第十三章 钢结构01

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十三章 钢 结 构,13.1,绪 论,13.1.1,钢结构的类型及组成,1、什么是钢结构？,一些典型的钢结构建筑,钢结构是,钢材（钢板和型钢）,经过,设计,、,加工，,形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓连接组成的,工程结构形式,。,五大结构形式,：,钢筋混凝土结构 砌体结构 木结构 钢结构 组合结构,第1章 绪论,2,“银色弯弓”架浦江全钢结构,卢浦大桥,1、,什么是钢结构,南浦大桥夜景,大跨度钢结构屋盖,钢结构高层建筑,2,、结构形式及应用,（1）桁架,平面桁架,空间桁架,（2）框架,（3）,拱架,（4）索,（5）壳体,13.1.2,钢结构的特点和应用范围,1、特点,强度高，重量轻,塑性,、,韧性好,材质均匀，,工作,可靠性高,适于,于机械化,加工,，,工业化,生产程度高,减少,砂、石、灰用量，减轻对不壳再生资源的破坏,环保,、,可回收再利用，建筑造型美观,密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器,耐热性能好，耐火性能差。,耐腐蚀性差,钢和混凝土容重比：3.4 强度比：210136,所以重量轻,好处,: (1),便于运输和安装,(2),可跨越更大的跨度,容量/,kN/m,3,设计强度/,MPa,拉,压,钢材,76.9,220,360,220,360,混凝土,22.6,1.05,2.65,8.5032.5,2、应用范围,承受,荷载大的结构（,工业厂房,）,大跨度建筑物,体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库,高层,建筑,轻,型钢结构,轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、,H,型钢、,L,型钢、,T,型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、,H,型钢、,L,型钢、,T,型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形管组成的结构；由薄钢板焊成的构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。,塔,桅结构,电视塔、天线、发射架,、,海洋平台,可拆卸和搬迁的结构,流动,展览馆、,舞台、,施工,时的临时房屋、温室大棚等,挡水结构、容器、大直径管道,储油库、煤气库、高炉等各种容器,大跨度桥梁,钢与混凝土组合结构,13.1.4,有关钢结构的规范、规程及标准,建筑个可靠度设计统一标准（,GB50068）,建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语（,GBJ83-85）,建筑结构制图标准（,GBJ105-87）,建筑结构荷载规范（,GB50009）,钢结构,设计规范,(,GB50017),冷弯薄壁型钢结构技术,规范,(,GB50018-2002),网架结构设计与施工规程（,JGJ7-91）,高层民用建筑钢结构技术规程,（JGJ99-98）,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程,（CECS102:98）,1,2,3,钢结构工程,施工,质量验收,规范,(,GB50205),钢结构工程质量检验评定标准,(,GB50221),建筑钢结构焊接技术规程,(,JGJ81-91),钢结构高强螺栓连接的设计施工及验收规程,(,JGJ82-91),网架结构工程质量检验评定标准,(,JGJ78-91),螺栓球节点网架,(,JGJ75.1-91),焊接球节点网架,(,JGJ75.2-91),4,5,与,上述设计和施工规范、规程配套的钢材、焊条、型钢、钢板、紧固件等标准,13.1.5,钢结构的发展,钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥、铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。,20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆、上海体育馆 、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200,m,高广州广播电视塔、210,m,高上海广播电视塔、325,m,高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000,m,3,的湿式储气柜等。,近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5,m,高、88层、总建筑面积达28.7万,m,2,的,金贸大厦,； 总建筑面积达20万,m,2,的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4,m、,南北跨度274.7,m、,建筑高度70.6,m、,可容纳8万名观众的,上海体育场,；336,m,高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥等。,钢结构的发展方向,1、发展建筑钢材,2、发展建筑钢结构,3、发展钢结构施工工艺,我国钢结构的应用前景,（1）我国钢产量1亿,多,吨，质量可靠,；,（2）扩大钢材,建筑,市场,：,目前仅5%(500万吨左右)；,（3）扩大应用范围,：,住宅、公共、商业,；,（4）,开发新材料：不锈钢，耐候钢，耐火钢，高强钢；,（5）新体系,、新理论：,组合结构,，预应力，索膜,；,（6）建筑结构一体化：新颖结构形式表现建筑,。,13.2,建筑钢材,本节讲述建筑钢材（,Q235、Q345、Q390,及,Q420）,的主要机械性能及影响这些性能的主要因素；钢材受力的两种破坏形式及防止脆性破坏的措施；介绍我国目前生产的建筑钢材品种及规格。,13.2.1,建筑钢材的基本要求,较高的强度,较好的塑性及韧性,良好的加工性能,良好的可焊性,较好的抗锈蚀能力,现行钢结构设计规范（,GBJ50017）,推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的,Q235,，,及低合金高强度结构钢中的,Q345,、,Q390,及,Q420,钢。,13.2.2,建筑钢材的主要机械性能,一、强度和塑性单轴拉伸试验,屈服强度,(,yield strength,),f,y,抗拉强度,(,tensile strength,),f,u,伸长率,(,elongation,),d,弹性模量,E,E,为常量，低碳钢有明显屈服点，,f,y,作为破坏标志,，,f,u,/,f,y,为强度储备,，,伸长率,d,表示塑性变,形,能力,。,图2-1 单轴应力,f,f,p,f,y,f,u,指标:,0,f,y,图 2-2,为了简化计算，将图2-1所示应力-应变关系简化为图2-2。,实际设计中对,s,e,曲线的简化,f,y,完全塑性,f,u,作,为,安全,储备,伸长率,根据试件原标距长度,l,0,与试件中间部分的直径,d,0,的比值为10或5而分为,10,或,5,，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。,式中 ：,l,1,为试件拉断后标距间长度。,断面收缩率,是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。,式中：,A,0,试件原来的断面面积；,A,1,试件拉断后颈缩区的断面面积；,二、,冷弯(,cold,bending,),试验,冷弯角,a,加工性能,，,塑性变性能力，材质均匀性,，,a,=,180,度合格。,指标,：将根据试件厚度按规定的弯曲直径将试件弯曲180,0,，如表面无裂纹或分层则合格.,看动画,三、,冲击,韧性,钢材的,韧性,是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载或振动荷载的能力，它是,强度与塑性,的综合表现。,钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功(冲击韧性值,A,kv,单位,J,或,a,kv,单位,J,/cm,2,),来表示。,钢结构设计规范对钢材的冲击韧性,A,kv,有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。,常温,(20,),和低温,(0,，-,20,，-,40,),试验,.,用带缺口（,V,型或,U,型）的标准试件（下图）进行冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，,称冲击韧性。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。,(,a),(,b),冲击韧性试件,P,四、,可焊性, 焊接接头和焊缝的冲击韧性及近缝区塑性不低于母材性能。,(使用性能上的可焊性),（1）可焊性好意味着钢材施焊后能获得良好的焊接接头性能。,（2）评定可焊性好的标志, 在一定的焊接工艺条件下，焊缝和近缝区均不产生裂纹,(施工上的可焊性 ),13.2.3,建筑钢材的两种破坏形式,塑性破坏：,破坏前有显著的变形，吸收很大的能量，,延续时间长，有明显的塑性变形，断裂时,断口呈纤维状，色泽发暗。,脆性破坏：,破坏前无明显变形，破坏突然发生，断,裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆,性破坏危险性大。,13.2.4,建筑钢材的种类、规格及选择,一、建筑钢材的种类,建筑用钢,普通碳素钢,普通低合金钢。,1、普通碳素钢,按其屈服点高低，由高到低排列，分为1号、2号、3号、4号7号等，,钢号越高，其含碳量越高，强度越高，塑性越低,。建筑钢结构中最常用的是3号钢。,命名规则,“,Q,XXX, ,”，,例如,Q235,AF、Q235,Bb、Q345,EZ。,其中,Q,：,屈服强度的第一个拼音字母。,XXX,：,屈服强度值，单位为,N/mm,2,，,结构用钢常有235、345、390。,：质量等级，有,A、B、C、D、E,五等。其中,A,无冲击功规定；,B,有20,C,时的冲击功要求；,C,有0,C,时的冲击功要求；,D,有20,C,时的 冲击功要求；,E,有40,C,时的冲击功要求，,低合金钢才有,E,等。, ,：脱氧方法，可分为,F、b、Z,和,TZ，F,表示沸腾钢，,b,表示,半镇静钢，,Z,表示镇静钢，,TZ,表示特殊镇静钢，其中,Z,和,TZ,可不写。,2、普通低合金钢,普通低合金钢是在普通碳素钢中添加少量的一种或几种合金元素（总量5）以提高其强度、耐腐蚀性、耐热性、低温冲击韧性。其含碳量0.2%，以便钢材的加工和焊接。按加入的合金元素有：16,Mn,钢、16,Mnq,钢、 15,MnV,钢、15,MnVq,钢和15,MnVN,钢等。,15,MnV,命名规则,15表示含碳量为万分之15，,Mn，V,后无,阿拉伯数字，表示其含量均1.5，若有数字，表示其含量的百分数。,如：36,Mn,2,Si,其中,Mn,的,含量为2。,另外，在桥梁、造船、压力容器、锅炉等专业用钢材，分别在末尾加“,q”、“c”、“r” 、“g”，,如：,16,Mnq,，,15,MnVq,3、特种钢,Z,向钢,耐候钢,二、建筑钢材的规格,1,、,钢板,(,plate),（,1,）,热轧,钢,板,和,钢带,（2）,冷轧,钢,板,和,钢带,，,（3）花纹涂板(,用作走道板和梯子踏板,)，,（4）高层建筑结构用钢板,；,薄板,40,mm；,常用热轧板625,mm，,冷轧板0.62,mm。,2,、,热轧型钢,(,hot-rolled section),工字钢,，,H,型钢 ，,T,型钢 ，,槽钢,，,角钢,，,圆管，方管，圆钢,。,3,、,焊接型钢,(,welded section),I,形，,H,形，,T,形，箱形,，十字型,。,4,、,冷弯薄壁型钢,(,cold-formed section),L,型钢，,C,型钢，,Z,型钢，,S,型钢,等,。,5,、,压型,钢,板,三、建筑钢材的选择,(1)结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的） (2)荷载性质（静力荷载还是动力荷载）,(3)连接方式（焊接还是其它连接）,(4)工作环境（温度及腐蚀介质）,1、原则：,保证结构可靠安全，同时要经济合理，,节约钢材。,2、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：,3、承重钢结构用钢材的保证项目,三项,保证,五项保证,六项保证,