鋼結(jié)構(gòu)基本原理何延宏答案

北海鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公司02-08849閱讀0評(píng)論

鋼結(jié)構(gòu)是一種以鋼材為主要原料，通過(guò)焊接、螺栓連接等方式組裝而成的建筑結(jié)構(gòu)形式。其基本原理在于利用鋼材良好的力學(xué)性能和塑性變形能力，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、施工速度快、抗震性能好、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高層建筑、大跨度空間結(jié)構(gòu)、橋梁等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要充分考慮荷載、材料性能、施工條件等因素，以確保結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)性。鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)和檢測(cè)也是確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

一、鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

輕質(zhì)高強(qiáng)：鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對(duì)較輕，但強(qiáng)度較高，能夠承受較大的荷載。
塑性韌性好：在承受荷載時(shí)，鋼材具有較好的塑性和韌性表現(xiàn)。塑性使得鋼結(jié)構(gòu)在超載時(shí)能夠發(fā)生一定的變形而不斷裂；韌性則使鋼結(jié)構(gòu)能吸收較多的能量，抵抗沖擊荷載等。
材質(zhì)均勻：鋼材內(nèi)部組織比較均勻，這使得力學(xué)計(jì)算時(shí)的假定更容易符合實(shí)際情況，便于準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)的受力性能。
密閉性好：適用于一些對(duì)密封性要求較高的結(jié)構(gòu)，如容器結(jié)構(gòu)等。
制造簡(jiǎn)單：鋼結(jié)構(gòu)的制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可以采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，提高生產(chǎn)效率。
施工周期短：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速安裝，從而縮短施工周期。
耐腐蝕性差：如果沒(méi)有特殊的防護(hù)措施，鋼材容易受到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。
耐熱但是不耐火：鋼材在高溫下強(qiáng)度會(huì)降低，但在常溫下具有較好的耐熱性能；然而，鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中容易失去承載能力，需要進(jìn)行防火保護(hù)。

二、鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用范圍

大跨度結(jié)構(gòu)：例如大型體育場(chǎng)館、展覽館等建筑，由于鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的跨度。
重型工業(yè)廠房：可以承受重型設(shè)備的荷載和工業(yè)生產(chǎn)中的各種動(dòng)力荷載。
高聳結(jié)構(gòu)：像電視塔、通信塔等高聳建筑，鋼結(jié)構(gòu)能夠滿足其對(duì)高度和穩(wěn)定性的要求。
多層和高層結(jié)構(gòu)：在現(xiàn)代城市建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于多層和高層建筑，提供較大的室內(nèi)空間和較快的施工速度。
承受振動(dòng)荷載影響和地震作用的結(jié)構(gòu)：鋼材的良好韌性使其能較好地抵抗振動(dòng)和地震作用。
可拆卸或移動(dòng)的結(jié)構(gòu)：如臨時(shí)建筑、活動(dòng)房屋等，鋼結(jié)構(gòu)便于拆卸和重新組裝。
板殼結(jié)構(gòu)及其他結(jié)構(gòu)：在一些特殊形狀的結(jié)構(gòu)如薄殼屋頂?shù)戎幸灿袘?yīng)用，同時(shí)也用于各種其他類(lèi)型的建筑和工程結(jié)構(gòu)中。
輕型鋼結(jié)構(gòu)：常用于小型建筑、倉(cāng)庫(kù)等，具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。

三、應(yīng)力集中現(xiàn)象及其對(duì)鋼材性能的影響

（一）應(yīng)力集中現(xiàn)象

在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，當(dāng)存在孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改變時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布不再保持均勻。而是在這些缺陷以及截面突然改變處附近，出現(xiàn)應(yīng)力線密集的情況，產(chǎn)生高峰應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（二）對(duì)應(yīng)鋼材性能的影響

在應(yīng)力集中處應(yīng)力線發(fā)生彎曲、變密，出現(xiàn)高峰應(yīng)力區(qū)，并常使構(gòu)件處于同號(hào)的雙向或三向應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。這種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)阻礙了鋼材塑性變形的發(fā)展，促使鋼材轉(zhuǎn)入脆性狀態(tài)，容易造成脆性破壞。

四、鋼材的疲勞破壞及疲勞強(qiáng)度相關(guān)因素

（一）疲勞破壞

鋼材在直接的、連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，其強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)的抗力和性能發(fā)生重大變化而產(chǎn)生脆性破壞，這種破壞稱(chēng)為疲勞破壞。

（二）疲勞強(qiáng)度相關(guān)因素

疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力集中和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。應(yīng)力集中會(huì)加劇疲勞破壞的發(fā)生，而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多，鋼材越容易發(fā)生疲勞破壞。

五、普通螺栓與摩擦型高強(qiáng)度螺栓在剪力作用下的計(jì)算假定和計(jì)算公式

（一）普通螺栓

計(jì)算假定
- 在抗剪時(shí)依靠桿身承壓和螺栓抗剪來(lái)傳遞剪力，不計(jì)預(yù)拉力的影響。
- 在計(jì)算中只考慮栓桿剪斷和孔壁承壓破壞這兩種破壞形式，以螺桿剪斷或孔壁擠壓破壞為其承載能力的極限狀態(tài)。
計(jì)算公式：普通螺栓的單個(gè)抗剪承載力設(shè)計(jì)值、單個(gè)承壓承載力設(shè)計(jì)值以及單個(gè)螺栓承載力設(shè)計(jì)值驗(yàn)算時(shí)按照上述計(jì)算假定確定相關(guān)公式。

（二）摩擦型高強(qiáng)度螺栓

計(jì)算假定
- 單純依靠被連接構(gòu)件間的摩擦阻力傳遞剪力，以剪力達(dá)到最大摩擦力作為承載能力的極限狀態(tài)。
計(jì)算公式：?jiǎn)蝹€(gè)抗剪承載力設(shè)計(jì)值驗(yàn)算時(shí)按照此計(jì)算假定確定公式。

六、格構(gòu)式柱的特點(diǎn)及與實(shí)腹式柱在計(jì)算上的區(qū)別

（一）格構(gòu)式柱的特點(diǎn)

格構(gòu)式柱一般采用對(duì)稱(chēng)截面，由肢件和綴材組成。
容易使壓桿實(shí)現(xiàn)兩主軸方向的等穩(wěn)定性，同時(shí)剛度大，抗扭性能好，用料較省。

（二）計(jì)算區(qū)別

當(dāng)格構(gòu)式柱繞實(shí)軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)，其整體穩(wěn)定的計(jì)算同實(shí)腹式柱，由實(shí)軸的長(zhǎng)細(xì)比查值，計(jì)算公式為相應(yīng)的實(shí)腹式軸心壓桿計(jì)算公式。
當(dāng)繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)，用換算長(zhǎng)細(xì)比來(lái)代替對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比，求出相應(yīng)的值，計(jì)算公式同實(shí)腹式軸心壓桿。

七、梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象及影響梁臨界彎矩的主要因素

（一）整體失穩(wěn)現(xiàn)象

梁的截面一般窄而高，彎矩作用在其最大剛度平面內(nèi)。當(dāng)荷載較小時(shí)，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

（二）影響臨界彎矩的主要因素

梁的臨界彎矩 $M_{cr}$ 主要和梁的側(cè)向抗彎剛度、抗扭剛度、翹曲剛度、梁的截面形狀、荷載類(lèi)型、荷載作用位置以及梁的跨度等有關(guān)。

八、軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件翼緣局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法的異同

（一）軸心受壓構(gòu)件（工字型截面）

其翼緣板的局部穩(wěn)定是根據(jù)局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定的等穩(wěn)定性，即板件的局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力（等穩(wěn)原則）來(lái)確定其寬厚比。翼緣的寬厚比計(jì)算公式為：（具體公式根據(jù)不同條件確定，當(dāng)滿足某些條件時(shí)取相應(yīng)的值）。

（二）壓彎構(gòu)件（工字型截面）

其翼緣板的局部穩(wěn)定是由受壓翼緣的臨界應(yīng)力不低于鋼材的屈服點(diǎn)（等強(qiáng)原則）確定的，翼緣的寬厚比計(jì)算公式為：(塑性)、(部分塑性)、(彈性)（根據(jù)不同的受力狀態(tài)采用不同公式）。由于翼緣的屈曲不會(huì)影響構(gòu)件的整體穩(wěn)定。

九、框架柱計(jì)算長(zhǎng)度相關(guān)因素及平面內(nèi)外計(jì)算長(zhǎng)度的確定

（一）計(jì)算長(zhǎng)度相關(guān)因素

鋼結(jié)構(gòu)框架鋼柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)與框架類(lèi)型、相交于柱上端節(jié)點(diǎn)的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值 $K_1$ 、相交于柱下端節(jié)點(diǎn)的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值 $K_2$ 、柱與基礎(chǔ)的連接方式、橫梁遠(yuǎn)端連接方式、橫梁軸力大小以及柱的形式等因素有關(guān)。

（二）平面內(nèi)外計(jì)算長(zhǎng)度的確定

平面外：用普通的刻度尺既可計(jì)算。
平面內(nèi)：可以采用轉(zhuǎn)換法（如用棉線環(huán)繞）或用圓規(guī)固定在兩角上。

十、化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響

（一）碳

碳含量提高，則鋼材強(qiáng)度提高，但同時(shí)鋼材的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度、可焊性及抗銹蝕能力下降。

（二）錳

錳可提高鋼材強(qiáng)度但不過(guò)多降低塑性和沖擊韌性。

（三）硫

硫使鋼材易發(fā)生熱脆現(xiàn)象，還能降低鋼材的塑性、韌性可焊性和疲勞強(qiáng)度。

（四）氮

氮是有害元素，與磷類(lèi)似，使鋼冷脆。

十一、梁腹板加勁肋的布置原則及縱向和橫向加勁肋的作用

（一）布置原則

當(dāng)（具體條件）時(shí)，對(duì)有局部壓應(yīng)力的梁應(yīng)按構(gòu)造配置橫向加勁肋，但對(duì)無(wú)局部壓應(yīng)力的梁可不配置加勁肋。
當(dāng)（滿足另一條件）應(yīng)配置橫向加勁肋。
當(dāng)（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束）或（受壓翼緣扭未受到約束）或者按照計(jì)算需要時(shí)，應(yīng)在彎曲應(yīng)力較大區(qū)格的受壓區(qū)增加配置縱向加勁肋；局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時(shí)在受壓區(qū)配置短加勁肋。4