4钢结构

钢结构一、基本设计规定其一，以下6条是一些必备基础知识的整理。1、钢是怎么来的钢来自铁矿石，从铁矿石开始到最终产品的钢材为止，大致分为炼铁、炼钢、轧制三道工序。铁矿石里的铁是以氧化物的形态存在的，炼铁就是脱氧成铁，这时的铁是生铁或铸铁。具体的定义：含碳量超过2.06%的铁碳合金成为生铁或铸铁。铸铁价格低廉，在机械制造的铸件生产中广泛应用，土建行业里应用的多的是铸铁管。含碳量在2.06%以下的铁碳合金成为碳素钢。因此炼钢就是脱碳成钢。常用的炼钢方法是转炉炼钢。炼钢形成的是钢液，而形成钢液需要脱氧，按钢液在炼钢炉中形成时脱氧方法和程度的不同，碳素结构钢分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，钢材质量越来越好。低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。2、钢材的加工钢材的加工分为热加工、冷加工、热处理三种。热加工就是将钢坯（用作轧制钢材的半成品）加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，产生出各种厚度的钢板和型钢。在常温下对钢材进行加工成为冷加工，冷加工一般通过机械的力量，使钢材产生需要的永久塑性变形。冷加工包括冷轧、冷弯、冷拔等。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或硬度，但却降低了塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化。钢的热处理是将钢在固态范围内，施以不同的加热、保温和冷却措施，以改变其内部组织构造，达到改善钢材性能的一种加工工艺，包括退火、正火、淬火、回火四种基本工艺。3、钢材的主要性能钢材的多项指标可以通过单向一次拉伸试验获得：抗拉强度、伸长率、屈服点，其它次要的如断面收缩率，钢材的其它性能如冷弯性能、冲击韧性等。4、化学成分的影响钢是以铁和碳为主要成分的合金，虽然碳和其它元素所占比例很少，但却左右着钢材的性能。碳越高，强度越高，塑性韧性越低，冷弯、焊接、抗锈蚀性能越差。碳素钢按含碳量分为低碳钢（《0.25%）、中碳钢（0.25%~0.6%）、高碳钢（0.6%）。其它，硫磷是有害元素，锰硅是有益元素。5、建筑用钢的种类、规格等整理表示如下：表1建筑用钢分类牌号质量等级脱氧方法符号钢号举例碳素结构钢Q235A、B、C、DF、b、Z、TZQ235BZ低合金高强度结构钢（添加少量几种合金元素）Q345A、B、C、D、E（E级别最好）AB镇静钢CDE特殊镇静钢可不加符号Q390CQ390Q4206、钢材规格整理表示如下：表2钢材规格钢材表示方法主要用途钢板符号+宽度*厚度热轧型钢角钢符号+长边宽*短边宽*厚度桁架杆件工字钢普通工字钢符号+截面高度厘米数腹板平面内受弯构件轻型工字钢H型钢代号+高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度受压构件槽钢符号+截面高度厘米数檩条等双向受弯构件钢管代号+外径*壁厚冷弯薄壁型钢其二，以下是规范中的一些注意事项。1、钢规表3.4.1-1表下注对于轴心拉压构件，拉压应力在整个截面是均匀分布的，按较厚板件厚度取值使用于整个截面的强度设计值，是偏于安全的。表3.4.1-3注4的规定类似，也是偏于安全的。2、钢规8.2.1条不同强度钢材连接时，可采用与低强度钢材适应的焊接材料。条文说明的解释是连接的韧性和经济性方面考虑。3、钢规3.4.2条对强度设计值进行调整是普遍实用各种结构的，钢结构也不例外，调整以折减居多。要有这几个工况有所记忆：单面连接的单角钢、无垫板的单面施焊对接焊缝、施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接、沉头和半沉头铆钉连接。要有这个调整设计值的概念。4、钢规3.2.8条不同的结构类型，都要归根结底到力学上来，本条即钢结构考虑二阶效应的方法。钢结构考虑二阶效应的方法是在框架每层柱顶部附加假想水平力来综合体现。至于判定该钢结构是否宜采用二阶弹性分析，以及如何具体计算见规范。但是，其中无支撑纯框架的二阶弹性分析的杆端弯矩计算过程中，需要对框架、排架无侧移、有侧移时的结构弯矩计算强力掌握，这是力学基本功的问题。本人蔬菜，这里简单归纳下。以单层框架、排架为例说明之。表3单层框、排架有无侧移弯矩计算结构无侧移有侧移单层框架分层总和法反弯点法单层排架梁有弯矩柱无弯矩梁无弯矩柱有弯矩二、焊缝连接其一，一些基本知识的梳理归结。包含以下3条：1、焊缝的符号及表示方法详细地见《焊缝符号表示法》，常用的如下：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。引出线由横线和带箭头的斜线组成。2、对接焊缝的分类对接焊缝包括焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝，以及部分焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝。简而言之，包括对接接头和T形接头。3、角焊缝的分类按焊缝与作用力的关系分为正面、侧面、斜焊缝，按角焊缝截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。其二，规范的一些注意事项。1、钢规7.1.2条——焊透的对接焊缝强度计算本条针对的是对接焊缝里的焊透的情况下的强度计算。7.1.2-1有前提是轴心拉压力垂直于对接焊缝，分析公式架构，发现此时应力是均匀分布的，但前提是轴心拉压力且轴心拉压力垂直于对接焊缝。与材料力学里的轴心拉压杆件截面内力分布一致。对于弯矩及剪力在焊缝截面上产生的应力分布，参考材料力学里的知识求解，如下，式中参数含义见教材，基本知识：2、钢规8.2.7、8.2.10条——直角角焊缝构造要求角焊缝的焊脚尺寸的构造规定，这个尺寸有其上下限的构造规定。不过这里的规定颇有些咬文嚼字的感觉，需要以实际例题来验证自己的推测。比如这里的焊脚最大尺寸的规定中：“板件边缘的角焊缝最大焊脚尺寸尚应满足……”其中的t就是指的边缘有角焊缝的板件的厚度，不特定指较厚或较薄板件，需要注意把握。其它还有，正面、侧面角焊缝计算长度的构造规定、两面侧焊时的构造规定等。3、钢规7.1.3条——直角角焊缝强度计算这里角焊缝的计算长度扣除焊脚的规定，是考虑到起灭弧的缺陷，因此对于连续施焊的情形，如三边围焊里的正面角焊缝，是不必扣除焊脚尺寸的，计算长度等于实际长度。另外，在连接计算中，一定要搞清楚力的传递，力通过不同的构件传递，就对不同的构件有强度上的要求。最经典的例子就是两块钢板的搭接连接，对钢板本身、连接盖板、连接件（焊缝、螺栓等）都有不同的强度要求。同时，连接计算中一定要把握好单面连接或双面连接，有几条焊缝几个螺栓在用力，力学情景一定要搞清楚，不能粗心。另外，对于轴心受力的角钢，肢背肢尖的力的分配是不均匀的，因为要满足力矩平衡。具体的分配法则见指南。4、焊缝连接总结将焊透的对接焊缝视为母材的一部分，拉压弯剪计算按材力考虑；直角角焊缝的内力分布同样按材力考虑，只不过此时剪应力近似认为均匀分布，同时注意角焊缝计算时满足各种构造要求。部分焊透的对接焊缝及斜角角焊缝按规范进行计算。三、普通螺栓连接1、钢规7.2.1-1条——普通螺栓受剪连接为什么要取受剪和承压承载力中的较小值呢？因为螺栓要想抗剪，必须先压紧。螺栓杆有被切坏或被压坏两种破坏形态，而受剪和承压是同时发生的，共同绝对螺栓的承载力大小。计算时要注意首先分析力学场景，搞清楚螺栓有几个剪切面，承压面在哪里。回顾大学教材：栓群轴心受剪，剪应力均匀分布，非轴心受剪很复杂。2、钢规7.2.1-2条——普通螺栓受拉连接总的原则：栓群轴心受拉，拉应力均匀分布，偏心受拉需要谨慎计算。小偏心受拉计算，将偏心拉力分解为轴心拉力和小偏心弯矩计算，当计算得来的螺栓最小拉力为负值时，说明实际为大偏心受拉，此时栓群直接按一大偏心弯矩计算。注意当假设为小偏拉，实际判断为大偏拉时，计算螺栓最大拉力的M值是发生变化的。小偏心的弯矩是相对于栓群形心计算的，大偏心的弯矩是相对于底排螺栓计算的。即中性轴位置发生了变化。注意判断大小偏拉的依据是最下排螺栓是拉是压，当螺栓群只受弯矩时，最下排肯定受压，栓群自然就是大偏心受拉了。3、钢规7.2.1-3条——普通螺栓受剪+受拉连接注意牛腿下有支托并刨平顶紧时，栓群是不承担剪力的，由支托完全承担。4、钢规7.2.2条——高强度螺栓摩擦型连接普通螺栓抗剪承载力的机理是螺栓在承压基础上的螺栓杆本身的抗剪，而高强度螺栓摩擦型连接的机理则是通过螺栓杆加工初期的预应力挤紧被连接板件，从而实现连接的目的，因此其受剪时承载力的提供就是摩擦力。高强度螺栓摩擦型连接受拉承载力与预应力有关。高强度螺栓摩擦型连接拉剪复合受力时按规范进行强度验算即可。需要注意的是，高强度螺栓摩擦型连接时，被连接板件的强度计算中，高强度螺栓摩擦型连接在轴心受拉构件计算中的特殊性，即净截面处的孔前传力导致的净截面处的轴力的削弱，孔前传力系数为0.5。5、钢规7.2.3条——高强度螺栓承压型连接承压型连接一样有预应力，但是它允许接触面滑移，所以它不应用于直接承受动力荷载的结构。高强度螺栓承压型连接的计算法则：单纯受剪或受拉连接时，与普通螺栓计算方法一致，只是拉剪复合受力时的强度验算条件大同小异罢了。6、钢规7.2.4条——螺栓计算的超长调整连接长度过大时，螺栓受力不均匀，端部受力大，因此折减其承载力。要有这个超长折减的概念和意识。这个折减针对普通螺栓和高强螺栓都适用。应该注意此时折减的仅仅是沿超长长度方向上的相关承载力，其它方向的承载力是不折减的。7、钢规7.2.5条——螺栓计算的偏心调整（1）填板连接两块厚度不等的钢板对接，必须采用填板。填板不传力，只是提供一个厚度使得接缝两侧等厚。这种情况下，螺栓计算需要调整。（2）搭接板单面连接按规范要求，除高强摩擦型外，都要调整。设计必须有上面两种情况下螺栓调整的概念。四、受弯构件1、钢规4.1.1~4.1.3条——受弯构件的强度计算包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算强度，计算公式多半由材料力学衍生而来。其中局部承压计算本条前提是上下翼缘受集中荷载且该荷载处未设置支承加劲肋，计算截面为腹板上下边缘。其中假定分布长度是按荷载在轨道和上翼缘中按1:1和1:2.5传递的，把握这个，对正确计算支座处的局部承压是很有帮助的。2.、钢规4.2.1~4.2.3条——受弯构件的整体稳定计算满足4.2.1的构造措施，整体稳定免检，观察这些构造措施，目的就是要么梁的受压翼缘被铺板固定限制其位移，要么就是受压翼缘自由长度与宽度比值不能太大，控制整体稳定就是控制受压翼缘，要有这构造概念。无论是单向受弯还是双向受弯构件，都借助整体稳定系数来衡量其整体稳定是否达标。3、钢规4.3.1~4.3.8条——受弯构件的局部稳定计算局部稳定包括腹板和翼缘两个局部的局部稳定。前者的局部稳定通过或构造或计算设置横向或纵向或短加劲肋来满足，后者的局部稳定通过控制其宽厚比来实现。纵向加劲肋构造配置时，控制其与受压翼缘的距离，此时需要根据具体情况判断梁的受压翼缘在上在下。4、钢规4.4.1~4.4.2条——受弯构件的腹板屈曲后强度计算腹板失去局部稳定后，钢梁仍可继续承载，其抗弯抗剪等承载力按腹板屈曲后的强度计算确定。腹板屈曲后强度计算其实就是局部失稳的二道设防。公式4.4.1-1是弯剪复合状态下的承载力校核，单独弯或剪时不需按此式计算。5、挠度验算挠度计算属于正常使用极限状态，应用的是荷载标准值的计算。掌握简支梁的挠度近似公式，M为最大弯矩：20.1MlEI五、轴心受力构件1、钢规5.3.1~5.3.2条——构件的计算长度这里一定要分类表述，不同的杆件分门别类地选取不同的计算长度。主要的类别是桁架弦杆和单系腹杆（用节点板与弦杆连接的无中间节点的腹杆）、侧向支承点之间的距离为节间长度2倍的桁架弦杆、桁架再分式腹杆体系的主斜杆、K形腹杆体系的竖杆以及交叉腹杆。需要注意的是，侧向支承点之间的距离为节间长度2倍的桁架弦杆的情况时，L1为两个节间的总长；桁架再分式腹杆体系的主斜杆节点中心间距离即为节间长度，L1为两个节间的总长。另外，在无檩屋盖中，考虑大型屋面板能起一定的支持作用，故桁架上弦杆在桁架平面外的计算长度一般取两块屋面板的宽度且不大于3.0m，下弦杆取为屋架跨度的一半。屋架下弦的横向支撑中，交叉斜杆按拉杆考虑，纵向构件按压杆考虑。2、钢规5.3.8~5.3.9条——允许长细比注2中的角钢最小回转半径，查表时需要知晓是针对哪个轴而言的。轴心钢结构构件控制长细比是为了控制刚度，同时也是稳定计算中的一个重要参数。3、钢规