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本课件围绕模块12 钢结构构件计算展开，依次讲解课题1 焊接连接、应用案例12-1、应用案例12-2等内容，结合现行规范条文与工程算例说明设计要点与计算步骤，帮助学习者建立系统的结构分析与设计思路。
1.钢结构常用的连接方法钢结构的连接方法：1.钢结构常用的连接方法钢结构的连接方法通常分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。
由于铆钉施工技术要求高，劳动强度大，施工条件恶劣，施工速度慢，已逐步被高强度螺栓连接所取代。本部分主要讲述焊缝连接和螺栓连接。课题1焊接连接计算12.1.1概述
图12.2钢结构的连接方法：（a）（b）（c）图12.2钢结构的连接方法（a）焊缝连接；（b）铆钉连接；（c）螺栓连接
2.焊缝连接的优缺点：2.焊缝连接的优缺点优点是
3.钢结构中常用的焊接方法焊接方法：3.钢结构中常用的焊接方法焊接方法很多，钢结构中主要采用电弧焊，薄钢板（）的连接有时也可以采用电阻焊或气焊。
（1）电弧焊电弧焊是利用焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，将金属加热并熔化的焊接方法。电弧焊可分为手工电弧焊、自动和半自动埋弧焊及CO2气体保护焊等。
1)手工电弧焊手工电弧焊：1)手工电弧焊手工电弧焊是钢结构制造中最常用的焊接方法，设备简单，操作灵活，适用性和可达性强，对各种施焊位置和分散或曲折短焊缝均适用。
缺点是生产效率比自动、半自动焊低，质量稍低并且变异性大，施焊时电弧光较强。图12.3手工电弧焊
手工电弧焊焊条焊条有碳钢焊条和低合金钢焊：条。
其牌号为E43、E50和E55型等，E表示焊条，数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值。上图为XWJ422是钛钙型药皮的优质低碳钢电焊条。一般情况下，焊条与母材的对应关系如下：Q235钢材，采用E43焊条；Q345钢材，采用E50焊条；Q390、Q420钢材，采用E55焊条。
2)焊剂层下自动或半自动埋弧焊焊剂层下自：2)焊剂层下自动或半自动埋弧焊焊剂层下自动或半自动埋弧焊是焊接过程机械化的一种主要方法（见图12.4）。
它所采用的是盘状连续的光焊丝在散粒状焊剂下燃弧焊接，散粒状焊剂的作用与手工焊焊条的药皮相同。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。
图12.4自动电弧焊
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手工电弧直流/直流脉冲氩弧焊两用机
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自动或半自动埋弧焊门式全自动埋弧焊机
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(2)电阻焊电阻焊
4.焊缝连接形式及焊缝形式：4.焊缝连接形式及焊缝形式1）焊缝连接形式焊缝连接形式按被连接构件间的相对位置分为对接、搭接、T形连接和角接四种。
图12.5焊缝连接的形式：（a）对接连接；（b）用拼接盖板的对接连接；（c）搭接连接；（d）、（e）T形连接；（f）、（g）角部连接
（2）焊缝形式：（2）焊缝形式所采用的焊缝形式按其构造来分，主要有对接焊缝和角焊缝两种类型。
对接焊缝按所受力的方向分为正对接焊缝[图12.6（a）]和斜对接焊缝[图12.6（b）]角焊缝[图12.6（c）]可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝。
图12.6焊缝形式：(a）正对接焊缝；(b)斜对接焊缝；(c)角焊缝
(d)仰焊：施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊图12.8焊缝施焊位置(a)平焊；(b)横焊；(c)立焊；(d)仰焊
5.焊缝缺陷：5.焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别1）焊缝缺陷(a)裂纹；(b)焊瘤；(c)烧穿；(d)弧坑；(e)气孔；(f)夹渣；(g)咬边；(h)未熔合；(i)未焊缝图12.9焊缝缺陷
（2）焊缝质量检验和焊缝级别二级除：（2）焊缝质量检验和焊缝级别二级除对全部焊缝按二级标准作外观检查外，还须按要求用超声波抽查焊缝长度的20％；一级除对全部焊缝除按一级标准作外观检查外，还须对全部焊缝按要求用超声波检查。
三级只检查焊缝的外观缺陷(气孔、咬边等)和几何尺寸是否符合焊缝外观质量检验三级标准的要求；钢结构一般采用三级焊缝,对有较大拉应力的对接焊缝和直接承受动力荷载结构的重要焊缝采用一级或二级焊缝。
6.焊缝符号及标注方法：6.焊缝符号及标注方法焊缝符号由指引线和两条相互平行的基本符号组成，必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。
（1）指引线一般由单箭头的指引和两条相互平行的基准线所组成。一条基准线为实线，另一条为虚线，均为细线。
图12.10焊缝指引线的画法：（a）(b)(c)图12.10焊缝指引线的画法
表12-1中摘录了一些常用的焊缝基本符号：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
(2)基本符号用以表示焊缝的形状。表12-1中摘录了一些常用的焊缝基本符号。(3)辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，如对接焊缝表面余高的部分需加工，使其与焊件表面齐平，则可在对接焊缝符号上加一短画，此短画即为辅助符号。(4)当焊缝分面比较复杂时，在标准焊缝代号的同时，可在图形边的焊缝处加粗线、栅线等补充符号强调焊缝的重要性，如图12.11所示。
图12.11补充焊缝
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12.1.2对接焊缝连接的构造：12.1.2对接焊缝连接的构造和计算1.对接焊缝的构造1）坡口形式（a）直边缝（b）单边V形坡口（c）V形坡口（d）U形坡口（e）K形坡口（f）X形坡口
2）引弧板与垫板：2）引弧板与垫板对接焊缝的起点和终点，常因不能熔透而出现凹形的焊口，受力后易出现裂缝及应力集中。
为此，施焊时常采用引弧板。但采用引弧板时很麻烦，一般在工厂焊接时可采用引弧板，而在工地焊接时，除了受动力荷载的结构外，一般不用引弧板，而是在计算时扣除焊缝两端板厚的长度。在焊接时，为防止熔化金属流淌或使根部焊透，常采用垫板。
图12.13钢板：3）截面的改变图12.13钢板拼接（a）改变宽度；(b)改变厚度引弧板
2.对接焊缝的：2.对接焊缝的计算焊缝计算原则
（1）轴心受力的：（1）轴心受力的对接焊缝计算图12-15轴心力作用下对接焊缝连接
【应用案例12-1】试验算：图12.14所示钢板的对接焊缝的强度。
图中轴心力的设计值为钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板。
【解】因为施焊时加引弧板：，直接连接其计算长度焊缝正应力为：焊缝强度满足要求。
（2）受弯受剪的：（2）受弯受剪的对接焊缝受弯受剪的对接连接
在同时受有较大正应力和剪应力：处，尚应按下式的折算应力计算其强度：受弯、剪的工形截面对接焊缝
表5-2列出了几种实际结构：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
（3）在对接焊缝连接计算时，将焊缝视为完全弹性体进行计算，故与材料力学的计算方法相一致，本教材不再详述，表5-2列出了几种实际结构中常用对接焊缝连接的焊缝强度计算公式。
应用案例12-2计算工字形截面牛腿与钢柱：连接的对接焊缝强度(图12.15)。
F=500kN(设计值)，偏心距e=300mm。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。
图12.15工字形截面牛腿与钢柱：连接的对接焊缝
【解】（1）截面几何特征：值和内力计算
（2）内力计算：（2）内力计算（a）最大正应力（b）最大剪应力
（c）“1”点的折算应力结论：焊缝强度：（c）“1”点的折算应力结论：焊缝强度满足要求。
1.1.3角焊缝的构造：1.1.3角焊缝的构造与计算1.角焊缝的构造1）角焊缝的形式角焊缝按其与作用力的关系可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜面角焊缝。
正面角焊缝的焊缝与作用力垂直；侧面角焊缝的焊缝长度方向与作用力平行；斜焊缝的焊缝长度方向与作用力倾斜。按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。
图12.16直角角焊缝截面
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2）角焊缝的构造要求：2）角焊缝的构造要求（1）最小焊角尺寸角焊缝的焊角尺寸不能过小，否则焊接时产生的热量较小，而焊件厚度较大，致使施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。
GB50017-2003《钢结构设计规范》规定式中——较厚焊件厚度（mm）
（2）最大焊脚尺寸：（2）最大焊脚尺寸为了避免焊缝收缩时产生较大的焊接残余应力和残余变形，且热影响区扩大，容易产生热脆，较薄焊件容易烧穿，GB50017-2003《钢结构设计规范》规定，除钢管结构外，角焊缝的焊角尺寸[图12.17(a)]应满足式中——较薄焊件厚度（mm）
图12.17最大焊角尺寸
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（3）角焊缝的最小：对于板件边缘的焊缝，当t≤6mm时，；当t>6mm时，。
（3）角焊缝的最小计算长度为了使焊缝能够具有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于和40mm。
（4）侧面角焊缝的最大：（4）侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小。
焊缝越长，应力集中越明显。如果焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度。当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。
图12.18焊缝长度：及两侧焊缝间距
（5）搭接连接的构造要求：（5）搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，应使每条侧焊缝的计算长度不宜小于两侧焊缝之间的距离两侧面角焊缝之间的距离B也不宜大于或为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲。
在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝（图12.19）时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm。
图12.19搭接连接
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（6）减小角焊缝应力集中的措施：（6）减小角焊缝应力集中的措施杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。
故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地实施长度为的绕角焊（图12.18）。
2.角焊缝的：2.角焊缝的计算
（ａ）正面角焊的应力：（ａ）正面角焊的应力（ｂ）侧面角焊缝的应力图12.20角焊缝破坏应力
（1）直接承受动力荷载：（1）直接承受动力荷载结构中的直角角焊缝计算：a.在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：b.在其它力或各种力综合作用下，
（2）承受静力荷载：（2）承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的直角角焊缝计算：a.在与焊缝长度方向垂直的轴心力作用下：b.在与焊缝长度方向平行的轴心力作用下：
表12-3列出了几种常用直角角焊缝连接的强度：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
c.在其它力或各种力综合作用下，和的共同作用处：（3）在实际结构中，根据常用的连接形式，表12-3列出了几种常用直角角焊缝连接的强度计算公式，在具体设计与验算时采用。
12-3试：12-3试设计用拼接盖板的对接连接（图12.22）。
已知钢板宽，厚度。该连接承受静力荷载N=1400kN(设计值)，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。图12.22拼接盖板的对接连接
【解】（1）：确定拼接板尺寸（厚度、宽度）及角焊缝焊角尺寸（）主体钢板宽度为270mm,为便于施焊，拼接板宽度取为240mm，每边留出15mm。
由得，本例取角焊缝的焊脚尺寸hf应根据板件厚度确定:
取，查表得角焊缝强度设计值（2）：采用两面侧焊时[图12.22(a)]
③盖板长度：④由构造要求可知：且满足要求，故选定拼接盖板尺寸为
表5-4列出了常用的几种连接形式的角焊缝强度：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
(3)采用三面围焊时[图12.22(b)]①端面角焊缝承担N′侧面角焊缝承担N1，N1=N－N′。(4)角钢与钢板连接的角焊缝这种角焊缝常常用在角钢与节点板的连接计算中，表5-4列出了常用的几种连接形式的角焊缝强度计算公式。
图12.23承受静力荷载作用的三面围焊连接的：应用案例12-4试确定图12.23所示承受静力荷载作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。
已知角钢为2∟125×10，与厚度为8mm的节点板连接，其肢背搭接长度为300mm，焊脚尺寸均为，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。
图12.23例12-4图
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（1）端部焊缝承担的力N：【解】查表的：，，
（4）肢尖焊缝承担的力N
课题2 螺栓连接：计算螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接。
普通螺栓分A、B、C三级。A、B级螺栓统称精制螺栓，C级螺栓称粗制螺栓，A级和B级螺栓材料的性能等级为10.9级或8.8级，C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。螺栓性能等级“m.n级”，小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于m×100N/mm2,小数点及小数点后的数字表示螺栓材料的屈强比，即屈服点（高强度螺栓取材料条件屈服点）与抗拉强度的比值。
12.2.1普通螺栓连接的构造：12.2.1普通螺栓连接的构造和计算1.普通螺栓连接的构造B错列A并列中距中距边距边距端距
螺栓的排列应：满足：1）受力要求任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防止钢板截面过度削弱而承载力不足；对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板件发生鼓曲。
2）构造要求：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）施工要求为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。
螺栓的最大：、最小容许距离
2.普通螺栓连接：2.普通螺栓连接的计算FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共同作用螺栓连接的受力形式：
①摩擦传力的弹性阶段：(0~1段)NδO1234NNabNN/2N/21.工作性能
2.破坏形式以上三种破坏形式：2.破坏形式以上三种破坏形式通过强度计算避免。
N/2NN/2NNNN1）螺栓杆被剪坏2）孔壁的挤压破坏3）板件被拉断
NN这两种破坏构造：解决N/2NN/24）板件端部被剪坏(拉豁)5）栓杆弯曲破坏端矩不应小于2dO栓杆长度不应大于5d
3.强度：3.强度计算①单个普通螺栓的抗剪承载力单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d
剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N：/3N/3N/3N/2
②普通螺栓群轴心力作用：下抗剪计算N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布当l1≤15d0(d0为孔径)时，假定N由各螺栓均匀承担。
NNbtt1b1板件的净截面验算：A、螺栓采用并列排列时1122
NNtt1bc2c3c4c1B：、螺栓采用错列排列时:111’1’
NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板：强度验算:222’2’
应用案例12-5两截面为360×8mm的：钢板，采用C级普通螺栓的双盖板拼接，试设计此连接。
已知轴心拉力设计值N=325kN，钢材为Q235，螺栓采用M20。【解】(1)螺栓连接的计算查表得：单个螺栓抗剪承载力设计值：
表12-6的规定：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
单个螺栓承压承载力设计值：一侧所需螺栓数n:采用错列排列，每侧用8个螺栓，按表12-6的规定排列，如图12.28所示。
图12.28例12-5图
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(2)构件强度验算查得钢材的抗拉强度设计：(2)构件强度验算查得钢材的抗拉强度设计值。
取螺栓孔径。由于是错列排列，构件强度验算应验算最小净截面。直线截面I—I净截面面积:锯齿状截面II—II净截面面积故构件强度满足要求。
2)受拉螺栓连接：2)受拉螺栓连接
dedndmd公式：两点说明：（1）螺栓的有效截面面积因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：
（2）螺栓的抗拉强度：（2）螺栓的抗拉强度当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。
连接件刚度越小撬力越大影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取=0.8f（f—螺栓钢材的抗拉强度设计值）。
在构造上可以通过加强连接件的刚度：方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。
N②螺栓群的轴心受拉：螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为：
（2）普通螺栓群：（2）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴
2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处：M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
‘1’号螺栓：在M作用下所受拉力最大M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴
3）普通螺栓群受偏心力作用：3）普通螺栓群受偏心力作用时的受拉螺栓计算
①小偏心情况因偏心距e较小：，故弯矩M不大，连接以承受轴心拉力N为主。
在此种情况下，螺栓群将全部受拉，板端不出现受压区，故在计算M产生的螺栓内力时，中和轴x-x应取在螺栓群中心处，螺栓内力按三角形分布，由弯矩平衡条件得
则在弯矩作用：下受力最大的螺栓所受拉力为在轴心拉力N作用下，每个螺栓均匀受力
因此在连接中受最大拉力和最小拉力的螺栓所：受拉力为
②大偏心情况因偏心距较大：，故弯矩也较大，此时，端板底部会出现受压区，中和轴应下移。
如图12.30（c）为简化计算，可近似地将中和轴假定在(弯矩指向一侧)最外排螺栓轴线处。按小偏心情况相似方法，可由力的平衡方程重最不利螺栓“1”所受的拉力及应满足的强度条件。
3）拉剪螺栓连接：3）拉剪螺栓连接对次要连接，若端板下不设支托，则螺栓将同时承受剪力和沿杆轴方向的拉力作用。
根据试验，这种螺栓应满足下面的相关公式：及
12.2.2高强度螺栓连接的构造：12.2.2高强度螺栓连接的构造和计算1.高强度螺栓连接的构造1）高强度螺栓的预拉力高强度螺栓的预拉力P是通过拧紧螺母实现的，施工中一般采用扭矩法、转角法或扭剪法来控制预拉力。
GB50017-2003《钢结构设计规范》规范规定的预拉力设计值P见下表。
表12-7每个高强度：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
螺栓公称直径d(mm)螺栓的性能等级M30M27M24M22M20M16250205155135110708.8级35529022519015510010.9级表12-7每个高强度螺栓的设计预拉力P值(KN)
2）高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数应用：2）高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数应用高强度螺栓时，构件的接触面通常要以特殊处理，使其洁静并粗糙，以提高其抗滑移系数。
构件的钢号连接处构件接触面的处理方法Q420钢Q345钢、Q390钢Q235钢0.500.500.45喷砂(丸)0.400.400.35喷砂(丸)后涂无机富锌漆0.400.350.30钢丝刷消除锈浮锈或未以处理的干净轧制表面0.500.500.45喷砂(丸)后生赤锈
2.高强度螺栓连接：2.高强度螺栓连接的计算与普通螺栓连接一样，高强度螺栓连接按传力方式亦可分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接和拉剪螺栓连接3种。1)高强度摩擦型螺栓连接的强度计算
②受轴心力N作用：时的抗剪连接计算a.被连接构件接缝一侧所需螺栓数确定所需螺栓数目n，并按构造要求布置排列。
b.验算构件净截面强度③受扭矩作用：，或扭矩、剪力、轴心力共同作用的抗剪连接计算此种连接受力的计算方法与普通螺栓连接相同，只是在计算时用高强度螺栓的抗剪承载力设计值取代即可。
(2)受拉螺栓连接
最外面的螺栓所受最大拉力其强度条件为：③螺栓群在弯矩作用下的抗拉连接计算连接承受弯矩M作用，若采用摩擦型高强度螺栓，在弯矩M作用下，由于高强度螺栓预拉力较大，被连接构件的接触面一直保持着紧密配合，中和轴保持在螺栓群形心轴线O-O。
最外面的螺栓所受最大拉力其强度条件为
(3)拉剪高强度螺栓连接的强度
②拉剪高强度螺栓连接：计算或或
图12.31拉剪高强度螺栓连接
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2)高强度：2)高强度螺栓承压型连接(1)受剪高强螺栓连接承压型高强度螺栓受剪时，其极限承载力由螺栓抗剪和孔壁承压决定，摩阻力只起延缓滑动作用。
因此，其承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，只是式中应采用承压型高强度螺栓的强度设计值。
(2)受拉高强度螺栓连接
1.定义轴心受力构件：1.定义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。
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。课题3轴心压杆12.3.1概述（a）实腹式柱（b）格构缀板柱（c）格构缀条柱图12.32柱的形式
轴心受力构件：，按其截面组成形式，可分为实腹式构件和格构式构件两种（图12.33）2.截面形式实腹式格构式型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢）组合截面（钢板组合与型钢组合截面）缀条式缀板式
12.3.2轴心受力构件的强度和刚度：12.3.2轴心受力构件的强度和刚度1.强度计算要求：净截面平均应力不超过设计强度。
验算公式式中，—荷载引起的轴心拉力或压力—净截面面积—钢材抗拉或抗压设计强度
2.刚度计算轴心受力构件的刚度
lo——相应方向的构件计算长度i-----相应方向的截面回转半径[l]-----受拉或受压构件的容许长细比。
表12-9受拉构件：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
表12-9受拉构件的容许长细比直接承受动力承受静力荷载或间接动力荷载的结构构件名称项次一般结构有中级工作制吊车的厂房250350250桁架的杆件1——300200吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑2——400350其他拉杆、支撑、系杆等（张紧的圆钢除外）3
表12-10受压构件的容许长细比容许长细比构：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
表12-10受压构件的容许长细比容许长细比构件名称项次150柱、桁架和天窗架中的杆件1柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑200支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）2用以减小受压构件长细比的杆件
应用案例12-6验算某吊车工作级别A6-：A8的厂房的钢屋架的下弦杆（不等边角钢，两短边相连）的轴心拉力N=400kN，截面如图12.34所示，计算长度度材料为Q235钢。
【解】（1）强度验算：由附表D查得，∟100×80×8截面面积则此压杆净截面面积为：
（2）长细比验算：（2）长细比验算由附录D组合截面特性表查得其回转半径为：，
12.3.3轴心受力构件的整体稳定性：12.3.3轴心受力构件的整体稳定性1.整体失稳（屈曲）现象研究表明，细长的轴向受压构件，当压力达到一定大小时，会突然发生侧向弯曲（或扭曲），改变原来的受力性质，从而丧失承载力。
此时构件横截面上的应力还远小于材料的极限应力，甚至小于比例极限。这种失效不是强度不足，而是由于受压构件不能保持其原有的直线形状平衡。这种现象称为丧失整体稳定性，或称屈曲。
2、计算公式—稳定系数：2、计算公式—稳定系数。和截面类型、构件长细比、所用钢种有关，从附录查得
表12-11所列的公式：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
（1）截面为双轴对称或极对称的构件（2）截面为单轴对称的构件当绕对称轴失稳时，其长细比y应取计算扭转效应的换算长细比。的计算方法可参见钢结构规范的相关条文。（3）格构式轴心受压构件实轴的稳定性对于虚轴的长细比应取换算长细比，其值应按表12-11所列的公式计算。4、构件长细比确定
12.3.4轴心受压构件：12.3.4轴心受压构件的局部稳定1.均匀受压板的屈曲问题轴心受压构件不仅有丧失整体稳定的可能性，而且也有丧失局部稳定的可能性。
组成构件的板件，如工字形截面构件的翼缘和腹板，其厚度与板其他两个尺寸相比都较小。在均匀压力的作用下，当压力到达某一数值时，板件不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象，因为板件只是构件的一部分，所以把这种屈曲现象称为丧失局部稳定。
图12.35轴心受压构件：局部屈曲图12.35为一工字形截面轴心受压构件发生局部失稳的变形形态示意，在腹板和翼缘失稳的情况下，构件还可能维持着整体稳定的平衡状态，但由于部分板件屈曲后退出工作，使构件的有效截面减少，导致构件过早丧失承载能力。
因此，《规范》规定轴心受压构件必须满足局部稳定的要求。
（1）翼缘自：2、板件的宽厚比《规范》规定，轴心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，并以限制板件的宽厚比来加以控制。
（1）翼缘自由外伸宽厚比的限值
（2）腹板高厚比的限值：（2）腹板高厚比的限值对于工字形及H形截面对于箱形截面
应用案例12-7某焊接工字型截面柱：，截面几何尺寸如图12.36所示。
柱的上下端均为铰接，柱高4.2m，承受轴心压力设计值材料为Q235钢，翼缘为火焰切割边，焊条为E43型，焊接为电弧焊。试验算该柱是否安全。图12.36例12-7图
【解】(1)：计算截面几何特性毛截面面积截面惯性矩截面回转半径
(2)刚度验算
(4)局部稳定验算：经验算可知，此截面满足整体稳定和刚度要求，因截面无削弱不需要进行强度验算。
(4)局部稳定验算腹板高厚比
翼缘自由外伸段宽厚比局部稳定满足：要求。
12.3.5轴心受压轴的轴头与轴脚柱的顶：12.3.5轴心受压轴的轴头与轴脚柱的顶部与梁（或桁架）连接的部分称为柱头，作用是通过柱头将上部结构的荷载传到柱身。
柱下端与基础连接的部分称为柱脚，柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。1、轴心受压柱的柱头梁与轴心受压柱的连接有两类铰接，一类是梁支承于柱顶上，一类是梁连接于柱的侧面。
图12.37梁的支承于柱：（a）（b）图12.37梁的支承于柱顶的铰接连接（1）梁支承于柱顶
（2）梁支承于柱：（2）梁支承于柱侧的铰接连接如图a所示的连接，只能用于梁的反力较小的情况。
当梁反力较大时，可采用图b的做法。（a）（b）图12.38梁支承于柱侧的铰接连接
2、轴心受压柱的柱脚分类：2、轴心受压柱的柱脚分类：铰接和刚接两种。
组成：底板、靴梁、肋板。(a)平板式；(b)、(c)有靴梁平板式图12.39轴压柱柱脚
1.定义只受弯矩作用或受弯矩与剪力共同作：1.定义只受弯矩作用或受弯矩与剪力共同作用的构件称为受弯构件，俗称梁。
钢梁在建筑结构中应用广泛，主要用于楼盖、屋盖、车间的工作平台及墙梁、吊车梁等。课题4受弯压杆12.4.1梁的类型和应用
2.截面形式：2.截面形式钢梁按照制作方法的不同可以分为型钢梁和组合梁两大类。
型钢梁又分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁两种。目前常用的热轧型钢有普通工字钢、槽钢、热轧H型钢等。冷弯薄壁型钢梁截面种类较多，但在我国目前常用的有C形槽钢，Z形钢。在梁跨较小、承受荷载不大的情况下采用比较经济，例如屋面檩条和墙梁。型钢梁具有加工方便、成本低廉的优点，在结构设计中应优先选用。
12.40梁的截面形式：12.40梁的截面形式
1.梁的抗弯承载力梁截面的弯曲应力随弯矩：1.梁的抗弯承载力梁截面的弯曲应力随弯矩增加而变化，可分为弹性、弹塑性及塑性三个工作阶段。
下面以工字形截面梁弯曲为例来说明（图12.41）12.4.2梁的强度和刚度图12.41梁截面的应力分布
三个阶段：弹性阶段：正应力为直线分布，梁最外边缘正应力不超过屈服点，其最大弯矩为：弹塑性阶段：梁边缘出现塑性，应力达到屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性塑性阶段：梁全截面进入塑性，应力均等于屈服点，形成塑性铰，达到梁承载极限（塑性铰弯矩）
梁的《规范》规定计算方法：单向弯：曲双向弯曲式中：为塑性发展系数，见附录F。
2.梁的抗剪承载力：2.梁的抗剪承载力梁内一般同时存在有弯矩和剪力，《钢结构设计规范》以截面最大剪应力达到所用钢材抗剪强度作为抗剪承载能力极限状态。
对于绕强轴受弯的梁，抗剪强度计算公式为
3.腹板局部压应力：3.腹板局部压应力当工字形、箱形等截面梁上有集中荷载（包括支座反力）作用，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，集中荷载由冀缘传至腹板。
腹板边缘集中荷载作用处，会有很高的局部横向压应力。为保证这部分腹板不致受压破坏，必须对集中荷载引起的局部横向压应力进行计算。图12.42示出两翼缘局部范围a段内有集中荷载F作用的局部受压的情形。
（a）翼缘受固定集中荷载作用：（a）翼缘受固定集中荷载作用（c）腹板计算高度边缘应力分布图12.42梁的局部承压
实际计算时：，偏安全地近似假定集中荷载F从作用点开始，按450角均匀地向腹板内扩散，扩散长度为，假定在长度范围内均匀分布。
《钢结构设计规范》规定腹板计算高度处边缘局部横向压应力应满足下式要求：
在组合梁的腹板：计算高度边缘处，可能同时受有较大的弯曲应力、剪应力和局部压应力；在连续梁的支座处或梁的翼缘截面改变处，可能同时受有较大的弯曲应力与剪应力。
在这种情况下，对腹板计算高度边缘应验算折算应力：4.复杂应力状态下的承载力
梁的刚度：按正常使用极限状态下，荷载标准值引起的最大挠度来计算。
梁的刚度不足将影响正常使用或外观。因此设计钢梁除应保证各项强度要求之外，还应限制梁的最大挠度或相对挠度不超过规定容许值，即5.梁的刚度要求
1.梁的整体稳定概念受弯构件：1.梁的整体稳定概念受弯构件在最大刚度主平面内受弯，当弯矩增大到某一数值后，梁会突然出现很大的侧向弯曲并伴随扭转（图12.45），失去继续承载能力，即只要外荷载稍微增加些，梁的变形就急剧增加并导致破坏，这种现象称为梁的侧向弯扭屈曲或梁整体失稳。
整体失稳是受弯构件的主要破坏形式之一。12.4.3梁的稳定
图12.45梁丧失整体稳定性：情况
表12-13规定：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
影响受弯构件的整体稳定性的因素很多，理论分析和计算较为复杂。《钢结构设计规范》对梁的整体稳定计算作如下规定：当有符合下列情况之一时，可不验算梁的整体稳定：（1）有铺板密布在梁的受压翼缘并与其牢固连接。（2）工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过表12-13规定数值。
表12-13H型钢或工字形截面简支梁：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
跨中有侧向支承点的梁不论荷载作用在何处跨中无侧向支承点的梁钢号荷载作用在下翼缘荷载作用在上翼缘162013Q235钢1316.510.5Q345钢12.515.510Q390钢12159.5Q420钢表12-13H型钢或工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大
2.梁的整体稳定性：2.梁的整体稳定性计算在最大刚度平面内受弯的构件，其整体稳定性按下式计算在两个主平面内受弯的工字形截面构件的整体稳定按下式计算
3.梁的局部稳定：3.梁的局部稳定和加劲肋性设置在钢的设计中，除了强度和整体稳定性问题外，为了保证梁的安全承载还必须考虑局部稳定问题。
轧制型钢梁的规格和尺寸，都满足局部稳定要求，不需要进行验算。组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成，如果设计不当，板中压应力或剪应力达到某一数值后，腹板或受压翼缘有可能偏离其平面位置，出现波形鼓曲(见图12.46)，这种现象称为梁局部失稳。
图12.46示意图：图12.46梁局部失稳（a）翼缘；(b)腹板
1)受压翼缘的局部稳定：1)受压翼缘的局部稳定《规范》规定对梁受压翼缘采用限制宽厚比的办法来保证梁受压翼缘板的局部稳定性。
规定梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比，应符合下式要求，即当计算梁的抗弯强度取，时，值可放宽为
对于箱形截面梁受压翼缘板：在两腹板之间的宽厚比，应符合下式要求：2）腹板的局部稳定为保证腹板的局部稳定，可增设腹板厚度或设置加劲肋，实际工程中，为了提高梁的承载力，节省钢材，往往需要加大梁的高，而腹板厚度又较薄，因此需
在腹板两侧设置合适的加劲肋，以加：劲肋作为腹板的支承，将腹板分成几个尺寸较小的区段，以提高腹板的临界应力，满足局部稳定的要求，且较为经济。
腹板加劲肋的布置如图12.47所示。当高厚比不大时，可设横向加劲肋或不设加劲肋；高厚比较大时，需同时设横向加劲肋和纵向加劲肋，必要时还要短加劲肋。
—短加劲肋图4.8腹板加劲肋的布置：1—横向加劲肋；2—纵向加劲肋；3—短加劲肋图4.8腹板加劲肋的布置
对梁腹板：加劲肋的布置，GB50017-2003《钢结构设计规范》规定组合梁腹板配置加劲肋应符合下列规定：（1）当时，对有局部压应力（）的梁，应按构造配置横向加劲肋；但对无局部压应力（）的梁，可不配置加劲肋。
（2）当时，应配置横向加劲肋。其中，：（2）当时，应配置横向加劲肋。
其中，当(受压翼缘扭转受到约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时)或(受压翼缘扭转未受到约束时)，或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。任何情况下，均不应超过250。
（3）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中
图12.48腹板加劲肋的构造
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（2）横向加劲肋的最小间距：（2）横向加劲肋的最小间距应为0.5h0，最大间距应为2h0(对无局部压应力的梁，当h0/tw≤100时，可采用2.5h0)。
纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离应在范围内。加劲肋应有足够的刚度才能作为腹板的可靠支承，防止腹板凹凸变形，所以对加劲肋的截面尺寸和截面惯性矩应有一定要求。
（3）在腹板
（5）在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强：（5）在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，应在其相交处切断纵向肋而使横向肋保持连续。
此时，横向肋的断面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯性矩Iz（图12.48），尚应符合下式要求：纵向加劲肋的截面惯性矩Iy，应符合下列公式的要求：
（6）对大型梁
横向加劲肋与梁：翼缘相连处应切去宽约bs/3(但不大于40mm)、高约bs/2(但不大于60mm)的斜角[图12.49（a）]。
对直接承受动力荷载的梁(如吊车梁)，中间横向加劲肋下端不应与受拉翼缘焊接(若焊接，将降低受拉翼缘的疲劳强度)，一般在距受拉翼缘50～l00mm处断开[图12.49(b)]。
图12.49横向加劲肋
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4)支座加劲肋钢梁的支承加劲肋常用的形式：4)支座加劲肋钢梁的支承加劲肋常用的形式如图12.50所示。
图12.50(a)为一般支座加劲肋，图12.50（b）为突缘式支座，其加劲肋向下伸出的长度不得大于厚度的2倍。支座加劲肋除了将梁的荷载传递给支座外，同时还有保证腹板局部稳定的作用，因此，支座加劲肋也必须满足（2）的各项要求，还应根据加劲肋承受的支座反力或集中荷载对加劲肋截面进行稳定性和断面承压强度的验算，最后进行焊缝设计计算。
（a）一般支座加劲肋（b）突缘式：（a）一般支座加劲肋（b）突缘式支座加劲肋图12.50支承加劲肋的构造
1.工厂拼接：1.工厂拼接如果梁的长度、高度大于钢材的尺寸，常需要先将腹板和翼缘用几段钢材拼接起来，然后再焊接成梁，这种拼接一般在工厂中进行，称为工厂拼接。
12.4.4梁的拼接梁的拼接分工厂拼接和工地拼接两种。图12.51组合梁的工厂拼接
焊接组合：梁的工厂拼接，翼缘和腹板的拼接位置最好错开并用对接直焊缝相连。
腹板的拼接焊缝与横向加劲肋之间至少应相距l0tw(图12.51)。对接焊缝施焊时宜加引弧板，并采用一级或二级焊缝，这样拼接处与钢材截面可以达至强度相等，因此拼接可以设在梁的任何位置，但是当用三级焊缝时，由于焊缝抗拉强度比钢材抗拉强度低(约低15%)，这时应将拼接布置在梁弯矩较小的位置，或者采用斜焊缝。
2.工地拼接跨度大的梁：2.工地拼接跨度大的梁，可能由于运输或安装条件的限制，需将梁分成几段运至工地或吊至高空就位后再拼接起来，由于这种拼接是在工地进行，因此称为工地拼接。
梁的工地拼接一般布置在梁弯矩较小的地方，应使翼缘和腹板基本上在同一截面处断开，以便分段运输。
图12.52组合梁：工地拼接图12.53采用高强度螺栓的工地拼接
1.次梁为简支梁简支次梁与主梁的连接形式：1.次梁为简支梁简支次梁与主梁的连接形式有平接和叠接两种，叠接是将次梁直接搁置在主梁上，如图12.54所示，用螺栓或焊缝固定，构造简单，但建筑高度大，现在很少采用。
12.4.5主梁与次梁的连接图12.54简支次梁与主梁的叠接
图12.55简支梁与主梁：平接
2.次梁为连续梁次梁为连续梁：2.次梁为连续梁次梁为连续梁时，与主梁的连接有叠接和平接两种形式。
图12.56连续次梁与主梁连接（a）连续梁叠接于主梁（b）次梁和主梁刚接梁
图12.56连续次梁与主梁：连接（a）连续梁叠接于主梁（b）次梁和主梁刚接梁
1.拉弯构件：1.拉弯构件同时承受轴线拉力和弯矩作用的构件称为拉弯构件，图12.57(a)所示的偏心受拉的构件、有端弯矩和有横向荷载作用的拉杆。
例如桁架下弦为轴心拉杆,但若存在非节点横向力，则为拉弯构件。在钢结构中拉弯构件的应用较少。课题5拉压弯构件12.5.1概述
图12.57拉压弯构件：（a）(b)图12.57拉压弯构件
2．压弯构件：2．压弯构件同时承受轴线压力和弯矩作用的构件称为压弯构件，图12.57(b)所示的偏心受压的构件、有端弯矩和有横向荷载作用的压杆。
在钢结构中压弯构件的应用十分广泛，如厂房的框架柱，高层建筑的框架柱，海洋平台的支柱和受有节间荷载的桁架上弦等。
与轴心受力构件：一样，拉弯和压弯构件也可按其截面形式分为实腹式构件和格构式构件两种，常用的截面形式有热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面和组合截面，如图12.58所示。
当受力较小时，可选用热轧型钢或冷弯薄壁型钢。当受力较大时，可选用钢板焊接组合截面或型钢与型钢、型钢与钢板的组合截面。除了实腹式截面外，当构件计算长度较大且受力较大时，为了提高截面的抗弯刚度，还常常采用格构式截面。
图12.58拉弯、压弯截面形式
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3．验算内容：3．验算内容
②格构式压弯构件a.强度验算b.刚度验算：c.整体稳定验算d.局部稳定验算
1.拉弯和压弯构件的强度单向弯矩作用：1.拉弯和压弯构件的强度单向弯矩作用的拉弯和压弯构件，《钢结构设计规范》规定按下列公式对其强度进行验算：承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，规范采用的强度计算公式为：12.5.2拉弯、压弯构件的强度和刚度
2．拉弯和压弯构件的刚度拉弯和压弯构件的：2．拉弯和压弯构件的刚度拉弯和压弯构件的刚度仍然采用容许长细比条件控制，即式中—构件的容许长细比。
12.5.3实腹式压弯构件的整体稳定压弯：12.5.3实腹式压弯构件的整体稳定压弯构件的整体稳定包括弯矩作用平面内的弯曲失稳和弯矩作用平面外的弯扭失稳，计算时需要考虑这两方面的稳定性。
1.弯矩作用平面内的稳定《钢结构设计规范》规定，对弯矩作用在对称平面内（绕轴）的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列公式验算：
2.弯矩作用平面外的稳定但弯矩作用：2.弯矩作用平面外的稳定但弯矩作用在压弯构件截面最大刚度平面外时，由于弯矩作用平面外截面的刚度较小，而侧向又没有足够的支承以阻止构件的侧移和扭转。
构件就可能向弯矩作用平面外发生侧向玩扭屈曲而破坏。如图12.59所示。《钢结构设计规范》规定的设计公式为
图12.59弯矩作用：平面外的弯扭屈曲
12.5.4实腹式压弯构件的局部稳定实腹：12.5.4实腹式压弯构件的局部稳定实腹式压弯构件与轴心受压构件和受弯构件的受力情况相似，其局部稳定性也是采用限制构件宽（高）厚比的办法来加以保证的。
1.翼缘的局部稳定I字形，T形和箱形截面压弯构件，受压翼缘板自由外伸宽度b1与其宽厚t之比，应符合下列需求：
对于长细比较小的压弯构件：，受压翼缘将有较深的塑性发展，上式容许宽厚比之值偏大。
因此《钢结构设计规范》，如果构件的截面尺寸由平面内的稳定控制，且长细比小于100，若设计允许截面发展塑性时，则翼缘宽厚比的限值为：
箱形截面受压翼缘板之间的宽厚b0与其厚度：t之比应符合下式需求，即2.腹板的局部稳定为保证压弯构件的局部稳定，规范对I字形和H形截面的腹板计算高度和之比的限制作了如下规定：
1.屋架的形式：1.屋架的形式钢屋架广泛应用于工业与民用建筑中较大跨度建筑物的屋盖承重结构。
常见的钢屋架形式按其外形可分为三角形、梯形、平行弦、人字形等等。屋架的选型应综合考虑使用要求、受力、施工及经济效果等因素。课题6普通钢屋架12.6.1屋架的形式及尺寸
1）三角形屋架三角形屋架：1）三角形屋架三角形屋架适用于屋面坡度较陡（i=1:2～1:3）的有檩体系屋盖如图12.60。
图12.60三角形屋架
三角形屋架的腹杆布置常用芬克式[见图：12.60(a)、(b)]和人字式[见图12.60(d)]。
芬克式屋架腹杆较多，但压杆短，拉杆长，受力合理，且它可以分成两榀小屋架和一根直杆，便于运输。人字式屋架的腹杆较少，但受压腹杆较长，适用于跨度l≤18m的屋架。但人字形屋架的抗震性能优于芬克式屋架，所以在强地震烈度区，尽管跨度大于18m，也常用人字形屋架。单斜式屋架[图12.60(c)]的腹杆较长且节点数目较多，只适用于下弦须设置天棚的屋架，一般较少采用。
2）梯形屋架梯形屋架：2）梯形屋架梯形屋架适用于屋面坡度平缓的无檩屋盖体系和采用长尺压型钢板和夹芯保温板的有檩屋盖体系。
其屋面坡度一般为i=1:8～1:16，跨度l=18～36m。图12.62梯形屋架（a）（c）上承式屋架；（b）（d）下承式屋架
3）平行弦屋架和人字形屋架平行弦屋架的上：3）平行弦屋架和人字形屋架平行弦屋架的上、下弦杆平行，与柱连接可做成刚接或铰接，多用于单坡屋盖或用作托架，支撑桁架也属于平行弦桁架类。
（a）（b）（c）（d）图12.63平行弦屋架和人字形屋架
平行弦桁架：用于支撑时其腹杆常采用交叉式[见图12.63(d)]，用作屋架时其腹杆则多采用人字式[见图12.63(a)、（b）]，且一般宜采用上承式，这种形式不但安装方便而且可使折线拱的推力与上弦杆的弹性压缩相互抵消，在很大程度上减小了对柱的不利影响。
3.屋架的：3.屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸为跨度、跨中高度和起拱高度。
对梯形屋架还有端部高度。1)跨度屋架的跨度应满足房屋的工艺和使用要求，同时应考虑结构布置的合理性。柱网横向轴线的间距即屋架的标志跨度，在无檩屋盖体系中应与大型屋面板的宽度相配合，以3m为模数。有檩屋盖体系中的三角形屋架跨度比较灵活，不受3m模数的限制。屋架的计算跨度是屋架两端支座反力的间距。
图12.64屋架的：计算跨度（单位：mm）
2)高度屋架的高度：2)高度屋架的高度取决于建筑高度、刚度要求和经济高度等条件，同时还须结合屋面坡度和满足运输界限的要求。
屋架的最大高度不能超过运输界限，最小高度应满足屋架容许挠度（）的需要，经济高度则应根据屋架杆件的总用钢量为最小的条件确定。
3)起拱高度：3)起拱高度对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。
为此，对跨度的三角形屋架和跨度的梯形、平行弦屋架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500左右。在分析屋架内力时可不考虑起拱的影响。
12.6.2屋架的杆件：12.6.2屋架的杆件设计1)屋架荷载屋架上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类。
永久荷载包括屋面材料（保温层、防水层、屋面板等）和檩条、屋架、天窗架、支撑及天棚等结构的自重。可变荷载包括屋面活荷载、风荷载、积灰荷载、雪荷载及悬挂吊车荷载等。永久荷载和可变荷载值均可由荷载规范的规定计算求得。1.屋架的荷载和内力计算
屋架和支撑的自重：在水平投影面上的标准值，可按下面经验公式进行估算，即：2)节点荷载屋架所受的荷载一般通过檩条或大型屋面板肋以集中力的方式作用于屋架的上弦节点上。
其值P可按各种均布荷载对节点汇集进行计算（见图12.65），即
3)荷载组合：3)荷载组合设计屋架时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架杆件的内力。一般情况下，对平行弦、梯形等钢屋架应考虑以下3种荷载组合
4)屋架杆件的内力：4)屋架杆件的内力计算计算屋架杆件内力时，通常可近似地采用如下假定
2.屋架杆件的：2.屋架杆件的计算长度和容许长细比1)杆件的计算长度杆件的计算长度可分为：在屋架平面内的计算长度；在屋架平面外的计算长度和斜平面的计算长度。
如图12.67所示
（a）桁架杆件：（a）桁架杆件在桁架平面内的计算长度（b）桁架杆件在桁架平面外的计算长度图12.67桁架杆件的计算长度
表12-14屋架杆件的：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
《钢结构设计规范》规定，桁架弦杆和单系腹杆（用节点板与弦杆连接）的计算长度见表12-14所示。表12-14屋架杆件的计算长度腹杆弦杆弯曲方向项次其他腹杆支座斜杆和支座竖杆0.8lll在桁架平面内1lll1在桁架平面外20.9ll—斜平面3
2)杆件的容许长细比长细比太大的桁架杆件：2)杆件的容许长细比长细比太大的桁架杆件，在自重作用下将产生过大挠度，在运输和安装过程中也会因柔度过大而产生弯曲，在动力作用下还会引起较大的振动。
故在钢结构规范中对受压和受拉杆件都规定了容许长细比。
3.屋架杆件的截面选择和：3.屋架杆件的截面选择和计算1)截面选择的一般原则
（3）放置屋面板
（5）屋架弦杆：（5）屋架弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形屋架和跨度大于30m的梯形屋，可根据内力变化改变截面弦杆，但在半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以便拼接时的构造处理。
2)杆件的截面形式屋架杆件截面形式的确定，应考虑构造简单、施工方便、易于取材，并使其具有一定的侧向刚度等要求。对轴心受压构件，为了经济合理，宜使杆件两方向的长细比接近相等，以使其对两个主轴有相近的稳定性。
3)填板：3)填板的设置为确保由两个角钢组成的T形或十字形截面杆件能组成一整体杆件共同受力，必须每隔一定距离在两个角钢间设置填板并用焊缝连接（十字形截面为一竖一横交错放置）（见图12.70）。
这样，杆件才可按实腹式杆件计算。填板厚度同节点板厚，宽度一般取40～60mm，长度取为：T形截面比角钢肢宽大10～15mm，十字形截面则由角钢肢尖两侧各缩进10～15mm，以便于施焊。
图12.70屋架杆件的填板：（单位：mm）
填板间距为：对压杆，对拉杆。对于：T形截面i为一个角钢对与填板平行的形心轴的回转半径；对于十字形截面i为一个角钢的最小回转半径。
受压构件的两个侧向支承点之间的填板数不得少于2个。
表12-17选用：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
4)节点板的厚度节点板内应力大小与所连构件内力大小有关，设计时一般不做计算，但不得小于6mm。对单壁式屋架，节点板的厚度可根据腹杆的最大内力（对梯形屋架和人字形屋架）或弦杆端节间内力（对三角形屋架）确定，按表12-17选用。在同一榀屋架中，所有中间节点板均采用同一种厚度，支座节点板由于受力大且很重要，厚度比中间的增大2mm。
表12-17单壁式屋架节点板选用：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
1771～30901291～1770911～1290681～910511～680291～510171～290≤170梯形、人字形屋架腹杆最大内力或三角形屋架弦杆端节间内力（kN）20181614121086～8中间节点板厚度（mm）2220181614121010支座节点板厚度（mm）表12-17单壁式屋架节点板选用表
5)截面计算：5)截面计算
（4）按刚度条件验算：选截面再进行试算，直至符合要求为止。
对压弯杆尚应验算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定性。（4）按刚度条件验算和选择截面的杆件钢屋架中各类杆件均应满足容许长细比的要求。对单角钢截面和双角钢组成的十字形截面，其回转半径应取截面的最小刚度轴的回转半径imin。若不满足则改
对屋架中因构造：需要而设置的杆件（如芬克式屋架跨中竖杆）或内力很小的杆件，其截面可按刚度条件确定，即按i=l0/［λ］或imin=l0/［λ］计算截面所需的回转半径，然后根据ix、iy或imin由附录选用合适的角钢截面或T型钢截面。
12.6.3屋架的节点：12.6.3屋架的节点设计1.节点设计的一般原则（1）布置桁架杆件时，理论上应使杆件形心线和桁架几何轴线重合，以免杆件偏心受力。
当弦杆截面沿跨度有改变时，为便于拼接和放置屋面构件，一般应使拼接处两侧弦杆角钢肢背齐平，此时应取两侧形心线的中心线作为弦杆的共同轴线。对螺栓（或铆钉）连接的桁架可采用靠近杆件形心线的螺栓（或铆钉）准线为轴线。
（2）为便于制造：如轴线处引起的偏心不超过较大弦杆截面高度的5%，计算中可不考虑由此引起的偏心弯矩的影响。
（2）为便于制造，通常取角钢肢背或T型钢背至形心距离为5mm的整倍数。节点处各杆件的轴线如图12.71所示，图中e0按e1和e2的平均数取5mm的倍数值，e3、e4则按角钢形心距取5mm的倍数值。
（3）腹杆与弦杆
图12.71节点处各杆件的轴线图
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12.72角钢端部切割形式：12.72角钢端部切割形式
（5）节点板：（5）节点板的形状应简单规整，没有凹角，一般至少应有两边平行，如矩形、梯形、平行四边形和有一直角的四边形等（见图12.73），以减少加工时的钢材损耗和便于切割。
节点板的长和宽宜取为10mm的倍数。节点板边缘线与杆件轴线的夹角不应小于15°，使杆中内力在节点板中有良好的扩散，以改善节点板的受力情况。单斜杆与弦杆的连接应使之不出现连接的偏心弯矩（见图12.74）。
图12.73节点板：（a）（b）（c）（d）图12.73节点板的切割（阴影线部分表示切割余料）（a）矩形；（b）梯形；（c）平行四边形；（d）有一直角的四边形
图12.74斜杆的节点板：（a）（b）图12.74斜杆的节点板形状和位置（a）正确；（b）不正确
表12-18中数值时：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
（6）支承预制大型钢筋混凝土屋面板板肋的的上弦杆水平肢，当支承处总集中荷载的设计值大于表12-18中数值时，应按图12.75做法之一予以加强。（a）（b）（c）（d）图12.75上弦角钢的加强
表12-18弦杆不加强的最大节点荷载：本页为表格内容，源文件表格文字提取后行列粘连，暂以文字呈现，建议对照原课件图片还原真表格。
161412108Q235角钢（或T型钢翼缘板）厚度（mm）14121087Q345、Q39010075554025支承处总集中荷载设计值（kN）表12-18弦杆不加强的最大节点荷载
2.节点设计的步骤：2.节点设计的步骤
（3）根据已有节点板的尺寸布置弦杆与节点
②节点板：平面尺寸。应从节点中心分两边注明其宽度和高度。尺寸分别平行和垂直于弦杆的轴线
3.节点构造：3.节点构造与计算1)一般节点一般节点系指无集中荷载和无弦杆拼接的节点，一般多位于屋架下弦（见图12.76）。
各腹杆杆端与节点板连接的角焊缝的焊脚尺寸和长度，应按角钢连接的角焊缝计算，节点板的尺寸应能满足交于该节点板的所有腹杆的焊缝长度要求，同时还应伸出弦杆角钢肢背10～15mm，以便焊接。弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻节间内力之差△N=N1－N2进行计算。通常△N很小，实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定，并沿节点板全长满焊。
图12.76屋架下弦的中间节点
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2)有集中荷载：2)有集中荷载的节点与一般节点不同的是，弦杆与节点板间的焊缝除承受弦杆相邻节间内力之差△N=N1－N2外，还需要承受由檩条或大型屋面板等传来的集中荷载P的作用。
（a）（b）
图12.77屋架上弦节
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为了便于放置大型屋面板或檩条连接角钢：，节点板须缩入上弦角钢背不小于t/2+2mm，也不宜大于t（t为节点板厚度），并在此进行槽焊[见图12.77（b）]。
槽焊质量一般较难保证，故近似认为其相当于两条焊脚尺寸各为hf1=0.5t、长度为节点板宽度（lw1）的角焊缝，且仅承受P力的作用，计算时忽略屋架坡度的影响，设P力垂直于焊缝，其焊缝强度应满足：
3)弦杆的拼接节点弦杆的拼接分工厂拼接和：3)弦杆的拼接节点弦杆的拼接分工厂拼接和工地拼接两种。
工厂拼接用于型钢长度不够或弦杆截面有改变时在制造厂进行的拼接，这种拼接的位置通常内力较小的节间内。工地拼接是在屋架分段制造和运输时的安装接头，下弦多设在跨中节点[见图12.78（a）]，上弦多设在屋脊节点[见图12.78（b）、（c）]，但芬克式屋架也可设在下弦中间杆的两端。
图12.78拼接节点：（a）下弦工地拼接节点；（b）（c）上弦工地拼接节点
4)支座节点屋架与柱：4)支座节点屋架与柱的连接有铰接和刚接两种形式。
支承于钢筋混凝土柱或砖柱上的屋架一般为铰接，而支承于钢柱上的屋架通常为刚接。图12.79为梯形屋架和三角形屋架在钢筋混凝土柱顶或砌体上的支座节点。
图12.79支座节点：（a）梯形屋架支座节点；（b）三角形屋架支座节点（c）加劲肋板
支座节点的传力路径：是：屋架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，然后经节点板和加劲肋之间的垂直焊缝将一部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板间的水平焊缝将全部支座压力传给底板，最终传给支座。因此，支座节点应进行以下计算
课题7 钢结构施工图：识读12.7.1钢结构设计图根据我国各设计单位和加工制作单位近年来对钢结构设计图编制方法的通用习惯，并考虑其合理性，钢结构设计制图分为设计图和施工详图两个阶段。
钢结构设计图应由具有相应设计资质级别的设计单位设计完成。钢结构施工详图由具有相应设计资质级别的钢结构加工制造企业或委托设计单位完成。本部分主要介绍钢结构设计图。
1.钢结构：1.钢结构设计图的深度钢结构设计图是提供编制钢结构施工详图（也称钢结构加工制作详图）的单位作为深化设计的依据。
所以钢结构设计图在内容和深度方面应满足编制钢结构施工详图的要求。必须对设计依据，荷载资料、建筑抗震设防类别和设防标准，工程概况，材料选用和材料质量要求，结构布置，支撑设置，构件选型，构件截面和内力，以及结构的主要构造和控制尺寸等均应表示清楚，以便供有关主管部门审查，并提供编制钢结构施工详图的人员能正确体会设计意图。
2.钢结构：2.钢结构设计图的内容钢结构设计图内容一般包括：图纸目录；设计总说明；柱脚锚栓布置图；纵、横、立面图；构件布置图；节点详图；构件图；钢材及高强度螺栓估算表。
12.7.2钢屋架施工图钢屋架施工图：12.7.2钢屋架施工图钢屋架施工图是指导钢结构制造和安装的技术文件，钢结构的制造和安装部门将依据它绘制施工详图，一般应按运输单元或安装单元绘制，但当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。
本模块小结：1．钢结构的连接方法有焊接、螺栓连接和铆接。
焊接和螺栓连接是钢结构的主要连接方法。焊接连接的焊缝可分为对接焊缝和角焊缝，课题一讲述了上述焊缝在各种力作用下的计算方法。
2．螺栓连接：2．螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接。
常用的普通螺栓为C级螺栓，其排列布置必须满足构造要求。其受力形式主要是螺栓抗剪和承压，设计承载力取受剪承载力设计值和承压承载力设计值中的较小值，并验算构件净截面强度。高强度螺栓分为摩擦型、承压型，其各自的受力和破坏形式不同。
3.梁应满足强度：3.梁应满足强度、刚度和稳定性要求。
梁的强度条件包括抗弯强度、抗剪强度和局部承压强度条件，应分别按公式进行验算。梁的刚度条件通过限制挠度进行验算。梁的整体稳定性条件用稳定性系数法进行计算，稳定系数的取值应按不同情况由计算确定。一般情况下梁要设置腹板加劲肋和支承加劲肋。
4．轴心受力构件
重点讲解其正常工作的强度条件、刚度条件和稳定性条件要求，讲述构件承载能力的验算方法。5．拉弯构件主要进行强度和刚度验算，压弯构件除了满足强度和刚度要求外，还应考虑稳定性要求。实腹式压弯构件的稳定要求包括构件在弯矩作用平面内的整体稳定、在弯矩作用平面外的整体稳定和翼缘及腹板的局部稳定。
6.钢屋架的杆件：6.钢屋架的杆件一般采用由两个角钢组成的T形截面，所选截面在两个主轴方向应满足等稳定性要求。
由于杆件计算长度不同，其截面形式也不相同。上弦杆及下弦杆一般采用两不等肢角钢短肢相连；支座斜杆采用两不等肢角钢长肢相连；其他腹杆采用两等肢角钢组成的T形截面；中央竖杆采用两等肢角钢组成的十字形截面。
7.钢屋架的各个杆件：7.钢屋架的各个杆件通过节点处的节点板连接。
在节点处，杆件重心线应汇交于一点。节点板的形状应规整、简单，节点板的厚度为8～12mm。节点设计计算时，一般先假定焊脚尺寸，再求出焊缝长度，最后根据焊缝长度确定节点板尺寸。8.钢屋架施工图是制作钢屋架的依据。施工图的主要部分是屋架详图，包括正面图、上弦和下弦杆平面图、剖面图和零件图等。施工图还应包括屋架简图、材料表和说明。
习题一、简答题1.钢结构中常用的：焊缝方法有哪几种？
焊缝连接有何优缺点？2.高强度螺栓连接与普通螺栓连接有何区别？3.高强度螺栓连接中摩擦型连接与承压型连接有何区别？
4．轴心受压构件的整体稳定性系数：4．轴心受压构件的整体稳定性系数需要根据哪几个因素考虑？
5．压弯实腹柱与轴心受压实腹柱有何不同?6.GB50017-2003《钢结构设计规范》规定，哪些情况下可不验算量的整体稳定？7．组合梁的翼缘不满足局部稳定性要求时,应如何处理?8．焊接组合截面梁加劲肋布置的原则是什么？
9.确定屋架形式：9.确定屋架形式需考虑哪些因素?常用的钢屋架形式有几种?10.计算屋架内力时考虑几种荷载组合?为什么?当上弦节间作用有集中荷载时，怎样确定其局部弯矩?11.上弦杆、下弦杆和腹杆，各应采用哪种截面形式?其确定的原则是什么?12.屋架节点的构造应符合哪些要求?试述各节点的计算要点。
13．钢结构设计图内容一般包括哪些？14.钢屋架施工图包括哪些内容?
二、计算题：1.已知Q235钢板截面用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。
2.焊接工字形截面梁，设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用荷载设计值：弯矩，剪力钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，Ⅲ级检验标准，试验算该焊缝的强度。
图12.80示意图：图12.80
3.计算图示连接的焊缝长度：3.计算图示连接的焊缝长度。
已知N=800kN（静力荷载设计值），手工焊，焊条E43型，图12.81
4.如图所示焊接连接：4.如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。
钢材为Q235B，焊条为E43型，试验算此连接焊缝是否满足要求。图12.82
5．一实腹式轴心受压柱：5．一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3600(设计值)，计算长度，截面为焊接组合工字形，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为，容许长细比。要求
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