一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍
鋼結(jié)構(gòu)通常由鋼板和型鋼等制成的柱、梁、桁架、板等構(gòu)件組成，各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接，是主要的建筑結(jié)構(gòu)之一。
(一)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
和其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：
1．鋼材的強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)的重量輕
鋼材的容重雖然比其他建筑材料大，但它的強(qiáng)度很高，同樣受力情況下，鋼結(jié)構(gòu)自重小，可以做成跨度較大的結(jié)構(gòu)。
2．鋼材的塑性韌性好
鋼材的塑性好，結(jié)構(gòu)在一般情況下不會(huì)因偶然超載或局部超載而突然斷裂。鋼材的韌性好，使結(jié)構(gòu)對動(dòng)荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)。
3．鋼材的材質(zhì)均勻，可靠性高
鋼材內(nèi)部組織均勻，各向同性。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能與所采用的理論計(jì)算結(jié)果符合程度好，因此，結(jié)構(gòu)的可靠性高。
4．鋼材具有可焊性
由于鋼材具有可焊性，使鋼結(jié)構(gòu)的連接大為簡化，適應(yīng)于制造各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)。
5．鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝的工業(yè)化程度高
鋼結(jié)構(gòu)的制作主要是在專業(yè)化金屬結(jié)構(gòu)廠進(jìn)行，因而制作簡便，精度高。制成的構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場安裝，裝配化程度高，安裝速度快，工期短。
6．鋼結(jié)構(gòu)的密封性好
鋼材內(nèi)部組織很致密，當(dāng)采用焊接連接，甚至采用鉚釘或螺栓連接時(shí)，都容易做到密不滲漏。
7．鋼結(jié)構(gòu)耐熱，不耐火
當(dāng)鋼材表面溫度在150℃以內(nèi)寸，鋼材的強(qiáng)度變化很小，因此鋼結(jié)構(gòu)適用于熱車間。當(dāng)溫度超過150℃時(shí)，其強(qiáng)度明顯下降。當(dāng)溫度達(dá)到500—600℃時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零。所以，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間較短，會(huì)發(fā)生突然的坍塌。對有特殊要求的鋼結(jié)構(gòu)，要采取隔熱和耐火措施。
8．鋼材的耐腐蝕性差
鋼材在潮濕環(huán)境中，特別是處于有腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中容易銹蝕，需要定期維護(hù)，增加了維護(hù)費(fèi)用。
(二)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍
1．大跨度結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在全部荷載中所占比重也就越大，減輕結(jié)構(gòu)自重可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效果、鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高而重量輕，特別適合于大跨結(jié)構(gòu)，如大會(huì)堂、體育館、飛機(jī)裝配車間以及鐵路、公路橋梁等。
2．重型工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)
在跨度、柱距較大，有大噸位吊車的重型工業(yè)廠房以及某些高溫車間，可以部分采用鋼結(jié)構(gòu)(如鋼屋架、鋼吊車梁)或全部采用鋼結(jié)構(gòu)(如冶金廠的平爐車間，重型機(jī)器廠的鑄鋼車間，造船廠的船臺車間等)：
3．受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)
設(shè)有較大鍛錘或產(chǎn)生動(dòng)力作用的廠房，或?qū)拐鹦阅芤蟾叩慕Y(jié)構(gòu)，宜采用鋼結(jié)構(gòu)，因鋼材有良好的韌性。
4．高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)
當(dāng)房屋層數(shù)多和高度大時(shí)，采用其他材料的結(jié)構(gòu)，給設(shè)計(jì)和施工增加困難、因此，高層建筑的骨架宜采用鋼結(jié)構(gòu)。
高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如高壓電線路的塔架，廣播和電視發(fā)射用的塔架、桅桿等，宜采用鋼結(jié)構(gòu)。
5．可拆卸的移動(dòng)結(jié)構(gòu)
需要搬遷的結(jié)構(gòu)，如建筑工地生產(chǎn)和生活用房的骨架，臨時(shí)性展覽館等，用鋼結(jié)構(gòu)最為適宜，因鋼結(jié)構(gòu)重量輕，而且便于拆裝。
6，容器和其他構(gòu)筑物
冶金，石油、化工企業(yè)大量采用鋼板制作容器，包括油灌、氣罐、熱風(fēng)爐、高爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架等鋼構(gòu)筑物。
7．輕型鋼結(jié)構(gòu)
當(dāng)荷載較小時(shí)，小跨度結(jié)構(gòu)的自重也就成為一個(gè)重要因素，這時(shí)采用鋼結(jié)構(gòu)較為合理。這類結(jié)構(gòu)多用圓鋼、小角鋼或冷彎薄壁型鋼制作。
二、鋼結(jié)構(gòu)的材料
(一)鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)
鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中要受到各種形式的作用，這就要求鋼材必須具有抵抗各種作用而不產(chǎn)生過大變形和不會(huì)引起破壞的能力。鋼材在各種作用下所表現(xiàn)出的各種特征，如彈性、塑性、強(qiáng)度，稱為鋼材的機(jī)械性能。鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)有五項(xiàng)，即抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度，冷彎性能和沖擊韌性，這都是通過試驗(yàn)得到的。
鋼材的單向均勻受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線提供了前三項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)�？估瓘�(qiáng)度(用符號f表示)是鋼材的一項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，它反映鋼材受拉時(shí)所能承受的極限應(yīng)力，是檢驗(yàn)鋼材質(zhì)量的重要指標(biāo)；當(dāng)以鋼材屈服強(qiáng)度作為靜力強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)時(shí)，抗拉強(qiáng)度成為結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。伸長率(用符號δ5或δ10表示)是衡量鋼材在靜荷載作用下塑性性能的指標(biāo)。屈服強(qiáng)度(也稱屈服點(diǎn)，用符號fy表示)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)汁中靜力強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)，它是衡量鋼材的承載能力及確定鋼材抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通過冷彎試驗(yàn)得到對鋼材性能要求的第四項(xiàng)指標(biāo)——冷彎性能，它是衡量鋼材的塑性性能和檢驗(yàn)鋼材質(zhì)量優(yōu)劣的一個(gè)綜合指標(biāo)、通過沖擊試驗(yàn)得到對鋼材性能要求的第五項(xiàng)指標(biāo)——沖擊韌性，它是衡量鋼材抵抗可能因低溫、應(yīng)力集中、動(dòng)力荷載作用而導(dǎo)致脆性斷裂能力的一項(xiàng)指標(biāo)。滿足沖擊韌性的要求是個(gè)比較嚴(yán)格的指標(biāo)，實(shí)際上只有經(jīng)濟(jì)承受較大、使用較頻繁的動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，特別是焊接結(jié)構(gòu)，才需要有沖擊韌性的保證。
(二)影響鋼材機(jī)械性能的主要因素
鋼結(jié)構(gòu)有性質(zhì)完全不同的兩種破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。塑性破壞的主要特征是具有較大的、明顯可見的塑性變形，且僅在構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。由于塑性破壞前有明顯的預(yù)兆，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取補(bǔ)救措施，因此，實(shí)際上結(jié)構(gòu)是極少發(fā)生塑性破壞的：脆性破壞的特征是破壞前的塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，構(gòu)件截面上的平均應(yīng)力比較低(低于屈服點(diǎn))。由于脆性破壞前無任何預(yù)兆，無法及時(shí)察覺予以補(bǔ)救，所以危險(xiǎn)性極大。討論影響鋼材機(jī)械性能的因素時(shí)，應(yīng)特別注意導(dǎo)致鋼材變脆的因素。
1．化學(xué)成分的影響
碳素鋼中，鐵元素含量約占99％左右，其他元素有碳，磷、氮、硫、氧、錳、硅等，它們的總和約占1％左右。低合金鋼中，除上述元素外，還有合金元素，其含量小于或等于5％，盡管碳和其他元素含量很小，但對鋼材的機(jī)械性能卻有著極大的影響。
普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中，碳是除鐵以外的最主要元素。隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性，沖擊韌性下降，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能變差。因此，雖然碳是鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要元素，但鋼結(jié)構(gòu)中，特別是焊接結(jié)構(gòu)，并不采用含碳量高的鋼材�，F(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017--2003)(本節(jié)以下簡稱《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》)推薦的鋼材，在焊接結(jié)構(gòu)中，含碳量一般控制在0.12％—0.2％之間。
磷、氮、硫和氧是有害的雜質(zhì)元素；隨著磷、氮含量的增加，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、沖擊韌性嚴(yán)重下降，特別是在溫度較低時(shí)促使鋼材變脆(稱冷脆)，磷還會(huì)降低鋼的可焊性：硫和氧的含量增加會(huì)降低鋼材的熱加工性能，并降低鋼材的塑性、沖擊韌性。硫還會(huì)降低鋼材的可焊性和抗銹蝕性能：所以，對磷、氮、硫和氧的含量應(yīng)嚴(yán)格加以限制(均不超過0．05％)。
錳和硅是有益的雜質(zhì)元素，能起到脫氧的作用，當(dāng)含量適中時(shí)，能提高鋼材的強(qiáng)度而對塑性和沖擊韌性無明顯影響：
2．冶煉、澆注的影響
我國目前鋼結(jié)構(gòu)用的鋼，主要是由平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成的。這兩種冶煉方法的鋼，質(zhì)量大體相當(dāng)。
鋼材冶煉后按澆鑄方法(也稱脫氧方法)的不同而分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼采用錳鐵作脫氧劑，脫氧不完全，鋼材質(zhì)量較差，但成本低；鎮(zhèn)靜鋼用錳鐵加硅或鋁脫氧，脫氧較徹底，材質(zhì)好，但成本較高；半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程序、質(zhì)量和成本介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間；特殊鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程序比鎮(zhèn)靜鋼更高，質(zhì)量最好，但成本也最高。
3．應(yīng)力集中
當(dāng)構(gòu)件截面的完整性遭到破壞，如開孔、截面改變等，構(gòu)件截面的應(yīng)力分布不再保持均勻，在截面缺陷處的附近產(chǎn)生高峰應(yīng)力，而截面其他部分應(yīng)力則較低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中(圖11-82)。應(yīng)力集中是導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的主要因素之一。試驗(yàn)表明，截面改變越突然、尖銳程度越大的地方，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，引起脆性破壞的危險(xiǎn)性就越大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)使截面的構(gòu)造合理。如截面必須改變時(shí)，要平緩過渡。構(gòu)件制造和施工時(shí)，應(yīng)盡可能防止造成刻槽等缺陷。
4．溫度的影響
鋼材在正溫范圍內(nèi)，約在1000C以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的強(qiáng)度降低，塑性增大。在2500C左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度有所提高，而塑性下降，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)不宜在該溫度范圍內(nèi)加工。溫度達(dá)到500—6000C時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)表面經(jīng)常受較高的輻射熱(150℃以上)時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施，如加擋板或設(shè)循環(huán)水管等，加以保護(hù)。為提高鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間，可在構(gòu)件上按需要涂不同厚度的防火涂料。當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的下降，鋼材的強(qiáng)度有所提高，而塑性和沖擊韌性下降，當(dāng)溫度下降到某一負(fù)溫值時(shí)，鋼材的塑性和沖擊韌性急劇降低，這種現(xiàn)象稱為鋼材的低溫冷脆現(xiàn)象(簡稱冷脆)。因此，處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇耐低溫性能比較好的鋼材，如鎮(zhèn)靜鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼，
5．鋼材的硬化
鋼材的硬化包括時(shí)效硬化和冷作硬化。時(shí)效硬化是指高溫時(shí)溶化于鐵中的少量氮和碳，隨時(shí)間的增長逐漸從固溶體中析出，形成氮化物或碳化物，對鋼材的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材強(qiáng)度提高、塑性和沖擊韌性下降。冷作硬化(也稱應(yīng)變硬化)是指鋼材在間歇重復(fù)荷載作用下，鋼材的彈性區(qū)擴(kuò)大，屈服點(diǎn)提高，而塑性和沖擊韌性下降。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不考慮硬化后強(qiáng)度提高的有利影響，相反，對重要的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件要考慮硬化后塑性和沖擊韌性下降的不利影響。
6．焊接
焊接連接時(shí)。由于焊縫及其附近的高溫區(qū)的金屬經(jīng)過高溫和冷卻的過程，金屬內(nèi)部組織發(fā)生了變化，使鋼材變脆變硬。同時(shí)，焊接還會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷和焊接應(yīng)力，也是促使鋼材發(fā)生脆性破壞的因素。
大量的脆性破壞事故說明，事故的發(fā)生經(jīng)常是幾種因素的綜合。根據(jù)具體情況正確選用鋼材是從根本上防止脆性破壞的辦法，同時(shí)也要在設(shè)計(jì)、制造和使用上注意消除促使鋼材向脆性轉(zhuǎn)變的因素。
(三)鋼材的種類、選擇和規(guī)格
1．鋼材的種類
《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》推薦的承重結(jié)構(gòu)用鋼材有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(簡稱碳素鋼)和普通低合金結(jié)構(gòu)鋼(簡稱低合金鋼)兩種。
(1)碳素鋼
我國生產(chǎn)的專用于結(jié)構(gòu)的碳素鋼Q235(Q是屈服點(diǎn)的漢語拼音首位字母，數(shù)值表示鋼材的屈服點(diǎn)，單位N／mm2)。鋼結(jié)構(gòu)用鋼材主要是Q235，其含碳量和強(qiáng)度、塑性、加工性能等均適中。碳素鋼牌號的全部表示是QXXX后附加質(zhì)量等級和脫氧方法符號，如Q235一AF、Q235一C等。Q235鋼共分為A、B、C、D四個(gè)質(zhì)量等級(A級最差，D級最好)。A、B級鋼按脫氧方法分為沸騰鋼(符號F)、半鎮(zhèn)靜鋼(符號b)或鎮(zhèn)靜鋼(符號Z)，C級為鎮(zhèn)靜鋼，D級為特殊鎮(zhèn)靜鋼(符號TZ)；Z和TZ在牌號中省略不寫。
(2)低合金鋼
低合金鋼是在冶煉碳素鋼時(shí)加一種或幾種適量合金元素，以提高鋼材強(qiáng)度、沖擊韌性等而又不太降低其塑性。低合金鋼的牌號表示方法是：自左向右依次列出其平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，合金元素的名稱(或符號)及含量的百分?jǐn)?shù)，當(dāng)合金元素平均含量小于1．5％時(shí)不注明其含量，達(dá)到或超過1．5％用整數(shù)注明其含量。鋼結(jié)構(gòu)常用的低合金鋼有：16Mn(平均含碳量萬分十六，合金元素錳，合金元素平均含量小于1．5％)，16Mnq(q——橋梁用鋼)和15MnV(15錳釩)、15MnVq。
在受力大的承重鋼結(jié)構(gòu)中采用低合金鋼，可較Q235鋼節(jié)約鋼材15％—25％。
2．鋼材的選擇
選擇鋼材的目的是要在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)合理地使用鋼材。通常要考慮：
(1)選擇鋼材的依據(jù)
1)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；
2)荷載性質(zhì)(靜力荷載或動(dòng)力荷載)；
3)連接方法(焊接、鉚釘或螺栓連接)：
4)工作條件(溫度及腐蝕介質(zhì))。
(2)建筑鋼結(jié)構(gòu)的選材要求
1)承重結(jié)構(gòu)用鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
2)下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應(yīng)采用Q235沸騰鋼：
a．焊接結(jié)構(gòu)。直接承受動(dòng)力荷載或振動(dòng)荷載，且需要驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)；工作溫度低于—20℃時(shí)的直接承受動(dòng)力荷載或振動(dòng)荷載、但可不驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)，以及承受靜力荷載
的受彎及受拉的重要承重結(jié)構(gòu)；工作溫度等于或低于—30℃的所有承重結(jié)構(gòu)。
b．非焊接結(jié)構(gòu)。工作溫度等于或低于—20℃的直接承受動(dòng)力荷載、且需要驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)。
(3)承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。
焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。
對于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于0℃但高于—20℃時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有—20~c沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于—20℃時(shí)，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有—20℃沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有—40℃沖擊韌性的合格保證。
對于需要驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于—20℃時(shí)，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有—20℃沖擊韌性的合格保證。
吊車起重量不小于50t的中級工作制吊車梁，對鋼材沖擊韌性的要求應(yīng)與需要驗(yàn)算疲勞的構(gòu)件相同。
3．鋼材的規(guī)格
鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要有熱軋成型的鋼板和型鋼以及冷彎成型的薄壁型鋼。
(1)鋼板
鋼板分厚鋼板、薄鋼板和扁鋼。其規(guī)格為：
厚鋼板：厚度4.5—60mm，寬度600～3000mm，長度4—12m；
薄鋼板：厚度0.35-4mm，寬度500-1500mm，長度0.5～4m；
扁鋼：厚度4-60mm，寬度12～200mm，長度3-9m。
鋼板通常用“一”后面加“寬度X厚度X長度”表示。如一600X10X12000表示為600mm寬、lOmm厚、12m長的鋼板。
(2)型鋼
型鋼可以直接用作構(gòu)件，以減少加工制造工作量，在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用。常用的型鋼有：角鋼、槽鋼、工字鋼和鋼管(圖11-83)。
角鋼，有等肢的和不等肢的兩種。等肢角鋼以肢寬和厚度表示，如L100X10為肢寬l 槽鋼，用號數(shù)表示，號數(shù)即為其高度的厘米數(shù)。號數(shù)20以上還附以字母a或b或c以區(qū)別腹板厚度，如[ 工字鋼和槽鋼一樣用號數(shù)表示，20號以上也附以區(qū)別腹板厚度的字母。用工 鋼管用Ф后面加“外徑X厚度”表示，如：Ф102X 5即外徑 (3)薄壁型鋼 薄壁型鋼是用1.5—
三、鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法與基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)
(一)鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法
鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)一樣，它的設(shè)計(jì)也是要求結(jié)構(gòu)或構(gòu)件滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。
1．承載能力極限狀態(tài)
采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法(疲勞問題除外)，用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容有強(qiáng)度和穩(wěn)定(包括整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定)。但鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)表達(dá)式則采用應(yīng)力形式，即
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出了材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，計(jì)算時(shí)可直接查用(見《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》第3．4．1．3．4．2條)。 2．正常使用極限狀態(tài) 鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)沒計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮荷載的短期效應(yīng)組合，其表達(dá)式： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出廠結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的容許變形值，計(jì)算時(shí)直接查用(見《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》附錄A)。
(二)基本構(gòu)件設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件有軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件。普通鋼結(jié)構(gòu)中，一般受力構(gòu)件及其連接中不應(yīng)采用厚度小于
1．軸心受力構(gòu)件
(1)軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式軸心受力構(gòu)件包括軸心受拉構(gòu)件和軸心受 壓構(gòu)件，也包括軸心受壓柱。在鋼結(jié)構(gòu)中，屋架、托架、塔架和網(wǎng)架等各種類型的平面或空間桁架以及支撐系統(tǒng)，通常均為軸心受拉和軸心受壓構(gòu)件組成。工作平臺、多層和高層房屋骨架的柱、承受梁或桁架傳來的荷載、當(dāng)荷載為對稱布置且不考慮水平荷載時(shí)，屬于軸心受壓柱。柱通常由柱頭、柱身和柱腳三部分組成(圖11-85)。
(2)軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算 設(shè)計(jì)軸心受拉構(gòu)件時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途、構(gòu)件受力大小和材料供應(yīng)情況選用合理的截面形式。軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算包括強(qiáng)度和剛度兩方面的內(nèi)容。 1)強(qiáng)度 軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度按下式計(jì)算： 2)剛度 軸心受拉構(gòu)件的剛度通常用長細(xì)比入來衡量，長細(xì)比是構(gòu)件的計(jì)算長度lo與構(gòu)件截面回轉(zhuǎn)半徑i的比值，即λ=lo／i。λ愈小，構(gòu)件剛度愈大，反之則剛度愈小。λ過大會(huì)使構(gòu)件在使用過程中由于自重發(fā)生撓曲，在動(dòng)荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)，在運(yùn)輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使構(gòu)件最大長細(xì)比不超過規(guī)定的容許長細(xì)比，即： 
(3)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算
實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算包括強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的內(nèi)容。
1)強(qiáng)度
軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式同軸心受拉構(gòu)件一樣，采用公式(11－166)，但式中N為軸心壓力設(shè)計(jì)值，f為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
2)整體穩(wěn)定
a．概述
軸心受壓構(gòu)件，除構(gòu)件很短及有了L洞等削弱時(shí)可能發(fā)生強(qiáng)度破壞外，往往當(dāng)荷載還沒有達(dá)到按強(qiáng)度考慮的極限值時(shí)，構(gòu)件就會(huì)因屈曲而喪失承載力，即整體失穩(wěn)破壞。穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)中的一個(gè)突出問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予極大的重視。
材料力學(xué)中討論了理想的軸心受壓桿的整體穩(wěn)定計(jì)算，但實(shí)際工程中并不存在這種理想的壓桿。實(shí)際工程中的軸心受壓構(gòu)件常受到以下主要的不利因素的影響：
(a)初始缺陷
初始缺陷包括初彎曲和初偏心。構(gòu)件在制造、運(yùn)輸和安裝過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生微小的初彎曲；由于構(gòu)造或施工的原因，軸向壓力沒有通過構(gòu)件截面的形心而形成偏心。
這樣，在軸向壓力作用下，構(gòu)件側(cè)向撓度從加載起就會(huì)不斷增加，使得構(gòu)件除受有軸向壓力作用外，實(shí)際上還存在因構(gòu)件撓曲而產(chǎn)生的彎矩(如圖11-88)，從而降低了構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。 (b)殘余應(yīng)力 殘余應(yīng)力是指構(gòu)件受力前，構(gòu)件內(nèi)就已經(jīng)存在自相平衡的初應(yīng)力。構(gòu)件的焊接、鋼材的軋制、火焰切割等會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。圖11-89給出了焊接工字形截面構(gòu)件的殘余應(yīng)力(焊接應(yīng)力)的分布(“+”號表示殘余拉應(yīng)力，“—”號表示殘余壓應(yīng)力)。殘余應(yīng)力通常不會(huì)影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度承載力，因它本身自相平衡。但殘余壓應(yīng)力將使其所處截面提早發(fā)展塑性，導(dǎo)致軸心受壓構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定承載力下降。 b．整體穩(wěn)定計(jì)算 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定按下式計(jì)算：
《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》對各種截面形式、不同的加工方法以及相應(yīng)的殘余應(yīng)力分布模式，并考慮了1／1000桿長的初彎曲，共計(jì)算了96條穩(wěn)定系數(shù)與長細(xì)比的關(guān)系曲線，最后按相近的計(jì)算結(jié)果歸納為a、b、c三條曲線，如圖11—90所示。
3)局部穩(wěn)定
實(shí)腹式組合截面(如工字形、箱形等)的軸心受壓構(gòu)件都是由板件組成，如果這些板件過薄，則在均勻壓應(yīng)力作用下，將偏離其正常位置而形成波形屈曲，這種現(xiàn)象稱局部失穩(wěn)(圖11-91)。
《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》對實(shí)腹式組合截面的軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定采取限制板件寬(高)厚比的辦法來保證。對于工程中常用的工字形組合截面軸心受壓構(gòu)件，翼緣板和腹板的局部穩(wěn)定計(jì)算如下：
由于軋制的工字鋼、槽鋼的翼緣板和腹板均較厚，局部穩(wěn)定均能滿足要求，不必計(jì)算。 4)剛度 軸心受壓構(gòu)件的剛度同軸心受拉構(gòu)件一樣用長細(xì)比來衡量。 對于受壓構(gòu)件，長細(xì)比更為重要。長細(xì)比過大，會(huì)使其穩(wěn)定承載力降低太多，在較小荷載下就會(huì)喪失整體穩(wěn)定，因此其容許長細(xì)比[]限制更應(yīng)嚴(yán)格。受壓構(gòu)件的容許長細(xì)比按《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》表5．3．8采用。 構(gòu)件的計(jì)算長度的確定，見《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》第5．3節(jié)。 5)軸心受壓構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)原則 a．截面面積的分布應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離主軸線，以增加截面的回轉(zhuǎn)半徑，從而提高構(gòu)件的穩(wěn)定性和剛度。具體措施是在滿足局部穩(wěn)定和使用等條件下，盡量加大截面輪廓尺寸而減小板厚，在工字形截面中應(yīng)取腹板較薄而翼緣較厚。 b．使兩個(gè)主軸的穩(wěn)定系數(shù)盡量接近，這樣構(gòu)件對兩個(gè)主軸的穩(wěn)定性接近相等，即等穩(wěn)定設(shè)計(jì)。 c．便于與其他構(gòu)件連接。 d．構(gòu)造簡單、制造方便。 e．選用能得到供應(yīng)的鋼材規(guī)格。 單角鋼截面適用于塔架、桅桿結(jié)構(gòu)。雙角鋼便于在不同情況下組成接近等穩(wěn)定的壓桿截面，常用于節(jié)點(diǎn)連接桿件的桁架中。用單獨(dú)的熱軋普通工字鋼作軸心受壓構(gòu)件，制造上省工，但它的兩個(gè)主軸回轉(zhuǎn)半徑相差較大，當(dāng)構(gòu)件對兩個(gè)主軸的計(jì)算長度相差不多時(shí)，其兩個(gè)主軸的穩(wěn)定性相差很大，用料費(fèi)。用三塊鋼板焊成的工字形組合截面軸壓柱，具有組織靈活、截面的面積分布合理，便于采用自動(dòng)焊和構(gòu)造簡單等特點(diǎn)。這種截面通常高度和寬度做得相同，當(dāng)構(gòu)件對兩個(gè)主軸的計(jì)算長度相差一倍時(shí)，能接近等穩(wěn)定，故應(yīng)用最廣。 箱形、十字形、鋼管截面，其截面對兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑相近或相等，箱形截面的抗扭剛度大，但與其他構(gòu)件的連接比較困難。格構(gòu)式軸壓構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)是肢件的間距可以調(diào)整，能夠使兩個(gè)主軸穩(wěn)定性相等，用料較實(shí)腹式經(jīng)濟(jì)，但制作較費(fèi)工。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算有強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、單肢穩(wěn)定、剛度及連接肢件的綴材計(jì)算等內(nèi)容。
2．受彎構(gòu)件(梁)
(1)受彎構(gòu)件的應(yīng)用及截面形式
受彎構(gòu)件是用以承受橫向荷載的構(gòu)件，也稱之為梁，應(yīng)用很廣泛。例如建筑中的樓(屋)蓋梁、檁條、墻架梁、工作平臺梁以及吊車梁等。
梁按受力和使用要求可采用型鋼梁和組合梁。前者加工簡單、價(jià)格較廉，但截面尺寸受到規(guī)格的限制。后者適用于荷載和跨度較大、而采用型鋼梁不能滿足受力要求的情況。
型鋼梁通常采用熱軋工字鋼和槽鋼(圖11
組合梁由鋼板用焊縫或鉚釘或螺栓連接而成。其截面組織較靈活，可使材料在截面上的分布更為合理，用料省。用三塊鋼板焊成的工字形組合梁(圖11—92e)，構(gòu)造簡單、制作方便，故應(yīng)用最為廣泛。承受動(dòng)荷載的梁，如鋼材質(zhì)量不滿足焊接結(jié)構(gòu)要求時(shí)，可采用鉚接或高強(qiáng)度螺栓連接(圖11
梁按其彎曲變形情況不同，分為僅在一個(gè)主平面內(nèi)受彎的單向彎曲梁和在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎的雙向彎曲梁(也稱斜彎曲梁)。工程中大多數(shù)是單向彎曲梁，屋面檁條和吊車梁等是雙向彎曲梁。這里只講單向彎曲梁。 (2)梁的計(jì)算 梁的計(jì)算包括強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的內(nèi)容。 1)強(qiáng)度 梁在橫向荷載作用下，在其截面中將產(chǎn)生彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力(圖11-93)，梁的截面通常由抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度確定。
2)整體穩(wěn)定
a．概述
如圖11-94，梁在最大剛度平面內(nèi)彎曲(繞x軸彎曲)，當(dāng)受壓翼緣的彎曲應(yīng)力達(dá)到某一值后，就會(huì)出現(xiàn)平面的彎曲和扭轉(zhuǎn)，最后使梁迅速喪失承載力，這種現(xiàn)象稱梁喪失整體穩(wěn)定。梁喪失整體穩(wěn)定寸的荷載一般低于強(qiáng)度破壞時(shí)的荷載，且失穩(wěn)破壞是突然發(fā)生的，危害性大：因此，除計(jì)算梁的強(qiáng)度外，還必須驗(yàn)算其穩(wěn)定性，穩(wěn)定計(jì)算公式為：
b．提高梁整體穩(wěn)定性的措施 梁的整體穩(wěn)定承載力與梁的側(cè)向剛度、受壓翼緣的自由長度等因素有關(guān)。加大側(cè)向剛度或減小受壓翼緣自由長度都可以提高梁的整體穩(wěn)定性。具體措施是：加大梁受壓翼緣寬度；在受壓翼緣平面內(nèi)設(shè)置支承以減小其自由長度。 《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，滿足下列條件之一者，梁的整體穩(wěn)定有保證，可以不計(jì) 算其整體穩(wěn)定： (a)有鋪板(各種鋼筋混凝土板和鋼板)密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連 接、能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí)。 (b)H型鋼或等截面工字形簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比不超過 《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》表4．2．1所規(guī)定的數(shù)值時(shí)。 3)局部穩(wěn)定 從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)組合梁截面時(shí)總是力求采用高而薄的腹板以增大截面的抗彎剛度；采用寬而薄的翼緣板以提高梁的整體穩(wěn)定。但當(dāng)鋼板過薄時(shí)，腹板或受壓翼緣在尚未達(dá)到強(qiáng)度限值或喪失整體穩(wěn)定之前，就可能發(fā)生波曲或屈曲而偏離其正常位置，這種現(xiàn)象稱梁的局部失穩(wěn)。梁的局部失穩(wěn)會(huì)惡化梁的整體工作性能，必須避免。 為保證梁受壓翼緣的局部穩(wěn)定，應(yīng)滿足： 勁肋和在受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁肋。 軋制的工字鋼和槽鋼，其翼緣和腹板都比較厚，不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)，不必采取措施。 4)剛度 梁的剛度用變形(即撓度)來衡量，變形過大會(huì)影響正常使用，同時(shí)也給人帶來不安全感。 梁的剛度應(yīng)滿足：
3．拉彎和壓彎構(gòu)件
拉彎和壓彎構(gòu)件的應(yīng)用及截面形式。
拉彎和壓彎構(gòu)件是指同時(shí)承受軸心拉力或軸心壓力及彎矩的構(gòu)件，也稱為偏心受拉或偏心受壓構(gòu)件。拉彎和壓彎構(gòu)件的彎矩可以由縱向荷載不通過構(gòu)件截面形心的偏心引起，也可由橫向荷載引起(圖11-96)。
鋼結(jié)構(gòu)中常采用拉彎和壓彎構(gòu)件，尤其是壓彎構(gòu)件的應(yīng)用更為廣泛。例如單層廠房的柱、多層或高層房屋的框架柱、承受不對稱荷載的工作平臺柱、支架柱等。桁架中承受節(jié)間荷載的桿件則常是壓彎或拉彎構(gòu)件。 拉彎和壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩較小時(shí)，它們的截面形式與一般軸心受力構(gòu)件截面形式相同(圖11-96、圖11-97)；當(dāng)彎矩較大時(shí)，應(yīng)采用在彎矩作用平面內(nèi)高度較大的截面。對于壓彎構(gòu)件，如只有一個(gè)方向的彎矩較大時(shí)(如繞x軸的彎矩)，可采用如圖11-97所示的單軸對稱的截面形式，并使較大翼緣位于受壓較大一側(cè)。 (1)拉彎構(gòu)件的計(jì)算 拉彎構(gòu)件的計(jì)算一般只需要考慮強(qiáng)度和剛度兩個(gè)方面。但對以承受彎矩為主的拉彎件，當(dāng)截面一側(cè)最外纖維發(fā)生較大的壓應(yīng)力時(shí)，則也應(yīng)考慮和計(jì)算構(gòu)件的整體穩(wěn)定以及壓板件的局部穩(wěn)定性。這里只講一般受力情況下拉彎構(gòu)件的計(jì)算。 1)強(qiáng)度 拉彎構(gòu)件的截面上，除有軸心拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力外，還有彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，構(gòu)件截面的應(yīng)力應(yīng)為兩者之和(圖11-98)。截面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按截面上最大正應(yīng)力計(jì)算強(qiáng)度： 2)剛度 拉彎構(gòu)件的剛度計(jì)算與軸心受拉構(gòu)件相同。其容許長細(xì)比也相同。 (2)壓彎構(gòu)件的計(jì)算 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的計(jì)算包括強(qiáng)度、整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的內(nèi)容。 1)強(qiáng)度 壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式同拉彎構(gòu)件一樣采用公式(11-176)計(jì)算，但式中N為軸心壓力的設(shè)計(jì)值。 2)整體穩(wěn)定 壓彎構(gòu)件的承載力通常是由穩(wěn)定性來決定的�，F(xiàn)以彎矩在一個(gè)主平面內(nèi)作用的壓彎構(gòu)件為例，說明其喪失整體穩(wěn)定現(xiàn)象(圖 壓彎構(gòu)件需要進(jìn)行彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算較復(fù)雜。有關(guān)整體穩(wěn)定計(jì)算，參照《規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。 3)局部穩(wěn)定 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件，當(dāng)板件過薄時(shí)，腹板或受壓翼緣在尚未達(dá)到強(qiáng)度極限值或構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定之前，就可能發(fā)生波曲及屈曲(即局部失穩(wěn))。壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定采用限制板件寬(高)厚比的辦法來保證。 4)剛度 壓彎構(gòu)件的剛度計(jì)算與軸心受壓構(gòu)件相同，容許長細(xì)比也相同。
四、鋼結(jié)構(gòu)的連接
(一)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法
鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接(圖11-100)。
1．焊接連接
焊接是鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廠—泛的一種連接方法。它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，用鋼量省，加工簡便，連接的密封性好，剛度大，易于采用自動(dòng)化操作。缺點(diǎn)是焊件會(huì)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋敏感，局部裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展到整個(gè)截面；焊縫附近材質(zhì)變脆。
焊接連接的方法有很多，其中手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊最為常見。
手工電弧焊由焊條，夾焊條的焊把，電焊機(jī)，焊件和導(dǎo)線組成。常用的焊條為E43XX、E50X X和E55X X型。字母E表示焊條，后面的兩位數(shù)表示熔敷金屬(焊縫金屬)抗拉強(qiáng)度的最小值，如43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度為fu= 2．鉚釘連接 鉚釘連接是將一端帶有預(yù)制釘頭的鉚釘，插入被連接構(gòu)件的釘孔中，利用鉚釘將另一端壓成封閉釘頭而成：鉚釘連接因費(fèi)鋼費(fèi)工，勞動(dòng)條件差，成本高，現(xiàn)已很少用。但因鉚釘連接的塑性和韌性好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，所以在某些重型和經(jīng)受動(dòng)力荷載作用的結(jié)構(gòu)，有時(shí)仍采用鉚釘連接： 3．螺栓連接 螺栓連接可分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。 (1)普通螺栓連接，主要用在安裝連接和可拆裝的結(jié)構(gòu)中，普通螺栓有兩種類型：一種是粗制螺栓(稱為C級)，它的制作精度較差，孔徑比栓桿直徑大1.0～ (2)高強(qiáng)度螺栓(包括螺帽和墊圈均采用高強(qiáng)度材料制作)連接，安裝時(shí)，用特制的扳手?jǐn)Q緊螺母給栓桿施加很大的預(yù)拉力，從而在被連接板件的接觸面上產(chǎn)生很大的壓力(如圖11-101)。 當(dāng)受剪力時(shí)，按設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為摩擦型和承壓型兩種。 摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接：這種連接僅僅靠板件接觸面間的摩擦力傳遞剪力，即保證連接在整個(gè)使用期間剪力不超過最大摩擦力。這種連接，板件間不會(huì)產(chǎn)生相對滑移，其工作性能可靠，耐疲勞，在我國已取代鉚釘連接并得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。 承壓型高強(qiáng)度螺栓連接：這種連接是依靠板件間的摩擦力與栓桿承壓和抗剪共同承受剪力。連接的承載力較摩擦型的高，可節(jié)約螺栓。但這種連接受剪時(shí)的變形比摩擦型大，所以只適用于承受靜荷載和對結(jié)構(gòu)變形不敏感的連接中。 高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度等級分8.8級和10.9級兩種。小數(shù)點(diǎn)前“
(二)焊接連接的構(gòu)造和計(jì)算
1．連接形式和焊縫形式
連接形式有對接、搭接和T形連接三種基本形式(圖11-102)。
焊縫形式有對接焊縫和角焊縫兩種。對接焊縫指焊縫金屬填充在由被連接板件構(gòu)成的口內(nèi)，成為被連接板件截面的組成部分(圖11 由對接焊縫構(gòu)成的對接，構(gòu)件位于同一平面，截面無顯著變化，傳力直接，應(yīng)力集中鋼板和焊條用量省。但要求構(gòu)件平直，板較厚時(shí)(≥ 2. 焊縫代號 鋼結(jié)構(gòu)圖紙中用焊縫代號標(biāo)注焊縫形式、尺寸和輔助要求。焊縫代號由引出線、圖形符號和輔助符號三部分組成。圖形符號表示焊縫剖面的基本形式。當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等注在水平橫線的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，則應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線下面。表11—38給出了幾個(gè)常用的焊縫代號標(biāo)注方法。
3．對接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算
(1)對接焊縫的構(gòu)造
1)對接焊縫的坡口形式，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《手工電弧焊焊接頭的基本形式與尺寸》和《埋弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸》的要求選用。
2)在對接焊縫的拼接處：當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1／4的斜角(如圖11-103)。
3) 對接焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)，常因不能熔透而出現(xiàn)凹形焊口，為避免其受力而出現(xiàn)裂紋及應(yīng)力集中，對于重要的連接，焊接時(shí)應(yīng)采用引弧板，將焊縫兩端引至引弧板上，然后再將多余的部分割除(圖11-104)。
(2)對接焊縫的計(jì)算 1)對接焊縫的強(qiáng)度 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》對焊縫的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分成三級：—、二級要求焊縫不但要通過外觀檢查，同時(shí)要通過X光或g射線的—、二級檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；三級則只要求通過外觀檢查。能通過—二級檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，其質(zhì)量為一、二級，焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相同；未通過一、二級檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或只通過外觀檢查的對接焊縫，其質(zhì)量均屬于三級，焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為焊件強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0．85倍。當(dāng)對按焊縫承受壓力或剪力時(shí)，焊縫中的缺陷對強(qiáng)度無明顯影響。因此，對接焊縫的抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均與焊件的抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相同。 2)對接焊縫的計(jì)算 對接焊縫截面上的應(yīng)力分布與焊件截面上的應(yīng)力分布相同，按力學(xué)中計(jì) 算桿件截面；應(yīng)力的方法計(jì)算焊縫截面的應(yīng)力，并保證不超過焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 對接焊縫在軸向力(拉力或壓力)作用下(圖11—
2)角焊縫的尺寸限制
a角焊縫的焊腳尺寸
最小焊腳尺寸。角焊縫最小焊腳尺寸hfmin取1．5而(t——較厚焊件的厚度，單位mm)。但對于自動(dòng)焊，最小焊腳尺寸可減小lmm；對T形連接的單面角焊縫應(yīng)增加lmm。當(dāng)焊件厚度小于或等于
最大焊腳尺寸。角焊縫的最大焊腳尺寸hfmax=1．2‘(t——較厚焊件的厚度，圖11—108)；但焊件(厚度為t)邊緣的最大焊腳尺寸為(圖11—108b)：當(dāng)t≤
計(jì)算長度限制。 3)其他構(gòu)造要求 a．在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫應(yīng)采用平坡凸形(圖11-106b)或凹面形(圖11 b．當(dāng)板件的端部僅采用兩側(cè)面角焊縫時(shí)，每條側(cè)面角焊縫長度不宜小于側(cè)面角焊縫之間的距離；同時(shí)兩側(cè)面角焊縫之間的距離不宜大于16t(t> c．在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，并不得小于 d．在次要構(gòu)件或次要焊縫連接中，如計(jì)算所需的焊縫長度過小時(shí)，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距不應(yīng)大于15t(對受壓構(gòu)件)或30t(對受拉構(gòu)件)，t為較薄焊件的厚度。 e．桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般宜采用兩面?zhèn)群?/span>(圖11
當(dāng)角焊縫的端部在桿件轉(zhuǎn)角處作長度為2Af的繞角焊時(shí)，轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊(圖11—
(2)角焊縫的計(jì)算
1)計(jì)算原則
角焊縫的受力狀態(tài)十分復(fù)雜，建立角焊縫的計(jì)算公式主要靠試驗(yàn)分析。通過對角焊縫的大量試驗(yàn)分析，得到如下結(jié)論及計(jì)算原則：
a．計(jì)算時(shí)，不論角焊縫受力方向如何，均取角焊縫在45°喉部截面為計(jì)算截面，計(jì)算截面高度為h。(不考慮余高，如圖11—106)。
b．正面角焊縫的強(qiáng)度一般為側(cè)面角焊縫強(qiáng)度的1．35-1．55倍。
c．角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均采用同一指標(biāo)，用fwf表示。
2)角焊縫的計(jì)算
a．角焊縫在軸心力作用下的計(jì)算軸心力指外力作用通過焊縫群的形心。
(a) 在與焊縫長度方向平行的軸心力作用下(圖11-107a)：
2)構(gòu)造要求：螺栓間距過大時(shí)，構(gòu)件接觸面不嚴(yán)密，當(dāng)濕度較大時(shí)，潮氣易侵入，使鋼材銹蝕，故螺栓間距不能過大。
3)施工要求：布置螺栓時(shí)，還要考慮用扳手?jǐn)Q螺栓的可能性。 根據(jù)上述三個(gè)方面的要求， 《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定了螺栓排列的最大、最小容許距離(見《規(guī)范》表8．3．4)。
(3)螺栓及孔的圖例
抗剪普通螺栓連接有五種可能的破壞形式： a．當(dāng)螺栓直徑較小，板件較厚時(shí)，螺栓可能被剪斷(圖11— b．當(dāng)螺栓直徑較大，板件相對較薄時(shí)，構(gòu)件孔壁可能被擠壓破壞(圖11-114b)； c．當(dāng)栓孔對構(gòu)件的削弱過大時(shí)，構(gòu)件可能在削弱處被拉斷(圖11— d．當(dāng)螺栓桿過長時(shí)，螺栓桿可能發(fā)生過大的彎曲變形而使連接破壞(圖11-114d)； e．當(dāng)端距過小時(shí)，板端可能受沖剪而破壞(圖11—114e)。 上述五種情況中，后兩種情況可以采取構(gòu)造措施防止，如被連接構(gòu)件板重疊厚度不大 于5倍的螺栓直徑，可以避免螺栓過度彎曲破壞；端距不小于2倍螺栓的孔徑，可以避免 構(gòu)件端部板被剪壞。前三種情況則須通過計(jì)算來保證。 2)抗剪普通螺栓連接的計(jì)算。 a． 一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)法
五、構(gòu)件的連接構(gòu)造
單個(gè)構(gòu)件必須通過相互連接才能形成整體。構(gòu)件間的連接，按傳力和變形情況可分為鉸接、剛接和介于二者之間的半剛接三種基本類型。半剛接在設(shè)計(jì)中采用較少，故這里僅講述鉸接和剛接的構(gòu)造。
(一)次梁與主梁的連接
1．次梁與主梁鉸接
次梁與主梁鉸接從構(gòu)造上可分為兩類：一類如圖11-116(a)所示的疊接，次梁直接放在主梁上，并用焊縫或螺栓連接。疊接需要的結(jié)構(gòu)高度大，所以應(yīng)用常受到限制。另—類是如圖11—116(b)、 (c)所示主梁與次梁的側(cè)向連接。這種連接可以減小梁格的結(jié)構(gòu)高度，并增加梁格剛度，應(yīng)用較多。圖11—116(b)為次梁借助于連接角鋼與主梁連接，連接角鋼與次梁采用螺栓和安裝焊縫相連。圖11-116(c)的構(gòu)造是將次梁用螺栓或安裝焊縫連接于主梁的加勁肋上。
圖1-119是梁支承于柱頂?shù)你q接構(gòu)造，梁的反力通過柱的頂板傳給柱；頂板一般取16
