钢 结 构
一、钢材及钢结构的计算方法
二、钢结构构件的计算
三、钢结构的连接
四、钢屋架
国家大剧院
位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近 12公顷，
总建筑面积近 15万平方米，总投资 26.88亿元，目前已进行过网壳部
分设计与施工验收审查会议。
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴
212.2m，南北短轴 143.64m，总高度 46.285。内设歌剧院（ 2416
席）、音乐厅（ 2017席）及戏剧院（ 1040席）及公共大厅等。屋面
采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（ 35500m2）,各种通道及入
口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑
设计研究院参与主体设计,整体结构用钢量达 6750t,195kg/m。
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的全额
子公司森海外株式会社及日本
具有代表性的银行、保险公司、
商社等 36家企业，偕同政府系
统机构日本海外经济协力基金
(OECF)联合投资的上海环球
金融中心，总投资逾 750亿日
元。位于陆家嘴金融贸易区，
建筑总面积 335,420平方米，
地下 3层，地上 94层。建成后
的高度达 460米 。总用钢量
26000t，钢筋混凝土核心筒，
外框钢骨混凝土及钢柱，目前
正在施工阶段。
轻型钢结构
容器和其他构筑物
陕西铜川天然气公司
1000立方米天然气球罐
大连西太平洋石化有限公司
1500立方米 CF-62钢球罐
§ 11.1 钢材及钢结构的计算方法
一、钢材
? 按冶炼方法分类
1,平炉钢：生产周期长，成本高，质量好
2,转炉钢,氧气转炉钢,生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近
空气转炉钢,质量较差，只能用于次要构件
? 按脱氧程度分类
1,沸腾钢 F,脱氧剂为 锰铁； 脱氧不完全，质量较差，成本低
2,半镇静钢 b,介于两者之间
3,镇静钢 Z,脱氧剂为 锰铁加硅铝 ；脱氧较完全，质量好，成本高
4,特殊镇静钢 TZ
A,分类
? 按化学成分分类
1,碳素结构钢：
标号,Q195,Q215,Q235,Q255,Q275
Q235-AF，表示屈服强度为 235N/mm2A级沸腾钢
2,低合金钢：
16Mn，表示平均含碳量 0.16%含锰的钢
B,钢材机械性能
? 以强度（ 屈服点、抗拉强度 ）、塑性（ 伸长率 ）,冷弯性能、冲击韧
性 衡量。
C,钢材的选择
? 承重结构的钢材，宜选用 Q235,16Mn,16Mnq等
? 不宜使用 Q235-AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低
于 -20℃ 的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于 -20℃ 的
重级工作制结构
二、钢结构计算方法
?以概率论为基础的极限状态设计法
三、钢结构的设计指标
?钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力
分项系数，应根据钢材厚度或直径查表
§ 11.2 钢结构构件的计算
一、轴心受力构件
? 包括 轴心受拉构件 和 轴心受压构件。
A,强度
fAN
n
??? %15减值。对单角钢构件，折钢材抗拉抗压强度设计 净截面尺寸? ?fA n
B,刚度（长细比） ? ? ? ?
A
I
i,
A
I
i
,
i
l
,
i
l
y
y
x
x
y
y
y
x
x
x
??
???? ???? 00
方向计算长度和构件 yxll oyox ?,
C,整体稳定性
fAN ?? 911 ?? 系数，查表轴心受压构件整体稳定?
例题 11-1
验算钢屋架的受压腹杆见图。 N=148.5kN,计算长度
lox=2291mm,loy=2864mm,A=1473.4mm2,ix=23.3mm,iy=33.
7mm。钢材 Q235。
解：
1,强度（略）
y
y
x x
8
2,刚度 ? ?
? ? 15085
733
2864
150398
323
2291
0
0
?????
?????
??
??
.i
l
.
.i
l
y
y
y
x
x
x
566.03.98m a x ??? ??类截面，查表，按 b
3,整体稳定性
，满足223 /215/1784.1473566.0 105.148 mmNfmmNAN ???? ???
二、受弯构件
A,抗弯强度 f
W
M
nxx
x ?? ??
B,抗剪强度 V
W
fItVS ???
D,整体稳定性 fWM
x
x ??
C,刚度 ? ?lvlv ?
max?
F
max?
E,局部稳定性：用 高厚比 限定
? 为提高构件局部稳定性，可按规定设置 加劲肋,包括横向加劲肋和纵
向加劲肋。
三、拉弯、压弯构件
? 包括 强度、刚度、稳定性 验算
§ 11.3 钢结构的连接
一、焊接连接
? 包括 气焊、接触焊 和 电弧焊
A,焊缝的形式与构造
1,对接焊缝
2,角焊缝
? 杆件与节点板连接方式有 两面侧焊、三面围焊,L型围焊
二、焊缝的计算
A,对接焊缝计算
w
c
w
t
w
o rfftlN ???
NN
mml w 10焊缝长度减去焊缝长度，无引弧板为?
1,N作用
2,M,V共同作用
max?
max?
W
V
W
W
W
t
w
f
tI
VS
f
W
M
??
??
?
?
W
tf1.13
22 ?? ??即，
算腹板和翼缘交接处验算前两项外，还要验对工字形截面焊缝，除
VVM M
max?
1?
max?
1?
VV MM 1
例题 11-2
验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。 N=700KN，钢材 Q235，
E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。
解：
1,钢板承载能力验算
NN
500
8
满足,700000860002158500 NNAf ?????
满足）（,/185/6.178810500 7 0 0 0 0 0 22 mmNfmmNtlN wt
w
????????
2,焊缝承载能力验算
B,角焊缝计算
22.1
7.0
?
??
??
f
fee
w
ff
we
f
hhh
f
lh
N
?
??
焊缝有效计算高度，
1,正面角焊缝,外力方向与焊缝长度方向 垂直 的焊缝
2,侧面角焊缝,外力方向与焊缝长度方向 平行 的焊缝
w
f
we
f flh
N ???
C,角钢连接
三、螺栓连接（普通螺栓连接）
? 抗剪螺栓计算
螺栓杆剪断 → 螺栓抗剪强度计算
板件挤压破坏 → 螺栓抗压强度计算
板件削弱处拉断 → 净截面计算计算
板件端部剪坏 → 构造保证：控制端部最小距离
栓杆弯曲变形破坏 → 构造保证：杆长与杆径小于等于 5
? 等级表示：如 4.6级指最低抗拉强度为 400N/mm2,屈强比为 0.6的螺栓
? 连接方式,C级粗制螺栓和 A,B级精制螺栓
? 抗拉螺栓计算
螺栓杆拉断 → 螺栓抗拉强度计算
§ 11.4 钢屋架
一、钢屋架类型
? 钢屋盖结构由 屋面、屋架 和 支撑 三部分组成
? 据屋面材料和屋架间距不同分,有檩屋盖 和 无檩屋盖
? 常用屋架有,三角形、梯形 等
二、常见杆件截面形式
? 常用双角钢 T型，其余见 P193表 11-16
三、屋架节点构造
? 基本规定
1,节点处各杆件 重心线交于一点
2,节点板形状规整、简单
3,板厚一般为 10~12mm
完
一、钢材及钢结构的计算方法
二、钢结构构件的计算
三、钢结构的连接
四、钢屋架
国家大剧院
位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近 12公顷，
总建筑面积近 15万平方米，总投资 26.88亿元，目前已进行过网壳部
分设计与施工验收审查会议。
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴
212.2m，南北短轴 143.64m，总高度 46.285。内设歌剧院（ 2416
席）、音乐厅（ 2017席）及戏剧院（ 1040席）及公共大厅等。屋面
采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（ 35500m2）,各种通道及入
口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑
设计研究院参与主体设计,整体结构用钢量达 6750t,195kg/m。
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的全额
子公司森海外株式会社及日本
具有代表性的银行、保险公司、
商社等 36家企业，偕同政府系
统机构日本海外经济协力基金
(OECF)联合投资的上海环球
金融中心，总投资逾 750亿日
元。位于陆家嘴金融贸易区，
建筑总面积 335,420平方米，
地下 3层，地上 94层。建成后
的高度达 460米 。总用钢量
26000t，钢筋混凝土核心筒，
外框钢骨混凝土及钢柱，目前
正在施工阶段。
轻型钢结构
容器和其他构筑物
陕西铜川天然气公司
1000立方米天然气球罐
大连西太平洋石化有限公司
1500立方米 CF-62钢球罐
§ 11.1 钢材及钢结构的计算方法
一、钢材
? 按冶炼方法分类
1,平炉钢：生产周期长，成本高，质量好
2,转炉钢,氧气转炉钢,生产周期短，成本低，质量与平炉钢接近
空气转炉钢,质量较差，只能用于次要构件
? 按脱氧程度分类
1,沸腾钢 F,脱氧剂为 锰铁； 脱氧不完全，质量较差，成本低
2,半镇静钢 b,介于两者之间
3,镇静钢 Z,脱氧剂为 锰铁加硅铝 ；脱氧较完全，质量好，成本高
4,特殊镇静钢 TZ
A,分类
? 按化学成分分类
1,碳素结构钢：
标号,Q195,Q215,Q235,Q255,Q275
Q235-AF，表示屈服强度为 235N/mm2A级沸腾钢
2,低合金钢：
16Mn，表示平均含碳量 0.16%含锰的钢
B,钢材机械性能
? 以强度（ 屈服点、抗拉强度 ）、塑性（ 伸长率 ）,冷弯性能、冲击韧
性 衡量。
C,钢材的选择
? 承重结构的钢材，宜选用 Q235,16Mn,16Mnq等
? 不宜使用 Q235-AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低
于 -20℃ 的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于 -20℃ 的
重级工作制结构
二、钢结构计算方法
?以概率论为基础的极限状态设计法
三、钢结构的设计指标
?钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力
分项系数，应根据钢材厚度或直径查表
§ 11.2 钢结构构件的计算
一、轴心受力构件
? 包括 轴心受拉构件 和 轴心受压构件。
A,强度
fAN
n
??? %15减值。对单角钢构件，折钢材抗拉抗压强度设计 净截面尺寸? ?fA n
B,刚度（长细比） ? ? ? ?
A
I
i,
A
I
i
,
i
l
,
i
l
y
y
x
x
y
y
y
x
x
x
??
???? ???? 00
方向计算长度和构件 yxll oyox ?,
C,整体稳定性
fAN ?? 911 ?? 系数，查表轴心受压构件整体稳定?
例题 11-1
验算钢屋架的受压腹杆见图。 N=148.5kN,计算长度
lox=2291mm,loy=2864mm,A=1473.4mm2,ix=23.3mm,iy=33.
7mm。钢材 Q235。
解：
1,强度（略）
y
y
x x
8
2,刚度 ? ?
? ? 15085
733
2864
150398
323
2291
0
0
?????
?????
??
??
.i
l
.
.i
l
y
y
y
x
x
x
566.03.98m a x ??? ??类截面，查表，按 b
3,整体稳定性
，满足223 /215/1784.1473566.0 105.148 mmNfmmNAN ???? ???
二、受弯构件
A,抗弯强度 f
W
M
nxx
x ?? ??
B,抗剪强度 V
W
fItVS ???
D,整体稳定性 fWM
x
x ??
C,刚度 ? ?lvlv ?
max?
F
max?
E,局部稳定性：用 高厚比 限定
? 为提高构件局部稳定性，可按规定设置 加劲肋,包括横向加劲肋和纵
向加劲肋。
三、拉弯、压弯构件
? 包括 强度、刚度、稳定性 验算
§ 11.3 钢结构的连接
一、焊接连接
? 包括 气焊、接触焊 和 电弧焊
A,焊缝的形式与构造
1,对接焊缝
2,角焊缝
? 杆件与节点板连接方式有 两面侧焊、三面围焊,L型围焊
二、焊缝的计算
A,对接焊缝计算
w
c
w
t
w
o rfftlN ???
NN
mml w 10焊缝长度减去焊缝长度，无引弧板为?
1,N作用
2,M,V共同作用
max?
max?
W
V
W
W
W
t
w
f
tI
VS
f
W
M
??
??
?
?
W
tf1.13
22 ?? ??即，
算腹板和翼缘交接处验算前两项外，还要验对工字形截面焊缝，除
VVM M
max?
1?
max?
1?
VV MM 1
例题 11-2
验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。 N=700KN，钢材 Q235，
E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。
解：
1,钢板承载能力验算
NN
500
8
满足,700000860002158500 NNAf ?????
满足）（,/185/6.178810500 7 0 0 0 0 0 22 mmNfmmNtlN wt
w
????????
2,焊缝承载能力验算
B,角焊缝计算
22.1
7.0
?
??
??
f
fee
w
ff
we
f
hhh
f
lh
N
?
??
焊缝有效计算高度，
1,正面角焊缝,外力方向与焊缝长度方向 垂直 的焊缝
2,侧面角焊缝,外力方向与焊缝长度方向 平行 的焊缝
w
f
we
f flh
N ???
C,角钢连接
三、螺栓连接（普通螺栓连接）
? 抗剪螺栓计算
螺栓杆剪断 → 螺栓抗剪强度计算
板件挤压破坏 → 螺栓抗压强度计算
板件削弱处拉断 → 净截面计算计算
板件端部剪坏 → 构造保证：控制端部最小距离
栓杆弯曲变形破坏 → 构造保证：杆长与杆径小于等于 5
? 等级表示：如 4.6级指最低抗拉强度为 400N/mm2,屈强比为 0.6的螺栓
? 连接方式,C级粗制螺栓和 A,B级精制螺栓
? 抗拉螺栓计算
螺栓杆拉断 → 螺栓抗拉强度计算
§ 11.4 钢屋架
一、钢屋架类型
? 钢屋盖结构由 屋面、屋架 和 支撑 三部分组成
? 据屋面材料和屋架间距不同分,有檩屋盖 和 无檩屋盖
? 常用屋架有,三角形、梯形 等
二、常见杆件截面形式
? 常用双角钢 T型，其余见 P193表 11-16
三、屋架节点构造
? 基本规定
1,节点处各杆件 重心线交于一点
2,节点板形状规整、简单
3,板厚一般为 10~12mm
完
