单元17 钢 结 构 学习目标 （1）了解钢结构的特点。 （2）了解钢结构的发展现状。 （3）掌握钢结构的链接方式。 单元17 钢 结 构 学习目标 （1）了解钢结构的特点。 （2）了解钢结构的发展现状。 （3）掌握钢结构的链接方式。 （4）掌握钢构件的计算。 （5）重点掌握受弯和受压构件的计算方法。

技能目标 （1）组织学生到工程现场进行参观，使学生了解钢结构的组成。 （2）通过现场教学，使学生能够将钢结构的链接方法应用实践。

17.1 钢结构的特点与应用发展 17.1.1 钢结构的特点 (1) 建筑钢材强度高，塑性和韧性好。 (2) 钢结构的质量轻。 (3) 材质均匀，和力学计算的假定比较符合。 (4) 工业化程度高，工期短。 (5) 密封性好。 (6) 抗震性能好。 (7) 耐热性较好。 林业出版社陈总编已经提到。

2. 钢结构的缺点 （1）钢结构耐火性差。 （2）钢结构耐腐蚀性差。

17.1.2 钢结构的应用发展 钢结构由于其自身的特点和结构形式的多样性，随着我国国民经济的迅速发展，应用范围越来越广。 根据我国的实践经验，工业与民用建筑钢结构的应用范围包括以下几方面： (1) 工业厂房。吊车起重量很大(100t以上)或运行非常频繁的车间多采用钢骨架。如冶炼厂的平炉、转炉车间，混铁炉车间和初轧车间；重型机械厂的铸钢车间、锻压车间和水压机车间等。 (2) 大跨结构。结构的跨度越大，自重在全部荷载中所占的比例越大。由于钢结构具有强度高、自重轻的优点，最适用于大跨度结构，如飞机库、体育馆、展览厅、影剧院和大型交易市场等屋盖结构。 林业出版社陈总编已经提到。

(3) 高层及多层建筑。高层建筑及超高层建筑中，宜采用钢结构或钢结构框架。近年来，钢结构在此领域已逐步得到发展。 (4) 轻型钢结构。轻型钢结构是由弯曲薄壁型钢、薄壁钢管或小角钢、圆钢等组成的结构。由于轻型钢结构具有建造速度快、用钢量省、综合经济效益好等优点，所以适用于吊车吨位不大于20t的中、小跨度厂房、仓库以及中、小型体育馆等大空间民用建筑。 此外，由于轻型钢结构装拆方便，宜用于需要拆迁的结构。 (5) 钢-混凝土组合结构。包括钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱等。 林业出版社陈总编已经提到。

除房屋结构以外，钢结构还可用于下列结构： (1) 塔桅结构。塔桅结构包括电视塔、微波塔、无线电桅杆、导航塔及火箭发射塔等，一般均宜采用钢结构。 (2) 板壳结构。板壳结构包括大型储气柜和储液库等要求密闭的容器，以及大直径高压输油管和输气管等。另外，还有高炉的炉壳和轮船的船体等均应采用钢结构。 (3) 桥梁结构。钢结构一般用于跨度大于40m的各种形式的大、中跨度桥梁。 (4) 移动式结构。包括桥式起重机、塔式起重机和龙门式起重机等起重运行机械。 林业出版社陈总编已经提到。

1.2 钢结构发展的历史、现状和趋势 我国是最早用铁建造结构的国家之一，比较典型的应用是铁链桥，主要有云南省永平与保山之间跨越澜沧江的霁虹桥以及四川泸定大渡河上的泸定桥；其次是一些纪念性建筑，如建于967年的广州光孝寺的东铁塔和建于963年的西铁塔，以及建于1061年的湖北当阳玉泉寺的13层铁塔。中国古代在钢铁结构方面虽然有所创建，但在封建制度下，生产力发展极其缓慢。在半封建半殖民地的百年历史中，中国也曾建造过一些钢桥和钢结构高层建筑，但绝大多数是外国人设计的。 新中国成立以后，随着经济建设的发展，钢结构在重型厂房、大跨度公共建筑、铁路桥梁以及塔桅结构中得到一定程度的发展。 林业出版社陈总编已经提到。

1.3 钢结构的构件组成和主要结构形式 1.3.1 钢结构的构件组成 从房屋建筑、桥梁、塔桅以及其他工程结构来看，除了容器(如储液罐、储气罐和囤仓等)和管道(如输油管、输气管和压力水管等)采用钢板壳体结构外，其他结构多由杆件系统和索组成。分析杆件的受力，可以归结为拉索、拉杆、压杆、受弯杆件、拉弯构件、压弯杆件、拱和刚架等。此外，钢构件还与混凝土组合在一起形成组合构件，如钢管混凝土、型钢混凝土构件等。由于这些杆件是组成各种结构形式的最基本单元，因此成为钢结构的基本构件。 林业出版社陈总编已经提到。

1.3.2 钢结构的主要结构形式 1. 用于房屋建筑的主要结构形式 (1) 单层工业厂房常用的结构形式。 (2) 大跨度单层房屋的结构形式。 (3) 多层、高层及超高层建筑结构形式 。 2. 用于桥梁的主要结构形式 (1) 实腹板梁式结构。 (2) 桁架式结构。 (3) 拱或刚架式结构。 (4) 拱与梁桁架的组合结构。 (5) 斜拉结构。 林业出版社陈总编已经提到。

3. 用于塔桅的主要结构形式 (1) 桅杆结构。杆身依靠纤绳的牵拉而站立，杆身可采用圆管或三角形、四边形等结构杆件。 (2) 塔架结构。塔架立面轮廓线可采用直线形、单折线形、多折线形和带有拱形底座的多折线形等，平面可分为三角形、四边形、六边形和八边形等。 林业出版社陈总编已经提到。

17.2 钢结构的连接 17.2.1 焊接连接 1.钢结构常用的焊接方法 2. 焊缝形式及焊缝连接形式 3.焊缝缺陷及焊缝质量检验

17.2.2 螺栓连接 1.普通螺栓连接 2.高强度螺栓连接

17.3 钢结构构件的计算 17.3.1 受弯构件 1.强度计算 强度计算包括正应力、剪应力和局部压应力。 （1）正应力公式。 17.3 钢结构构件的计算 17.3.1 受弯构件 1.强度计算 强度计算包括正应力、剪应力和局部压应力。 （1）正应力公式。 <f（单向弯曲） （17-1） （2）剪应力公式。 ≤ （17-2） （3）局部压应力。 ≤f （17-3）

≤ （17-2） （17-2）

≤f （3）局部压应力。 （17-3）

2．稳定性验算 1）整体稳定性 为保证梁不发生整体失稳，应满足： （17-4）

2）局部稳定性 由于钢材的轻质高强，钢构件的承载力往往由整体稳定承载力控制着。如果钢结构构件的截面设计不当，在荷载作用下，受压应力和剪应力作用的腹板区及受压翼缘有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲，即局部失稳。因此实际工程可以通过限制受压翼缘的宽厚比和配置加劲肋予以避免局部失稳。

3.挠度验算 挠度计算公式： v≤[v] （17-5）

17.3.2 轴心受力构件 轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。轴心受力构件的计算内容包括强度和稳定性计算。

1.强度计算 轴心受拉构件和实腹式轴心受压构件强度 计算公式： （17-6） 式中，N为轴向拉力设计值； 为构件净截面面积；其他参数意义同前。

2.稳定性验算 1）整体稳定性 实腹式轴心受压构件： （17-7） 式中， 为轴心受压构件稳定系数； 为构件毛截面面积；其他参数意义同前。

2）局部稳定性 实腹式轴心受压构件： 对于工字型和H型截面，验算翼缘公式： （17-8） 式中， 为翼缘板外伸宽度； 为翼缘板外伸厚度； 为构件长细比； 为钢材屈服强度设计值。

1.强度计算 强度计算公式： 17.3.3 偏心受力构件 （17-9）

2. 实腹式单向压弯构件整体稳定性验算 1）实腹式单向压弯构件的平面内稳定性 2）实腹式单向压弯构件的平面外稳定性

3.实腹式压弯构件的局部稳定性验算 1）翼缘宽厚比限值 2）腹板高厚比限值

17.3.4 钢结构的计算方法 1 概述 结构计算的目的在于保证所设计的结构构件在施工和使用过程中能满足预期的安全性和使用性的要求。因此，结构设计的准则为：结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结构由材料性能和几何因素等所决定的抗力或规定限值。影响结构功能的各种因素，如荷载的大小、材料强度的高低、截面的尺寸和施工的质量等都是随机变量(或随机过程)，具有不定性，因此，荷载效应可能大于设计抗力，结构不可能百分百的可靠，而只能对其作出一定的概率保证，在设计中如何对待上述问题就出现了不同的设计方法。 林业出版社陈总编已经提到。

17.3.5 概率极限状态设计方法 结构的极限状态可分为下列两类： (1) 承载能力极限状态。结构和构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。 (2) 正常使用极限状态。结构和构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的震动。 林业出版社陈总编已经提到。

17.3.6 设计表达式 以简单的荷载情况为例，分项系数设计式可写成 式中 ——抗力标准值(由材料强度标准值和截面尺寸计算得到)。 ——按标准值计算的永久荷载效应值。 ——按标准值计算的可变荷载效应值。 ——分项系数。 林业出版社陈总编已经提到。