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小型钢结构设计制作（转帖）
TA的每日心情奋斗 21:14签到天数: 2 天[LV.1]初来乍到
能有这样的机会和大家一起交流对钢结构的一些看法，我感到很高兴，钢结构近年来在运城市取得了很大的发展。在市区到处可见钢结构制作的工程。由于钢结构制做简单，取材方便，应用广泛，对我市的经济发展起到了积极的作用。但是由于种种原因，又很难规范管理，所以就出现了一些粗制滥造的工程。存在着一定的安全隐患，甚至也出现了相当一部分不该发生的事。如在2005年时 ，盐湖区金井乡大井油厂，大风将钢结构屋顶整个掀翻。08年，大井村口，风将屋顶掀翻后砸着了过路的祖孙二人,致使奶奶受重伤，孙女成为了植物人,造成了她及家人的痛苦和负担。2007年一阵大风将移动公司楼上广告牌刮下，虽未造成人员伤亡，但砸坏了几辆车，尚属侥幸。2004年一场大雪压坏了蔬菜大棚无数，菜农面对着倒塌的大棚和雪中的蔬菜欲哭无泪。这些只是我们身边发生的事。而历史上的重大钢结构工程事故也不少，加拿大圣劳伦斯河上的魁北克大桥（钢桁架三跨悬索式桥，中跨长549M两边跨各长152M）在安装中因构件失稳，导致已安装好的一万九千吨构件倒塌。七十五名工人遇难，整个过程仅十五秒。
事故为我们敲响了警钟，亡羊补牢也未为晚，但是还有一些人对此认识不足，还在蛮干，一些刚建成或在建工程，已可看到构件严重变形，自重尚且成为这种状态，如何再能承载？还有一些是几千上万平米的工程，看了真是令人痛心， 前面所讲这些事故原因，就是不严格按照钢结构规范设计制做而造成的。为了杜绝此类事故发生,就需要我们对钢结构有一个充分的认识。对于土木工程，由于历史以来的各种建筑绝大部分都是土木工程，千百年来人民积累了丰富经验，对工程结构、材料有比较客观的认识。基本上能做的安全经济实用。对于钢结构和轻钢结构，由于大家接触时间较短，对他的结构、材料性能等还没有充分了解，还缺乏经验。在轻钢结构工程中，小型工程占相当大一部分，如果让每一个微小工程都到权威设计部门去进行设计,显然也是不可能的。这就需要大家都懂一些基础知识,使钢结构的一些设计理论得到普及。当然，让所有的制做钢结构的都达到专业设计工程师的水平也是不实际的。恕我直言，其实大部分制作小型轻钢结构工程的人，基本上文化都不太高，对高深的钢结构理论很难学懂弄通。有些人对此一点都不懂，仅学过几天电焊，就敢凭经验，依样画葫芦。也有一些人片面追求最低价格，既不懂也不管工程质量如何。只要价格能低就行。这样就又助长了一些人粗制滥造。 在这里我就钢结构一些最基本的东西和大家作个探讨，虽然是不自量力，但只希望能起到抛砖引玉的作用。让更多的人才加入这个活动中。只要大家都对钢制做予以重视，我想定会让这项事业在我市健康发展，让事故成为过去。
一：钢结构的特点
钢结构与其他结构相比有以下特点
1、可靠性高，钢材组织均匀、接近各向同性，力学性能与工程力学对材料的假定相符好.因而计算结果较可靠。
2、 强度高，重量轻,以相同跨度的结构承受相同的荷载，钢结构是混凝土结构的1/3-1/4,轻钢结构可达1/10左右,因而可建大跨度结构.
3：塑性韧性好,结构一般不会因超载突然断裂,其良好的耗能能力
和延性，使其具有优越的抗震性能，地震频发地区尤为适用。 4：制造简单， 施工期短，容易加固、改建、拆迁。
5：绿色环保，施工场地无垃圾，无污染。建设部发布的《中国建筑技术政策》（）中，具体的提出发展钢结构要求。
6：耐腐蚀性差，钢结构在涂刷油漆前应彻底除锈，油漆质量和涂层厚度均应符合相关要求。只要合格喷涂，并不严重影响承载力。
7：耐热不耐火 200℃以后强度骤降，600℃丧失承载力。
8：低温时脆性增大，可能发生存脆性断裂，应引起设计者注意。
二钢结构的应用范围
1、高层建筑：当今世界上最高的50座建筑中，钢结构、钢混结构占80%以上。1974建成的纽约西尔斯大厦高达443M，共110层。黑龙江电视塔高336米。吉隆坡石油大厦共88层，高450M。　　上海金茂大厦为88层，总高度420.5M。
2、大跨度结构，上海体育馆288.4M×274.4M,北京鸟巢更是世人睹目，宏伟壮观。
3、轻型结构，广运用于工业厂房办公室,仓库体育场馆。
4、急需早交付收工程。可发挥钢结构施工工期短和重量轻便于运输的特点。
5、活动结构：如三峡船闸，闸门净宽34M,门高近40米,重820吨。
堪称天下第一门。
第二章钢结构材料
第一节机械性能
一、单向拉伸性能
现在我们对一段钢材做个拉伸试验，得到它的应力与应变曲线，现在分析此曲线，来了解钢材的机械性能。
1、弹性阶段，（OA）段，当钢材在在拉伸试验时，应力不超过某一应力值FE时，卸载后试件的变形将完全恢复。钢材的这种性质，我们称作弹性，此时的应力σ与应变ε呈线性关系，称该直线的斜率E为钢材的弹性模量，在钢结构的设计中，对所有钢材统一取E为206000N／mm2
2、弹塑阶段 （AB）段，变形由弹性变形和塑性变形组成，此阶段的变形在卸载后不能完全恢复 ，尚有残余变形， 应力σ与应变ε呈非线性关系，称为切线模量，用字母Et表示， Et随应力增大而减小，当σ到达fy时， Et =0.
3、屈服阶段:（BC段，当应力达到 fy后，应力不变而应变持续发展，形成水平线段，即屈服平台。 钢结构设计取fy做为钢材强度承载力极限。
4、强化阶段：（CD）段，钢材经过屈服阶段塑性变形后，内部结构得到调整，产生了继续承受增长荷载的能力，应力应变曲线又开始上升，直到D点。称为强化阶段，称fu为钢材强度极限承载力， fu通常作为钢材的强度储备。
5、颈缩阶段：当应力达到后，在承载能力最弱的截面处，横截面急剧收缩直至拉断破坏，试件绝对变型与试件原标距之比的百分数。称为伸长率，
钢材的y、u和δ是对钢材要求所必需的三项基本机械性能指标。
二、冷弯性能:
在试验机上使试件弯曲180度不出现裂纹和分层即为合格。冷弯试验能反映钢材的弯曲能力、塑性性能。
三、冲击荷载作用下吸收机械能的一种能力,在专门的试验机上进行,冲击韧性与温度有关。
第二节影响钢材性能的主要因素
一、化学成份的影响：化学成份含量直接影响钢材的组织构造，导致钢材力学性能改变。
钢的主要成份是铁和少量的碳，还有锰、硅等有利之素和难以除尽的有害之素硫S、磷P，在合金钢中还有特意添加的某些元素。
碳：碳是钢材获得强度的主要之素，含碳量高，则钢材强度提高，塑性、韧性、冷弯性能、可焊性、耐腐蚀性能下降，为保证钢材的总体性能，碳含量应低于0.2%。
锰和硅： 虽然是有利元素，但锰过高会使钢材的可焊性降低，过量的硅将降低钢材塑性、韧性、可焊性和抗腐蚀能力。
硫和磷 ： 是钢材中的有害成份，它们降低钢材的塑性韧性，可焊性和抗疲劳性能，可在低温时或高温时使钢材变脆，分别为之冷脆和热脆，一般硫含量不超过0.05,磷0.045。
其它：还有温度影响、时效影响 ，复杂应力影响，应力集中影响。在钢结构设计制造安装和使用中，应积极采取措施，减小或消除影响，防止事故。
第三节钢材的钢号
碳素结构钢的钢号由代表屈服点的字母Q，屈服强度（为钢材厚度或直径&16mm时的屈服强度下限值）。单位是N/mm2，质量等级分为A、B、C、D四级。（质量依次提高）脱氧方法符号f、 B、Z、TZ，（其中Z和TZ在钢号中可省略不写），四个部分组成。
例Q235B·F,表示屈服强度为235N/mm2的B级沸腾钢.
钢材交货时,应有化学成份和机械性能保证书,A级要求碳和锰含量符合相应等级规定,对于机械性能,A级钢应保证fy、fu符合要求，B、C、D级还应分别保证200 00 -200的冲击韧性值Akv和冷弯合格。
第四节钢材的选用
选材的基本原则是即保证安全可靠，又经济合理。钢材质量等级愈高，则愈可靠，但价格愈高，因此应根据结构的不同特点来选择适合的钢材。
对于重要的、直承受动力荷载的、处于低温条件下工作的，采用焊接连接，部件厚度大的连接部件应采用质量较高的钢材—
Q345和Q390，其fy比Q235钢分别高出47%和66%，在受力大的承重结构中采用可比Q235少用15%—25%钢材。但其弹性模量与Q235相同。当构件截面由钢度和疲劳强度控制时，应采用价格较低的Q235。
鉴于钢材市场目前的状况，选购钢材时要特别注意，不能只相信材质书和商家的承诺，要严格检验材料的品种、规格、截面的几何形状。容重和理论重量相符。材质是否达到所标示的强度。必要时要做拉伸、塑性、韧性、冲击试验。坚决不购假冒伪劣产品以免以后发生事故。
常用钢材规格如下：
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1、热轧钢板
分为薄板&4mm和厚板&4mm两种。
钢板的标注符号是（—）宽度乘厚度乘长度
2 热轧型钢
角钢：分为等边和不等边两种,符号是L边宽乘厚度（等边角钢）或L长边宽×短边宽×厚度(不等边角钢)。槽钢：有热轧普通槽钢。轻型槽钢两种，轻型槽钢的翼缘和腹板较薄，重量较轻。但廻转半径较大。槽钢规格用槽钢符号(普通槽钢和轻型槽钢分别用[和Q[）和截面高度（单位为cm）表示，当腹板厚度不同时，还要标出腹板厚度和类别特号A、B、C，厚度依次增大例如[10、[20a、Q[20a。
工字钢：表示方法和槽钢相同，但是槽钢的符号应改为工字钢符号I。
H型钢：H型钢的翼缘宽度大且等厚，截面材料分布更为合理，因而在截面相同条件下，其绕弱轴的抗弯刚度比工字钢大一倍，绕强轴的抗弯能力也高于工字钢。用钢量可比工字钢减少10％—30％.
热轧型钢分为宽翼缘、中翼缘、宽翼缘，他们的代号分别为HW、HM和HN，型号采用高度乘宽度来表示，例如HW400×400、HM500×300、HN700×300。
钢管 ： 钢管用外径乘壁厚来表示，单位mm，例如φ360×6 3：冷弯薄壁型钢： 通常是用1.6—6mm厚钢板冷加式而成，其截面形式和尺寸可按工程要求合理设计，与等截面的型钢相比其截面抵抗矩大，用钢量可显著减少，但其对锈蚀较敏感应注意喷涂。
第三章 钢结构连接
由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构件，再通过安装连接组成空间整体结构，连接是钢结构设计制作的一个重要组成部分，连接一般有三种方法，即铆接，螺丝连接和焊接、铆钉连接。因为工艺复杂，且用钢量大，费时又费工，近年来已很少采用。在这里只讨论 一下螺丝连接和焊接。
第一节焊接
焊接目前是钢结构连接的主要方法，节约钢材加工方便，但焊接由于工件受热不均匀，冷却速度过快易使工件产生残余变形，甚至可以产生裂纹导致脆性破坏和产生低温冷脆。
焊接大家一定都很熟悉，就不再赘述,只讲一些应该注意的问题:
一焊接工艺及基本要求
1、焊条的选用和钢材的性能、强度相适应。
对于Q235钢,用E43××焊条，E
Q345钢,用E50××焊条，E
Q390钢和Q420钢均用E55焊条，E.
前两位数表示熔敷金属的抗拉强度，第三位数字表示适用焊接位置。0和1表示适用全位置焊接。2表示适用于平焊和水平角焊。4表示适用向下立焊。第三位和第四位数字组合表示药皮类型和适用电源种类。15、16、18为低氢型焊条。所得的焊逢有较好的塑性、韧性和抗裂性。
2、焊缝缺陷：在焊接过程中，如果不注意或技术不过关，常会使焊缝产生以下缺陷：
①、尺寸偏差。 ②、咬边。 ③、弧坑。 ④、未熔合。
⑤、母材被烧穿。⑥、气孔。⑦、夹渣。⑧、裂纹。
焊接完成以后，要对焊缝详细检查，发现缺陷的要彻底铲除补焊。
3、焊缝质量检验：
钢结构工程施工质量验收规范《GB5》将焊缝质量检验质量级别分层三级，第三级只对焊逢做外观检查。一级和二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷检查。当超声波探伤不能对缺陷做出判断时，应采用射线探伤。一级焊缝超声波和射线探伤比例均为100%。二级焊缝为20%但不小于200mm，一般钢结构采用三级焊缝可满足强度要求。
4、对接焊缝连接：
对接焊缝中，应对板件边缘加工成适当的形式和尺寸的坡口，以便焊接时有焊条运转的必要空间保证焊缝有足够的熔透深度。坡口形式可以为I型、V型、U型、X型、K型、单边V型、单边U型等。当板厚≤10mm时可采用不开坡口的I型缝，只保留间隙0.5—2mm,t≤5mm时可单面焊。当T=10—20cm时采用v型或半v型坡口。当T≧20mm时采用x型k型或u型，具体的坡口型式和尺寸可参照（GB985--88)和（GB986--88)。在焊件的宽度和厚度有变化的连接中。应从板的一侧或两侧做坡度不大于1:1.25的斜坡形成平缓过度以减小应力集中，板厚相差小于4mm时可不做斜坡。
一般在焊缝的起弧端和终点灭弧端，分别存在弧坑和未熔透等缺陷,称为焊口。焊口外通常形成类裂纹和应力集中，应特别注意，用心焊透，有条件可采用引弧板。
角焊缝的两焊脚间的夹角d一般为900。夹角大于120°和小于600的斜角角焊缝不宜用做受力焊缝。各种角焊缝的焊角尺寸如下
最大焊缝尺寸：
⑴、小于或等于1.2倍较薄焊件厚度。
⑵、当焊件小于6mm时，等于焊件厚度。
⑶、焊件大于6mm时，等于焊件厚度减（1—2）mm。
最小焊脚尺寸应满足：大于或等于1.5倍较厚焊件厚度的开平方，焊缝的长度,因起灭弧坑太近,局部受热严重,加上其他缺陷.
角焊缝的计称长度:不应小于8倍的焊脚尺寸和40mm.
当用侧面角焊缝连接钢板和角钢时,他们的内力分布系数为:等肢角钢,肢背70%,肢尖30%不等肢角钢.长边连接：肢背65%,肢尖35%,短边连接肢背75%肢尖25%。
焊接时还要注意不要随意在母材上引弧，连接檩托等附件时，最好沿主材纵向焊接，防止因横向焊缝导致焊缝边缘母材晶粒变粗冷脆削弱构件承载力。
二、焊接残余应力和残余变形
焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，在施焊时，焊缝处温度可达1600度以上，其邻近区域则温度变化不大，不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀，施焊处膨胀较大的钢材受到周边膨胀较小的钢材的限制，产生热状态塑性压缩。冷却后，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩的比原始长度短。这种收缩又受到周边钢材的限制使焊缝产生纵向拉应力，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。
由于焊缝的纵向收缩，两块钢板趋向于向外弯成弓型的趋势.但实际上焊缝将两块钢板连接成一个整体,不能分开.于是在焊缝中部将产生横向拉应力。
在施焊过程中，先焊的焊缝已凝固且有一定强度会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀使其产生横向的塑性缩变形，当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩，受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉应力。同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向应力与施焊的先后次序有关。
在厚钢板中，焊缝需要多层施焊，因此除有纵向和横向残余应力外，沿厚度方向也有残余应力。这三种应力可能形成较严重的同号三轴应力，会大大降低结构的连接塑性，这是焊接结构易产生脆性破坏的原因之一。在施焊中若焊件处在约束状态，因焊件不能收缩而将产生更大的残余应力。
焊接过程中局部加热和不均匀的冷却收缩，使焊件在产生残余应力的同时，还将伴随产生焊接残余变型。
残余变形和残余应力对钢材的强度构件的稳定性产生一定的影响，同时，降低疲劳强度，增加低温冷脆力，残余变形不仅影响构件的尺寸，使装配困难影响使用质量，而且过大变形将显著降低构件承裁力，甚至使结构不能使用，因此在设计和制做中必须采取措施，减少残余应力和残余变形。
三、减少残余应和变形方法
1、不能随意加强约束；
2、合理的焊逢设计，焊脚尺寸不宜过大，在构造允许的情况宜采用细长焊逢，不宜采用粗短焊缝。
3、焊缝不宜过分集中，尽量避免三向焊逢交叉，当不可避免时，应采取措施加以改善。
4、在焊接工艺上应选择可减小残余应力的焊接顺序，如分段退焊、分层焊、对角跳焊和分块拼焊。
5、可采用予先反变形，对厚钢板焊前预热焊后退火和锤击法（用锤轻击焊缝表面使其延伸）。
第二节螺栓连接
钢结构采用的普通六角头型螺栓其代号用字母M与公称直径mm表示，根据加工精度，又可分为C级、B级、A级，C级做为原粗制螺栓，B级为半粗制制，A级为原精制，A级。C级用4.6或4.8级钢制做A级B级用8.8或10.9级钢制做。
受力要求 螺栓孔的最小端距（沿受力方向）为2d0。以免板端被减掉。最小边距为1.5d0&切割边&1.2d0（轧成边）。（d0为螺栓孔径）.对于型钢，螺栓应排列在型钢的准线上，中间的螺栓孔 最小间距为3d0。否则螺栓孔周围应力集中的相互影响较大，且对钢板的截面削弱过多，从而降低其承载能力。同时间距也不宜过大，尤其是受压板件，当栓距过大时容易发生凸曲现象。板和钢性构件连接时，栓距过大不易紧密接触，潮气易于浸入缝隙而锈蚀。按规范规定栓孔中心最大间距受压时为12d0或18tmin.（tmin为较薄板件厚度，受拉时为16d0或24tmn中心至构件边缘最大问题为4d或8tmin。排列时宜按最小间距采用，且宜取5mm倍数,并按等距离布置。
最大容许距离一般只在起联系作用的构造连接中采用。
第三节其他连接
在钢结构设计施工中，钢构件不可避免要与一些其他构件（如砖墙、砼体、砼基础）连接，如何保证这些连接得牢固可靠，应在施工中予以注意，目前连接大致是以下几种。
一、膨胀螺栓，膨胀螺栓利用其尾部的锥型，撑开外边的套管，使套管涨在孔径内壁固定，以达到连接目的，它的特点是施工方便，但是因为膨胀螺栓市场伪劣产品太多，其外套管都很薄，撑开后其外径也涨不了多少，连接极不可靠，尤其在砖墙连接时，这种表现更为突出，建议谨慎采用。
二、预埋连接：在砌体的砌筑时预埋钢件，施工时工地现场焊接，这种连接比较可靠，但要在墙体施工时预埋钢件，有些钢结构工程是在墙体完成后才设计施工，此种方法受到限制。
三、化学锚栓和植筋，此种方式是在砌体钻相应的孔，用植筋胶将钢筋或螺栓种植在砌体上，这种方法连接较麻烦但安全可靠，建议宜采用。
四、在转砌体上连接，轻型钢结构有时要和砖墙连接。这种连接一般受力都不大，但是由于砖墙本身强度不高，导致连接困难，这种连接建议根据构件荷载，采用穿墙螺栓加大垫片固定。
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第四章构件
一、轴心受力构件
轴心受力构件是 通过构件截面及形心线的轴向力我用的构件分为轴心受压构建和轴心受拉构件。轴心受力构件广泛应用干各种构架、塔架等还常用于平台和其他结构的支柱等。
轴心受力构件分为实腹或格构式两类，实股式构件具有整体连通的截面。构造简单，制做方便，格构式一般由两个或多个分肢由缀材相连而成,缀材常用角钢或钢板，必要时也可用型钢.
轴心受力构件设计时,受拉构件应满足强度和钢度要求.受压构件除应满足强度钢度要求外,还应满足整体稳定和局部稳定要求.
轴心受力构件的强度计算
强度计算是为了保证构件截面上的最大正应力σ不超过钢材强度设计值fy,按下式计算
σ=N/An&fy
式中,N构件截面的轴心力设计值
An构件的净截面面积
轴心受力构件的钢度计算
轴心受力构件的计算长度L。与构件截面的回转半径i的比值 λ称为长细比，当λ过大时在运输和安装过程中容易产生弯曲和变形。当构件处于非竖直位置时，自重可使构件产生较大挠曲,在动力荷载作用下会产生较大震动。因此构件应具有一定的钢度.轴心受力构件的钢度通常用长细比来衡量。一般建筑结构的受拉构件在300—400之间。受压构件按建筑构件的重要性在150—200之间。
LO为构件计算长度=构件长度乘以计算长度系数μ, μ的理论值如下：
弯曲变形系数μ
支撑条件 系数μ
两端绞支 1.0
两端固定 0.5
一端绞支，一端固定 0.7
一端固定、一端自由 2.0
一端绞支、一端可移动不能转动 2.0
一端固定、一端可移动不能转动 1.0
扭转变形系数μ
支撑条件 系数μ
两端不能转动但能自由翘曲 1.0
两端不能转动也不能翘曲 0.5
两端能自由转动但不能翘曲 1.0
一端不能转动但能自由翘曲
另一端不能转动也不能翘曲 0.7
一端不能转动也不能翘曲
另一端可自由转动和翘曲 2.0
钢材的廻转半径：ix、iy
ix= iy等于
代表钢材对X轴、Y轴的惯性矩，
轴心受力构件还要考虑整体稳定和局部稳定等，计算较麻烦，
各种型材的在钢结构图表中可以查到。
各种型材的轴心受力承载力设计值在轻型钢结构设计手册中可查到。
二、受弯构件
主要用于承受弯矩或弯矩与剪力共同作用的平面结构构件称为受弯构件，其截面形式有实腹式和格构式两大类，实腹式通常称为梁，格构式通常称为桁架，梁在钢结构中是一种应用较广泛基本构件。
钢梁按制作方法的不同又分为型钢梁和组合梁两类，型钢又分为热轧和冷弯薄壁型钢两类。热轧型钢梁常用普通工字钢、槽钢或H型钢做成，应用最为广泛，成本也较低廉，这三种型钢中以H型钢截面分布最为合理，翼缘内外边缘平行，与其他构件连接较方便，应予优先采用。对承受荷载较小和跨度不大的梁，可用带卷边的冷弯薄壁槽钢或Z型钢。
为了确保安全实用、经济合理，梁在设计时要考虑两种极限状态，即承载力极限状态和正常使用的极限状态。承载力极限状态包括强度、整体稳定和局部稳定三个方面，要求在承载力作用下，梁的弯曲正应力、剪应力、局部压应力均不超过规定的相应的强度设计值。正常使用极限状态主要考虑梁的刚度，即在荷载标准值作用下，梁的最大挠度不大于规范规定的容许挠度。
第五章屋架
第一节屋架形式
轻型钢屋架可分为三角形屋架、三绞拱屋架、梯形屋架、抛物线形屋架、平行弦屋架。所用材料一般是角钢、方管、圆管、和薄壁型钢。屋架的跨度三角形屋架和三绞拱屋架一般在9—18M，对抛物线形和梯形屋架一般在12—24M。平行弦屋架一般用在8—15M单坡屋顶。三角形和三绞拱屋架坡度在1∕3左右，梯形屋架坡度在1∕6到1∕20之间。
屋架其实就是一个平面桁架，它的外形首先取决于建筑物的用途。其次应考虑用料经济施工方便、与其他构件的链接以及结构的刚度问题。还需考虑屋面材料要求的排水坡度。在制造简单条件下，桁架外形应尽量与其弯矩图接近。这样能使弦杆受力均匀，腹杆受力较小，腹杆布置应使内力分布趋于合理，尽量使长杆受拉短杆受压，腹杆得数目宜少。总长度要短。斜腹杆的倾角一般在30度到60度之间，腹杆布置应注意使荷载都作用在桁架的节点上。避免由于节间荷载而使弦杆承受局部弯矩。结点构造要求简单合理，便于制作。
一、抛物线形桁架
抛物线形桁架的定义是其上弦各结点均位于抛物线。
在满跨均布荷载作用下，抛物线形桁架的腹杆内力为零。各下弦杆具有相同的拉力，各上弦杆受压。所以抛物线形桁架只产生轴向力，而无弯矩和剪力，任取一切断上下弦的截面，由得知各上弦杆内力的水平分力、均等于下弦杆的内力，从而得出结论；抛物线形桁架腹杆轻、自重小，但上弦杆为折杆，结点构造复杂，施工困难，宜用于大跨度的情况。
应当注意以上分析的条件是；在满跨均布荷载作用下。当有其它荷载，如安装时得半跨荷载、检修时的某点集中荷载等，所以抛物线形桁架还是要设计一些必要的腹杆。
二、平行弦桁架
平行弦桁架上弦受压，下弦受拉。其内力大小等于相对应的相应的简支梁截面弯矩，除以截面高度。简单说，上下弦杆承受弯矩，斜杆、竖杆承受梁中剪力。竖杆内力符号予斜杆相反。
平行弦桁架弦杆内力从两端向中央递增，中央弦杆内力最大，这是因为梁中弯矩向中央递增，而力臂即桁架高度不变。腹杆内力从两端向中央递减，两端内力最大，这是因为梁中剪力两端大。
平行弦桁架内力分布不均匀但这种桁架结点构造简单，便于施工，宜用于跨度不太大的情况。
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三、三角型桁架：由于弦杆力臂由两端到中央是按直线递增的、而相应的简支架梁的弯矩是按抛物线递增的，力臂比弯矩增加的快，所以弦杆内力从两端向中央递减，斜杆及竖杆内力由两端到中央递增，下斜杆受压上斜杆受拉，竖杆内力与斜杆内力符号相反
三角型桁架内力分布与平行桁架相反，弦杆内力两端大、中间小，斜杆及竖杆内力两端小、中间大，内力分布不均匀，靠近支处弦杆内力大、角锐，端结点构造复杂，宜用于跨度小、坡度大的屋盖。
四、梯形桁架：梯形屋架适用于屋面坡度较为平缓的屋盖体系，它与简支受弯构件的弯矩图形较接近，弦杆受力较为均匀，他的腹杆体系可采用单斜式、人字式和再分式，按支撑点分又可分为上承式和下承式，下承式使排架柱计算高度减小，又便于在下弦设置屋面纵向水平支撑。但上承式使屋架重心降低，支座斜腹杆受拉，安装较易固定。给安装带来较大方便。近年来推广使用。当桁架下弦有吊顶时，宜采用单斜式腹杆，如采用人字式腹杆，其中间需设置吊杆，以减小下弦杆的计算长度。如果屋架较高，为使斜腹杆与弦杆保持适当交角，上弦结间长度会过大，为避免有节间荷载，且减小弦杆和腹杆的计算长度，可在上弦设置再分腹杆。梯形屋架的中部高度H，在屋面高度和室内空间高度允许条件下，应采用可使弦杆和腹杆总用钢梁最少的经济高度。通常采用H=1/7—1/10L.L为屋架跨度。
各种屋架在布置腹杆时，要同时处理好檩距和上弦结点之间的关系，不要使上弦承受节间荷载而降低承载力。
第二节屋架荷载及构件选用
全跨荷载：所有屋架都应进行全跨满载时的内力计算。即全跨永久荷载+全跨屋面活荷载或雪荷载（取两者的较大值）。
半跨荷载：梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架等的少数斜腹杆，可能在半跨荷载作用下产生最大内力或引起内力变号。所以对这些屋架还应根据使用和施工过程的分布情况考虑半跨荷载的作用。
对梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架等，在进行上述可能产生内力变号的跨中斜腹标明的截面选择时，不论全跨荷载下它们是拉杆还是压杆，也可均按压杆考虑并控制其长细比不大于150。按此处理后一般不必再考虑半跨荷载作用的组合。
对轻质屋面材料的屋架，一般应考虑负风压的影响。即当屋面永久荷载（荷载分项系数G取为1.0）小于负风压（荷载分项系数Q取为1.4）时，屋架的受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下可能受压。求其内力时，可假定屋架两端支座的水平反力相等。一般的做法是：只要负风压的竖向分力大于永久荷载，即认为屋架的拉杆将反号变为压杆，但此压力不大，将其长细比控制不超过250即可，不必计算风荷载作用下的内力。
桁架平面内
弦杆、支座斜杆和支座竖杆等本身的刚度较大，且两湍相连的拉杆少，其计算长度不折减而取几何长度（即节点间距离）。对于其他受压腹杆，考虑到节点处受到拉杆的牵制作用，计算长度适当折减，取l0x=0.8l0。
桁架平面外
屋架弦杆在平面外的计算长度，应取侧向支撑点间的距离。
上弦：一般取上弦横向水平支撑的节间长度。在有檩屋盖中，如檀条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊牢，则此檩条可视为屋架弦杆的支撑点。在无檩屋盖中，考虑大型屋面板能起一定的支撑作用。
因节点在桁架平面外的刚度很小，对杆件没有什么嵌固作用，故所有腹杆均取l0y=l0。
斜平面计算长度略作折减，取l0=0.9l。
杆件的截面形式
桁架杆件截面形式的确定，应考虑构造简单、施工方便、易于连接，使其具有一定的侧向刚度并且取材容易等要求。对轴心受压杆件，为了经济合理，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性，即可使两方向的长细比接近相等。
变通钢屋架基本上采用由两个角钢组成的T形截面，受力较小的次要杆件可采用单角钢。
对节间无荷载的上弦杆，在一般的支撑布置情况下，计算长度l0y≥2l0x。
由双角钢组成的T形或十字形截面杆件是按实腹式杆件进行计算的。为了保证两个角钢共同工作，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板，使它们之间有可靠连接。填板的宽度一般取50~80mm。对T形截面，应比角钢肢伸出10~20mm；对十字形截面，填板的长度：由从角钢肢尖缩进10~15mm，以便于施焊。填板的厚度与桁架节点板相同。
对压杆，填板的间距l0≤40i1，对拉杆，填板的间距l1≤80 i1；在T形截面中，i1为一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径；在十字形截面中，填板应沿两个方向交错放置，i1为一个角钢的最小回转半径，在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块填板。
应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面以增加截面的回转半径，但受压构件应满足局部稳定的要求。一般情况下，板件或肢件的最小厚度为5mm，对小跨度屋架可用到4mm。
跨度较大的（≥24m）桁架与柱铰接时，同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货。如选出的型钢规格过多，应酬尽量避免选用相同边长或肢宽而厚度相差很小的型钢，以免施工时产生混料错误。
对轴心受拉杆件由强度要求计算所需的面积，同时应满足长细比要求。对轴心受压杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。
节点设计的一般要求：原则上，桁架应以杆件的形心线并在节点处相交于一点，以避免杆件偏心受力。为了制作方便，通常取角钢背或T形钢管到轴线的距离为5mm的倍数。
在屋架节点处，腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的净距不宜小于10mm，或者杆件之间的空隙不小于15~20mm，以便制作，且可避免焊缝过分密集，致使钢材局部变脆。
角钢端部的切割一般垂直于轴线。有时为减小节点板惊尺寸，允许切去一肢的部分，但不允许将一个完全切去而另一肢伸出的斜切。
节点板的外形应尽可能简单而规则，宜至少有两边平行，节点边缘与杆件轴线的夹角不应小于150。单斜杆与弦杆的连接应使之不出现连接的偏心弯矩。
一般节点：是指无集中荷载和无弦杆拼接的节点，例如无悬吊荷载的屋架下弦的中间节点。节点板应伸出弦杆10~15mm以便焊接。腹杆与节点板的连接焊缝按第3章角钢角焊缝承受轴心力方法计算。为便于大型屋面板或檩条连接角钢的放置，常将节点板缩进上弦角钢背，缩进距离不宜小于（0.5t+2）mm,也不宜大于t,t为节点板厚度。
弦杆的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。工厂拼接用于型钢长度不够或弦杆截面有改变时在制造厂进行的拼接，这种拼接的位置通常在节点范围以外。工地拼接用于屋架分为几个运送单元时在工地进行的拼接，这种拼接的位置一般在节点处，为减轻节点板负担和保证整个屋架平面外的刚度，通常不利用节点板作为拼接材料，而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面，使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚度。
屋脊节点处的拼接角钢一般采用热弯成形。
角钢桁架的支座节点
支座节点的中心应在加劲助上，加劲助起分散支承处支座反力的作用，它还是保证支座节点板平面外刚度的必要零件。为便于施焊，屋架下弦角钢背与支座底板的距离e不宜小于下弦角钢伸出肢的宽度，也不宜小于130mm。
为使柱顶反力比较均匀，底板不宜太薄，一般其厚度不宜小于16—20mm。
第三节支撑系统
平面屋架本身在垂直于屋架平面的侧向刚度和稳定性则很差，不能承受水平荷载。为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
支撑的作用：（1）保证结构的空间整体作用，檩条和屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体系，简支在柱顶上所有屋架有可能向一侧倾倒。如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系，其余屋架再由檩条或其他构件与这个空间稳定体系连接，就保证了整个屋盖结构的稳定，使之成为空间整体。
（2）避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动
支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦不会在某些动力作用下产生过大的振动。
（3）承担和传递水平荷载
（4）保证结构安装时的稳定与方便
屋盖的安装工作一般是从房屋温度区段的一端开始，首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定体，在此基础上可顺序进行其他构件的安装。
在屋架上弦应设置横向水平支撑。横向水平支撑一般应设置在房屋端或纵向温度区段两端。可将屋架的横向水平支撑布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。两道横向水平支撑间的距离不宜大于60m。在有檩屋盖中，上弦横向水平支撑的横杆可用檩条代替。
下弦横向水平支撑：当屋架跨度比较小（L≤18m）可不设下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在一柱间，以形成空间稳定体系的基本组成部分。
纵向水平支撑：当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架为保证托架的侧向稳定时，应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭体系将大大提高房屋的纵向刚度。
垂直支撑：通常均应设置垂直支撑，屋架的垂直支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。对梯形屋架或其他端部有一定高度的多边形屋架，必须在屋架端部设置垂直支撑，此外尚应按下列条件设置中部的垂直支撑：当屋架跨度≤30m时，可仅在屋架跨中布置一道垂直支撑；当跨度&3m时，则应在跨度1/3左右的竖杆平面内各设一道垂直支撑。
为了支持未连支撑的平面屋架，保证它们的稳定和传递水平力，应在横向支撑或垂直支撑节点处沿房屋通长设置系杆。。
系杆分刚系杆和柔性系杆两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆，当横向水平支撑设置在房屋温度区段湍部第二个柱间时，第一个柱间的所有系杆均为刚性系杆
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。第四节屋架制作
钢材，常因长途运输、装卸不慎而产生较大的变形，因此在加工前必须进行校正使之平直。
为了保证构件的制作质量和提高工作效率，应按施工图上的图形和尺寸绘出1：1的大样，并做成足尺寸的样板，这一工序叫放样。然后利用样板在钢材上划线，以得到所需要的切割线和孔眼位置。
对于工字钢、槽钢、钢管和大号角钢可用机械锯锯切，通常用无齿圆盘磨擦锯，其切割质量好而且效率高，缺点是噪声大。
此外，氧气切割也经常采用。
加工过程中，零件可能扭曲，必须在装配前加以校正，然后进行验收。
装配是把加工好的零件按照施工图低拼装成构件，并点焊加以固定的工序。在装配前应将零件上的铁锈、毛刺和油污等清除干净。
构件焊完后，应及时清除焊缝表面的熔渣，并应按《钢结构工程施工质量验收规范》的有关规定对焊缝质量进行检查，以满足设计要求。对于达不到设计要求的焊缝应铲掉重新补焊。当焊接后的残余变形超过规范规定的限值时，应采取相应的措施予以校正。除最后一次验收外，在各个制造阶段都应进行质量检查
防腐喷涂。
在金属表面覆盖一层涂料、塑料、树脂、橡胶等，起保护金属作用。称为喷涂。钢结构通常采用非金属有机涂料的方法。由于过去涂料是以油料为主要原料制成的，故称为油漆。现在制造油漆的原料已远不止是油料了，而广泛地应用各种有机合成树脂原料，因此油漆也被称为涂料。
涂料应能有效地能阻止水、氧等腐蚀性介质与钢材接触，仰制或缓解腐蚀反应的速度。涂料是一种流动性的物质，能够在物体表面展开成连续的薄膜。涂层的选择要考虑周围的环境。不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆（层）和面漆（层）之分。底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。面漆则基料多，成膜有光泽，主要功能是保护下层底漆不受大气腐蚀，并能抵抗由风华而引起的物理和化学分解作用。
钢结构涂装设计的重要内容之一是确定涂层厚度。涂层厚度，一般是由基本涂层厚度、防护涂层厚度和附加涂层厚度组成。
涂料的防腐需经过表面除锈和涂料施工两道工序。涂层法施工的第一步是除锈，优质的涂层依赖于彻底的除锈。表面除锈的目的是彻底清除构件表面的铁锈、毛刺、油污等，使构件表面清洁、露出金属光泽，这样可增强涂层与构件间的粘合力和附着力，防止因构件锈蚀而导致涂层的脱落。钢结构表面处理质量的好坏对涂层防护效果的影响，有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，应予以特别重视。日本出版的《防蚀技术》一书认为，影响涂装质量的诸多因素，所占的比例是：表面处理49.5℅，涂层厚度19.1℅，涂料品种4.9℅，施工工艺、环境、管理等26.5℅.可见表面处理的重要性。
常用的除锈方法有人工除锈、喷砂除锈、酸洗和酸洗磷化除锈三种。人工除锈是采用钢丝刷、铲刀、砂皮或电动砂轮等简单工具将构件表面的氧化物和油污等除去。人工除锈是生产效率低、劳动强度大、影响周围环境，一般只能除掉疏松的氧化皮、较厚的锈和鳞片状的旧涂层，除锈质量较差。喷砂除锈是在封闭的房间内用石英砂、海砂、铁砂或铁丸冲击钢构件表面，以清除构件表面的铁锈、油污等杂质。喷砂除锈效果好，除锈彻底。酸洗和酸洗磷化除锈是用酸性溶液与钢材表面的氧化物发生化学反应，使其溶解于酸溶液中。这种方法质量好、工效高，是三种除锈方法中质量最好的一种。但酸洗除锈需要酸洗槽和蒸汽加温反复冲洗的设备，对大型构件较难实现。
除锈时，还应随除锈再对每个焊缝质量再做一遍外观检查，发现缺陷立即铲除补焊，确保焊缝质量。
涂料的选择
涂料的选择，应根据腐蚀介质的具体情况，湿热地区、干燥地区等条件，进行选用，对于酸性可考虑耐酸性能较好的酚醛泉树脂漆。对于碱性介质，则应采用耐碱性能较好的环氧树脂漆，底漆和面漆要有良好的适应性，如过氯乙烯漆和磷化底漆配套实使用，如和油性底漆配合使用则会破坏底漆膜，效果不好。
选择涂料，不但要看合格证标签，还要看色泽、气味、粘度、沉淀物等，防止使用过期、变质假冒伪劣产品，影响喷涂质量，不要过分追求涂料的最低价格，过低价位的产品一般不会有较好的性能，有些几个月就会脱落，达不到防蚀目的，还会浪费许多人工费和辅料，如果再要另行喷涂，除锈更加困难，更难彻底。即使再用优质涂料也很难达到预期效果。
涂装施工要有适当的温度和湿度，且宜在天气晴朗、通风良好、干净的室内进行。应尽量避免在气温过高或过低，雨、雪、雾、风沙很大的天气或烈日下的室外进行施工；亦应避免涂层可能受到尘埃、油污、盐分和腐蚀性介质污染的环境中施工。
随着涂料工业和涂装技术的发展，新的涂料方式方法和施工工具将不断出现。合理的施工方法，对保证涂装质量、施工进度、节省材料和降低成本有很大的影响。
钢结构生锈腐蚀后，会使构件截面减小，降低结构的承载能力，影响钢结构的使用年限，特别是对薄壁、轻型钢结构和塔桅结构等影响更大。但在设计钢结构时，除有特殊要求外，一般不宜因考虑锈蚀而加大钢构件的截面积，必须根据结构所处的周围环境，采取相应的防腐措施。管状结构应做成封闭式，以免水气和灰尘进入管内。
为了设计钢结构，我们必须学一些力学方面的知识。
力是物体间的相互作用，作用的效果是使物体的运动状态发生变化，或者使物体发生变形。
力对物体的作用效果取决于力的三要素：里的大小、方向、作用点。
力是矢量，可以用带箭头的线段来表示。
静力学公理
1二力平衡公理：作用于同一刚体的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是，这两个力的大小相等，方向向相反。作用于同一条直线。
2加减平衡力系公理：作用于刚体的任意力系中，加上或去掉任何一个平衡力系不改变原力系对刚体的作用效果。
3作用与反作用公理：两物体间相互作用的力，总是大小相等，方向向相反，沿同一条直线并且分别作用在两个相互作用的物体上
4平行四边形公理，作用物体同一点上的两个力，可以合成一个合力，合力作用于该点，合力的大小和方向，由这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示。
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看看学习下，不过上面的朋友好像都是复制粘贴的
结构师的转行之路 /1
本人结构OK创始人之一，苦逼绘图员，辞职20万年薪结构师工作，在淘宝开了个小店，卖葫芦工艺品，开个帖子直播开店过程，希望大家多支持（把宝贝加收藏送50个OK币）
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