轻型钢结构讲义.ppt

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1、1 第 二 章 轻 钢 结 构 设 计 的 基 本 规 定 与 计 算 2 2.1 设计的基本规定 2-1.1 设计计算原则 轻型钢结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设计表达式进行计算。按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。按承载力极限状态设计时，应根据国家现行标准建筑结构荷载规范GB50009-2001的规定计算，其中：RK：抗力标准值；：材料抗力分项系数；fk：钢材强度标准值；A：截面几何因素；f ：材料强度设计值。RkAfAfRkRR RS0R即：3 冷弯薄壁型钢结构的抗力分项系数为1.165，Q235钢的抗力分项系数为1.087，Q345钢的抗力分项系数为1

2、.111。求 S 时考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。S 取值：由活荷载效应控制的组合 由恒荷载效应控制的组合 由活荷载效应控制的组合式中：永久荷载的分项系数；：第 i 个可变荷载的分项系数；SGK：按永久荷载标准值GK计算的荷载效应值；n2KQQcQ1KQ1GKGSSSSiiii基本组合取不利组合GQi4 SQiK：按可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值；：可变荷载Qi的组合值系数（查规范）。由恒荷载效应控制的组合 此处不区分各可变荷载作用的大小。ciKQQn1cGKGSSSiiii（）对框架、排架，公式简化为：由活荷载效应控制的组合Q1KQ1GKGSSSn1KQQG

3、KGS0.9SSiii或 由恒荷载效应控制的组合仍用（）式，即：KQQn1cGKGSSSiiii取不利组合5注：a.基本组合中的设计值适用于荷载与荷载效应线性 的情况；b.SQ1K无法判断时，轮次以各可变荷载为SQ1K，然 后取不利者；c.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，可 变荷载仅取竖向荷载；d.取值：=1.2 （可变荷载效应控制时）=1.35（永久荷载效应控制时）当效应对结构有利时：=1.0 =1.4 =1.3(工业楼面活荷标准值4kN/m2)G当效应对结构不利时取值：QGGG6 按正常使用极限状态设计时，SC 式中：C：结构或构件达到正常使用要求的规定限值。S：荷载效应组合的标准

4、值。S 取值：标准组合：频遇组合：准永久组合：钢结构只考虑荷载的标准组合。准永久组合适用于钢与混凝土组合梁，另外还得考 虑标准组合。SSSSKQn2cQ1KGKiiiSSSKQn1qGKiii准永久值系数应考虑7 2-1.2 钢材的强度设计值 由于钢材在制造、成型工艺等方面的不同，同一钢材牌号的普通钢结构和冷弯薄壁型钢结构所采用的强度设计值是不同的。钢材强度设计值（N/mm2）（GB500172003）冷弯薄壁型钢强度设计值（N/mm2）（GB500182002）牌号厚度或直径/mm抗拉、抗压和抗弯 f 抗剪 fv端面承压 fceQ23516215125 325Q34516310180 400

5、牌号 抗拉、抗压和抗弯 f 抗剪 fv端面承压 fceQ215185105 275Q235205120 310Q345300175 4008 冷弯薄壁型钢系由钢板或刚带经冷加工成型的，由于冷作硬化的影响，冷弯薄壁型钢的屈服强度将较母材有较大的提高。针对全截面有效的受拉、受压或受弯构件的强度，需要考虑冷弯效应导致的强度设计值的提高，提高的幅度与材质、截面形状、尺寸及成型工艺等项因素有关。考虑冷弯效应的钢材强度设计值按下式计算：式中 ：成型方式系数，对于冷弯高频焊（圆变）方、矩形管，；圆管和其他方式成型的方、矩形管及开口型钢，取 ；1.7flfiin12t10)(1211.09 ：钢材的抗拉强度与

6、屈服强度的比值，Q235钢，取 ，Q345钢，取 ；n：型钢截面所含棱角数目，如右图 ：型钢截面上第 i 个棱角所对应的圆周角，以弧度 为单位；l：型钢截面中心线的长度，可取型钢截 面积与其厚度的比值。型钢截面中心线的长度也可按下式计算：l：型钢平板部分宽度之和；ri ：型钢截面上第 i 个棱角内表面的弯曲半径；t ：型钢厚度。1.48 1.58 i=1243tr32n1t)r(2iiill10 经退火、焊接和热镀锌等热处理的冷弯薄壁型钢构件不得采用考虑冷弯效应的强度设计值。2-1.3 焊缝的强度设计值 普通钢结构和冷弯薄壁型钢结构所采用的焊缝强度设计值是不同的。焊缝的强度设计值（N/mm2）

7、（GB500182002）构件钢材牌号 对 接 焊 缝 角 焊 缝 抗 压 抗 拉 抗 剪抗拉、抗压和抗剪 Q235 205 175 120 140 Q345300255175 195注：1 当Q235钢和Q345钢对接焊接时，焊缝的强度设计值应 按Q235钢的数值采用；2 经X射线检查符合一、二级焊缝质量标准的对接焊缝的 抗拉强度设计值采用抗压强度设计值。wffwvfwtfwcf11 无论普通钢结构还是冷弯薄壁型钢结构，如果是施工条件较差的高空安装焊缝，焊缝的强度设计值需乘以0.9预与折减。2-1.4 螺栓的强度设计值 普通钢结构和冷弯薄壁型钢结构所采用的螺栓强度设计值是不同的。C级螺栓的强

8、度设计值（N/mm2）（GB500182002）应力种类符号 普 通 钢 结 构 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 螺 栓 的 性 能 等 级 构 件 的 钢 材 牌 号 螺 栓 的 性 能 等 级 构 件 的 钢 材 牌 号4.6级、4.8级 Q235 Q345 4.6级、4.8级Q235 Q345抗拉 170 165抗剪 140 125承压 305 385 290 370bcfbtfbvf122-1.5 强度设计值的折减 为了计及恶劣的施工条件、不利的受力状况等因素对构件的影响，保证结构构件和连接安全可靠，在有些特殊情况下钢材的强度设计值和连接强度设计值需要折减。若几种折减情况同时存在，折减

9、系数应连乘。折减系数见下表，具体折减原因的情况分析见各章节表述。表注：1.单圆钢压杆连接于节点板一侧时，应按压弯构件计算杆件的 稳定性，连接计算时，焊缝强度设计值应再降低15；2.单圆钢拉杆连接于节点板一侧时，杆件可按轴心受拉构件计 算，杆件和连接的强度设计值应再降低15；3.表中项次 2 中的长细比，对中间无联系的单角钢压杆，按 最小回转半径计算。13 结构类别项 次 考 虑 情 况强度设计值折减系数 普 通 钢 结 构 1 2施工条件较差的高空安装焊缝单面连接的单角钢杆件（1）按轴心受力计算强度和连接（2）按轴心受压计算稳定性 等边角钢 短边相连的不等边角钢 长边相连的不等边角钢 0.9

10、0.850.60+0.00151.00.50+0.00251.0 0.7 圆钢、小 角钢结构 1、2 3 4 5同普通钢结构一般杆件和连接双圆钢拱拉杆机器连接平面桁架式檩条和三角拱斜梁端部主 要受压腹杆 0.95 0.85 0.85 冷弯薄壁 型钢结构 1、2 6 7同普通钢结构，但式中的0.0015改 为0.0014无垫板的单面对接焊缝两构件的连接采用搭接或其间填有垫 板的连接以及单盖板的对接连接 0.85 0.90强 度 设 计 值 折 减 系 数 142-2 构件中的受压板件 2-2.1 板件分类 冷弯薄壁型钢构件截面的组成板件按其纵边的支承条件可分为三种，它的两纵边都与其他板件衔接，如

11、 ；它的一边和其他板件衔接，另一边和 卷边衔接，如；非加劲板件是它的一边和其他板件衔 接，另一边为自由边，如。构件截面组成板件的分类示意图加劲板件：部分加劲板件：非加劲板件：152-2.2 屈曲后强度与有效宽厚比 当板达到微微挠曲的临界状态时，若板的边缘保持直线不变，随着挠度增大，板的中面产生薄膜张力，即横向拉力，牵制板纵向变形的发展，提高板纵向的承载力，这种薄板屈曲后的强度增长就称为屈曲后强度。腹板屈曲后，由于产生了薄膜张力，荷载仍可继续增 荷载继续增加时，板的侧边部分可承受超过临界应力的压力，直至板的侧边部分的应力达到屈服强度 fy 为止。板的纵边出现自相平衡的应力。此时板的中部在凸曲以后

12、应力不但不再增加，反而略有下降，板的应力分布由均匀变为不均匀。加。16 将受压薄板达极限状态时的应力分布图先简化为矩方形分布，这个矩形图形的宽度之和就称为此板的有效宽度。试验研究和理论分析证明，只要梁翼缘和加劲肋没有破坏，即使梁腹板失去局部稳定，钢梁仍可继续承载。板件宽度与板件厚度之比称为宽厚比。板件有效宽度与板件厚度之比称为有效宽厚比。规范冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002对有效宽厚比的规定，是以同时适用于各类支承条件的形式给出，这是其优点和独特之处。然后再等效转化为两侧应力为 fy 的矩形图形。17 加劲板件、部分加劲板件和非加劲板件的有效宽厚比的计算公式为：式中：b：板件宽

13、度；t：板件厚度；be：板件有效宽度；：计算系数；：压应力不均匀系数，时：当18tbtb=tbce时：当38tb18()tb1.0)tb(8.21=tbce-时：当38tbtbtb25=tbce0.15-15.1=；=maxmin18 max：受压板件边缘的最大压应力（N/mm2）取正值；min：受压板件另一边缘的应力（N/mm2）可能受拉、也可能受压，以压应力为 正，拉应力为负；bc：板件受压区宽度，：计算系数，k：板件受压稳定系数，与板件纵边的支承类型和 板件所受应力的分布情况有关；k1：板组约束系数，与邻接板件的约束程度有关；1：受压板件边缘的最大控制应力（N/mm2），与板件的受力情况

14、有关。；时，当；时，当00-1b=bb=bcc11kk205；时，取当1.150 k1时，取 k1=k1，k1为 k1的上限值。对于加劲板件，k1 1.7；对于部分加劲板件，k1 2.4；对于非加劲板件，k1 3.0。当计算板件仅一边有邻接板件，即计算板件为非加劲板件或部分加劲板件，且邻接板件受拉时，取k1=k1。注：若不计算相邻板件的约束作用，可取 k1=1。受压板件边缘的最大控制应力1的取值：在轴心受压构件中板件的最大控制应力1由构件的最 大长细比确定，即 ；压弯构件截面上各板件的压应力分布不均匀系数应 由构件毛截面按强度计算，不考虑双力矩的影响。最大压应力板件的1取钢材的强度设计值 f，

15、其余板 件的最大压应力按 推算；f122 受弯及拉弯构件截面上各板件的压应力分布不均匀系 数及最大压应力应由构件毛截面按强度计算，不考 虑双力矩的影响；板件的受拉部分全部有效。当受压板件的宽厚比大于计算出来的有效宽厚比时，受压板件的有效截面应自截面的受压部分按下图所示扣除其超出部分（即图中不带斜线部分）来确定，截面的受拉部分全部有效。be1be2be1be2be2be1222be2be1be1be2be222111111(a)加劲板件(b)部分加劲板件(c)非加劲板件 受压板件的有效截面23 图中的 be1、be2 按下列规定计算：对于加劲板件 对于部分加劲板件及非加劲板件 圆管截面构件的外径

16、与壁厚之比，对于Q235钢，不宜大于100；对于Q345钢，不宜大于68，此时可取其全截面有效。部分加劲板件中卷边的高厚比不宜大于12，卷边的最小高厚比应根据部分加劲板件的宽厚比按下表采用。卷 边 的 最 小 高 厚 比 时，当0-5b2=be1eb-1ee2eb=b时，当0b4.0=be1eb6.0=be2eb4.0=be1eb6.0=be2e b/t 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 a/t 5.4 6.3 7.2 8.0 8.5 9.0 9.510.010.511.0注：a：卷边的高度 b：带卷边板件的宽度 t：板厚 242-3 开口薄壁构件的扭转 2-3.1 开口薄壁构件的剪力流和剪切中心 图（a），若横向荷载通过截面形心，梁仅产生弯曲变形，若横向荷载不通过截面形心，梁不仅产生弯曲变形，同时还会产生扭转变形；在图（b）中，即使横向荷载通过截面形心，梁除产生弯曲变形外，还会产生扭转变形。那么到底横向荷载通过截面的哪一点截面只能产生弯曲变形，而不产生扭转变形呢？答案是横向荷载通过截面的剪切中心（剪力中心）。确定任意开口薄壁截面剪切中心的位置，宜采用剪力流理