力與槽孔長向平行時取0.6；

——傳力摩擦面數目；2）高強螺栓承壓型連接同普通螺栓建筑鋼結構設計原理6.3.5高強螺栓連接的構造與計算（4）高強螺栓抗拉連接工作性能受彎連接計算認為形心在螺栓群形心建筑鋼結構設計原理6.3.5高強螺栓連接的構造與計算（5）高強螺栓承受拉力和剪力連接的工作性能1）高強螺栓摩擦型連接2）高強螺栓承壓型連接（2）若8.8級高強度摩擦型螺栓連接，求螺栓直徑。查表6.4節點設計原則建筑鋼結構設計原理1鋼結構節點設計應根據結構的重要性、受力特點、荷載情況和工作環境等因素選用節點形式、材料與加工工藝。2節點設計應滿足承載力極限狀態要求，傳力可靠，減少應力集中。3節點構造應符合結構計算假定，當構件在節點偏心相交時，尚應考慮局部彎矩的影響。4構造復雜的重要節點應通過有限元分析確定其承載力，并宜進行試驗驗證。5節點構造應便于制作、運輸、安裝、維護，防止積水、積塵，并應采取防腐與防火措施。6拼接節點應保證被連接構件的連續性。6.5次梁與主梁的連接建筑鋼結構設計原理6.5.1次梁與主梁鉸接1.疊接

疊接構造簡單，安裝方便，但所占的結構高度大，使用常受到限制，連接和梁格的剛度較差建筑鋼結構設計原理2.平接這種連接雖構造復雜，但可降低結構高度，因此，在實際工作中應用較廣泛。6.5.1次梁與主梁鉸接建筑鋼結構設計原理6.5.2次梁與主梁剛接

翼緣焊接，傳遞彎矩

腹板螺栓連接，傳遞剪力通常采用的是柱貫通的連接形式；按連接轉動剛度的不同可分為：柔性連接1半剛性連接2剛性連接3梁腹板傳遞豎向剪力梁腹板與翼緣傳遞剪力和部分彎矩梁上下翼緣傳遞彎矩，腹板傳遞剪力4連接角鋼、端板、支托完全焊接、完全栓接、栓焊混合6.6梁與柱的連接建筑鋼結構設計原理建筑鋼結構設計原理6.6.1梁與柱的鉸接連接多層框架中可由部分梁和柱剛性連接組成抗側力結構，而另一部分梁鉸接于柱，這些柱只承受豎向荷載；設有足夠支撐的非地震區多層框架原則上可全部采用柔性連接。柔性連接（a）（c）（b）連接角鋼或端板偏上放置：上翼緣處變形小。圖(d):當梁用承托連于柱腹板時，宜用厚板作為承托構件以免柱腹板承受較大彎矩；圖(e):在需要用小牛腿時，則應做成工字形截面，并把它的兩塊翼緣都焊于柱翼緣，使偏心力矩M=Re以力偶的形式傳給柱翼緣。承托牛腿柔性連接建筑鋼結構設計原理6.6.1梁與柱的鉸接連接1.構造要求梁翼緣與柱翼緣間:

全熔透坡口焊縫；按規定設置襯板；當框架梁端垂直于工字形柱腹板時，柱在梁翼緣對應位置設置橫向加勁肋；且加勁肋厚度不應小于梁翼緣厚度。為便于施焊，梁腹板要切去兩角；構造簡單，但焊縫質量要求高。建筑鋼結構設計原理6.6.2梁與柱的剛接全焊接節點所有的螺栓都采用高強摩擦型螺栓連接；當梁翼緣提供的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70％時，梁腹板與柱的連接螺栓不得少于兩列；當計算只需一列時，仍應布置兩列，且此時螺栓總數不得小于計算值的1.5倍。適用于單側有梁相連的柱建筑鋼結構設計原理6.6.2梁與柱的剛接全螺栓連接栓焊混合連接

可認為是半剛接；連接鋼板足夠厚時，作為剛接；支托傳遞剪力。建筑鋼結構設計原理6.6.2梁與柱的剛接建筑鋼結構設計原理6.6.2梁與柱的剛接2.節點域驗算H形截面柱箱型截面柱圓管截面柱——分別為節點域兩側梁端彎矩設計值——節點域體積建筑鋼結構設計原理6.6.2梁與柱的剛接——節點域抗剪強度6.7柱頭柱腳設計建筑鋼結構設計原理6.7.1整體式柱腳1.底板面積計算2.錨栓計算6.7.分離式柱腳建筑鋼結構設計原理對右肢對左肢按獨立柱腳設計7.2屋蓋支撐體系7.1屋架的選型及結構特點屋架第7章：普通鋼屋架設計7.3普通鋼屋架設計7.4鋼屋架設計實例（1）滿足使用要求：

上弦坡度要適合屋面防水材料的要求。7.1屋架的選型及結構特點建筑鋼結構設計原理7.1.1確定屋架形式的原則

(2)受力合理：弦桿：使各節間弦桿的內力相差不太大。

腹桿：

應使長桿受拉短桿受壓，且腹桿數量宜少，腹桿總長度也應較小。(3)施工要求·

桿件夾角30°～60°；

·

桿件與節點數量少；桿件尺寸劃一及節構造簡單。

·

分段制造，便于運輸與安裝；1)三角形屋架①特點②適用范圍外形和彎矩圖不相適應，弦桿內力分布不均勻，近支座處內力大，近跨中處小，橫向剛度小。上下弦交角小，端節點構造復雜。可將上弦或下弦改變為折線形或陡坡梯形，以改善受力和節點構造。跨度小，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點③按腹桿布置方式分類：

特點：長腹桿受拉，短腹桿受壓，受力合理，便于運輸。·

芬克式建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點

桿件數量少，腹桿總長度較小，節點數量少，減少了制造工作量·單斜式

腹桿和節點數量較多，長桿受壓，短桿受拉，只用于下弦設置天棚的屋架，需要下弦節間長度較小的情況。

·人字式建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點2)梯形屋架①特點②適用范圍適用于屋面坡度平緩且跨度較大時的屋蓋結構。

外形和彎矩圖比較接近，弦桿內力沿跨度分布較均勻，用料經濟，應用廣泛。建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點③按腹桿布置方式分類：特點：腹桿總長度短，節點少。按支座斜桿與弦桿組成的支承點在下弦或在上弦又可分為下承式和上承式兩種。上承式下承式·

人字式建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點·

再分式特點：可避免節間直接受荷（非節點荷載）。·單斜桿式

特點：多數腹桿受壓，桿件數量多，總長大，應用少。建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點3)平行弦屋架上、下弦桿水平，桿件和節點規格化、便于制造。屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內力分布不均勻。一般用于托架和支撐體系。建筑鋼結構設計原理7.1.2屋架的外形及結構特點1）橫向水平支撐7.2.1支撐的種類7.2屋蓋支撐體系建筑鋼結構設計原理2）縱向水平支撐3）垂直支撐4）系桿

1）保證屋蓋結構的幾何穩定性。

7.2.2支撐的作用建筑鋼結構設計原理2）避免壓桿側向失穩，防止拉桿產生過大的震動3）承擔并傳遞縱向水平力

4）保證結構安裝和架設過程中的穩定性1.上弦橫向水平支撐所有屋蓋中都應設置屋架上弦橫向水平支撐，當有天窗架時，天窗架上弦也應設置橫向水平支撐。

7.2.3屋蓋支撐的布置建筑鋼結構設計原理設置在房屋的兩端或溫度區段兩端

一般設在第一個柱間有時可將其布置在第二個柱間，但在第一個柱間要設置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風力。支撐間距

L0≤60m。建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置2.下弦橫向水平支撐當跨度L≥18m；設有懸掛式吊車起重量大于5噸；廠房內設有較大的振動設備時設置與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間。建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置3.縱向水平支撐廠房內設有托架，或有較大噸位的重級、中級工作制的橋式吊車；或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備；以及當房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時。建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置4.垂直支撐：

所有房屋中均應設置垂直支撐。

梯形屋架跨度L≤30m在跨中增設一道兩端各設置一道L≤30mL＞30m跨度L＞30m宜在跨度1／3附近或天窗架側柱外設置兩道建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置跨度L≤24m時，僅在跨中設一道。三角形屋架

垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間。跨度L＞24m宜在跨度1／3附近或天窗架側柱外設置兩道建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置5.系桿

剛性系桿：柔性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。只能承受拉力的系桿作用：

為沒有參與組成空間穩定體的屋架提供上下弦的側向支承點。保證其上弦桿平面外的穩定和安裝時屋架的穩定

第一柱間的剛性系桿能將山墻的風荷載傳到橫向水平支撐。建筑鋼結構設計原理7.2.3屋蓋支撐的布置

各種支撐都是一個平面桁架，桁架的腹桿一般采用交叉斜桿。豎腹桿：豎桿弦桿：相鄰屋架弦桿兼作橫向支撐桁架的弦桿腹桿

支撐桁架

斜腹桿：支撐7.2.4屋蓋支撐的形式與構造建筑鋼結構設計原理7.3普通鋼屋架設計建筑鋼結構設計原理7.3.1鋼屋架設計內容與步驟(1)屋架的選型：屋架形式及尺寸(2)荷載計算計算永久荷載、屋面均布活荷載、雪荷載、風荷載、積灰荷載等。(3)內力計算(4)內力組合：確定各桿件的最不利內力。(5)屋架的桿件設計確定桿件的計算長度；選取桿件截面形式；初選截面尺寸；根據桿件的最不利內力按軸心受拉、軸心受壓或拉壓彎構件進行桿件截面設計

(6)節點設計(7)繪制屋架施工圖并編制材料表H=(1/6～1/4)L三角形屋架：

屋架高度由經濟條件、剛度條件、運輸界限、屋架坡度等因素決定。梯形屋架：

H=(1/10～1/6)LH0=(1/16～1/10)L常取1.8——2.1米等較整齊的數據建筑鋼結構設計原理7.3.2鋼屋架主要尺寸(1/6～1/4)LL(1/10～1/6)L(1/16～1/10)L屋架上的荷載包括：（1）永久荷載：屋架、屋面材料、支撐結構自重建筑鋼結構設計原理7.3.3屋架荷載計算與組合1.荷載計算(2)可變荷載：屋面活荷載、雪荷載、風荷載、積灰荷載及懸掛荷載等。屋架及支撐自重，用經驗公式計算（水平投影面）風荷載一般不考慮，但對于輕型屋面材料，考慮風的吸力引起桿件變號。計算豎向荷載時，按水平投影面計算屋面及水平面夾角屋架設計時應考慮以下三種荷載組合組合一：全跨永久荷載＋全跨可變荷載組合二：全跨永久荷載＋半跨可變荷載組合三：全跨屋架及支撐自重＋半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷載

屋架中部某些桿件在全跨可變荷載作用時受拉，而在半跨可變荷載作用時可能受壓。

保證施工階段屋架安全建筑鋼結構設計原理7.3.3屋架荷載計算與組合2.內力組合P

屋面荷載一般是通過屋面板或檁條以集中力的形式傳遞給屋架。ldPPP建筑鋼結構設計原理7.3.4內力計算按鉸接平面桁架分析內力

假定屋架各桿均為理想直桿，各桿軸線在同一平面內且匯交于節點中心，各節點均為理想鉸接，忽略實際節點產生的次應力。(1）只有節點荷載作用下pppppppp/2ppppp/2建筑鋼結構設計原理7.3.4內力計算(2）有節間荷載作用的屋架

將節間荷載分配到相鄰的節點上，按只有節點荷載作用的屋架計算各桿內力。

p2P2P2Pppppp建筑鋼結構設計原理7.3.4內力計算直接承受節間荷載的弦桿為壓彎構件（N，M）。

M0為將上弦節間視為簡支梁所得跨中彎矩。簡化計算：0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0局部彎矩M理論上應按彈性支座上的連續梁計算。建筑鋼