常见的钢结构计算公式.docx

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常见的钢结构计算公式

2－5钢结构计算

2－5-1钢结构计算用表

为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。

承重结构的钢材宜采用Q2３5钢、Ｑ34５钢、Q３90钢和Q４20钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GＢ/Ｔ　700和《低合金高强度结构钢》GＢ/T15９１的规定。

当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。

对Ｑ23５钢宜选用镇静钢或半镇静钢。

承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材,应具有常温冲击韧性的合格保证。

当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q2３5钢和Q34５钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q42０钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。

当结构工作温度等于或低于-２0℃时，对Q２3５钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q３90钢和Q420钢应具有－40℃冲击韧性的合格保证。

对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于－20℃时,对Q２35钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Ｑ390钢和Ｑ４２0钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。

当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用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的规定。

钢材的强度设计值（材料强度的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。

钢铸件的强度设计值应按表２-７８采用。

连接的强度设计值应按表2-79至表２－８1采用。

钢材的强度设计值（N/mm2）表２-７７

钢材

抗拉、抗压和抗弯f

抗剪

fv

端面承压（刨平顶紧）

fce

牌号

厚度或直径（ｍｍ）

Q235钢

≤１６

2１５

12５

325

>16～4０

205

12０

＞40~60

2０0

１1５

>６0～100

1９０

110

Q345钢

≤16

３1０

18０

400

＞1６~35

295

170

＞3５~50

265

15５

>50～1０0

2５0

１45

Q３90钢

≤１6

3５0

205

41５

>16～35

3３5

190

＞3５~5０

315

180

＞50~100

295

1７0

Q４2０钢

≤16

38０

220

44０

＞1６~35

360

210

＞３5~5０

３40

１95

＞50~10０

３2５

18５

注：

表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。

钢铸件的强度设计值（N／mm2）表2－７8

钢号

抗拉、抗压和抗弯

f

抗剪

fv

端面承压（刨平顶紧）

fcｅ

ZＧ200－400

15５

9０

２６０

ZG23０－4５0

180

105

290

ZG270-５00

210

120

325

ZG3１0－57０

2４０

１40

3７0

焊缝的强度设计值（N/mm2）　表2-７9

焊接方法和焊条型号

构件钢材

对接焊缝

角焊缝

牌号

厚度或直径

（mm）

抗压

fcｗ

焊缝质量为下列等级时,抗拉ｆtw

抗剪

抗拉、抗压和抗剪

一级、二级

三级

fｖw

ffw

自动焊、半自动焊和E４３型焊条的手工焊

Q235钢

≤１6

２15

21５

１8５

1２５

16０

＞1６~4０

20５

205

17５

１２０

＞40～６0

２０0

20０

1７０

115

＞60~100

190

19０

1６0

１10

自动焊、半自动焊和Ｅ５0型焊条的手工焊

Q345钢

≤1６

31０

３10

２６5

180

200

>16~３５

295

2９5

２50

170

>35~５0

2６５

265

225

１55

＞50~100

２50

250

２10

１45

自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊

Q3９０钢

≤16

3５0

３50

３00

2０5

2２0

＞1６~35

3３5

335

28５

１9０

＞３5~50

３１５

315

270

180

>50~100

295

２９5

2５０

１80

自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊

Ｑ420钢

≤1６

380

380

320

220

22０

＞16～35

360

360

３0５

２1０

＞３5～50

340

３４0

290

１9５

＞５0～100

3２５

325

275

18５

注：

1．自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂,应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》ＧB/T　5293和《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470中相关的规定;

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》GB50205的规定。

其中厚度小于８mm钢材的对接焊缝,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fcw，抗弯受拉区强度设计值取ftw。

螺栓连接的强度设计值（N／mm２）　表2-80

承压型连接高强度螺栓

普通螺栓

锚栓

承压型连接

高强度螺栓

C级螺栓

A级、B级螺栓

抗拉

抗剪

承压

抗拉

抗剪

承压

抗拉

抗拉

抗剪

承压

ftb

fvｂ

ｆcb

ftb

fvb

fcｂ

ftａ

ｆｔb

fｖb

ｆcb

普通螺栓

4.6级、4.８级

１7０

1４0

-

-

-

-

-

-

-

-

５.６级

-

-

-

210

190

-

－

-

－

-

8．8级

-

－

－

4００

320

-

－

-

－

-

锚栓

Q235钢

－

-

－

－

-

-

１40

-

-

-

Q345钢

-

-

-

-

-

-

1８０

-

－

-

承压型连接高强度螺栓

8．8级

-

-

-

－

－

-

400

２５0

-

10．9级

-

－

－

-

-

-

-

500

310

－

构件

QZ3５钢

－

-

3０５

-

-

405

－

－

-

470

Ｑ345钢

-

-

38５

－

-

510

-

-

-

5９0

Q390钢

-

－

４0０

-

-

５３０

－

-

-

6１5

Q420钢

－

-

４2５

－

-

560

-

－

-

６５5

注:

１．A级螺栓用于d≤24ｍm和l≤10d或l≤１50mm（按较小值）的螺栓；B级螺栓用于d>２4mm或l>10ｄ或l>150mm（按较小值）的螺栓。

d为公称直径，l为螺杆公称长度;

2.A、Ｂ级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度,Ｃ级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，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的要求。

铆钉连接的强度设计值（Ｎ/mm2）　表２-8１

铆钉钢号和构件

钢材牌号

抗拉（钉头拉脱）

抗剪fｖT

承压fcＴ

fｔT

Ｉ类孔

ＩI类孔

I类孔

II类孔

铆钉

BL2或BＬ３

120

１85

1５5

-

-

构件

Q２35钢

-

-

-

450

36５

Q345钢

－

-

-

565

4６0

Q390钢

-

-

-

5９０

４８０

注:

1．属于下列情况者为I类孔:

1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；

2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；

３）在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径,然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。

2．在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于ＩI类孔。

计算下列情况的结构构件或连接时,上述强度设计值应乘以相应的折减系数:

1.单面连接的单角钢

1）按轴心受力计算强度和连接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:

短边相连的不等边角钢０．5+0.０025δ,但不大于1.0;

长边相连的不等边角钢0.70;

几为长细比,对中间无连接的单角钢压杆，应按最小回转半径计算,当δ<2０时,取δ＝20；

2．无垫板的单面施焊对接焊缝ﻩ0．85;

3．施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接０.90;

4．沉头和半沉头铆钉连接0.80。

注：

当几种情况同时存在时,其折减系数应连乘。

钢材和钢铸件的物理性能指标见表2-82。

钢材和钢铸件的物理性能指标　表2-82

弹性模量E

（Ｎ/mm2）

剪变模量G

（N／mm2）

线膨胀系数α

（以每℃计）

质量密度ρ

（kｇ/m3）

206×１０3

79×103

12×1０-６

7850

吊车梁、楼盖梁、屋盖梁、工作平台梁以及墙架构件的挠度不宜超过表2-8３所列的容许值。

受弯构件挠度允许值表２-83

项次

构件类别

挠度允许值

[νT]

[νＱ］

１

吊车梁和吊车桁架（按自重和起重量最大的一台吊车计算挠度）

（1）手动吊车和单梁吊车（含悬挂吊车）

（2）轻级工作制桥式吊车

（３）中级工作制桥式吊车

（4）重级工作制桥式吊车

ｌ/５00

l／800

l/1００0

l/1200

２

手动或电动葫芦的轨道梁

ｌ／4０0

3

有重轨（重量等于或大于38kｇ/m）轨道的工作平台梁

有轻轨（重量等于或大于24kg/m）轨道的工作平台梁

l/６0０

l/40０

4

楼（屋）盖梁或桁架，工作平台梁（第３项除外）和平台板

（1）主梁或衔架（包括设有悬挂起重设备的梁和桁架）

（2）抹灰顶棚的次梁

（3）除

（1）、

（2）款外的其他梁（包括楼梯梁）

（4）屋盖檩条

支承无积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面者

支承压型金属板　有积灰的瓦楞铁和石棉瓦等屋面者

支承其他屋面材料者

（５）平台板

ｌ/400

l/250

l/250

ｌ/150

l／２０0

l／200

l/１５0

l/５０0

l／35０

l/300

５

墙架构件（风荷载不考虑阵风系数）

（１）支柱

（２）抗风桁架（作为连续支柱的支承时）

（3）砌体墙的横梁（水平方向）

（4）支承压型金属板、瓦楞铁和石棉瓦墙面的横梁（水平方向）

（5）带有玻璃窗的横梁（竖直和水平方向）

l/２00

l/40０

ｌ／1000

l／300

ｌ/20０

l／２00

注：

１．ｌ为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的２倍）。

２.[νT］为全部荷载标准值产生的挠度（如有起拱应减去拱度）允许值；

[νQ］为可变荷载标准值产生的挠度允许值。

框架结构的水平位移允许值:

在风荷载标准值作用下框架柱顶水平位移和层间相对位移不宜超过下列数值。

1.无桥式吊车的单层框架的柱顶位移ﻩH/１5０

２.有桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/40０

３.多层框架的柱顶位移ﻩＨ/500

4．多层框架的层间相对位移h／400

H为自基础顶面至