第十三章钢结构和木结构.ppt

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,本章分别介绍钢结构和木结构的基本知识。

钢结构：

由热轧型钢、钢管、钢板或冷加工的薄壁型钢通过适当的连接而组成的结构。

木结构：

是单纯由木材或主要由木材承受荷载并通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定的结构。

第十三章钢结构和木结构,建筑用钢应符合的条件：

1、具有较高的强度2、具有较高的塑性、韧性、耐疲劳性能3、具有良好的工艺性,1.1钢结构用材的力学性能,主要力学性能有：

强度、塑性、韧性、可焊性、冷弯性能、耐久性等。

强度：

有屈服强度fy和抗拉强度fu两个指标fy作为钢材强度标准值的取值依据；fu作为一种安全储备，使构件在弹塑性工作阶段具有较大的承载力。

第一节钢结构,1.1钢结构用材的力学性能,冷弯性能：

由冷弯试验来确定，是评价钢材力学性能和工艺性能，钢材质量的一项综合性指标。

塑性：

主要指标有伸长率和断面收缩率,冲击韧性：

韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。

可焊性：

可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，要求钢材施焊后能获得良好的焊接接头性能。

1.1钢结构用材的力学性能,耐久性-影响钢结构寿命的因素有：

（1）钢材的腐蚀，通过油漆和定期维护措施，控制硅和锰的含量；

（2）防止过大的实效硬化；（3）必要时测定高温和长荷载下的持久强度；（4）防止长期连续重复荷载或交变荷载下的疲劳断裂。

沸腾钢为脱氧不完全的钢。

冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出）。

镇静钢为完全脱氧的钢。

通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。

组织致密，偏析小，质量均匀。

优质钢和合金一般都是镇静钢。

半镇静钢为脱氧较完全的钢。

脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。

这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的。

1.2钢种钢号,碳素钢：

按质量等级将钢分为A、B、C、D四级A级钢最差，只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时也可附加冷弯试验的要求。

B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性（分别为+20，0，-20）等力学性能。

钢结构中常用普通低碳钢和普通低合金钢：

1.2钢种钢号,如：

Q235A表示屈服强度为235N/mm2的A级镇静碳素结构钢；Q235D表示屈服强度为235N/mm2的D级特殊镇静碳素结构钢。

钢的牌号由屈服点中屈字汉语拼音的字首Q，屈服点数值（N/mm2）质量等级代号（A、B、C、D）脱氧方法代号（F、b、Z、TZ）沸腾、半镇静、镇静、特殊镇静钢；等四个部分按顺序组成。

镇静钢（Z）特殊镇静钢（TZ）代号Z、TZ可以省略，C级为镇静钢，D级为特殊镇静钢。

1.2钢种钢号,A、B、C、D、E四个等级A级无需冲击韧性试验B级20的冲击韧性C级0的冲击韧性D级-20的冲击韧性E级-40的冲击韧性,低合金钢分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。

Q345B屈服强度为345N/mm2，B级镇静钢；Q390D屈服强度为390N/mm2，D级特殊镇静钢。

1.3钢结构常用型材,1）钢板和钢带,钢带、钢板区别在成品形状,如500102100，50010,2）热轧型材（工、槽、角钢）,20号以上的工字钢分a、b或a、b、c三类，其中a类腹板最薄、翼缘最窄，c类最厚最宽,如I32a、I32b、I32c,1.3钢结构常用型材,2）热轧型材（工、槽、角钢）,从14开始，亦有a、b或a、b、c规格的区分,如32a、32b、32c,2）热轧型材（工、槽、角钢）,不等边角钢“长肢宽短肢宽厚度”,如100638,等边角钢“肢宽厚度”,如1008,1.3钢结构常用型材,3）H型钢和T型钢,H型钢与普通工字钢的区别:

翼缘宽，故早期有宽翼缘工字钢一说；翼缘内表面无斜度、上下表面平行，便于与其它构件连接；从材料分布形式来看，工字钢材料主要集中在腹板附近，愈向两侧延伸，钢材愈少，而在轧制H型钢中，材料分布侧重在翼缘部分。

所以，H型钢的截面特性要明显优越于传统的工、槽、角钢及它们的组合截面。

H型钢和T型钢均分为三类：

宽翼缘：

HWTW；中翼缘：

HMTM；窄翼缘：

HNTN。

如HW3003001015,1.3钢结构常用型材,4）冷弯薄壁型钢,其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面的管材。

5）钢管,有热轧无缝钢管和焊接钢管两大类，焊接钢管分为直缝焊、螺旋焊两种，用符号“”后加“外径厚度”,如1025,螺旋焊管,2.1钢结构的连接方法,连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种,1、焊缝连接Weldingconnection,焊接连接是通过电弧产生热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成一体。

优点：

任何形式的构件一般都可直接相连，不削弱构件截面，用料经济，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性能好，可采用全自动或半自动作业，生产效率高。

缺点：

焊缝附近钢材，在高温作用下形成热影响区，其金相组织和力学性能发生变化，导致局部材质变脆；焊接过程中钢材受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影响。

2.1.1焊接连接,1.焊接原理,钢结构常用的焊接方法是电弧焊,包括手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。

手工电弧焊电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机与导线组成。

通电引弧后，在涂有焊药的焊条端与焊件间产生电弧，使焊条熔化，熔滴滴入被电弧吹成的焊接溶池中，焊药燃烧在熔池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属表面形成熔渣，以隔绝熔池中液体金属与氧、氮等气体的接触，避免形成脆性易裂化合物，焊缝金属冷却后与焊件熔成一体。

手工电弧焊操作及电弧焊机,直流手工电弧焊-氩弧焊多功能焊机,手工电弧焊焊条,焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。

其牌号为E43、E50和E55型等，E表示焊条，数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为Kgf/mm2）。

上图为XWJ422是钛钙型药皮的优质低碳钢电焊条。

一般情况下，焊条与母材的对应关系如下：

Q235钢材，采用E43焊条；Q345钢材，采用E50焊条；Q390、Q420钢材，采用E55焊条。

自动或半自动埋弧焊,自动或半自动埋弧焊主要设备是自动电焊机，沿轨道按设定速度移动，通电引弧后，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂熔化，熔渣浮在熔化的焊缝金属上面，使融化金属不与空气接触，并供给焊缝金属以必要的合金元素，随焊机的移动，颗粒状焊剂不断从料斗漏下，电弧完全被埋在焊剂之内，同时焊丝自动地边熔化边下降，称为自动埋弧焊。

（沿轨道推移过程由人工控制时，称为半自动埋弧焊）,手工电弧直流/直流脉冲氩弧焊两用机,自动或半自动埋弧焊,门式全自动埋弧焊机,H型钢柱上的焊缝,气体保护焊,设备来自上海怡宾机电,气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。

直接依靠保护气体在电弧周围形成局部的保护层，以防止有害气体侵入，从而保持焊接过程的稳定，气体保护焊又称气电焊。

（最常用的惰性气体是氩气）,二氧化碳气体保护焊,气体保护焊现场实例,西湖国际大厦施工现场采用二氧化碳气体保护施焊,气体保护焊现场实例,杭州广播电视新楼施工现场采用二氧化碳气体保护施焊,焊缝的形式与构造,连接方式分为：

对接连接、搭接连接、形连接、角接连接四种,1.对接焊缝的形式与构造（buttwelds）,a）直边缝：

适合板厚t10mmb）单边V形：

适合板厚t1020mmc）双边V形：

适合板厚t1020mmd）U形：

适合板厚t20mme）K形：

适合板厚t20mmf）X形：

适合板厚t20mm,对接焊缝的优缺点优点：

用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载缺点：

需剖口，焊件长度要精确。

1.对接焊缝的形式与构造（buttwelds）,

（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。

但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。

（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：

4的斜面，避免应力集中。

（3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：

4的斜边，避免应力集中。

有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。

2.角焊缝的形式与构造（filletwelds）,2.角焊缝的形式与构造（filletwelds）,2.1钢结构的连接方式,连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种,2、螺栓连接,分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接,优点：

施工工艺简单，安装方便，特别适用于工地安装连接，工程进度和质量易得到保证。

缺点：

因开孔对构件截面有一定的削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接用材较多，构造也较繁。

2.1钢结构的连接方式,1）普通螺栓连接,螺栓连接施工简单，固定可靠，无需专用设备，广泛用于临时固定构件及可拆卸结构的安装。

分为A、B、C三级A、B级螺栓（旧称精制螺栓），C级螺栓（旧称粗制螺栓）。

钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，粗牙普通螺栓，其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。

建筑工程中常用M16、M20、M22、M24等。

A、B级螺栓加工精制，精度高要求I类孔，孔径与栓径相同，栓杆和螺孔间空隙仅为0.3mm左右。

在钢结构中已很少采用C级螺栓由圆钢压制成，表面粗糙，要求类孔，孔径比螺栓杆径大1.53mm。

传递剪力时，变形大，但传递拉力时性能尚好，且成本低，故多用于承受拉力的安装螺栓连接、次要结构中。

2.1钢结构的连接方式,2）高强度螺栓连接,优点是施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、工作安全可靠。

已广泛用于钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷载的结构中。

按传力方式分为摩擦型和承压型两种。

摩擦型高强螺栓靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。

承压型高强螺栓靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。

承压型的承载力比摩擦型高，可节约螺栓。

但承压型的剪切变形比摩擦型的大，故只适用于承受静力荷载和对结构变形不敏感的结构中，不得用于直接承受动力荷载的结构中。

高强度螺栓连接传递剪力的机理和普通螺栓连接不同，普通螺栓连接靠螺栓杆承压和抗剪来传递剪力，高强度螺栓连接靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。

高强度螺栓连接,10.9S高强度扭剪型螺栓,扭剪型螺栓特制机动扳手,木材的物理性能与力学性能：

物理性能：

木材的重度小（约为5KN/m3）、相对强度高，各向异性，含水率，变形和开裂，疵病，温度变化，荷载作用时间的长短。

力学性能：

力的作用方向与木纹方向之间的角度对其强度影响很大受拉、受压、受弯、受剪的力学性能,2.1木结构材料与选用,第二节木结构,承重木结构材质等级的选用及适用范围,等级的选用：

承重结构用材分为原木、锯材（方木、板材、规格材）、胶合材；普通木结构的材质等级分为三级，表13-5。

适用范围：

承重木结构应在正常温度和湿度环境下的房屋结构和构筑物中使用。

不能用于：

极易产生火灾、受生产性高温影响、经常受潮且不易通风的情况。

2.2木材的设计强度,木材的强度等级：

指不同树种的木材按其抗弯强度设计值来划分。

针叶材分为TC17、TC15、TC13、TC11，4种，阔叶材分为TB20、TB17、TB15、TB13、TB11，5种。

调整系数：

表13-6至表13-8是正常情况下的强度数值，在设计时需要考虑含水率、荷载作用时间、温度等因素的影响，调整系数见表13-9、13-10。

2.3基本构件计算,承载力计算：

轴心受拉、轴心受压、单向受弯、拉弯、压弯。

稳定系数和计算长度：

表13-11稳定系数的计算，计算长度按规定。

2.4连接计算和构造,连接方式：

接长、拼合、节点连接。

常用的连接：

齿连接、螺栓连接、钉连接，斜键连接、胶连接。

连接的要求：

受力明确、传力直接，紧密、有韧性、受力均匀，构造简单、施工方便、省工省料、保证质量。