钢结构基本知识学习.doc

1、1目 录1 前言 .22 钢结构基本知识 .23 钢结构施工图的基本知识 .384 钢结构制作 .465 焊接基 础知识 .636 钢结构安装 .677 钢结构施工预算工程量统计 .9921 前 言1.1 建 筑 钢 结 构 的 发 展建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适 应性 强、外形丰富、维护方便等优点，其应 用越来 越广泛。从 20 世纪 80 年代以来，中国建筑钢结 构得到了空前的发展， 2005 年，我国已成为世 界上最大的产钢 国和用钢国，年 钢铁消耗量已突破 3 亿吨，而其中钢结 构的产量高达 1.4 亿吨，包括了能源、交通及基 础设施建设等的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。

2、1.2 建 筑 钢 结 构 的 主 要 型 式工业厂房钢结构高层钢结构空间钢结构桥梁钢结构轻钢结构 住宅钢结构1.3 国 内 已 建 建 筑 钢 结 构 示 例到目前为止，我国已建成 300 多幢高层钢结构建筑；大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、 飞机库和一些工业厂房中应用；桥梁钢结构方兴未艾；钢结构住宅在我国经过近几年的深入研究和开发后，也已进入一个新的发展阶段。2 钢 结 构 基 本 知 识2.1 钢 结 构 的 基 本 概 念钢结构是以钢铁为基材，经过机械加工组装而成的结构件。2.1.1. 钢 结 构 的 特 点 材 料 的 强 度 高 ，塑 性 和 韧 性 好钢

3、材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的3适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。 钢 结 构 构 件 断 面 小 、自 重 轻 ；钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的质量最多不过钢筋混凝土屋架的 1/3 至 1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为 吊装提供了方便条件。 钢 结 构 制 作 简 便 ，加

4、 工 周 期 短 ；钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作。因此，大量的钢结构一般在专业 化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。小量的钢结构和轻钢屋架，也可以在现场就地制造，随即用 简便机具吊装。此外，对 已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连 接的结构还可以根据需要进行拆迁。 钢 结 构 材 质 性 能 均 匀 ，易 于 检 测 和 控 制 ，可 靠 性 高 ； 钢 结 构 建 筑 易 于 改 造 ，原 料 可 重 复 使 用 ，节 省 资

5、源 ，环 保 资 源 ； 钢 结 构 建 筑 可 以 实 现 大 跨 度 、大 空 间 结 构 ； 耐 腐 蚀 性 能 差 ，涂 料 维 护 费 用 高 ； 钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。 这使维护费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀 性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。近年来出现的耐大气腐 蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经 逐步推广应用。 钢 材 耐 热 但 不 耐 火钢材长期经受 100辐射热时 ，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达 150以上时，就须用隔热层加以保护。钢材耐火性能差，温度升高材料 强度明显降低，需外加防火涂料

6、或外包混凝土。2.1.2. 建 筑 钢 结 构 的 结 构 形 式(1) 单 层 钢 结 构 （重 型 钢 结 构 ）工 业 厂 房钢铁联合企业和重型机械制造业有许多车间属于重型厂房。所谓“ 重”，就是4车间里吊车的起重质量大（常在 100 吨以上），有的作业也经常繁重（24 小时运转）。）单层工业厂房常用的结构形式是由一系列的平面承重结构用支撑构件联成空间整体。在这种结构形式中，外荷载主要由平面承重 结构承担， 纵向水平荷载由支撑承受和传递。平面承重 结构又可有多处形式。单层厂房常用结构(2) 大 型 空 间 （大 跨 度 ）钢 结 构 平 板 网 架 结 构 网 壳 结 构 空 间 桁 架

7、 或 空 间 刚 架 体 系 悬 索 结 构 杂 交 结 构 张 拉 集 成 结 构 索 膜 结 构平板网架结构5网壳结构悬索结构杂交结构6张拉集成结构索膜结构(3) 高 层 钢 结 构根据高度的不同，多层、高层及超高层建筑可采用以下合适的结构形式：刚架结构，梁和柱刚性连接形成多层多跨刚架（图 a），承受水平荷载；刚架支撑结构，即由刚架和支撑体系（包括抗剪桁架、剪力墙和核心简）组成的结构，（图 b）即为刚架抗剪桁架结构，框筒、筒中筒、束筒等简体结构，图 c 为一束7筒结构形式，巨型结构包括巨型桁架和巨型框架（图 d）。多层、高层及超高层建筑的结构形式(4) 高 耸 结 构高耸结构包括塔架和桅杆

8、结构，如高压输电线路的塔架、广播和电视发射用的塔架和桅杆等。塔桅的主要结构形式为桅杆结构和塔架结构。塔桅结构(5) 桥 梁 钢 结 构8用于桥梁的主要结构形式有如下几种：实腹板梁式结构；桁架式结构；拱或刚架式结构；拱与梁桁架的组合结构；斜拉结构；悬索结构。桥梁的主要结构形式(6) 轻 钢 结 构(7) 住 宅 钢 结 构(8) 容 器 和 其 它 构 筑 物用钢板焊成的容器具有密封和耐高压的特点，广泛用于冶金、石油、化工企业中，包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等。此外，经 常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、钻井和采油塔架，以及海上采油平台等其它钢构筑物。2.1.3. 钢 结 构 主 要 部 件

9、钢结构主要构件包括柱、梁、桁架、支撑、连接件。2.1.4. 钢 结 构 部 件 主 要 连 接 型 式钢结构构件的连接型式：焊接、铆接、螺栓 连接、螺栓连接和焊接组合连接。 焊 接 ：构 造 简 单 ，制 造 方 便 ，易 于 自 动 化 操 作 ，不 削 弱 构 件 截 面 ，省 钢 ，经 济 。缺 点 是 产 生 焊 接 应 力 和 焊 接 变 形 。9 铆 接 ：韧 性 和 塑 性 好 ，传 力 均 匀 可 靠 ，易 于 检 查 质 量 ，缺 点 是 费 工 ，不 经 济 ，现 已 很 少 用 。 螺 栓 连 接 ：拆 装 方 便 ，操 作 简 单 ，不 需 要 特 殊 设 备 ，常 用

10、 于 安 装 节 点 的 连 接 和装 拆 式 结 构 中 。 高 强 螺 栓 连 接 ：受 力 性 能 好 ，耐 疲 劳 好 ，施 工 简 便 ，可 拆 卸 ，易 于 掌 握 操 作 方法 ，将 逐 步 取 代 铆 接 。2.1.5. 钢 结 构 构 件 主 要 截 面 类 型钢板、角钢、槽钢、工字 钢、 H 型钢、T 型钢、圆钢、方管、圆管、十字型、箱形、三角形、多边型及其组合。2.2 钢 结 构 使 用 的 钢 材2.2.1. 钢 材 的 性 能力学性能 满足结构的功能要求（强度、刚度、疲劳等）工艺性能 满足加工过程的要求(1) 钢 材 的 力 学 性 能强度抗拉强度、屈服强度；塑性延伸

11、率、断面收缩率韧性冲击吸收功钢材拉伸试件应力应变曲线图A：比例极限；B：弹性极限；C：屈服点（上、下屈服点）；D：抗拉强度； 10在比例极限（弹性极限）之前，应力与应变之间呈线性关系（虎克定律）， OB 为材料 为弹性变形阶段超过弹性极限后，应力与应变不再呈现线性关系，材料进入弹塑性区域， 变形增加较快曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而变形继续发展，材料进入塑形变形阶段，在应力应变曲线 中，出 现上下波动阶段，其中波动的最高点为上屈服点，最低点为下屈服点（材料屈服强度）；塑形变形之后，材料内部晶粒重新进行排列， 强度提高，进入应变硬化阶段，出现达到最高点 D抗拉强度，随后 试件出现颈缩 ，试件

12、断裂。钢结构设计的准则是以构件最大应力达到材料屈服点作为极限状态，而把钢材的极限强度视为局部应力高峰的安全储备，这样能同时满足构件的强度与刚度要求，因而对承重结构的 选材，要求同 时保证抗拉 强度和屈服点的强度指标。低碳钢和低合金钢都有明显的屈服平台，对应的应变范围约从 =0.15%至=2.5%，充分显示了良好的塑性变形能力，但在钢材的力学性能指标中，采用试件的伸长率表示塑性性能，它可直接由拉伸试件断裂后原标距长度的变化计算得到： 5= %10l式中 l0试件原标距长度，现统一取用 l0=5d0（d0为试件直径，圆试件）或（矩形截面试件，F 0为原始截面面积）；06.ll试件拉断后的标距长度。

13、钢材的韧性即荷载作用下钢材吸收机械能和抵抗断裂的能力，反映钢材在动力荷载下的性能。现在国内外通用以 V 型缺口的夏比试件在冲击试验中所耗的冲击功值衡量该材料的冲击韧性（我国过去采用 U 型缺口的梅氏试件），冲 击功以焦耳（J）为单位，应不低于 27J。冲击试验中击 断试件所耗的功愈大，冲击韧性愈高，材料韧性愈好，不易脆断。 钢材的冲击韧性 值受温度影响很大，如图所示，存在一个由可能塑性破坏到可能脆性破坏的转变温度区（T 1T 2），T1 称为临界温度，T 0 称 为转变温度。在 T0 以上，只有当缺口根部 产生一定数量的塑性变形后才会产生脆性裂纹；在 T0 以下，即使塑性 变形很不明显，甚至没有塑性变形也会产生脆性裂纹，脆性裂纹 一旦形成，只需很少能量就可使之迅速扩展，至材料