鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)於結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適於繼續(xù)承載的變形

正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)於結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z來描述，設(shè)計結(jié)構(gòu)時可取荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個基本隨機變數(shù)來表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，即

Z=g（R，S）＝R－S

（1-1）顯然，Z是隨機變數(shù)，有以下三種情況：Z＞0結(jié)構(gòu)處於可靠狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處於失效狀態(tài)?？梢姡Y(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由可靠轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。由於R和S受到許多隨機性因素影響而具有不確定性，

Z≥0不是必然性的事件。因此科學(xué)的設(shè)計方法是以概率為基礎(chǔ)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。1.2可靠度按照概率極限狀態(tài)設(shè)計法，結(jié)構(gòu)的可靠度定義為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率?！巴瓿深A(yù)定功能”指對某項規(guī)定功能而言結(jié)構(gòu)不失效。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：

(1)在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；

(2)在正常使用時具有良好的工作性能；

(3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；

(4)在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生後，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。規(guī)定的設(shè)計使用年限（設(shè)計基準(zhǔn)期）是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目使用的年限。大陸規(guī)範(fàn)規(guī)定建築結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。若以Pr表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則有Pr=P（Z≥0） （1-2）

記Pf為結(jié)構(gòu)的失效概率，則有Pf=P（Z<0） （1-3）顯然

Pr=1－Pf（1-4）因此結(jié)構(gòu)可靠度的計算可轉(zhuǎn)換為失效概率的計算?？煽康慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計指的是使失效概率小到可以接受程度的設(shè)計，絕對可靠的結(jié)構(gòu)（失效概率等於零）是不存在的。由於與Z有關(guān)的多種影響因素都是不確定的，其概率分佈很難求得，目前只能用近似概率設(shè)計方法，同時採用可靠指標(biāo)表示失效概率。

1.3可靠指標(biāo)

為了使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠與經(jīng)濟上的最佳平衡，必須選擇一個結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失效概率或目標(biāo)可靠指標(biāo)?？蓲裼谩靶?zhǔn)法”求得。即通過對原有規(guī)範(fàn)作反演分析，找出隱含在現(xiàn)有工程中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)過綜合分析，確定設(shè)計規(guī)範(fàn)採用的目標(biāo)可靠指標(biāo)值?！督êB結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)不應(yīng)小於表1-1中的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)連接的承載能力極限狀態(tài)經(jīng)常是強度破壞而不是屈服，可靠指標(biāo)應(yīng)比構(gòu)件為高，一般推薦用4.5。表1－11概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1.4極限狀態(tài)設(shè)計運算式除疲勞計算外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)範(fàn)採用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項係數(shù)的設(shè)計運算式進(jìn)行計算

(1)對於承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)採用荷載效應(yīng)的基本組合和偶然組合進(jìn)行設(shè)計

基本組合

按下列極限狀態(tài)設(shè)計運算式中最不利值確定

由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-5）

由永久荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-6）

0——結(jié)構(gòu)重要性係數(shù)，按下列規(guī)定採用：對安全等級為一級或設(shè)計使用年限為100年及以上的

結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小於1.1；對安全等級為二級或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小於

1.0；對安全等級為三級或設(shè)計使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小於0.9；

G——永久荷載分項係數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定採用：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，一般情況下取1.0；

Q1,

Qi——第1個和第i個可變荷載分項係數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定採用：當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時，在一般情況下應(yīng)取1.4，對標(biāo)準(zhǔn)值大於4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，應(yīng)取為0；

S——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法SQ1k——在基本組合中起控制作用的第1個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

SQik——第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

ci——第i個可變荷載的組合值係數(shù)，其值不應(yīng)大於1；

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值，R=Rk/

R，Rk為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值，

R為抗力分項係數(shù)，對於Q235

鋼，

R=1.087；對於Q345、Q390和Q420鋼，

R=1.111。對於一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可以採用簡化設(shè)計運算式：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-7）

——簡化設(shè)計運算式中採用的荷載組合係數(shù)，一般情況下可取

=0.9，當(dāng)只有一個可變荷載時，取

=1.0。由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按式（1-6）計算。

偶然組合對於偶然組合，極限狀態(tài)設(shè)計運算式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘以分項係數(shù)；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測資料和工作經(jīng)驗採用適當(dāng)?shù)拇碇怠?2)對於正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)不同設(shè)計目的，分別選用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計，使變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計值符合下式的要求：Sd≤C

（1-8）

Sd——變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計值；

C——設(shè)計對變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。

1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法

鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗算，僅需考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合：

（1-9）1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1.5鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計算

疲勞斷裂的概念

鋼結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂是裂紋在連續(xù)重複荷載作用下不斷擴展以至斷裂的脆性破壞。疲勞破壞經(jīng)歷三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴展和最後迅速斷裂。與疲勞破壞有關(guān)的幾個概念

應(yīng)力集中應(yīng)力迴圈特徵連續(xù)重複荷載之下應(yīng)力從最大到最小重複一周叫做一個迴圈。應(yīng)力迴圈特徵常用應(yīng)力比來表示，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值。應(yīng)力幅應(yīng)力幅表示應(yīng)力變化的幅度，用△

=

max-

min表示，應(yīng)力幅總是正值。

1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法疲勞壽命（致?lián)p迴圈次數(shù)）疲勞壽命指在連續(xù)反復(fù)荷載作用下應(yīng)力的迴圈次數(shù)，一般用n表示。（1）疲勞曲線（

—n曲線）

(1-11)1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計法和疲勞設(shè)計的容許應(yīng)力法大陸2鋼結(jié)構(gòu)材料2.1結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式:

塑性破壞脆性破壞

2.2鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的要求

(1)較高的強度:屈服強度（屈服點）fy和抗拉強度fu

(2)良好的塑性

:伸長率鋼材拉伸圖

(3)韌性好

:衝擊韌性值Cv

衝擊韌性圖

(4)可焊性好

(5)合格的冷彎性能

2.3影響鋼材性能的主要因素

(1)化學(xué)成分

鋼材由各種化學(xué)成分組成的，其基本元素為鐵（Fe），碳素結(jié)構(gòu)鋼中鐵占99%。碳和其他元素僅占1%，但對鋼材的性能有著決定性的影響。普通低合金鋼中還含有低於5%的合金元素。2鋼結(jié)構(gòu)材料碳（C）、硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）、錳（Mn）、矽（Si）(2)冶煉、軋製、熱處理

(3)鋼材的硬化

時效硬化冷作硬化

(4)溫度的影響

(5)複雜應(yīng)力狀態(tài)

(6)應(yīng)力集中

(7)反復(fù)荷載作用

2.4

結(jié)構(gòu)鋼材種類及其選擇

(1)鋼材的種類和牌號

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點的數(shù)值（N/mm2）、品質(zhì)等級符號和去氧方法符號等四個部分按順序組成。如Q235－AF表示屈服強度為235N／mm2的A級沸騰鋼；Q235-Bb表示屈服強度為235N／mm2的B級半鎮(zhèn)靜鋼；Q235-C表示屈服強度為235N／mm2的C級鎮(zhèn)靜鋼。

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素，其總量低於5％的鋼材。其牌號與碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法相同，常用的低合金鋼有Q345、Q390、Q420等。2鋼結(jié)構(gòu)材料

低合金鋼的去氧方法為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼。

Q345-B表示屈服強度為345N／mm2的B級鎮(zhèn)靜鋼；Q390－D表示屈服強度為390N／mm2的D級特殊鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼都可以採取適當(dāng)?shù)臒崽幚?如調(diào)質(zhì)處理)進(jìn)一步提高其強度。例如用於製造高強度螺栓的45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼以及40硼（40B）、20錳鈦硼（20MnTiB）就是通過調(diào)質(zhì)處理提高強度的。

(2)鋼材的選用原則鋼材選用的原則是既要使結(jié)構(gòu)安全可靠和滿足使用要求，又要最大可能節(jié)約鋼材和降低造價。為保證承重結(jié)構(gòu)的承載力和防止在一定條件下可能出現(xiàn)的脆性破壞，應(yīng)綜合考慮下列因素：結(jié)構(gòu)的重要性、荷載的性質(zhì)、連接方法、結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、鋼材厚度

（3）鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板、型鋼，以及冷彎成型的薄壁型鋼等。鋼板

鋼板有薄鋼板（厚度0.35~4mm）、厚鋼板（厚度4.5~60mm）、特厚板（板厚＞60mm）和扁鋼(厚度4~60mm，寬度為12~200mm)等。鋼板用“—寬×厚×長”或“—寬×厚”表示，單位為mm，如—450×8×3100，—450×8。型鋼

鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和H型鋼、鋼管等。除H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其餘型鋼均為熱軋成型。冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼採用薄鋼板冷軋製成。其壁厚一般為1.5~12mm，但承重結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的壁厚不宜小於2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼]、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C型鋼）、鋼管等。2鋼結(jié)構(gòu)材料3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法在傳力過程中，連接部位應(yīng)有足夠的強度。被連接件間應(yīng)保持正確的位置，以滿足傳力和使用要求。

鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接，鉚接和螺栓連接三種方式（圖3-1）。

3.2焊接連接的特性

鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有電弧焊，電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。焊縫連接形式按構(gòu)件的相對位置可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。（圖3-2）焊縫形式主要有對接焊縫和角焊縫。其中對接焊縫按受力方向可分為對接正焊縫和對接斜焊縫；角焊縫長度方向垂直於力作用方向的稱正面角焊縫，平行於力作用方向的稱側(cè)面角焊縫。

焊縫缺陷和焊縫等級焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。（圖3-3）

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工品質(zhì)驗收規(guī)範(fàn)》（GB50205）規(guī)定，焊縫依其品質(zhì)檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級，其中三級焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實際尺寸是否符合設(shè)計要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對於重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬強度等於被焊金屬強度的對接焊縫，必須進(jìn)行一級或二級品質(zhì)檢驗，即在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗。其中二級要求用超聲波檢驗每條焊縫的20％長度，且不小於200mm；一級要求用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。

焊縫代號

焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。（表3-1a）（表3-1b）3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.3

對接焊縫的構(gòu)造和計算

對接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等。（圖3-4）

對基焊縫計算對接焊縫的應(yīng)力分佈情況基本上與焊件相同?？捎糜嬎愫讣姆椒ㄓ嬎銓雍缚p。對於重要的構(gòu)件，按一、二級標(biāo)準(zhǔn)檢驗焊縫品質(zhì)，焊縫和構(gòu)件等強，不必另行計算，只有對三級焊縫，才需要計算。

（1）軸心受力的對接焊縫

＝N／（lwt）≤fwt或fwc

(3-1)式中N——軸心拉力或壓力的設(shè)計值；

lw

——焊縫計算長度，當(dāng)採用引弧板施焊時，取焊縫實際長度；當(dāng)無法採用引弧板時，每條焊縫取實際長度減去2t；

t

——在對接接頭中為連接件的較小厚度，不考慮焊縫的餘高；在T形接頭中為腹板厚度;ftw，

fcw——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。抗壓焊縫和品質(zhì)等級為一、二級的抗拉焊縫與母材等強，三級抗拉焊縫強度為母材的85%

。（2）受彎、受剪的對接焊縫計算

＝M／Ww

≤fwt(3-2)

＝VS／（Iwt

）≤fwV(3-3)(3-4)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.4角焊縫的構(gòu)造和計算

(1)角焊縫的截面角焊縫兩邊夾角一般為900（直角角焊縫），夾角大於1350或小於600的斜角交焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，一般不宜用作受力焊縫。（圖3-5）

角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角

的截面，破壞往往從這個截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫餘高）稱為角焊縫的有效厚度he

，當(dāng)

≤90o

時，he

＝0.7hf

；當(dāng)

>90o

時，he

＝hf

cos(

/2)。

(2)角焊縫的尺寸限制

焊腳尺寸

hf

應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)，不宜過大或過小。對手工焊，hf應(yīng)不小於，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可減小1mm；

hf應(yīng)不大於較薄焊件厚度的1.2倍。對於板件邊緣的焊縫，當(dāng)t≤6mm時，

hf

≤t；當(dāng)t>6mm時，

hf

＝t－(1~2)mm。（圖3-6）

焊縫長度lw也不應(yīng)太長或太短，其計算長度不宜小於8hf或40mm，且不宜大於60hf。

(3)角焊縫計算的基本公式

(3-5)式中

f——正面角焊縫的強度設(shè)計值增大係數(shù)，

；但對直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，由於正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)取

f＝1.0；

x、

y——按角焊縫有效截面計算，垂直於焊縫長度方向的正應(yīng)力；

z

——按角焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計

(4)常用連接方式的角焊縫計算

①

受軸心力作用時（圖3-7）焊縫長度與受力方向垂直（正面角焊縫）：

(3-6)

焊縫長度與受力方向平行（側(cè)面角焊縫）

：

(3-7)式中

lw為連接一側(cè)所有焊縫的計算長度之和，每條焊縫按實際長度減去2hf。三面圍焊時，先按式（3－6）計算計算正面角焊縫受力N1，再由N－

N1按式（3－7）計算。

②

彎矩單獨作用時（圖3-8）

(3-8)式中Ww——角焊縫有效截面的截面模量。

③

扭矩單獨作用時（圖3-9）

(3-9)式中J

——角焊縫有效截面的極慣性矩，J=Ix＋I(xiàn)y

；

rA——A點至形心o點的距離。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計

將

A分解到x和y方向，有

④

彎矩、扭矩、軸心力共同作用時，分別計算受力最不利點的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，按下式計算：

(3-10)

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.5螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓在構(gòu)件上的排列可以是並列或錯列（圖3-11），排列時應(yīng)考慮下列要求:

1．受力要求：對於受拉構(gòu)件，螺栓的栓距和線距不應(yīng)過小，否則對鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生淨(jìng)截面破壞。對於受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距不應(yīng)過大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。

2．構(gòu)造要求：若栓距和線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易於侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。

3．施工要求：為便於轉(zhuǎn)動螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。圖3-11鋼板上螺栓的排列(a)並列；(b)錯列；(c)容許間距3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計根據(jù)以上要求，規(guī)範(fàn)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距見表3-2。注:1.d0

為螺栓孔徑，t為外層薄板件厚度。

2.鋼板邊緣與剛性構(gòu)件(如角鋼、槽鋼)相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值採用。

表3-2螺栓的最大和最小容許間距3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.6普通螺栓連接的性能和計算1.普通螺栓連接的性能普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。

抗剪螺栓連接有五種破壞形式，見圖3-12。3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計??3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計抗拉螺栓連接

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計2.螺栓群計算當(dāng)螺栓連接處於彈性階段時，螺栓群中各螺栓受力並不相等，兩端大而中間小(圖3-15a)；當(dāng)螺栓群連接長度l1不太大時，隨著外力增加連接超過彈性變形而進(jìn)入塑性階段後，因內(nèi)力重分佈使各螺栓受力趨於均勻(圖3-15b)。但當(dāng)構(gòu)件的節(jié)點處或拼接縫的一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向的連接長度l1過大時，端部的螺栓會因受力過大而首先發(fā)生破壞，隨後依次向內(nèi)逐排破壞（即所謂解鈕扣現(xiàn)象）。因此規(guī)範(fàn)規(guī)定當(dāng)連接長度l1

大於15d0時，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減係數(shù)

=1.1－l1/150d0

，當(dāng)l1

大於60d0時，折減係數(shù)

取0.7

。因此，當(dāng)外力通過螺栓群中心時，可認(rèn)為所有的螺栓受力相同。

①螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算n=N/Nbmin(3-15)此時應(yīng)驗算板的淨(jìng)截面強度=N/An≤f(3-16)??3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計②螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算圖3-18螺栓群受扭矩作用3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計③螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計算分別算出扭矩、剪力、軸心力作用下受力最大螺栓的受力，將其分解到x和y兩個方向，按下式驗算：④螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算

n=N/Ntb

(3-19)⑤螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算螺栓群在彎矩作用下上部螺栓受拉，因而有使連接上部分離的趨勢，使螺栓群形心下移。通常假定中和軸在最下排螺栓處，則螺栓的最大拉力為：

圖3-19彎矩作用下的抗拉螺栓計算

?3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計⑥螺栓群同時承受剪力和拉力的計算圖3-20螺栓群同時承受剪力和拉力此時連接傳遞的力有彎矩M=V?e

和剪力V，Nt按式(3-20)計算。3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.7高強螺栓連接的性能和計算1.高強螺栓連接的性能高強螺栓連接按受力特徵分為高強螺栓摩擦型連接、高強螺栓承壓型連接和承受拉力的高強螺栓連接。

高強螺栓連接的預(yù)拉力高強度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按材料強度和螺栓有效截面積確定，取值時考慮①螺栓材料抗力的變異性，引入折減係數(shù)0.9；②施加預(yù)應(yīng)力時為補償預(yù)拉力損失超張拉5%~10%，引入折減係數(shù)0.9；③在扭緊螺栓時，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減係數(shù)1/1.2；④鋼材由於以抗拉強度為準(zhǔn)，引入附加安全係數(shù)0.9。故高強度螺栓預(yù)拉力為3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移係數(shù)

2.高強螺栓的抗剪承載力設(shè)計值

高強度螺栓摩擦型連接??3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計

高強度螺栓承壓型連接極限承載力由螺栓桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法與普通螺栓相同，見式(3-11)和(3-12)。3.高強螺栓群的抗剪計算①

軸心力作用時

螺栓數(shù)按式(3-15)計算，其中Nbmin對摩擦型為式(3-23)，對承壓型用高強度螺栓的抗剪、承壓承載力設(shè)計值。

構(gòu)件淨(jìng)截面強度對於承壓型連接，與普通螺栓驗算相同；對於摩擦型連接，要考慮摩擦力的作用，一部分剪力由孔前接觸面?zhèn)鬟f(圖3-21)。按規(guī)範(fàn)規(guī)定，孔前傳力占螺栓傳力的50%，則截面1－1處淨(jìng)截面?zhèn)髁橛辛薔′以後，淨(jìng)截面驗算按式(3-16)進(jìn)行。

②扭矩作用時，及扭矩、剪力、軸心力共同作用時的抗剪高強度螺栓所受剪力的計算，其方法與普通螺栓相同，單個螺栓所受剪力應(yīng)不超過高強度螺栓的承載力設(shè)計值。圖3-21摩擦型高強螺栓孔前傳力3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計4.高強螺栓群的抗拉計算

抗拉承載力設(shè)計值高強度螺栓連接由於螺栓中的預(yù)拉力作用，構(gòu)件間在承受外力作用前已經(jīng)有較大的擠壓力，高強度螺栓受到外拉力作用時，首先要抵消這種擠壓力。分析表明，當(dāng)高強度螺栓達(dá)到規(guī)範(fàn)規(guī)定的承載力0.8P時，螺栓桿的拉力僅增大7%左右，可以認(rèn)為基本不變。規(guī)範(fàn)規(guī)定一個高強度螺栓抗拉承載力設(shè)計值為

Nbt=0.8P(3-25)

①受軸心拉力作用時，螺栓數(shù)為n=N/Nbt=N/(0.8P)(3-26)

②受彎矩作用，當(dāng)板沒有被拉開時，接觸面保持緊密貼合，中和軸可以認(rèn)為在螺栓群的形心軸線上(圖3－22)，則受力最大的螺栓應(yīng)滿足

N1M=My1/m∑yi2(3-27)對於承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，板被拉開並不等於達(dá)到承載能力的極限，此時可按圖(3-19)所示的內(nèi)力分佈計算。圖3-22高強螺栓受彎連接?3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計5.同時承受剪力和拉力的高強螺栓群連接計算

對於高強度螺栓摩擦型連接，按下式計算

對於高強度螺栓承壓型連接，按下式計算3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式軸心受力構(gòu)件的截面形式有三種：第一種是熱軋型鋼截面，如圖4-1(a)中的工字鋼、H型鋼、槽鋼、角鋼、T型鋼、圓鋼、圓管、方管等；第二種是冷彎薄壁型鋼截面，如圖4-1(b)中冷彎角鋼、槽鋼和冷彎方管等；第三種是用型鋼和鋼板或鋼板和鋼板連接而成的組合截面，如圖4-1(c)所示的實腹式組合截面和圖4-1(d)所示的格構(gòu)式組合截面等。

4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.2軸心受力構(gòu)件的強度和剛度

強度軸心受力構(gòu)件的強度應(yīng)以淨(jìng)截面的平均應(yīng)力不超過鋼材的屈服強度為準(zhǔn)則：應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)係圖對於高強螺栓的摩擦型連接，計算板件強度時要考慮孔前傳力的影響（式3-24）。

4軸心受力構(gòu)件設(shè)計

剛度

剛度通過限制構(gòu)件的長細(xì)比

來實現(xiàn)。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.3實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算實際的壓桿不可避免地存在著初彎曲、荷載作用點的初偏心和截面的殘餘應(yīng)力，它們對壓桿的承載力有不利的影響。同時，構(gòu)件兩端可能存在著不同程度的約束，使得構(gòu)件的承載力有所提高。對於桿端約束，可以用計算長度l0代替構(gòu)件的幾何長度l

，將其等效為兩端簡支的構(gòu)件，即l0=

l，

稱計算長度係數(shù)。典型約束

的理論值和建議值見表4－3。對於初彎曲、初偏心和殘餘應(yīng)力的影響，考慮到材料的彈塑性性能，用數(shù)值積分法求得構(gòu)件的極限強度Nu，相應(yīng)的穩(wěn)定係數(shù)

=Nu/(Afy)。按照概率統(tǒng)計理論，影響柱承載力的幾個不利因素，其最大值同時出現(xiàn)的可能性是極小的。理論分析表明，考慮初彎曲和殘餘應(yīng)力兩個最主要的不利因素比較合理，初偏心不必另行考慮。初彎曲的矢高取構(gòu)件長度的千分之一，殘餘應(yīng)力根據(jù)截面的加工條件確定。軸心受壓構(gòu)件應(yīng)按下式計算整體穩(wěn)定：

4軸心受力構(gòu)件設(shè)計p764軸心受力構(gòu)件設(shè)計軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定係數(shù)

E4軸心受力構(gòu)件設(shè)計圖4-3GB50017的柱曲線

4軸心受力構(gòu)件設(shè)計

為便於計算，規(guī)範(fàn)根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比、鋼材屈服強度和截面分類編制了計算表格。另外，穩(wěn)定係數(shù)

值可以用Perry公式：

4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.4實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定計算