钢结构的计算公式
2-5 钢结构计算
2-5-1 钢结构计算用表
为保证承重结构得承载能力与防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构得重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度与工作环境等因素综合考虑,选用合适得钢材牌号与材性。
承重结构得钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢与Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700与《低合金高强度结构钢》GB/T 1591得规定。当采用其她牌号得钢材时,尚应符合相应有关标准得规定与要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。
承重结构得钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度与硫、磷含量得合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量得合格保证。
焊接承重结构以及重要得非焊接承重结构得钢材还应具有冷弯试验得合格保证。
对于需要验算疲劳得焊接结构得钢材,应具有常温冲击韧性得合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q235钢与Q345钢应具有0℃C冲击韧性得合格保证;对Q390钢与Q420钢应具有-20℃冲击韧性得合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢与Q345钢应具有-20℃冲击韧性得合格保证;对Q390钢与Q420钢应具有-40℃冲击韧性得合格保证。
对于需要验算疲劳得非焊接结构得钢材亦应具有常温冲击韧性得合格保证,当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢与Q345钢应具有0℃冲击韧性得合格保证;对Q390钢与Q420钢应具有-20℃冲击韧性得合格保证。
当焊接承重结构为防止钢材得层状撕裂而采用Z向钢时,其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313得规定。
钢材得强度设计值(材料强度得标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件得强度设计值应按表2-78采用。连接得强度设计值应按表2-79至表2-81采用。
钢材得强度设计值(N/mm2) 表2-77
钢铸件得强度设计值(N/mm2) 表2-78
家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T 5293与《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470中相关得规定;
2.焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205得规定。其中厚度小于8mm钢材得对接焊缝,不宜用超声波探伤确定焊缝质量等级;
3.对接焊缝抗弯受压区强度设计值取f c w,抗弯受拉区强度设计值取f t w。
螺栓连接得强度设计值(N/mm2) 表2-80
或l＞10d或l＞150mm(按较小值)得螺栓。d为公称直径,l为螺杆公称长度;
2.A、B级螺栓孔得精度与孔壁表面粗糙度,C级螺栓孔得允许偏差与孔壁表面粗糙度,均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205得要求。
铆钉连接得强度设计值(N/mm2) 表2-81
1)在装配好得构件上按设计孔径钻成得孔;
2)在单个零件与构件上按设计孔径分别用钻模钻成得孔;
3)在单个零件上先钻成或冲成较小得孔径,然后在装配好得构件上再扩钻至设计孔径得孔。
2.在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径得孔属于II类孔。
计算下列情况得结构构件或连接时,上述强度设计值应乘以相应得折减系
数:
1.单面连接得单角钢
1)按轴心受力计算强度与连接0、85;
2)按轴心受压计算稳定性
等边角钢0、6＋0、0015δ,但不大于1、0:
短边相连得不等边角钢0、5＋0、0025δ,但不大于1、0;
长边相连得不等边角钢0、70;
几为长细比,对中间无连接得单角钢压杆,应按最小回转半径计算,当δ＜20时,取δ＝20;
2.无垫板得单面施焊对接焊缝0、85;
3.施工条件较差得高空安装焊缝与铆钉连接0、90;
4.沉头与半沉头铆钉连接0、80。
注:当几种情况同时存在时,其折减系数应连乘。
钢材与钢铸件得物理性能指标见表2-82。
钢材与钢铸件得物理性能指标表2-82
所列得容许值。
受弯构件挠度允许值表2-83
2.[νT]为全部荷载标准值产生得挠度(如有起拱应减去拱度)允许值;
[νQ]为可变荷载标准值产生得挠度允许值。
框架结构得水平位移允许值:在风荷载标准值作用下框架柱顶水平位移与层间相对位移不宜超过下列数值。
1.无桥式吊车得单层框架得柱顶位移H/150
2.有桥式吊车得单层框架得柱顶位移H/400
3.多层框架得柱顶位移H/500
4.多层框架得层间相对位移h/400
H为自基础顶面至柱顶得总高度;h为层高。
注:1.对室内装修要求较高得民用建筑多层框架结构,层间相对位移宜适当减小。无墙壁得多层框架结构,层间相对位移可适当放宽。
2.对轻型框架结构得柱顶水平位移与层间位移均可适当放宽。
桁架弦杆与单系腹杆得计算长度见表2-84。
桁架弦杆与单系腹杆得计算长度l0表2-84
1
2.斜平面系指与桁架平面斜交得平面,适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内得单角钢腹杆与双角钢十字形截面腹杆。
3.无节点板得腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度(钢管结构除外)。
受拉构件得允许长细比见表2-85。受压构件得允许长细比见表2-86。
受拉构件得允许长细比表2-85
2.在直接或间接承受动力荷载得结构中,单角钢受拉构件长细比得计算方法与表2-86注2相同。
3.中、重级工作制吊车桁架下弦杆得长细比不宜超过200。
4.在设有夹钳或刚性料耙等硬钩吊车得厂房中,支撑(表中第2项除外)得长细比不宜超过300。
5.受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时,其长细比不宜超过250。
6.跨度等于或大于60m得桁架,其受拉弦杆与腹杆得长细比不宜超过300(承受静力荷载或间接承受动力荷载)或250(直接承受动力荷载)。
受压构件得允许长细比表2-86
值可取为200。
2.计算单角钢受压构件得长细比时,应采用角钢得最小回转半径,但在计算交叉杆件平面外得长细比时,可采用与角钢肢边平行轴得回转半径。
3.跨度等于或大于60m得桁架,其受压弦杆与端压杆得允许长细比值宜取为100,其她受压腹杆可取为150(承受静力荷载或间接承受动力荷载)或120(直接承受动力荷载)。
单层厂房阶形柱计算长度得折减系数见表2-87。
单层厂房阶形柱计算长度得折减系数表2-87
摩擦型高强度螺栓中摩擦面抗滑移系数见表2-88。一个高强度螺栓得预拉力见表2-89。
摩擦面得抗滑移系数μ表2-88
螺栓或铆钉得最大、最小允许距离表2-90
2.钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢等)相连得螺栓或铆钉得最大间距,可按中间排得数值采用。
常见型钢及其组合截面得回转半径得近似值见表2-91。
常见型钢及其组合截面得回转半径得近似值表表2-91
圆形钢管规格及截面特征见表2-92。
圆形钢管规格及截面特征表表2-92
直径外径D
(mm) 壁厚t
(mm)
截面面
积
(cm2)
理论重量
(kg/m)
外表面积
(m2/m)
截面特征
I
(cm4)
W
(cm3)
i
(cm)
I k
(cm4)
Z0
(cm)
(mm) (in)
k0截面重心到边缘距离。
2-5-2 钢结构计算公式
1.构件得强度与稳定性计算公式(表2-93)
强度与稳定性计算表表2-93
2.连接计算公式(表2-94)
连接计算公式表2-94
2-5-3 钢管结构计算
1.适用于不直接承受动力荷载,在节点处直接焊接得钢管桁架结构。 钢管外径与壁厚之比,不应超过100(
y f 234)。轴心受压方管或矩形管得最大外缘尺寸与壁厚之比,不应超40
y f 234。 2.钢管节点得构造应符合下列要求:
(1)主管外径应大于支管外径,主管壁厚不应小于支管壁厚。在支管与主管连
接处不得将支管穿入主管内。
(2)主管与支管或两支管轴线之间得夹角θi 不宜小于30°。
(3)支管与主管得连接节点处,应尽可能避免偏心。
(4)支管与主管得连接焊缝,应沿全周连续焊接并平滑过渡。
(5)支管端部宜用自动切管机切割,支管壁厚小于6mm 时可不切坡口。
3.支管与主管得连接可沿全周用角焊缝,也可部分用角焊缝、部分用对接焊缝,支管管壁与主管管壁之间得夹角大于或等于120°得区域宜用对接焊缝或带坡口得角焊缝。角焊缝得焊脚尺寸h f 不宜大于支管壁厚得两倍。
4.支管与主管得连接焊缝为全周角焊缝,按下式计算,但取βf ＝1:
w f f w
e f f l h N βσ≤= 角焊缝得有效厚度he,当支管轴心受力时取0、7h f 。角焊缝得计算长度l w ,按下列公式计算:
(1)在圆管结构中取支管与主管相交线长度:
式中 d 、d i ——主管与支管外径;
θi ——主管轴线与支管轴线得夹角。
(2)在矩形管结构中,支管与主管交线得计算长度,对于有间隙得K 形与N 形节点:
对于T 、Y 、X 形节点
i
i w h l θsin 2= 式中 h i 、b i ——分别为支管得截面高度与宽度。
5.为保证节点处主管得强度,支管得轴心力不得大于表2-95规定得承载力设计值: