钢结构的特点设计方法和材料.docx
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钢结构的特点设计方法和材料
《钢结构》网上辅导材料一
钢结构的特点、设计方法和材料
一、钢结构的特点
（1）强度高，塑性和韧性好强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。
塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。
韧性好，适宜在动力荷载下工作。
（2）重量轻
（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。
（4）钢结构制作简便，施工工期短钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。
（5）钢结构密闭性较好水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。
（6）钢结构耐腐蚀性差
容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。
（7）钢材耐热但不耐火
温度在200C以内时，钢材主要力学性能降低不多。
温度超过200C后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。
温度达600C时，钢材进入塑性状态不能继续承载。
（8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。
二、钢结构的设计方法和设计表达式《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。
1．极限状态当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定
状态就称为该功能的极限状态。
（1）承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
（2）正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。
以结构构件的荷载效应S和抗力R这两个随机变量来表达结构的功能函数，则
Z=g（R,S）=R-S⑴
在实际工程中，可能出现下列三种情况：
Z>0结构处于可靠状态；
Z=0结构达到临界状态，即极限状态；
ZV0结构处于失效状态。
按照概率极限状态设计方法，结构的可靠度定义为：
结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
这里所说“完成预定功能”就是对于规定的某种功能来说结构
不失效（Z》0）。
这样结构的失效概率pf表示为
pfP（Z0）
（2）
可靠指标与pf存在对应的关系，增大，Pf减小；减小，Pf增大。
2．分项系数的设计表达式
对于承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表达式中最不利值确定
n
可变荷载效应控制的组合：
0GGKQ1Q1KQiciQiKf（3）
i2
n
永久荷载效应控制的组合：
0GGKQiciQiKf（4）
i1
式中0—结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构
件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年及结构构件，不
应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年结构构件，不应小于0.9；
GK——永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力；
Q1K——起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力（该值使计算结果为最大）；
QiK——其他第i个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力；
G——永久荷载分项系数，当永久荷载效应对结构构件的承载力不利时取1.2，但对
式（4）则取1.35。
当永久荷载效应对结构构件的承载力有利时取1.0；验算结
构倾覆、滑移或漂浮时取0.9；
2承载力不利时取1.4（当楼面活荷载大于4.0kN/m2时，取1.3）；有利时，
取为0；
ci——第i个可变荷载组合值系数，可按荷载规范的规定采取。
对于一般排架、框架结构，可采用简化式计算。
.由可变荷载效应控制的组合：
n
0GGKi1QiQiKf（5）
由永久荷载效应控制的组合，仍按式（4）进行计算。
式中——简化式中采用的荷载组合值系数，一般情况下可采用0.9；当只有1个可变荷载时，取为1.0。
对于正常使用极限状态，采用荷载的标准组合进行设计，并使变形等设计不超过相应
6）
的规定限值。
设计式为：
GKQ1Ki2ciQiK
式中GK——永久荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值；
Q1K——起控制作用的第一个可变荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值
该值使计算结果为最大）；
QiK
其他第i个可变荷载标准值在结构或结构构件中产生的变形值；
——结构或结构构件的容许变形值。
三、钢结构的材料
1．对钢结构用钢的基本要求
（1）较高的抗拉强度fu和屈服点fy；
（2）较高的塑性和韧性；
（3）良好的工艺性能；
（4）根据具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。
2．钢材的主要性能
ftl2.1摧隶弗杓惰记捕尺J;-二些同丸
P点应力fp称为比例极限。
（1）强度性能
比例极限：
0P段为直线，表示钢材具有完全弹性性质,
屈服点：
随着荷载的增加，曲线出现ES段，S点的应力fy称为屈服点。
抗拉强度或极限强度：
超过屈服台阶，材料出现应变硬化，曲线上升，直至曲线最高处
的B点，这点的应力fu称为抗拉强度或极限强度。
当以屈服点的应力fy作为强度限值时，抗拉强度fu成为材料的强度储备。
（2）塑性性能
伸长率：
试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率。
伸长率
代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。
（3）冷弯性能
冷弯性能由冷弯试验确定。
试验时使试件弯成180°，如试件外表面不出现裂纹和分层，
即为合格。
冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。
（4）冲击韧性
韧性是钢材强度和塑性的综合指标。
由于低温对钢材的脆性破坏有显著影响，在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温
（20C）冲击韧性指标，还要求具有负温（0C、-20C或-40C）冲击韧性指标，以保证结
构具有足够的抗脆性破坏能力。
3•各种因素对钢材主要性能的影响
（1）化学成分
碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
碳含量增加，钢的强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。
硫和磷是钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。
在高温时,硫使钢变脆，称之热脆；在低温时，磷使钢变脆，称之冷脆。
（2）冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。
（3）钢材硬化
冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢的屈服点，同时降低了钢的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化（或应变硬化）。
在一般钢结构中，不利用硬化所提高的强度，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。
另外，应将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。
（4）温度影响钢材性能随温度变动而有所变化。
总的趋势是温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
在250C左右，钢材的强度略有提高，同时塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜呈现蓝色，称为蓝脆现象。
钢材应避免在蓝脆温度范围内进行热加工。
当温度在260C〜320C时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此种现象称为徐变现象。
当温度从常温开始下降，特别是在负温度范围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称为低温冷脆。
（5）应力集中构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。
此时，构件
中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成应力集中现象。
承受静力荷载作用的构件在常温下工作时，在计算中可不考虑应力集中的影响。
但在负温或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源，故在设计中应采取措施避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。
（6）反复荷载作用
在直接的连续反复的动力荷载作用下，钢材的强度将降低，低于一次静力荷载作用下的
拉伸试验的极限强度，这种现象称为钢材的疲劳。
疲劳破坏表现为突然发生的脆性断裂。
材料总是有“缺陷”的，在反复荷载作用下，先在其缺陷发生塑性变形和硬化而生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂纹，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。
4．钢材的破坏形式
塑性破坏：
变形超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度fu后才发生。
塑性破坏前，由于总有较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。
脆性破坏：
破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。
由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时觉察和采取补救措施。
5．钢材的疲劳计算
钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。
钢材的疲劳强度取决于应力集中和应力循环次数。
循环次数N>5x104,应进行疲劳计算。
（1）常幅疲劳
应力幅为应力谱中最大应力与最小应力之差，即
maxmin
式中：
max——每次应力循环中的最大拉应力（取正值）；
min——每次应力循环中的最小拉应力（取正值）或压应力（取负值）。
如果重复作用的荷载数值不随时间变化，则在所有应力循环内的应力幅将保持常量，称之为常幅疲劳。
根据试验数据可以画出构件或连接的应力幅与相应的致损循环次数N的关系曲线。
目前国内外都常用双对数坐标轴的方法使曲线改为直线以便工作。
在双对数坐标图中，疲劳
直线方程为：
lgNb1lg（）（7）
或
N（）10b1C1
式中——直线对纵坐标的斜率；
bi—直线在横坐标轴上的截距；
N—循环次数。
n曲线
限值，下限值的直线方程为:
（10）
C1/
N
对于不同焊接构件和连接形式，规范按连接方式、受力特点和疲劳强度等归纳分类,划分为8类。
对焊接结构的焊接部位的常幅疲劳，应按下式计算：
对于非焊接部位，其疲劳强度应按下式计算:
（2）变幅疲劳和吊车梁的欠载效应系数
（13）
实际上，结构所受荷载其性质为变幅的。
变幅疲劳可作为常幅疲劳按下式计算:
6
N210
式中N2106――循环次数N=2X106的容许应力幅，应按式（10）计算;
0.8；中级工作制吊车f=0.5。
6．钢的种类和钢材规格
（1）钢的种类
按脱氧方法，钢可分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）和特殊镇静钢（TZ）,镇静钢和特殊镇静钢的代号可以省去。
镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，半镇静钢介于镇静钢和沸腾钢之间。
一般采用镇静钢。
按化学成分，钢可分为碳素钢和合金钢。
在建筑工程中采用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。
（1）碳素结构钢按质量等级分为A、B、C、D四级，A级钢只保证抗拉强度、屈
服点、伸长率，必要时尚可附加冷弯试验的要求，化学成分对碳、锰可以不作为交货条件。
B、C、D钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性（分别为+20C,0C,—
20C）等力学性能。
化学成分碳、硫、磷的极限含量。
钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。
根据钢材厚度（直径）v16mm时的屈服点数值分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275，钢结构一般仅用Q235，钢的牌号根据需要可为Q235A;Q235B;Q235C；Q235D等。
（2）低合金高强度结构钢仍然根据钢材厚度（直径）v16mm时的屈服点大小，分
为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。
钢结构一般采用Q345、Q390、Q420，钢的牌号仍有质量等级符号，除A、B、C、D四个等级外增加一个等级E,主要是要求—40C的冲击
韧性。
钢的牌号如Q345B、Q390C等等。
低合金高强度结构钢一般为镇静钢，因此钢的牌号中不注明脱氧方法。
A级钢应进行冷弯试验，其他质量级别钢，如供方能保证弯曲试验结果符合规定要求，可不作检验。
（3）优质碳素结构钢以不热处理或热处理（退火、正火或高温回火）状态交货，要
求热处理状态交货的应在合同中注明，未注明者，按不热处理交货，如用于高强度螺栓的
45号优质碳素结构钢需经热处理，强度较高，对塑性和韧性又无显著影响。
（2）钢材的选择
选择钢材时考虑的因素有：
1）结构的重要性重要结构应考虑选用质量好的钢材；一般工业与民用建筑结构，可选用普通质量的钢材。
2）荷载情况直接承受动力荷载的结构和强烈地震区的结构，应选用综合性能好的钢
材；一般承受静力荷载的结构则可选用价格较低的Q235钢。
3）连接方法焊接结构对材质的要求应严格一些。
4）结构所处的温度和环境在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。
5）钢材厚度厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。
们都说你技术好，我想试试真假。
真的，我平时对你也不错吧，你可不能让我干等着呀。
”
她回：
那好吧，你先等我，我在家里，先洗个澡，换身衣服吧。
”
半个小时后，她问：
你在哪里开房？
”
“欢乐斗地主，电信一区，12号房间，不见不散哦。
”
给老娘滚！
”
当然，以上是个笑话。
不过，近日成都一家燃气公司也发生了一件类似的事情，董事长在微信里发了一个六十块钱的红包，三名员工一时手痒，按耐不住诱惑，结果伸手一抢纷纷中招:
工作时间玩手机，罚款五百！
在面对记者采访时，董事长表示：
我为了了解大家的思想动态，所以加入了员工的微信群里。
”
贵董事长显然忘记了，微信是一款私人社交APP,主要用于朋友间的情感交流，如果谈工作，我们有OA或IMO等专门的办公协作软件。
如果公司实在不成气候，一时没有使用这样的专业应用程序，也应当提前与员工约定，公司把QQ或者微信当做办公交流的专用软件。
没有事先的约定，董事长从微信里冒出来，就是以朋友”勺身份，而非老板”勺身份。
朋友发红包，抢还是不抢呢？
朋友上班抢红包，罚还是不罚呢？
显然，天真的员工把董事长当做了朋友，所以抢了红包，而老谋深算的董事长没有把员工当做朋友，所以罚了员工。
试探是一把双刃剑，你在试探别人的时候，往往先暴露了自己
然而，朋友圈里的试探之风经久不衰。
最常见的试探：
清清吧，不用回。
试试吧，复制我发的消息，找到微信里的设置，通用，群发助手，全选，粘贴复制的信息发送就行，谁的发送失败了，就是把你拉黑了，你再扔掉那些
尸体就OK啦！
”
发出这种试探信息的人，骨子里肯定极端自卑，而且平时很可能不大受待见，要不怎么老怀疑自己被朋友删了呢？
像马云，我猜他一定不会纠结于自己是不是被微信好友给删了。
我一般收到这样的消息，会当下把对方拉黑。
既然你连这点做人的底气都没有，咱俩之间的友谊连这点信任的基础都没有，我还有必要把你保留在我的朋友圈里吗？
试探朋友关系的升级版，是在朋友圈求助。
临时急用，不多，就两千，哪位朋友方便的话请来电告诉我，事情万分紧急，不挨着问了，谢谢！
”
看到这样的信息，是朋友的自然要赶紧打个电话，电话接通那边却是云淡风轻，没事儿，我就试试。
”你丫小学没毕业吧，狼来了的故事听过没？
下次你再说有急事，我可保不准是真是
假，到时候看我帮不帮你。
还有，刚才急着打电话，晾了个好几亿的大单，你赔不赔？
你当我像你这么闲呢！
！
还有一种另类的试探，是从网上狂下美女图片，把自己的朋友圈打扮的花枝招展，然后换个昵称，换张头像，给自己的老公来一句：
帅哥，约吗？
”
如果老公回一个心花怒放的表情，得咧，回去跪搓衣板吧。
小公主碎了一地的玻璃心，一时半会儿是哄不好了。
要是老公如柳下惠般一本正经，事情就这样完美收工了吗？
不，她会继续
下载更妖艳更动人的图片，直到有一天老公随口地问一句：
请问多少钱一晚？
”
男人记住，女人试探的时候，往往心里已经有了预设的结果，预设的结果没有出现，那就是自己试探的还不够。
带着一种不见黄河不死心，不见棺材不落泪的执着，女人生生把幸福推向
女人，试想一下，假如你是一个男人，遇见一个才貌双全不求名利，一心只想倒贴给你的凡间仙子，难道你不会动心？
试探人性的弱点，只会暴露自己的无知。
而这样的试探，有百害而无一利，却有很多无知的朋友乐此不疲。
所以说，如果你缺乏安全感，不知道你的朋友是否把你当朋友，也不知道你的爱人是否把你当爱人，那你不妨多学习，多打扮，充实内心，提升自己。
记住，你若盛开，蝴蝶自来，无味
的试探，只会使你化身荆棘，刺痛别人，刺伤自己！
生活有压力，经济有压力，学业有压力，晋升有压力，人际关系有压力，情感世界有压力，婚姻也有压力……•人们的交谈中，无不涉及林林总总的压力。
压力像汽油桶被打翻，弥散到现代
生活的各个领域，散发着浓烈的气味，我们躲不胜躲，防不胜防，它不定在哪个瞬间就燃起火焰。
其实，适当的压力是保持活性的重要条件。
如果空气没有了压力，我们的呼吸就会衰竭；
如果血液没有了压力，我们的四肢就会瘫痪；
如果水管子没有了压力，那结果是让任何一个住在高层楼房的人都噤若寒蝉的，你将失去可饮可用的清洁水。
20世纪的石油英雄王铁人”也说过，井无压力不出油，人无压力不进步”.
只是这压力须适度。
比如冬日里柔柔的阳光照在身上，这是一种轻松的压力，让我们温暖和振奋。
设想这压力增加十倍，在吐鲁番酷热的夏季，大伙儿只有躲到地窖里才能过活。
假如这压力继续增加，到了百倍千倍，结果就是人们成了一堆焦炭了。
现代人常常陷于压力构建的如焚困境之中。
也许是某一方面的压力过强，也许是多方面的压力综合在一起。
如是后者，单独某一方面的压力尚可容忍，但积少成多、日积月累，细微的压力堆积起来就成了如山的重负。
金属都有疲劳的时候，遑论血肉之躯？
如不减压，真怕有一天成了齑粉。
中国的兵法上有句古话，叫知
扑朔迷离、捉摸不定的压力画像，澄清了我们对压力的迷惘之处，让折磨我们的压力毒蛇从林莽之中现形，让我们对压力的全貌和运转的轨迹有较为详尽的了解。
己知彼，百战不殆”当你认识到了你所承受的压力的强度和种类，在某种程度上你就已经钉住了压力毒蛇的七寸
明白了压力的起承转合，找到了适合自己的减压方式之后，你的呼吸就会轻松一点，胸中的块垒也会松动出些许的空隙。
坚持下去，持之以恒，你就会一寸寸地脫离沉重的压力，把自己成功地拔出来。
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