主编：孟华赵爱书

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中等职业教育中等职业教育建筑工程施工专业建筑工程施工专业规划教材规划教材

建筑结构建筑结构JIANZHU JIEGOU

主编：孟华赵爱书

9 钢结构

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9.1 9.1 钢结构的材料钢结构的材料

9 钢结构

目录

9.2 9.2 钢结构的连接钢结构的连接

9.3 9.3 钢结构构件钢结构构件

9.4 9.4 钢屋盖钢屋盖


9 钢屋盖

1掌握钢材的主要力学性能及影响因素；2掌握钢结构的连接方法及受力特点；3掌握钢结构基本受力构件的构造要求；4掌握钢屋盖结构的组成与结构形式；5了解门式刚架的组成与构造。

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9.1

钢结构的材料


钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢材仅是其中的一小部分。用作钢结构的钢材必须具备下列性能：较高的强度，较强的变形能力，良好的加工性能。此外，根据结构的具体工作条件，还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。同时，钢结构中使用的钢材还应价格便宜，以降低工程造价。

9.1.1 钢材的主要力学性能及影响因素

9.1 钢结构的材料


9.1.1.1 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能反映了钢材的内在质量及受力后的特性，需经拉伸试验、冷弯试验和冲击韧性试验测定。（ 1 ）强度和塑性强度是材料受力时抵抗破坏的能力。图9.1为低碳钢在常温、静载条件下，单向拉伸试验时的应力应变曲线。拉伸试验提供三项机械性能指标：屈服点、抗拉强度和伸长率。



图 9.1 钢材的一次拉伸应力 - 应变曲线



① 屈服点 fy

钢材的屈服点（屈服强度）是衡量结构承载能力和确定强度设计值的指标。如图9.1所示，当应力达到屈服点之后，钢材便产生了较大且明显的应变，使结构的变形迅速增加而不能继续使用。因而，设计时取屈服点 fy 作为确定材料强度设计值的依据。② 抗拉强度 fu

抗拉强度是应力 - 应变曲线上的最高点对应的应力值，是钢材能够达到的最大应力值。屈服强度与抗拉强度的比值能够反映钢材的强度储备。



③ 伸长率 δ伸长率是反映钢材塑性性能的重要指标，伸长率用试件被拉断时的最大伸长值（塑性变形值）与原标距之比的百分数表示，即：

式中 l1—— 试件拉断后的标距长度； l0—— 试件原标距长度，一般取 5d 或 10d （ d 为试件直径）； δ—— 伸长率，对不同标距用下标区别，如 δ5 、

δ10 。伸长率越大，说明材料破坏前产生的变形越大，塑性性能越好。

1000

01

l

ll (9.1)



（ 2 ）冷弯性能冷弯试验如图9.2所示。在试验机上，按规定的弯心直径 d 将试件冷弯 180° ，观察试件外表面有无裂纹、分层等。冷弯性能是衡量钢材在常温下经受冷加工的能力，是衡量钢材质量的综合指标。



图 9.2 钢材冷弯试验



（ 3 ）冲击韧性冲击韧性反映钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度。冲击韧性值受温度影响较大，温度过低其值剧降。冲击韧性是衡量钢材强度和塑性的综合性能指标。



（ 4 ）可焊性钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能获得良好的焊接接头的性能。可焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后，焊接金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并且它们的机械性能不低于母材。



9.1.1.2 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素有很多，其中以钢材的化学成分影响最大，而冶炼、轧制、冷加工、热处理、温度等的影响也不能忽视，现分述如下：（ 1 ）化学成分钢材的基本化学元素是铁。钢结构所用钢材包括碳素结构钢中的低碳钢和低合金钢。碳素结构钢由纯铁及其他元素组成，其中纯铁占 99% ，碳及其他元素仅占 1%左右，其他元素包括硅（ Si ）、锰 (Mn) 、硫 (S) 、磷 (P) 、氮 (N) 、氧 (O)等。



低合金钢中除上述元素外，还有一些约占 3% 的合金元素，如铜 (Cu) 、钒 (V) 、钛 (Ti) 、铌 (Nb) 、铬 (Cr) 等。碳和其他元素所占比例虽然不大，却对钢材性能起决定性作用。碳含量对钢材强度、塑性、韧性和可焊性有极大影响。含碳量提高，钢材的强度增加，但塑性、冲击韧性下降，可焊性和抗锈蚀性能变差。锰和硅是有益元素，是炼钢的脱氧剂。适量的锰和硅可提高钢材强度，对塑性和韧性无明显的不良影响。



钒和钛作为合金元素添加到钢中，可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力，而不显著降低塑性。硫和磷是钢中的有害元素，尤其是硫。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。硫使钢材在高温（ 800~1000℃）下变脆，称为“热脆”；磷使钢材低温时变脆，称为“冷脆”。但是，磷可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力。氧和氮属有害元素，但含量较少。氧的作用类似于硫，使钢材产生热脆；氮的作用与磷相似，使钢材产生冷脆。



（ 2 ）钢材的缺陷钢材在冶炼、浇铸和轧制过程中会产生偏析、非金属夹杂、裂纹、气孔和分层等缺陷。上述缺陷降低了钢材的塑性、韧性、可焊性和抗锈蚀性。（ 3 ）钢材的硬化钢材硬化使钢材强度提高，但塑性和韧性降低。硬化有三种情况：时效硬化、冷作硬化和应变时效。



①时效硬化就是钢材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化，导致钢材在放置后比放置前变硬的现象。②冷作硬化是钢材在常温或在结晶温度以下进行加工后，强度和硬度显著提高，塑性和冲击韧性降低的现象。③应变时效是钢材在应变力作用下，材料的组织性能随时间发生变化，从而导致钢材强度提高，塑性和韧性急剧下降的现象。



（ 4 ）温度的影响钢材的机械性能随温度变化将有所改变。钢材有一定的耐高温性能，但是耐火性差。钢材的性能随温度的升高呈强度降低、变形增大趋势。当温度在 200℃以内时，钢材的性能变化不大。温度超过 350℃后，钢材的强度开始大幅度下降，变形急剧增加。当达到 600℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量几乎均降至零。



当温度从常温开始下降时，随着温度的降低，钢材的屈服强度和抗拉强度略有提高，但塑性、韧性下降，材料逐渐变脆。当温度降至某一特定值（转变温度）时，材料将会发生脆性断裂，称为低温冷脆现象。



9.1.1.3 钢材强度设计指标钢材的强度设计值见表9.1。



钢材抗拉、抗压和抗弯

f抗剪fv

端面承压 (刨平顶紧 )fce

牌号厚度或直径 (mm)

Q235钢

≤16 215 125

325＞ 16～ 40 205 120

＞ 40～ 60 200 115

＞ 60～ 100 190 110

Q345钢

≤16 310 180

400＞ 16～ 40 295 170

＞ 40～ 60 265 155

＞ 60～ 100 250 145

Q390钢

≤16 350 205

415＞ 16～ 40 335 190

＞ 40～ 60 315 180

＞ 60～ 100 295 170

Q420钢

≤16 380 220

440＞ 16～ 40 360 210

＞ 40～ 60 340 195

＞ 60～ 100 325 185

表 9.1 钢材的强度设计值（ N/mm2 ）

注：附表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。



9.1.2.1 钢材的规格钢结构所用的钢材品种主要有热轧钢板和型钢（图 9.3 ），以及冷弯薄壁型钢和压型钢板。

图 9.3 型钢的规格(a) 钢板； (b) 等边角钢； (c) 不等边角钢； (d) 钢管；

(e) 槽钢； (f) 工字钢 ;(g)H 型钢 ;(h)T 型钢

9.1.2 钢材的规格、品种及选用



（ 1 ）钢板钢板有薄钢板、厚钢板和扁钢。钢板用“宽 ×厚× 长”或“宽 ×厚”表示，单位为 mm ，如 450×8×3100 ， 450×8 。（ 2 ）型钢①角钢：分等肢（边）角钢和不等肢（边）角钢两种。等肢角钢的表示方法：“肢宽 ×肢厚”。如 110×8 ，表示肢宽 110mm 、肢厚 8mm 的等肢角钢。不等肢角钢的表示方法： 100×80×10 ，表示长肢宽 100mm 、短肢宽 80mm 、肢厚 10mm 的不等肢角钢。



② 槽钢：分普通槽钢和轻型槽钢两种。普通槽钢用代表槽钢的符号及截面高度的厘米数表示：如 30a 表示截面高度 300mm ，肢板厚度较薄的普通槽钢；轻型槽钢的表示方法是在前述普通槽钢符号后加“ Q” ，即表示轻型槽钢。如25Q 表示截面高度为 250mm 的轻型槽钢。因轻型槽钢腹板均较薄，故不再按厚度划分。 ③ 工字钢：工字钢也分普通工字钢和轻型工字钢两种。其表示方法与槽钢类似。如 32a 表示截面高度为 320mm 、腹板较薄的普通工字钢。 32Q表示截面高度为 320mm 的轻型工字钢。



④H 型钢： H型钢是世界各国广泛使用的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相连。它分为宽翼缘 H型钢（代号 HW ）、中翼缘 H型钢（代号 HM ）和窄翼缘H型钢（代号 HN ）。各种 H型钢均可剖分为 T型钢使用，代号分别为 TW 、 TM 和 TN 。 H型钢和 T型钢的表示方法：高度 H×宽度 B×腹板厚度 t1×翼缘厚度 t2 。如 HM340×250×9×14 ，其剖分 T型钢为 TM170×250×9×14 ，单位均为 mm 。⑤ 钢管：分无缝钢管及焊接钢管两种。以“”后面加“外径 ×厚度”（ mm ）表示，如 400×6 ，表示外径为 400mm 、厚度为 6mm 的钢管。

Φ

Φ



（ 3 ）冷弯薄壁型钢和压型钢板薄壁型钢是用 1 5~6mm 薄钢板经冷弯或模压而成型的。压型钢板（图9.4）是薄壁型钢的一种形式，用厚度为 0.4~2mm 的薄钢板、镀锌钢板或表面涂有彩色油漆的彩色涂层钢板经冷轧（压）成型，是近年发展起来的一种新型板材，多用做轻型屋面板等构件。薄壁型钢和压型钢板自重轻，节省材料，十分经济，但薄壁对锈蚀的影响比较敏感。



图 9.4 冷弯薄壁型钢（ a ）等边角钢；（ b ）卷边等边角钢；（ c ） Z 形钢；

（ d ）卷边 Z 形钢；（ e ）槽钢；（ f ）卷边槽钢；（ g ）向外卷边槽钢（帽形钢）；

（ h ）方管；（ i ）圆管；（ j ）压型板



9.1.2.2 钢材的品种钢材的种类繁多，按化学成分可分为碳素钢和低合金钢；按用途可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢；按冶炼方法可分为平炉钢、氧气转炉钢等；按浇铸方法可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。我国建筑结构用钢中常见的钢材是碳素结构钢和低合金钢。碳素结构钢的牌号由屈服点的汉语拼音开头字母Q 、屈服点数值、质量等级符号 (A 、 B 、 C 、D) 、脱氧方法符号四个部分按顺序组成，如 Q235-A·F代表屈服点为 235N/mm2 、质量等级为 A级的沸腾钢； Q235- B代表屈服点为 235N/mm2 、质量等级为 B级的镇静钢。



9.1.2.3 钢材的选用钢材选用的原则是：结构安全可靠，用材经济合理。一般应考虑以下几点：① 结构的重要性。重要结构或构件对钢材要求高。② 荷载的特征。承受动力荷载的结构对钢材要求较高。③ 连接方法。焊接结构要求钢材具有可焊性。④ 工作条件。如环境温度对钢材的要求。⑤ 钢材厚度。钢材机械性能一般随厚度增大而降低，钢材经多次轧制后，钢的内部组织更为紧密，强度更高，质量更好。



一般钢结构的构件，多选用 Q235 钢，对荷载和跨度较大、低温环境以及承受较大动力荷载的构件，可选用 Q345 或 Q390 钢。建筑结构中通常采用 Q235沸腾钢便可满足要求，但低温条件和较大动力荷载下不宜用沸腾钢。结构用钢至少必须有屈服强度、抗拉强度和伸长率三项机械性能指标合格保证（统称三项保证），同时还应有硫、磷含量的合格保证。焊接结构还需碳含量的合格保证。



对某些重要结构的钢材，如吊车梁、大跨度厂房的屋架、托架和柱等，应有冷弯试验的合格保证（与前三项保证合称四项保证）。对重级工作制和吊车起重量大于等于 50t 的中级工作制吊车梁等构件的钢材，应具有常温（ 20℃）冲击韧性的合格保证（与前四项保证合称五项保证）。低温工作时，还需有 0℃、 -20℃和 -40℃时低温冲击韧性的合格保证（与前五项保证合称六项保证）。



9.2

钢结构的连接


钢结构连接的作用就是通过一定的方式将钢板或型钢组合成构件，或将若干个构件组合成整体结构，以保证其共同工作。因此，连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。钢结构的连接必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。连接接头应有足够的强度，要有实施连接的足够空间。

9.2.1 钢结构的连接方法及受力特点

9.2 钢结构的连接


钢结构的连接方法可分为焊接、铆钉连接和螺栓连接（图 9.5 ）。

图 9.5 钢结构的连接（ a ）焊缝连接；（ b ）铆钉连接；（ c ）螺栓连接



焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法。它的优点是：不削弱焊件截面，连接的刚性好，构造简单，便于制造，并且可以采用自动化操作。它的缺点是：会产生残余应力和残余变形，连接的塑性和韧性较差。铆钉连接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动力荷载结构的连接，如铁路桥梁。其缺点是构造复杂，用钢量多，目前已很少采用。



螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。普通螺栓连接的优点是施工简单、拆卸方便，缺点是用钢量多，适用于安装连接和需要经常拆卸的结构。普通螺栓又分为 C级（粗制）螺栓和 A级、 B级（精制）螺栓。 A级与 B级为精制螺栓，螺栓表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。由于精度较高，因而受剪性能较 C级螺栓好。但由于其制作和安装复杂，价格较高，很少使用。C级为粗制螺栓，由未经加工的圆钢压制而成，表面粗糙。



由于栓杆与栓孔间的间隙较大，受剪力作用时，变形较大，工作性能差，但安装方便，且能有效地传递拉力，故一般可用于沿螺栓杆受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是：普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计。普通螺栓连接抗剪时是依靠孔壁承压和螺杆抗剪来传力。



高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工时还给螺杆施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此，板面之间垂直于螺杆方向受剪时有很大的摩擦力。高强度螺栓依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接。前者以滑移作为承载能力的极限状态，后者的极限状态和普通螺栓连接相同。



高强度螺栓摩擦型连接只利用摩擦传力这一工作阶段，具有连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单以及动力荷载作用下不易松动等优点，在钢结构中得到广泛应用。高强度螺栓承压型连接，起初由摩擦传力，后期则依靠螺杆抗剪和承压传力，其承载能力比摩擦型的高，可以节约钢材，也具有连接紧密、可拆换、安装简单等优点，但这种连接的剪切变形较大，不能用于直接承受动力荷载的结构。



9.2.2.1 焊接方法电弧焊是最常用的一种焊接方法，俗称电焊。它是利用金属焊条与焊接件之间所形成的电弧产生高温，使焊件局部金属熔化（一般有 1~2mm深，称为熔深），同时把熔化了的焊条金属熔滴，填充到两焊件之间的缝隙中，这样，冷却后两个构件便结成一个整体。一般常用的电焊有手工电弧焊（图9.6）、自动（或半自动）埋弧焊（图9.7）以及气体保护焊。

9.2.2 焊接



图 9.6 手工电弧焊1— 电源； 2— 导线； 3— 夹具；4— 焊条； 5— 药皮； 6— 焊件



图 9.7 自动或半自动埋弧焊1— 焊丝转盘； 2— 转动焊丝的电动机； 3— 焊剂漏斗； 4— 电源；

5— 熔化的焊剂； 6— 焊缝金属； 7— 焊件； 8— 焊剂； 9— 移动方向



9.2.2.2 焊接结构的特点焊缝连接有下列特点：（ 1 ）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工省时，又不使材料的截面积受到减损，使材料得到充分利用，节约钢材；（ 2 ）任何形状的构件都可以直接连接，一般不需要辅助零件，使连接构造简单，传力路线短，适应面广；（ 3 ）焊接连接的气密性和水密性都好，结构刚性也较大，结构的整体性较好；



（ 4 ）由于高温作用在焊缝附近形成热影响区，钢材的金属组织和机械性能发生变化，材质变脆；（ 5 ）焊接的残余应力会使结构发生脆性破坏和降低压杆稳定的临界荷载，同时残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化；（ 6 ）焊接结构具有连续性，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体，造成整体破坏。



9.2.2.3 焊缝和焊缝连接形式焊缝连接的形式可按不同的归类方式进行分类。按被连接构件之间的相对位置，可分为平接（又称对接）、搭接、顶接（又称 T 形连接）和角接四种类型。按焊缝的构造不同，可分为对接焊缝和角焊缝两种形式。



按受力方向，对接焊缝又可分为正对接缝（正缝）和斜对接缝（斜缝）；角焊缝可分为正面角焊缝（端缝）和侧面角焊缝（侧缝）等基本形式（图 9.8 ）。

图 9.8 对接焊缝与角焊缝1— 对接正焊缝； 2— 对接斜焊缝；3— 正面角焊缝； 4— 侧面角焊缝



按照施焊的位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种（图 9.9 ）。其中平焊施焊条件最好，质量易保证，因此质量最好；仰焊的施焊条件最差，质量不易保证，在设计和制造时应尽量避免采用。

图 9.9 焊缝施焊位置（ a ）平焊；（ b ）立焊；（ c ）横焊；（ d ）仰焊



9.2.2.4 焊接质量检查《钢结构工程施工质量验收规范》规定，焊缝按其检验方法和质量要求分三级。其中三级焊缝只要求对全部焊缝做外观检查；二级焊缝要求在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条焊缝的 20％长度，且不小于 200mm ；一级焊缝要求在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。



9.2.2.5 焊缝符号焊缝符号是用于表明焊缝形式、尺寸和辅助要求，由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。图9.10为单面焊缝的标注，图9.11为双面焊缝的标注。



图 9.10 单面焊缝的标注方法



图 9.11 双面焊缝的标注方法



9.2.2.6 焊缝的构造（ 1 ）对接焊缝的构造要求对接焊缝的形式有 I 形缝、单边 V 形缝、双边 V 形缝（ Y 形缝 ) 、 U 形缝、 K 形缝、 X 形缝等（图9.12

）。当焊件厚度 t 很小时（ t ≤6mm ）可采用直边缝。对于厚度一般（ t＝ 6～ 20mm ）的焊件，一般可以采用有斜剖口的单边 V 形焊缝或双边 V 形焊缝。对于较厚的焊件（ t≥20mm ），则应采用 V 形缝、 U 形缝、双边 V 形缝、双 Y 形缝。其中 V 形缝和 U 形缝为单边施焊，但在焊缝根部还需补焊。当没有条件补焊时，要事先在根部加垫板（图9.12中（ g ）、（ h ）、（ i ）），以保证焊透。



图 9.12 对接焊缝坡口形式（ a ） I 形缝；（ b ）单边 V 形缝；（ c ） Y 形缝；

（ d ） U 形缝；（ e ） K 形缝（ f ） X 形缝；（ g ）、（ h ）、（ i ）加垫板的 I 形、单边 V 形和 Y 形缝



对接焊缝的优点是用料经济，传力平顺均匀，没有明显的应力集中，对于承受动力荷载的焊接结构，采用对接焊缝最为有利。但对接焊缝的焊件边缘需要进行剖口加工，焊件长度必须精确，施焊时焊件要保持一定的间隙。对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现凹形焊口，受力后易出现裂缝及应力集中。为消除焊口影响，焊接时可将焊缝的起点和终点延伸至引弧板（图9.13

）上，焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。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各 2t 长度（此处 t 为较薄焊件厚度）。



图 9.13 引弧板



在钢板厚度或宽度有变化的焊接中，为了使构件传力均匀，应在板的一侧或两侧做成坡度不大于1 2.5∶ （承受静力荷载者）或 1 4∶ （需要计算疲劳者）的斜坡（图 9.14 ），形成平缓的过渡。如板厚相差不大于 4mm 时，可不做斜坡（图 9.14 （ c ））。

图 9.14 不同宽度或厚度的钢板拼接(a) 钢板宽度不同； (b) 钢板厚度不同； (c) 板边不加工



（ 2 ）角焊缝的构造要求角焊缝按其长度方向和作用力的相对位置不同可分为正面角焊缝（端缝）、侧面角焊缝（侧缝）、斜焊缝、围焊缝等几种（图9.15）。角焊缝中垂直于作用力的焊缝称为正面角焊缝，简称端缝；平行于作用力的焊缝称为侧面角焊缝，简称侧缝；倾斜于作用力的焊缝称为斜缝。侧缝主要受剪力作用，破坏常发生在最小的受剪面上，即在有效厚度 he=0.7hf 所在的截面上。端缝则同时受到较大的剪力、弯矩和轴心力作用，而且在截面突变、力线密集的焊缝根部存在很大的应力集中现象，所以破坏常从根部开始。



图 9.15 角焊缝的种类（ a ）矩形拼接板三面围焊连接；（ b ）菱形拼接板围焊缝连接



角焊缝的连接构造如处理得不正确，将降低连接的承载能力。所以，还应注意以下几个构造问题：①角焊缝的焊脚尺寸 hf 不宜太小，对于手工焊为，对于自动焊为，对于 T 形连接的单面角焊缝为，以上 t 是较厚焊件的厚度；当焊件厚度等于或小于 4mm 时，则最小焊脚尺寸与焊件厚度相同。

th f 5.1 mmth f 15.1 mmth f 15.1



②角焊缝的焊脚尺寸 hf亦不宜太大，以免烧伤和穿透较薄的焊件，在板边缘的角焊缝，如果 hf

太大，还可烧伤板边，产生咬边现象。所以最大焊脚尺寸应满足如下要求：焊缝不在板边缘时应有， t 是较薄焊件的厚度（钢管结构除外）。焊缝若在板件（厚度为 t ）边缘，则最大焊件尺寸应符合下列要求：当 t≤6mm 时，；当 t>6mm 时， hf≤t-1~2mm 。

th f 2.1

th f



③当两焊件的厚度相差较大，且采用等焊脚尺寸无法满足最大和最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸，即与较厚焊件接触的焊脚尺寸满足（ mm ），与较薄焊件接触的焊脚尺寸符合（ mm ）的要求。④在侧缝连接中，侧缝的计算长度在承受静力荷载或间接承受动力荷载时不宜大于 60hf ，在承受动力荷载时不宜大于 40hf 。当大于上述数值时，其超出部分在计算中不予考虑。若内力沿侧缝全长分布，其计算长度不受此限制。

max5.1 th f

min2.1 th f



⑤角焊缝的计算长度不宜太短，侧缝或端缝的计算长度不得小于 8hf 和 40mm 。⑥当角焊缝的端部在构件转角处时，宜连续作长度为 2hf 的绕角焊，以免起落弧位于应力集中较大的转角处，当钢板只用两条侧焊缝连接时（图9.16）， lw 不宜小于 b ，同时宜使 b≤16t(t>12

mm) 或 b≤200mm(t≤12mm) ， b 是两侧缝之间的距离， t 是较薄焊件的厚度。这是为了避免焊缝横向收缩引起板件过大的拱曲变形。如果采用上述焊缝不能满足强度要求，可采用三面围焊。



图 9.16 两侧焊缝连接构造



⑦在仅用正面焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的 5倍和 25mm ，以减小因焊件收缩而产生的残余应力，以及因传力而产生的附加应力。⑧在角焊缝连接中，为了减少焊接应力和焊接变形，应采取一些设计方面和工艺方面的措施。不要任意加大焊缝，避免焊缝的密集和交叉等。



9.2.2.7 焊缝强度设计指标焊缝的强度设计值见表9.2。



焊接方法和焊条型号

构件钢材对接焊缝角焊缝

牌号厚度或直径(mm)

抗压fcw

焊接质量为下列等级时，抗拉ftw 抗剪

fvw抗拉、抗压和抗剪ftw

一级、二级三级

自动焊、半自动焊和 E43型焊条的手工焊

Q235钢

≤16 215 215 185 125

160＞ 16～ 40 205 205 175 120

＞ 40～ 60 200 200 170 115

＞ 60～ 100 190 190 160 110


Q345钢

≤16 310 310 265 180

200＞ 16～ 35 295 295 250 170

＞ 35～ 50 265 265 225 155

＞ 50～ 100 250 250 210 145


Q390钢

≤16 350 350 300 205

220＞ 16～ 35 335 335 285 190

＞ 35～ 50 315 315 270 180

＞ 50～ 100 295 295 250 170

Q420钢

≤16 380 380 320 220

220＞ 16～ 35 360 360 305 210

＞ 35～ 50 340 340 290 195

＞ 50～ 100 325 325 275 185

表 9.2 焊缝的强度设计值（ N/mm2 ） 9.2 钢结构的连接


注：①自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》（ GB/T 5293 ）和《低合金钢埋弧焊用焊剂》（ GB/T 12470 ）中相关的规定。

②焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（ GB 50205 ）的规定。其中厚度小于 8mm 钢材的对接焊缝，不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。

③对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取，在受拉区的抗弯强度设计值取。

④表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。

wcf

wtf



9.2.2.8 对接焊缝在轴心力 N 作用下的计算当轴心力垂直于焊缝时 ( 图9.17（a）、（b）），焊缝内的应力可看做是均匀分布的，故焊缝的验算公式为：

式中 N——轴心拉力或压力； lw—— 焊缝的计算长度，当未采用引弧板施焊时，每条焊缝取实际长度减去 2t ，即 lw=l-2t ；当采用引弧板时，取焊缝的实际长度； t —— 在平接（对接）中为连接构件的较小厚度，在 T 形连接中为腹板厚度（图9.17(b)）； Aw—— 焊缝的计算截面面积， Aw=lwt ；

——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。

Wc

Wt

WW

fftl

N

A

N 或

wcf

wtf

（ 9.2 ）



图 9.17 轴心受力构件的对接焊缝（ a ）对接焊缝；（ b ） T 形焊缝；（ c ）斜焊缝



当采用正对接焊缝强度不能达到强度要求时，可改用斜对接焊缝（图9.17（c））。斜缝与作用力之间的夹角 θ 一般应符合 tanθ≤1.5 ，此时焊缝的强度能达到要求，故焊缝强度可不必验算。但斜对接焊缝比正对接焊缝费料，不宜多用。



【例 9.1】验算图9.18所示的钢板对接焊缝，钢板截面 500mm×10mm ，轴向拉力 N=1000kN ，钢材为 Q235-A·F ，焊条 E43型，焊缝质量为三级，施工中未采用引弧板。



图 9.18 轴心力作用时的对接焊缝



9.2.2.9 角焊缝在轴心力 N 作用下的计算当垂直于焊缝长度方向的轴心力作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：

当平行于焊缝长度方向的轴心力作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：

当具有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力同时作用于焊缝时，则焊缝计算公式为：

（ 9.3 ）

（ 9.4 ）

wff

wef f

lh

N

Wf

Wef f

lh

N



式中 N——轴心拉力、压力或剪力； he——角焊缝的有效厚度，对于直角角焊缝， he=0.7hf ，

hf 为焊脚尺寸； ∑lw——角焊缝的计算长度总和，施焊时有引弧板时为实际焊缝长度，无引弧板时对每条焊缝取其实际长度减去 2hf ； σf——角焊缝中的正应力； τf——角焊缝中的剪应力； βf——正面直角角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构， βf=1.22 ；对直接承受动力荷载的结构， βf=1.0 ；对于斜角角焊缝，不论静力荷载或动力荷载，一律取 βf=1.0 ； ——角焊缝的强度设计值。

wff

Wff

f

f f

2

2

（ 9.5 ）



【例 9.2】如图9.19所示拼接板的平接连接，若连接板截面为 400×14, 承受轴心力设计值 N=920kN （静力荷载），钢材为 Q235 ，采用 E43型系列焊条，手工焊。试设计拼接板尺寸，采用两种方案：（ a ）用侧面角焊缝，（ b ）用三面围焊，试设计焊缝。



图 9.19 例 9.2 图



螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强螺栓连接两种。普通螺栓通常采用 Q235 钢材制成，安装时用普通扳手拧紧；高强螺栓则用高强度钢材经热处理制成，用能控制扭矩或螺栓拉力的特制扳手拧紧到规定的预拉力值，把被连接件夹紧。

9.2.3 螺栓连接



9.2.3.1 螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图9.20）。并列式比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。错列式可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列式紧凑，连接板尺寸较大。螺栓在构件上的布置、排列应满足受力要求、构造要求和施工要求。



图 9.20 钢板上的螺栓（铆钉）排列(a) 并列式； (b) 错列式



（ 1 ）受力要求在受力方向，螺栓的端距过小时，钢板有冲剪破坏的可能。当各排螺栓距离过小时，构件有沿直线或折线破坏的可能。对受压构件，当沿作用力方向的螺栓距过大时，在连接的板件间易发生张口或鼓曲现象。因此，从受力的角度规定了最大和最小的容许间距。



（ 2 ）构造要求当螺栓距及线距过大时，被连接的构件接触面就不够紧密，潮气容易侵入缝隙而产生腐蚀，所以应规定螺栓的最大容许间距。（ 3 ）施工要求为了施工方便，便于转动螺栓扳手，规定了螺栓最小容许间距。螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表9.3。



名称位置和方向最大容许距离（取两者的较小

值）

最小容许距离

中心间距

外排（垂直内力方向或顺内力方向） 8d0 或 12t

3d0中间排

垂直内力方向 12d0 或 18t

顺内力方向构件受压力 16d0 或 24t

构件受压力 4d0 或 8t

　沿对角线方向 —

中心至构件边缘的距离

顺内力方向

4d0 或 8t

2d0

垂直内力方向

剪切边或手工气割边 1.5d0

轧制边、自动气割或锯割边

高强度螺栓　

其他螺栓或铆钉 1.2d0

注：① d0为螺栓或铆钉的孔径， t为外层较薄板件的厚度。 ②钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。

表 9.3 螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离 9.2 钢结构的连接


9.2.3.2 普通螺栓的工作性能普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓承受剪力、螺栓承受拉力、螺栓承受拉力和剪力的共同作用（图9.21）。受剪螺栓连接达到极限承载力时，螺栓连接破坏时可能出现五种破坏形式（图9.22）：（ 1 ）螺栓杆剪断；（ 2 ）孔壁挤压 ( 或称承压 ) 破坏；（ 3 ）钢板净截面被拉断；（ 4 ）钢板端部或孔与孔间的钢板被剪坏；



（ 5 ）螺栓杆弯曲破坏。以上五种破坏形式的前三种通过相应的强度计算来防止，后两种可采取相应的构造措施来防止。一般当构件上的螺栓孔端距大于 2d0 时，可以避免端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径5倍时，则可防止螺栓杆产生过大的弯曲变形。在受拉螺栓连接中，螺栓承受沿螺杆长度方向的拉力，螺栓受力的薄弱处是螺纹部分，破坏产生在螺纹部分。



图 9.21 普通螺栓按受力方式分类（ a ）抗剪连接；（ b ）抗拉连接；（ c ）同时抗拉、抗剪连接



图 9.22 受剪螺栓连接的破坏形式（ a ）螺栓杆剪断；（ b ）孔壁被挤压破坏；（ c ）净截面被拉断；（ d ）钢板端部被剪坏；

（ d ）螺栓杆弯曲破坏



9.2.3.3 高强度螺栓的工作性能高强度螺栓采用强度高的钢材制作，所用材料一般有两种，一种是优质碳素钢，另一种是合金结构钢，性能等级有 8.8级（ 35号钢、 45号钢和40B 钢）和 10.9级（有 20MnTiB 钢和 36VB钢）。级别划分的小数点前的数字是螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是材料的屈强比。高强度螺栓连接是依靠构件之间很高的摩擦力传递全部或部分内力的，故必须用特殊工具将螺帽旋得很紧，使被连接的构件之间产生预压力（螺栓杆产生预拉力）。同时，为了提高构件接触面的抗滑移系数，常需对连接范围内的构件表面进行粗糙处理。



高强度螺栓连接虽然在材料、制作和安装等方面都有一些特殊要求，但由于它有强度高、工作可靠、不易松动等优点，故是一种广泛应用的连接形式。高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的。一般采用扭矩法和扭剪法。扭矩法是采用可直接显示扭矩的特制扳手，根据事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系施加扭矩，使之达到预定预拉力。扭剪法是采用扭剪型高强度螺栓，该螺栓端部设有梅花头，拧紧螺帽时，靠拧断螺栓梅花头切口处截面来控制预拉力值。



高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连接相同的排列布置要求外，尚须注意以下两点：（ 1 ）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接件宜采用钢板，以使被连接部分能紧密贴合，保证预拉力的建立。（ 2 ）在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。



9.3

钢结构构件

按受力特点，钢结构

构件可分为受弯构件、轴

心受力构件（拉、压杆）、

偏心受力构件（拉弯和压

弯构件）等。


轴心受力构件是指承受通过构件截面形心的轴向力作用的构件。轴心受力构件是钢结构的基本构件，广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。

9.3.1 轴心受力构件的构造

9.3 钢结构构件


这类构件在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载，杆件受轴心力作用。根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。轴心受压柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。柱头支撑上部结构，柱脚则把荷载传给基础。轴心受力构件可分为实腹式和格构式两大类（图 9.23 ）。

9.3 钢结构构件


图 9.23 柱的形式和组成（ a ）实腹柱；（ b ）缀板式格构柱；（ c ）缀条式格构柱

9.3 钢结构构件


轴心受力构件常见的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图 9.24(a) 中的工字钢、 H型钢、槽钢、角钢、 T型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图 9.24(b) 中的冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图 9.24(c) 所示的实腹式组合截面和图 9.24(d) 所示的格构式组合截面等。进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度、刚度要求；轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。截面选型应满足用料经济、制作简单、便于连接、施工方便的原则。

9.3 钢结构构件


图 9.24 轴心受力构件的截面形式(a) 热轧型钢截面； (b) 冷弯薄壁型钢截面；(c) 实腹式组合截面； (d) 格构式组合截面

9.3 钢结构构件


受弯构件是钢结构的基本构件之一，在建筑结构中应用十分广泛，最常用的是实腹式受弯构件。钢梁按制作方法不同可以分为型钢梁和组合梁两大类 , 型钢梁构造简单，制造省工，应优先采用。

9.3.2 受弯构件的构造

9.3 钢结构构件


型钢梁有热轧工字钢、热轧 H型钢和槽钢三种，其中 H型钢的翼缘内外边缘平行，与其他构件连接方便，应优先采用。宜选用窄翼缘型 H型钢（ HN型）。荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢的尺寸、规格不能满足梁承载力和刚度的要求，就必须采用组合梁。

9.3 钢结构构件


当荷载和跨度较大时，型钢梁受到尺寸和规格的限制，常不能满足承载能力或刚度的要求，此时应考虑采用组合梁。组合梁一般采用三块钢板焊接而成的工字形截面（图 9.25 （ g ）），或由T型钢中间加板的焊接截面（图 9.25 （ h ））。当焊接组合梁翼缘需要很厚时，可采用两层翼缘板的截面（图 9.25 （ i ））。受动力荷载的梁如钢材质量不能满足焊接结构的要求时，可采用高强度螺栓或铆钉连接而成的工字形截面（图 9.25 （ j ））。

9.3 钢结构构件


荷载很大而高度受到限制或梁的抗扭要求较高时，可采用箱形截面（图 9.25 （ k ））。组合梁的截面组成比较灵活，可使材料在截面上的分布更为合理，节省钢材。

图 9.25 梁的截面类型

9.3 钢结构构件


钢梁可以做成简支的或悬臂的静定梁，也可以做成两端均固定或多跨连续的超静定梁。简支梁不仅制造简单，安装方便，而且可以避免支座沉陷所产生的不利影响，故应用最为广泛。总之，钢梁的类型和截面选取应保证安全使用，并尽可能符合用料节省、制造安装简便的要求，强度、刚度和稳定性要求是钢梁安全工作的基本条件。

9.3 钢结构构件


构件同时承受轴心压（或拉）力和绕截面形心主轴的弯矩作用，称为压弯（或拉弯）构件。弯矩可能由轴心力的偏心作用、端弯矩作用或横向荷载作用等因素产生（图 9.26 、图 9.27 ）。弯矩由偏心轴力引起时，也称为偏心受压构件（偏心受拉构件）。

9.3.3 拉弯、压弯构件的构造

9.3 钢结构构件


图 9.26 压弯构件

9.3 钢结构构件


图 9.27 拉弯构件

9.3 钢结构构件


当弯矩作用在截面的一个主轴平面内时称为单向压弯（或拉弯）构件，同时作用在两个主轴平面内时称为双向压弯（或拉弯）构件。压弯构件是受弯构件和轴心受压构件的组合。在钢结构中压弯和拉弯构件的应用十分广泛，例如有节间荷载作用的桁架上、下弦杆，受风荷载作用的墙架柱、工作平台柱、支架柱、单层厂房结构及多高层框架结构中的柱等大多是压弯（或拉弯）构件。

9.3 钢结构构件


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 9.28 所示。当受力较小时，可选用热轧型钢或冷弯薄壁型钢（图 9.28（ a ）、（ b ））。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（图 9.28 （ c ））。除了实腹式截面（图 9.28 （ a ）、（ b ）、（ c ））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 9.28 （ d ））。

9.3 钢结构构件


图 9.28 拉弯、压弯构件截面形式(a) 型钢截面； (b) 冷弯薄壁型钢截面；(c) 组合截面； (d) 格构式构件的截面

9.3 钢结构构件


图 9.28 中对称截面一般适用于所受弯矩值不大或正负弯矩值相差不大的情况；非对称截面适用于所受弯矩值较大、弯矩不变号或正负弯矩值相差较大的情况，即在受力较大的一侧适当加大截面和在弯矩作用平面内加大截面高度。在格构式构件中，通常使弯矩绕虚轴作用，以便根据承受弯矩的需要，更灵活地调整分肢间距。

9.3 钢结构构件


9.4

钢屋盖


钢屋盖结构主要由屋面、屋架和支撑组成。屋盖结构可分为无檩屋盖和有檩屋盖两种承重结构。无檩屋盖的屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架，其优点是屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等；而缺点是屋盖自重大。

9.4.1 钢屋盖结构组成及分类

9.4 钢屋盖


有檩屋盖的屋面采用轻型屋面材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架，其优点是构件重量轻，用料省；缺点是屋盖构件数量较多，构造较复杂，整体刚度较差。

9.4 钢屋盖


图 9.29 钢屋盖的组成（ a ）无檩屋盖；（ b ）有檩屋盖

1— 框架柱； 2— 屋架； 3— 中间屋架； 4— 吊车梁； 5— 天窗架； 6— 托架；7— 柱间支撑； 8— 屋架上弦横向支撑； 9— 屋架下弦横向支撑； 10— 屋架纵向支撑；

11— 天窗架垂直支撑； 12— 天窗架横向支撑； 13— 墙架柱； 14— 檩条； 15— 屋架垂直支撑

9.4 钢屋盖


9.4.2.1 屋盖支撑作用钢屋盖支撑的主要作用：（ 1 ）保证屋盖结构的整体稳定；（ 2 ）增强屋盖的刚度；（ 3 ）增强屋架的侧向稳定；（ 4 ）承担并传递屋盖的水平荷载；（ 5 ）便于屋盖的安装与施工。

9.4.2 钢屋盖的支撑

9.4 钢屋盖


9.4.2.2 屋盖支撑布置屋盖支撑有五种：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆（图 9.30 ）。（ 1 ）上弦横向水平支撑在屋盖体系中，一般都应设置屋架上弦横向水平支撑，包括天窗架的横向水平支撑。上弦横向水平支撑布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。上弦横向水平支撑的间距不宜超过 60m 。当房屋纵向长度较大时，应在房屋长度中间再加设横向水平支撑。

9.4 钢屋盖


图 9.30 屋盖支撑布置

9.4 钢屋盖


（ 2 ）下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑的设置条件：屋架跨度大于 18 m ；屋架跨度小于 18 m ，但屋架下弦设有悬挂吊车；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其他振动设备；山墙抗风柱支承于屋架下弦。下弦横向水平支撑的设置位置：下弦与上弦横向水平支撑应在同一柱间内，以便形成稳定的空间体系。

9.4 钢屋盖


（ 3 ）下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑的设置条件：设有重级工作制吊车或起重吨位较大的中、轻级工作制吊车；设有锻锤等大型振动设备；屋架下弦设有纵向或横向吊轨；设有支承中间屋架的托架和无柱支撑的中间屋架；房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高。下弦纵向水平支撑的设置位置：设在屋架下弦端节间内，与下弦横向水平支撑组成封闭的支撑体系，提高屋盖的整体刚度。

9.4 钢屋盖


（ 4 ）垂直支撑垂直支撑的作用：使相邻两榀屋架形成空间几何不变体系，以保证构件侧向稳定。垂直支撑的设置位置：设置在设有上弦横向支撑的柱间内；在屋架跨度方向还要根据屋架形式及跨度大小在跨中设置一道或几道。梯形屋架（图 9.31 （ a ）、（ b ））：当跨度小于等于 30m 时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑；当跨度大于 30m 、无天窗时，应在屋架跨度 1／ 3处和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑；有天窗时，垂直支撑应布置在天窗架侧柱的两侧。

9.4 钢屋盖


图 9.31 垂直支撑布置（虚线处即布置了垂直支撑）

9.4 钢屋盖


三角形屋架：当跨度小于等于 24m 时，应在跨中竖杆平面内设置一道垂直支撑；当跨度大于 24m 时，应根据具体情况布置两道垂直支撑（图 9.31 （ c ）、（ d ））。屋架安装时，每隔 4～ 5个柱间设置一道垂直支撑，以保持安装稳定。

9.4 钢屋盖


（ 5 ）系杆系杆的作用：充当屋架上下弦的侧向支撑点，保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定。系杆分为刚性系杆和柔性系杆。只能承受拉力的为柔性系杆；能承受拉力，也能承受压力的为刚性系杆。系杆的设置位置：上弦平面内，檩条和大型屋面板均可起刚性系杆作用，因而可在屋架的屋脊和支座节点处设置刚性系杆；下弦平面内，可在屋架下弦的垂直支撑处设置柔性系杆。地震区应按抗震规范的规定设置。

9.4 钢屋盖


9.4.3.1 屋架形式屋架的外形主要有三角形、梯形、矩形和曲拱形等。（ 1 ）三角形屋架（图 9.32 （ a ））主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度的轻型屋面结构中。屋架多与柱子铰接，横向刚度较小。屋架的外形与均布荷载的弯矩图差别大，使弦杆的内力变化大，支座弦杆内力大，跨中弦杆内力小。若荷载和跨度较大时，采用三角形屋架不经济。

9.4.3 钢屋架

9.4 钢屋盖


图 9.32 屋架的外形

9.4 钢屋盖


（ 2 ）梯形屋架（图 9.32 （ b ））受力情况较三角形屋架好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度较小的屋盖结构中，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形式。（ 3 ）矩形屋架（图 9.32 （ c ））的上、下弦平行，腹杆长度相等，杆件类型少，节点构造统一，便于制造，符合标准化、工业化的要求。矩形屋架排水较差，跨中弯矩大，弦杆内力大，一般用于单坡屋面的屋架及托架或支撑体系中。（ 4 ）曲拱形屋架（图 9.32 （ d ））的外形最符合弯矩图，受力最合理，但上弦（或下弦）要弯成曲线形比较费工，如改为折线形则较好。曲拱形屋架用于有特殊要求的房屋中。

9.4 钢屋盖


9.4.3.2 屋架形式选择在确定钢屋架外形时，应满足用途、建筑造型、屋面排水和制造安装方便的原则。（ 1 ）使用要求：屋架的外形应与屋面材料排水的要求相适应。

9.4 钢屋盖


（ 2 ）建筑造型：屋架的外形应尽量与弯矩图相近，以使屋架弦杆的内力沿全长均匀分布，能充分发挥材料的作用；腹杆的布置应使短杆受压，长杆受拉，且数量少而总长度短，杆件夹角宜在30°～ 60° 之间，最好是 45°左右；要使弦杆尽量不产生局部弯矩。（ 3 ）制造安装方便：屋架的节点要简单、数目宜少些；应便于制造、运输和安装。

9.4 钢屋盖


9.4.3.3 屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是屋架的跨度和高度。（ 1 ）屋架跨度屋架跨度按使用和工艺要求确定，一般以 3m 为模数，有 12m 、 15m 、 18m 、 21m 、 24m 、27m 、 30m 、 36m 等几种，也有更大的跨度。

9.4 钢屋盖


（ 2 ）屋架高度屋架高度按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度等因素来确定。三角形屋架高度 h= （ 1／ 4～ 1／ 6 ） L （跨度），以适应屋架材料要求屋架具有较大的坡度。梯形屋架坡度较平坦，屋架跨中高度应满足刚度要求，当上弦坡度为 1／ 8～ 1／ 12 时，跨中高度一般为（ 1／ 6～ 1／ 10 ） L ，跨度大（或屋面荷载小）时取小值，反之则取大值。跨中高度还应根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输界限。端部高度当屋架与柱铰接时为 1.6～ 2.2m ，刚接时为 1.8～ 2.4m ，端弯矩大时取大值，反之取小值。

9.4 钢屋盖


（ 3 ）节间宽度节间宽度也是屋架的主要尺寸。屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定。当采用大型屋面板时，上弦节间长度等于屋面板宽度，一般取 1 5m 或3m ；当采用檩条时，则根据檩条的间距而定，一般取 0.8～ 3.0m 。要尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。

9.4 钢屋盖


9 钢结构

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思考题

1.建筑钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标用来衡量钢材哪些方面的机械性能？

2.影响钢材性能的因素有哪些？3.温度的变化对钢材的机械性能有哪些影响？4.建筑钢材的选用原则有哪些？5.钢结构有哪几种连接方法？6.焊接方法、焊缝形式有哪些？7.螺栓的排列有哪些形式和规定？


9 钢结构

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思考题

8. 普通螺栓抗剪连接有哪几种破坏形式？9. 设计两块钢板的焊缝连接，需给出设计图。已知钢板尺寸为宽度 l=430mm ，厚度 t=10mm ，轴心拉力（设计值） N=920kN ，钢材为 Q235 ，采用 E43 系列型焊条的手工焊，施焊时用引弧板。用对接焊缝平接，质量检验标准满足三级。


9 钢结构

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思考题

10. 轴心受力构件有哪些种类和截面形式？11. 梁的类型有哪些？如何分类？12. 拉弯、压弯构件有哪些种类和截面形式？13. 钢屋盖结构的组成有哪些？14. 简述钢屋盖支撑的种类及其作用。15. 钢屋架常用的形式有哪些？

133

中等职业教育中等职业教育建筑工程施工专业建筑工程施工专业规划教材规划教材

建筑结构建筑结构JIANZHU JIEGOU

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主 编：孟 华 赵爱书

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