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钢 结 构 讲 义
第一章 钢结构设计基本概念和设计总则
1.1 钢结构设计基本概念
1、材料强度高、塑性和韧性好
2、 材质均匀，与力学计算的假定比较符合
3、 钢结构制造简便，施工周期短
4、 钢结构的质量轻
1.2 钢结构的常用术语
1、钢结构定义2、比例极限3、屈服点4、抗拉强度5、设计值6、强屈比7、伸长率8、冷弯性能
9、冲击韧性10、脆断11、一阶弹性分析12、二阶弹性分析13、屈曲14、腹板的屈曲强度
1.3 钢结构设计适用范围及常用规范标准
1、钢结构设计适用范围：一般工业与民用建筑
2、钢结构设计基本依据及常用规范标准：

1.4 钢结构设计总则
1、设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，并符合防火、防腐蚀要求。宜优先采用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。
2、在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。
3、对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合现行有关国家标准的要求。
1.5 材料分类及性能
1、规范推荐Q235 Q345、Q390、和Q420
2、在建筑结构设计中对结构用钢材的分类方法
3、钢材的力学性能和化学成分表

钢 材 的 力 学 性 能 表
标准代号
钢材牌号
厚度（mm）
一般机械性能
V型冲击试验
屈服点
fy（N/mm2）
抗拉强度
fu（N/mm2）
伸长率δs（%）
180°冷弯试验
d=弯心直径
B=试样宽度
a=试样厚度
质量等级
温度
冲击功
（纵向）
J不小于
GB/T700
Q235
≤16
235
370∽500
26
厚度＞60 d=2.5a
厚度≤60 d=1.5a
（试样方向为横向）
厚度＞60 d=2.0
厚度≤60 d=1.0a
（试样方向为纵向）
B
20
27
17∽40
225
26
41∽60
215
25
C
0
61∽100
215
24
101∽150
195
22
D
-20
151∽200
185
21
GB/T1591
Q345
≤16
345
470∽630
21（22）
d=2.0a
B
20
34
17∽35
325
d=3.0a
C
0
36∽50
295
d=3.0a
D
-20
34
51∽100
275
d=3.0a
E
-40
27
Q390
≤16
390
490∽650
19（20）
d=2.0a
B
20
34
17∽35
370
d=3.0a
C
0
36∽50
350
d=3.0a
D
-20
34
51∽100
330
d=3.0a
E
-40
27
Q420
≤16
420
520∽680
18（19）
d=2.0a
B
20
34
17∽35
400
d=3.0a
C
0
36∽50
380
d=3.0a
D
-20
34
51∽100
360
d=3.0a
E
-40
27
注：1、质量等级为A级不要求V型冲击试验。 2、δs项括号内数值适用于C∽E级。
钢 材 化 学 成 分
标准代号
钢材牌号及脱氧方法
化学成分
C
S
P
Si
Mn
≦
≦
≦
GB/T 700
Q235
A级F、Z
≦0.22
0.050
0.045
0.35
≦1.4
B级F、Z
≦0.20注1
0.045
0.045
≦1.4
C级 Z
≦0.17
0.040
0.040
≦1.4
D级 TZ
≦0.17
0.035
0.035
≦1.4
GB/T1591
Q345
A级
≦0.20（0.18）
0.045
0.045
0.55
1.00∽1.60
B级
0.040
0.040
C级
0.035
0.035
D级
0.030
0.030
E级
0.025
0.025
Q390
A级
≦0.20
0.045
0.045
0.55
1.00∽1.60
B级
0.040
0.040
C级
0.035
0.035
D级
0.030
0.030
E级
0.025
0.025
Q420
A级
≦0.20
0.045
0.045
0.55
1.00∽1.70
B级
0.040
0.040
C级
0.035
0.035
D级
0.030
0.030
E级
0.025
0.025
注：1、Q235B级钢碳含量上限经需方同意可为0.22%。 2、括号内碳含量C仅适用于D、E级钢。

4、建筑结构用钢铸件
5、连接材料
（1）焊缝金属
（2）普通螺栓金属（4.6C级、4.8C级、5.6AB级、8.8AB级）
（3）高强度螺栓金属（8.8级、10.9级）
（4）圆柱头焊钉、锚栓、铆钉
1.6结构钢材的选用
1、选用的原则
2、选用钢材应考虑的因素
3、承重结构钢的一般保证项目和追加保证项目
4、Q235沸腾钢的限制范围
5、钢结构设计图纸和钢材订货文件的内容
1.7连接材料的选用
1、手工电弧焊焊条的型号应与主体金属相适应
构 件 名 称
主 体 金 属 钢 号
采 用 焊 条 类 型
重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构
Q235 B、C、D类钢
E4315、E4316
Q345 B、C、D、E类钢
E5015、E5016 、E5018
Q390 B、C、D、E类钢及Q420 B、C、D、E类钢
E5515、E5516 、E5518
其他构件
Q235各类钢
E4300∽E4313
Q345各类钢
E5001∽E5014
Q390各类钢及Q420各类钢
E5500∽E5513
2、自动焊接或半自动焊接的焊丝和焊剂应与主体金属相适应
主 体 金 属 钢 号
采 用 的 焊 丝 和 焊剂
Q235 各 类 钢
H08 、H08A 、H08E配合中锰型或高锰型型焊剂
H08Mn 、H08MnA 、H08E配合无锰型或低锰型型焊剂
Q345 各 类 钢
H08A 、H08E配合高锰型型焊剂
H08Mn 、H08MnA 配合中锰型或高锰型型焊剂
H08Mn2配合无锰型或低锰型型焊剂
Q390 各 类 钢 及 Q420 各 类 钢
H08MnA 配合中锰型或高锰型型焊剂
H08Mn2配合无锰型或低锰型型焊剂
3、螺栓连接选用

1.8选材的变通方法
钢 材 化 学 成 分 允 许 偏 差
元 素
允 许 偏 差
Q235 B、C、D
Q345 A、B、C、D、E
Q390 A、B、C、D、E
Q420 A、B、C、D、E
碳（C）
0.03 -0.02
0.02 -0.02
0.02 -0.02
0.02 -0.02
硅（Si）
0.03 -0.02
0.05 -0.05
0.05 -0.05
0.05 -0.05
锰（Mn）
0.05 -0.03
0.10 -0.10
0.10 -0.10
0.10 -0.10
硫（S）
0.005
0.005
0.005
0.005
磷（P）
0.005
0.005
0.005
0.005
2、钢材机械性能所需的保证项目仅有一项不合格时的原则处理
3、对无牌照或无证明书钢材的原则处理
4、对成批混合钢材的原则处理
5、代用钢材时的原则处理

第二章 设计基本规定
2.1 设计原则
1、（除疲劳计算除外），采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数设计表达式进行计算
2、根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级。
3、承载能力极限状态设计表达式
4、正常使用极限状态设计表达式
5、计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；计算疲劳时，应采用荷载标准值。
6、对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定。
2.2 荷载和荷载效应
1、荷载和荷载效应的计算方法
2、重级工作制吊车的承重钢构件及其连接，在计算强度和稳定性时，应计及卡轨水平力

3、特殊活荷载折减
4、计算模型和基本假定应与实际节点相符合（刚性、半刚性、铰接）；采用弹性分析的结构，构件截面允许有塑性变形；框架结构：按一阶弹性分析和二阶弹性分析
2.3 材料抗力设计指标及其折减系数
1、材料抗力设计指标2、材料抗力设计指标折减系数
3、钢结构材料物理力学性质指标
2.4 结构或构件变形规定
第三章 基本构件计算
3.1 受弯构件
1、受弯构件的强度计算包括正应力、剪应力、局部压应力和折算应力
2、整体稳定计算
3、梁腹板的局部稳定计算
4、考虑腹板屈曲后强度的计算

3.2 轴心受力构件和拉弯、压弯构件
1、轴心受力构件计算的内容包括强度、整体稳定、局部稳定
2、拉弯构件和压弯构件计算的内容包括强度、整体稳定、局部稳定
3.3受压构件的局部稳定
3.4构件的计算长度和允许长细比：
1、桁架式杆系的计算长度
2、单层或多高层框架等截面柱框架平面内计算长度
3、单层厂房框（排）架柱高度确定和计算长度确定（基础刚性固定）
3.5 疲劳计算
1、疲劳计算的范围
2、疲劳验算方法
3、允许应力幅与循环次数和连接类别有关
4、欠载系数：重级工作制硬钩吊车1.0、软钩吊车0.8、中级工作制吊车0.5。

3.5 塑性设计
1、塑性设计的适用范围有限。用简单塑性理论分析（理想弹塑性体、荷载按比例增加）
2、对截面板件的宽厚比限制更严
3、构造要求
第四章 连接计算和焊缝的质量等级
4.1钢结构对连接的要求及连接方法
1、钢结构对连接的要求
2、钢结构的连接形式
（1）焊缝连接
（2）螺栓连接
（3）直埋式连接
4.2 连接的计算方法
1、对接连接焊缝的计算

2、角接连接焊缝的计算
3、普通螺栓、锚栓和铆钉连接的计算
4、摩擦型高强螺栓、承压型高强螺栓连接的计算
5、组合工字梁翼缘连接计算
6、梁与柱的刚性连接
7、连接节点处板件的计算
8、连接的计算准则

4.3 焊缝的质量等级
1、焊缝的质量等级和检测项目
焊 缝 外 观 质 量 允 许 偏 差
检验项目
质 量 等 级
一 级
二 级
三 级
未焊满
不允许
≤0．2+0．02t 且≤1mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长度≤25mm
≤0．2+0．04t 且≤2mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长 度≤25mm
根部收缩
不允许
≤0．2+0．02t 且≤1mm，长 度不限
≤0．2+0．04t 且≤2mm，长度 不限
咬 边
不允许
≤0．05t 且≤0．5mm，连续 长度≤100mm，且焊缝两侧咬边总长≤10％焊缝全长
≤0．1t 且≤1mm，长度不限
裂 纹
不允许
不 允 许
允许存在长度≤5mm 的弧坑裂 纹
电弧擦伤
不允许
不 允 许
允许存在个别电弧擦伤
接头不良
不允许
缺口深度≤0．05t 且≤ 0．5mm，每1000mm 长度焊缝内不得超过1 处
缺口深度≤0．1t 且≤1mm，每 1000mm 长度焊缝内不得超过1 处
表面气孔
不允许
不 允 许
每50mm 长度焊缝内允许存在 直径≤0．4t 且≤3mm 的气孔2 个；孔距应≥6 倍孔径
表面夹渣
不允许
不 允 许
深≤0．2t，长≤0．5t 且≤20mm

焊 缝 焊 脚 尺 寸 允 许 偏 差
序 号
项 目
示 意 图
允 许 偏 差(mm)
1
一般全焊透的角 接与对接 组合焊缝

hf≥( t/4 )且≤10
2
需经疲 劳验算的全焊透角 接与对接 组合焊缝

hf≥( t /2)且≤10
3
角焊缝及部分焊透的角接与对接组合焊缝

hf≤6 时 0～1．5
hf＞6 时 0～3．0
注：1、hf＞8．0mm 的角焊缝其局部焊脚尺寸允许低于设计要求值1．0mm，但总长度不得超过焊缝长度的10％；
2、焊接H 形梁腹板与翼缘板的焊缝两端在其两倍翼缘板宽度范围内，焊缝的焊脚尺寸不得低于设计要求值
焊 缝 余 高 和 错 边 允 许 偏 差
序 号
项 目
示意图
允 许 偏 差(mm)
一、二级
三级
1
对接焊缝余高(C)

B＜20 时，C 为0～3；B≥20 时，C 为0～4
B＜20 时，C 为0～3．5；B≥20 时，C为0～5
2
对接焊缝错边(d)
D＜0．1t 且≤2．0
d＜0．15t 且≤3．0
3
角焊缝余高(C)

hf≤6 时C 为0～1．5；hf＞6 时C 为0～3．0
2、质量等级的选用
第五章 构件、结构、连接、耐久、防火、防腐蚀的构造要求
5.1 一般规定
5.2 焊缝连接构造要求
5.3 螺栓连接和铆钉连接构造要求
螺栓或铆钉的最大、最小容许距离
名称
位置和方向
最大容许距离（取两者的较小值）
最小容许距离
中心
间距
外排（垂直内力方向或顺内力方向）
8d0或12t
3d0
中间排
垂直内力方向
16 d0或24t
顺内力方向
构件受压力
12d0或18t

构件受拉力
16d0或24t
沿对角线方向
－
中心至构件边缘距离
顺内力方向
4d0或8t
2d0
垂直内力方向
剪切边或手工气割边
1.5d0
轧制边、自动气割或锯割边
高强度螺栓
其他螺栓或铆钉
1.2d0
注：1、d0为螺栓或铆钉 的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2、钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
5.4 柱的构造要求

5.5 对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）的要求
5.6 大跨度屋盖结构
5.7 提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求
5.8 制作、运输和安装要求
5.9 防护和隔热