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1、第四章 钢木结构维修钢木结构的一般知识钢木结构的一般知识钢结构的一般知识钢结构的一般知识 与其他材料的结构相比，钢结构具有如下特点：与其他材料的结构相比，钢结构具有如下特点：(1)钢材强度高，结构重量轻。钢与砖石和混凝土钢材强度高，结构重量轻。钢与砖石和混凝土相比，虽然密度较大，但强度更高，故其密度与强度相比，虽然密度较大，但强度更高，故其密度与强度的比值较小，承受同样荷载时，钢结构要比其他结构的比值较小，承受同样荷载时，钢结构要比其他结构轻。例如，当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅轻。例如，当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的为钢筋混凝土屋架的1/31/4，冷弯薄壁型钢屋
2、架甚至，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近接近1/10。(2)钢材质地均匀，塑性韧性好。钢材的这个性钢材质地均匀，塑性韧性好。钢材的这个性质最符合结构计算假定，因而钢结构的计算结质最符合结构计算假定，因而钢结构的计算结果与实际情况最为符合，计算可靠；钢材的弹果与实际情况最为符合，计算可靠；钢材的弹性模量较大，结构在荷载作用下变形较小；钢性模量较大，结构在荷载作用下变形较小；钢材有良好的塑性，结构破坏前一般都会产生显材有良好的塑性，结构破坏前一般都会产生显著的变形，事故有预告，可及时防患；钢材还著的变形，事故有预告，可及时防患；钢材还具有良好的韧性，对承受动力荷载适应性强，具有良好的韧性，对承受动力荷载适
3、应性强，故钢结构抗震性能好。故钢结构抗震性能好。(3)钢结构制作简便，施工工期短。钢结构构钢结构制作简便，施工工期短。钢结构构件一般在专业工厂机械化生产制作，而后运至件一般在专业工厂机械化生产制作，而后运至工地现场安装，工业化生产程度高，质量容易工地现场安装，工业化生产程度高，质量容易监控和保证。监控和保证。(4)钢结构密闭性较好。钢结构密闭性较好。(5)钢材的可重复使用性。钢结构加工制造过钢材的可重复使用性。钢结构加工制造过程中产生的余料、碎屑，以及废弃和破坏了的程中产生的余料、碎屑，以及废弃和破坏了的钢结构构件，均可回炉重新冶炼成钢材重复使钢结构构件，均可回炉重新冶炼成钢材重复使用。用。(
4、6)钢材耐腐蚀性差，因而需采取防腐措施。钢材耐腐蚀性差，因而需采取防腐措施。(7)钢结构有一定的耐热性但不耐火。钢材受钢结构有一定的耐热性但不耐火。钢材受热，当温度在热，当温度在200以内时，其主要性能以内时，其主要性能(屈服屈服点和弹性模量点和弹性模量)下降不多。温度超过下降不多。温度超过200后，后，材质变化较大，不仅强度总趋势逐步降低，还材质变化较大，不仅强度总趋势逐步降低，还有蓝脆和徐变现象。达有蓝脆和徐变现象。达600时，钢材进入塑时，钢材进入塑性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面性状态已不能承载。因此，设计规定钢材表面温度超过温度超过150后即需加以隔热防护，对有防后即需加以隔
5、热防护，对有防火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。(8)钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。性断裂。2 2）常用建筑钢及规格常用建筑钢及规格 钢结构用的钢材有普通碳素钢和普通低合金钢。钢结构用的钢材有普通碳素钢和普通低合金钢。按按国际标准国际标准，把钢区分为，把钢区分为非合金钢非合金钢和合金钢两大类，和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做非合金钢是通常叫做碳素钢碳素钢的一大钢类，钢中除了铁的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素元素Mn、Si、Al，杂质
6、杂质元素元素P、S及气体及气体N、H、O等。合金钢则是为等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或了获得某种物理、化学或力学力学特性而有意添加了一定特性而有意添加了一定量的合金元素量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。加以控制的另一类钢。（1）常用建筑钢常用建筑钢1)碳素结构钢碳素结构钢 根据国家标准根据国家标准GB/T 7001988，碳素结构钢的牌，碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、屈服点数值(单位：单位：N/mm2)、质量等级符号质量等级符号(AD)、脱氧方法符号等四个部分按顺、脱氧方法符号等四个部分按
7、顺序组成。序组成。2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 根据国家标准根据国家标准GB/T15911994，低合金高强度结，低合金高强度结构钢的牌号的表示方法与碳素结构钢相同。只是质量构钢的牌号的表示方法与碳素结构钢相同。只是质量等级分为等级分为AE共共5级，从级，从A到到E逐级提高，逐级提高，E级须保证级须保证-40的冲击韧性。由于低合金高强度结构钢一般都是的冲击韧性。由于低合金高强度结构钢一般都是镇定钢，因而其牌号后无脱氧方法的符号。例镇定钢，因而其牌号后无脱氧方法的符号。例Q345-B、Q390-C等。等。怎样快速区分普通碳素钢与低合金钢 砂轮磨出的火花：明亮，普通碳素钢。暗淡，低合金
8、钢。2.钢材的钢材的规格及选用规格及选用 钢材的选用既要保证结构物的安全可靠，又要钢材的选用既要保证结构物的安全可靠，又要经济合理。规范规定为了保证承重结构的承载经济合理。规范规定为了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。综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。(1)承重结构的钢材宜采用承重结构的钢材宜采用Q235钢、钢、Q345钢、钢、Q390
9、钢和钢和Q420钢。钢。(2)对于直接承受动荷载的构件和结构、重要对于直接承受动荷载的构件和结构、重要的构件和结构、采用焊接连接的结构以及处于的构件和结构、采用焊接连接的结构以及处于低温下工作的结构，宜采用质量较高的钢材。低温下工作的结构，宜采用质量较高的钢材。(2)对于直接承受动荷载的构件和结构、重要对于直接承受动荷载的构件和结构、重要的构件和结构、采用焊接连接的结构以及处于的构件和结构、采用焊接连接的结构以及处于低温下工作的结构，宜采用质量较高的钢材。低温下工作的结构，宜采用质量较高的钢材。(3)对承受静载的受拉及受弯的重要焊接构件对承受静载的受拉及受弯的重要焊接构件和结构，宜选用较薄的型
10、钢和板材构成。和结构，宜选用较薄的型钢和板材构成。(4)当选用的型钢或板材的厚度较大时，宜采当选用的型钢或板材的厚度较大时，宜采用质量较高的钢材，以防钢材中较大的残余拉用质量较高的钢材，以防钢材中较大的残余拉应力和缺陷等引起脆性破坏。应力和缺陷等引起脆性破坏。(5)承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸承重结构采用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采用的钢材重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格
11、保证。还应具有冷弯试验的合格保证。(6)选择钢材时应尽量统一规格，减少钢材牌选择钢材时应尽量统一规格，减少钢材牌号和型材种类，同时还要考虑市场供应情况和号和型材种类，同时还要考虑市场供应情况和制造厂的工艺可能性。制造厂的工艺可能性。1)热轧钢板热轧钢板 钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢或带钢或带钢之分，之分，其规格如下：其规格如下：厚钢板：厚度为厚钢板：厚度为60mm，宽度为，宽度为600mm3000mm，长度为，长度为4m12m。薄钢板：厚度为薄钢板：厚度为4mm，宽度为，宽度为500mm1500mm，长度为，长度为4m。扁钢：厚度为扁钢：厚度为4mm60mm，宽度为，宽
12、度为12mm200mm，长度为，长度为3m9m。厚钢板常用做大型梁、柱等实腹式构件的翼缘厚钢板常用做大型梁、柱等实腹式构件的翼缘和腹板，以及节点板等；薄钢板主要用来制和腹板，以及节点板等；薄钢板主要用来制 造冷弯薄壁型钢；扁钢可用做焊接组合梁、柱造冷弯薄壁型钢；扁钢可用做焊接组合梁、柱翼缘板、各种连接板、加劲肋等。钢板截面的翼缘板、各种连接板、加劲肋等。钢板截面的表示方法为在表示方法为在“厚度厚度宽度宽度长度长度”(也有采也有采用把宽度写在厚度前面的标注方法，两者均可用把宽度写在厚度前面的标注方法，两者均可)，例如：，例如：84003000。“”表示钢板截面。表示钢板截面。钢结构材料钢结构材料
13、 2)热轧型钢热轧型钢 常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢和钢管等，常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢和钢管等，如图所示。如图所示。图图14.3 热轧型钢截面形式热轧型钢截面形式 角角钢钢分分为为等等边边角角钢钢和和不不等等边边角角钢钢，主主要要用用于于制制作作桁桁架架等等格格构构式式杆杆件件和和支支撑撑等等连连接接杆杆件件。不不等等边边角角钢钢型型号号的的表表示示方方法法为为在在符符号号“L”后后加加“长长边边宽宽短短边边宽宽厚厚度度”，如如L125808；等等边边角角钢钢在在“L”后后加加“边边宽宽厚厚度度”，如，如“L1258”。角钢一般和其他型钢配合、组成受力构件或作角钢一般和其他型钢
14、配合、组成受力构件或作为构件之间的连接件。为构件之间的连接件。工字钢分为普通工字钢、轻型工字钢和工字钢分为普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。型钢。主要用作单梁、柱或组合柱等构件。主要用作单梁、柱或组合柱等构件。槽钢有普通槽钢和轻型槽钢。适于作檩条等双槽钢有普通槽钢和轻型槽钢。适于作檩条等双向受弯构件，也可用其组成组合或格构式构件。向受弯构件，也可用其组成组合或格构式构件。钢管有无缝钢管和焊接钢管。由于回转半径较钢管有无缝钢管和焊接钢管。由于回转半径较大，常用作桁架、网架、网壳等平面和空间格大，常用作桁架、网架、网壳等平面和空间格构式结构杆件。构式结构杆件。钢结构材料钢结构材料冷弯薄壁型钢是由钢板
15、经冷加工而成，采用冷弯型钢冷弯薄壁型钢是由钢板经冷加工而成，采用冷弯型钢机成型、压力机上模压成型或在弯曲机上弯曲成型。机成型、压力机上模压成型或在弯曲机上弯曲成型。常用截面型号如图所示。常用截面型号如图所示。图图14.4 冷弯薄壁型钢截面冷弯薄壁型钢截面(3)连接材料的选用1一般构件的普通螺栓连接螺栓连接,常采用甲类常采用甲类3号钢号钢,较重要构件的螺栓连接较重要构件的螺栓连接,常采用常采用16号号锰钢锰钢2手工焊接的焊条手工焊接的焊条:焊接焊接Q235钢采用钢采用E4313E4311型焊条型焊条,焊接焊接16锰钢采用锰钢采用E5003E5011型焊条型焊条3对Q235钢的铆接结构采用ML2号
16、钢铆钉,对16锰钢采用锰钢采用ML3号钢铆钉4高强度螺栓宜采用螺栓宜采用45号钢或号钢或40蹦钢制造蹦钢制造,并经过热处理以提高强度、硬度和塑性并经过热处理以提高强度、硬度和塑性.3)钢构件的受力类型一、一、轴心受力构件轴心受力构件 轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受压构件，前轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受压构件，前者简称拉杆，后者简称压杆，但当压杆为竖向构件并者简称拉杆，后者简称压杆，但当压杆为竖向构件并用以支承屋盖或楼盖时则常称为柱。轴心受力构件广用以支承屋盖或楼盖时则常称为柱。轴心受力构件广泛应用于屋架、托架、网架和网壳等平面或空间格构泛应用于屋架、托架、网架和网壳等平面或空间格
17、构式体系及支撑系统中。式体系及支撑系统中。1.截面形式截面形式图图14.5 轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式二、二、受弯构件受弯构件 承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件。受弯承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件。受弯构件一般称为梁。钢梁在工业与民用建筑结构中有广构件一般称为梁。钢梁在工业与民用建筑结构中有广泛应用，常见的有工作平台梁、楼盖梁、墙梁、檩条泛应用，常见的有工作平台梁、楼盖梁、墙梁、檩条和吊车梁等。和吊车梁等。图图14.7 钢梁的截面形式钢梁的截面形式木结构的一般知识1)木材受力的基本知识(1)木材受力的特征 木材的强度有异向性,当受力方向与纹理方向相同时,其强度最大;当受力方向与纹理方向垂直时,其强度最小;当受力方向与纹理方向有一定夹角时,其强度随夹角增大而降低2)承重构件的选材受拉或拉弯构件 用一等材;受弯或压弯构件 用二等材;受压或次要受弯构件 用三等材;2)木构件的基本形式及受力特点(1)竖向构件,包括整体式和组合式两种.整体式竖向构件是指用一根完整的木料做成的木柱;组合式是指两根或两根以上的木料组成一个支柱(2)水平构件1木条2木龙骨3木梁4木屋架