鋼結(jié)構(gòu)基本原理何延宏答案

北海鋼結(jié)構(gòu)設計公司11秒前1閱讀0評論

鋼結(jié)構(gòu)是一種以鋼材為主要原料，通過焊接、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性能和塑性變形能力，通過合理的設計和計算，實現(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，廣泛應用于高層建筑、大跨度空間結(jié)構(gòu)、橋梁等領域。在設計鋼結(jié)構(gòu)時，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)濟性。鋼結(jié)構(gòu)的維護和檢測也是確保其長期穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

一、鋼結(jié)構(gòu)的主要特點

輕質(zhì)高強：鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對較輕，但強度較高，能夠承受較大的荷載。
塑性韌性好：在承受荷載時，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，這使得力學計算時的假定更容易符合實際情況，便于準確計算結(jié)構(gòu)的受力性能。
密閉性好：適用于一些對密封性要求較高的結(jié)構(gòu)，如容器結(jié)構(gòu)等。
制造簡單：鋼結(jié)構(gòu)的制造工藝相對簡單，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)件可以在工廠預制，然后在施工現(xiàn)場進行快速安裝，從而縮短施工周期。
耐腐蝕性差：如果沒有特殊的防護措施，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：鋼材在高溫下強度會降低，但在常溫下具有較好的耐熱性能；然而，鋼結(jié)構(gòu)在火災中容易失去承載能力，需要進行防火保護。

二、鋼結(jié)構(gòu)主要應用范圍

大跨度結(jié)構(gòu)：例如大型體育場館、展覽館等建筑，由于鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強特點，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的跨度。
重型工業(yè)廠房：可以承受重型設備的荷載和工業(yè)生產(chǎn)中的各種動力荷載。
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)代城市建設中，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應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和地震作用。
可拆卸或移動的結(jié)構(gòu)：如臨時建筑、活動房屋等，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茫瑫r也用于各種其他類型的建筑和工程結(jié)構(gòu)中。
輕型鋼結(jié)構(gòu)：常用于小型建筑、倉庫等，具有經(jīng)濟、實用的特點。

三、應力集中現(xiàn)象及其對鋼材性能的影響

（一）應力集中現(xiàn)象

在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，當存在孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改變時，構(gòu)件中的應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)應力線密集的情況，產(chǎn)生高峰應力，這種現(xiàn)象稱為應力集中現(xiàn)象。

（二）對應鋼材性能的影響

在應力集中處應力線發(fā)生彎曲、變密，出現(xiàn)高峰應力區(qū)，并常使構(gòu)件處于同號的雙向或三向應力場的復雜應力狀態(tài)。這種復雜應力狀態(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度相關(guān)因素

（一）疲勞破壞

鋼材在直接的、連續(xù)反復的動力荷載作用下，其強度降低，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，這種破壞稱為疲勞破壞。

（二）疲勞強度相關(guān)因素

疲勞強度與應力集中和應力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。應力集中會加劇疲勞破壞的發(fā)生，而應力循環(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度螺栓在剪力作用下的計算假定和計算公式

（一）普通螺栓

計算假定
- 在抗剪時依靠桿身承壓和螺栓抗剪來傳遞剪力，不計預拉力的影響。
- 在計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)。
計算公式：普通螺栓的單個抗剪承載力設計值、單個承壓承載力設計值以及單個螺栓承載力設計值驗算時按照上述計算假定確定相關(guān)公式。

（二）摩擦型高強度螺栓

計算假定
- 單純依靠被連接構(gòu)件間的摩擦阻力傳遞剪力，以剪力達到最大摩擦力作為承載能力的極限狀態(tài)。
計算公式：單個抗剪承載力設計值驗算時按照此計算假定確定公式。

六、格構(gòu)式柱的特點及與實腹式柱在計算上的區(qū)別

（一）格構(gòu)式柱的特點

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

（二）計算區(qū)別

當格構(gòu)式柱繞實軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時，其整體穩(wěn)定的計算同實腹式柱，由實軸的長細比查值，計算公式為相應的實腹式軸心壓桿計算公式。
當繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時，用換算長細比來代替對虛軸的長細比，求出相應的值，計算公式同實腹式軸心壓桿。

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)。當荷載較小時，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)定設計方法的異同

（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)定臨界應力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應力（等穩(wěn)原則）來確定其寬厚比。翼緣的寬厚比計算公式為：（具體公式根據(jù)不同條件確定，當滿足某些條件時取相應的值）。

（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力不低于鋼材的屈服點（等強原則）確定的，翼緣的寬厚比計算公式為：(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影響構(gòu)件的整體穩(wěn)定。

九、框架柱計算長度相關(guān)因素及平面內(nèi)外計算長度的確定

（一）計算長度相關(guān)因素

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

（二）平面內(nèi)外計算長度的確定

平面外：用普通的刻度尺既可計算。
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、化學元素對鋼材性能的影響

（一）碳

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

（二）錳

錳可提高鋼材強度但不過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度。

（四）氮

氮是有害元素，與磷類似，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（具體條件）時，對有局部壓應力的梁應按構(gòu)造配置橫向加勁肋，但對無局部壓應力的梁可不配置加勁肋。
當（滿足另一條件）應配置橫向加勁肋。
當（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束）或（受壓翼緣扭未受到約束）或者按照計算需要時，應在彎曲應力較大區(qū)格的受壓區(qū)增加配置縱向加勁肋；局部壓應力很大的梁，必要時在受壓區(qū)配置短加勁肋。4