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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,钢结构制造与安装,前言,钢结构是一门日益发展的科学，技术含量高，施工难度大，专业性强。同时，由于钢结构具有强度高、结构自重轻、抗震性能好、建设周期短等一系列优点而在建筑工程中得到广泛应用。,根据建筑业发展规划，到2010年，我国城镇化水平将达到45%，城镇人口将增加到6.3亿，住房建设的社会需求量十分巨大。日前，我国每年新建建筑约为20亿平方米，其中10%采用钢结构建筑。另外，钢结构桥梁日益增多，突破厂以往仅在大跨度桥梁采用钢结构的局限。今后一段时期内，在跨江、跨海的大跨度钢结构桥梁不断涌现的同时，公路交通建设及市政建设中立交桥、人行桥及地铁、轻轨等的建设也会越来越多地采用钢结构技术。由此可见，钢结构在我国的市场空间和发展前景十分广阔。,前言,为满足钢结构发展对专业人才的需求，积极推进课程改革和教材建设，满足职业教育改革与发展的需要，我们根据高职高专建筑工程技术类专业教学要求，组织编写了本教材。,目录,绪论,第一章钢结构常用钢材,第一节钢材的品种、规格及性能,第二节钢材的分类、选用及验收,第二章钢结构连接设计与计算,第一节钢结构的连接方法,第二节焊接连接的设计与计算,第三节螺栓连接的设计与计算,下一页,目录,第三章钢构件设计与计算,第一节钢构件的计算,第二节柱、梁的设计,第三节钢屋盖的设计,第四章钢结构连接施工,第一节钢结构焊接连接,第二节普通螺栓连接,第三节高强度螺栓连接,下一页,上一页,返回,目录,第四节钢结构连接施工质量通病与防治,第五节钢结构连接施工安全技术,第五章钢结构加工制作,第一节钢结构施工图,第二节钢结构加工生产准备,第三节钢零件及钢部件加工,第四节钢构件组装与预拼装,第五节钢结构加工制作质量通病与防治,下一页,上一页,返回,目录,第六节钢结构加工制作安全技术,第七节钢构件成品管理,第六章钢结构安装施工,第一节钢结构安装准备,第二节单层钢结构安装,第三节多层及高层钢结构安装,第四节钢结构安装质量通病与防治,第五节钢结构安装工程安全技术,下一页,上一页,返回,目录,第七章钢网架结构工程安装,第一节钢网架节点构造与制作,第二节钢网架结构形式与杆件布置,第三节钢网架拼装,第四节钢网架吊装,第五节钢网架安装,第六节钢网架结构安装质量通病与防治,下一页,上一页,返回,目录,第八章压型金属板工程,第一节压型金属板工程材料的要求及选用,第二节压型金属板制作,第三节压型金属板安装,第四节压型金属板防腐,第五节压型金属板工程质量通病与防治,下一页,上一页,返回,目录,第九章钢结构涂装工程,第一节钢材表面处理,第二节钢结构涂装方法,第三节钢结构防腐涂装,第四节钢结构防火涂装,第五节钢结构涂装工程质量通病与防治,第六节钢结构涂装施工安全技术,下一页,上一页,返回,目录,第十章轻型钢结构工程,第一节轻型钢结构简介,第二节轻型钢结构材料,第三节轻型钢结构设计,第四节轻型钢结构的制作、安装及防护,上一页,返回,绪论,一、钢结构的类型及特点,(一)钢结构的类型,1.厂房类钢结构,厂房类钢结构是指主要的承重构件是由钢材组成，如钢柱子、架及钢屋盖等。,厂房类钢结构主要包括轻型钢结构厂房和重型钢结构厂房。,2.桥梁类钢结构,桥梁类钢结构在公路、铁路领域有极广泛的应用，如板梁桥、桁架桥、拱桥、悬索桥、斜张桥。,下一页,返回,绪论,(二)钢结构的特点,1.钢结构的优点,(1)钢材的重量较轻，但抗拉、抗压及抗剪强度相对较高。适用于跨度大、高度大、承载大的结构，也适用于抗地震、可移动、易装拆的结构。,(2)钢材的塑性和韧性较高，可靠性好，不会因偶然超载或局部超载而发生断裂。,(3)钢结构的密封性好，适宜气密性及水密性要求较高的高压容器、大型油库、输送管道等的建造。,(4)钢结构制作简便，施工工期短，可降低投资成本。,(5)钢结构面积小，则相应建筑物的使用面积大，增加了建筑物的使用价值和经济效益。,下一页,上一页,返回,绪论,2.钢结构的缺点,(1)钢结构耐腐蚀性差，应采取防护措施。,(2)钢结构耐火性差。,二、钢结构的应用范围,包括以下几个方面。,1.重型钢结构,2.轻型钢结构,3.大跨度钢结构,4.高耸钢结构,5.建筑钢结构,下一页,上一页,返回,绪论,6.桥梁钢结构,7.板壳钢结构,8.移动钢结构,9.其他构筑物,三、我国钢结构的发展概况,1.钢结构的发展历史,国民经济建设时期，钢结构建筑工程是我国建筑行业中蓬勃发展的行业，在房屋建筑、地下建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口建筑、矿山建筑、水工建筑及容器管道建筑中都得到广泛的应用。,下一页,上一页,返回,绪论,20世纪五六十年代国民经济恢复时期，钢结构工程在工业厂房及民用建筑中都得到了应用，如鞍山钢铁公司、长春第一汽车制造厂及武汉钢铁公司都大量应用了钢结构，民用建筑方面也建成了天津体育馆、北京人民大会堂等钢结构房屋。,20世纪六一七十年代，我国工业发展受到很大阻碍，钢产量也处于停滞状态，钢结构的应用受到了很大限制，但在此时期，研究开发了由圆钢和小角钢组成的轻钢屋盖，应用于小跨度的厂房建设。,20世纪70年代后期至80年代的改革开放时期，钢产量逐年稳步增长，钢结构也得到了更广泛的应用。高强度钢材和薄壁型钢结构、悬索结构、悬挂结构等新结构形式越来越多地应用于轻型、大跨屋盖结构及高层建筑中。,下一页,上一页,返回,绪论,在大跨度建筑和单层工业厂房中，网架、网壳等结构的广泛应用，受到世界各国的瞩目。上海体育馆马鞍形环形大悬挑空间钢结构屋盖和上海浦东国际机场航站楼张弦梁屋盖钢结构的建成，更标志着我国的大跨度空间钢结构已进入世界先进行列。,2.钢结构的发展前景,根据建筑业发展规划，到2010年，我国城镇化水平将达到4500。城镇人口将增加到6.3亿，住房建设和社会需求量十分巨大。目前，我国每年新建建筑约20亿平方米，其中10%采用钢结构建筑。北京、上海、天津、山东等地对钢结构住宅建筑的开发已逐步展开，其中山东莱钢建设有限公司在绿色环保钢结构住宅体系开发、产业化发展模式方面已取得良好进展。,下一页,上一页,返回,绪论,另外，钢结构桥梁日益增多，突破了以往仅在大跨度桥梁采用钢结构桥梁的局面。在今后的一段时期内，在跨江、跨海的大跨度钢结构桥梁不断涌现的同时，公路交通建设及市政建设立交桥、人行桥及地铁、轻轨等的建设也会越来越多地采用钢结构桥梁技术。,下一页,上一页,返回,绪论,四、本课程的内容与学习要求,钢结构制造与安装工程涉及的内容较广泛，如钢结构工程中的技术规程、技术规范、工艺标准等。本课程主要由钢结构制造和钢结构安装两大部分内容组成。钢结构制造部分包括:钢结构常用材料;钢结构连接设计与计算;钢构件的设计与计算;钢结构连接施工;钢结构加工制作。钢结构安装部分包括:钢结构安装施工;钢网架结构工程安装;压型金属板工程;钢结构涂装工程;轻型钢结构工程。,下一页,上一页,返回,绪论,本课程主要针对建筑工程技术专业学生，方便其学习钢结构的设计原理、钢结构设计计算及钢结构加工制作与安装。要求学生通过本课程的学习，具备钢结构的基本知识，掌握钢结构设计、加工制作及安装的原理及技术方法，能够对钢梁、钢柱、钢屋架等基本构件进行设计、加工制作与安装，并对其他类型的钢结构有一定的了解，为以后走上工作岗位打下坚实的基础。,上一页,返回,第一章钢结构常用钢材,第一节钢材的品种、规格及性能,第二节钢材的分类、选用及验收,第一节钢材的品种、规格及性能,一、钢材的品种与规格,(一)钢板与钢带,一般情况下，钢板是指一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。,钢带一般是指长度很长，可成卷供应的钢板。,(1)根据钢板的薄厚程度，钢板大致可分为薄钢板(厚度4 mm)和厚钢板(厚度4 mm)两种。在实际工作中，常将厚度在420 mm:之间的钢板称为中板;将厚度在2 0 60 mm:之间的钢板称为厚板;将厚度在60 mm以上的钢板称为特厚板，也统称为中厚钢板。成张钢板的规格以厚度宽度长度的毫米数表示。,(2)钢带也可分为两种，当宽度大于或等于600 mm时，为宽钢带;当宽度小于600 mm时，则称为窄钢带。钢带的规格以厚度宽度的毫米数表示。,下一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(二)型钢,1.型钢的种类,(1)按材质的不同，分为普通型钢和优质型钢。,1)普通型钢是由碳素结构钢和低合金高强度结构钢制成的型钢，主要用于建筑结构和工程结构。,2)优质型钢也称优质型材，是由优质钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、易切削结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢等制成的型钢，主要用于各种机器结构、工具及有特殊性能要求的结构。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(2)按生产方法的不同，型钢分为热轧(锻)型钢、冷弯型钢、冷拉型钢、挤压型钢和焊接型钢。,1)用热轧方法生产型钢，具有生产规模大、效率高、能耗少和成本低等优点，是型钢生产的主要方法。,2)用焊接方法生产型钢，是将矫直后的钢板或钢带剪裁、组合并焊接成型，不但节约金属，而且可生产特大尺寸的型材，生产工字材的最大尺寸目前已达到2 000 mm 508 mm 76 mm。,(3)按截面形状的不同，型钢分为圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢、不等边角钢、工字钢、槽钢和异型型钢等。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,2.型钢的规格,(1)角钢的规格。,1)常用热轧角钢有等边角钢和不等边角钢两种，如,图1-1,所示，其长度一般为3一19 m。,2)热轧等边角钢的型号用符号“,L,”和肢宽肢厚(mm mm)表示，如,L,100 10为肢宽100 mm、肢厚10 mm的等边角钢。热轧等边角钢的边宽(b)、边厚度(t)的尺寸允许偏差见,表1-1,。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,3)热轧不等边角钢的型号用符号“,L,”和长肢宽短肢宽肢厚的毫米数表示，如,L,100808为长肢宽100 mm,短肢宽80 mm、肢厚8 mm的不等边角钢。热轧不等边角钢边宽(B、b)、边厚(t)的尺寸允许偏差见,表1-2,。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(2)工字钢的规格。,1)工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分，分别用符号“工”和“Q工”及号数表示，号数代表截面高度的厘米数。,工20和工32以上的普通工字钢，同一号数中又分a,b和b,c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2 mm。如工36 a表示截面高度为360 mm、腹板厚度为a类的普通工字钢。工字钢宜尽量选用腹板厚度最薄的a类，因其线密度低，而截面惯性矩相对较大。,轻型工字钢的翼缘相对于普通工字钢的宽而薄，故回转半径相对较大，可节省钢材。工字钢由于宽度方向的惯性矩和回转半径比高度方向小得多，因而在应用上有一定的局限性，一般宜用于单向受弯构件。,2)工字钢通常长度见,表1-3,。每米弯曲度不大于2 mm，总弯曲度不大于总长度的0.2%，并不得有明显的扭曲。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,3)热轧工字钢的截面尺寸允许偏差应符合下列规定:,工字钢的高度(h)、腿宽度(b)、腰厚度(d)尺寸允许偏差应符合,表1-4,的规定。,工字钢平均腿厚度的允许偏差为0.06t(t为工字钢脚厚度)。,工字钢的弯腰挠度不应超过0.15d。,工字钢的外缘斜度单腿不大于1.5%b，双腿不大于2.5%。,相对于垂直轴的腿的不对称度，不得超过腿宽公差之半(或根据双方协议)。,4)热轧工字钢定尺、倍尺长度及允许偏差见,表1一5,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(3)槽钢的规格。,1)槽钢分普通槽钢和轻型槽钢两种，型号用符号“”和“Q”及号数表示，号数也代表截面高度的厘米数。14和25号以上的普通槽钢同一号数中又分a、b和a、b、c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2 mm。如 36a表示截面高度为360mm、腹板厚度为a类的普通槽钢。同样，轻型槽钢的翼缘相对于普通槽钢的宽而薄，故较经济。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(4)H型钢的规格。轧制H型钢的钢号可分为低碳结构钢Q235钢、低合金钢Q345钢和Q390钢，并可指定其质量等级。H型钢按其截面规格可分为以下系列:,1)宽翼缘(HW),2)中翼缘(HM),3)窄翼缘(HN),4)桩用H型钢(HP),下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(三)钢管,钢管是一种具有中空截面的长条形管状钢材。钢管和圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，故钢管广泛用于制造结构件和各种机械零件。,钢管按照横截面形状的不同，分为圆管和异形管。,(四)钢筋,1.钢筋的品种,(1)按化学成分分类，钢筋可分为碳素钢钢筋和普通低合金钢钢筋两种。,(2)按生产工艺分，钢筋可分为热轧钢筋、余热处理钢筋、冷拉钢筋、冷拔钢丝、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋等。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,2.钢筋的规格,(1)冷轧钢筋。,1)冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋成品公称直径范围为412 mm。其外形尺寸、表面质量和质量偏差应符合,表1-7,和,表1-8,的规定。,2)冷轧扭钢筋。冷轧扭钢筋是由普通低碳钢热轧盘圆钢筋经冷轧扭工艺制成。其表面形状为连续的螺旋形，故它与混凝土的钻结性能很强，同时具有较高的强度和足够的塑性。如用它代替HPB235级钢筋可节约钢材30%左右，可降低工程成本。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(2)热轧钢筋。,1)低碳钢热轧圆盘条。,盘条的公称直径为:5.5,6.0,6.5,7.0,8.0,9.0,10.0,11.0,12.0,13.0,14.0 mm。根据供需双方的协议也可生产其他尺寸的盘条。,盘条的直径允许偏差不大于士0.45 mm，不圆度(同一横截面上最大直 径与最小直径的差值)不大于0.45 mm。,2)热轧光圆钢筋。,钢筋的公称直径范围为622 mm，推荐的钢筋公称直径为6,8,10,12,16,20 mm。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,3)热轧带肋钢筋。,公称直径范围及推荐直径:热轧带肋钢筋的公称直径范围为6 50 mm，推荐的钢筋公称直径为6,8,10,12,16,20,25,32,40,50 mm,二、钢材的主要性能,(一)钢材的力学性能,1.屈服强度,对于不可逆(塑性)变形开始出现时金属单位截面上的最低作用外力，定义为屈服强度或屈服点。,钢材在单向均匀拉力作用下，根据应力一应变(,一,)曲线图(,图1-2,)，可分为弹性、弹塑性、屈服、强化四个阶段。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,2.抗拉强度,钢材的抗拉强度表示能承受的最大拉应力值(,图1-2,中的E点)。在建筑钢结构中，以规定抗拉强度的上、下限作为控制钢材冶金质量的一个手段。,3.断后伸长率,断后伸长率是钢材加工工艺性能的重要指标，并显示钢材冶金质量的好坏。,4.耐疲劳性,钢筋混凝土构件在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于屈服点时，发生突然的脆性断裂，这种现象叫做疲劳破坏。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,5.冲击韧性,钢材的冲击韧性是衡量钢材断裂时所做功的指标，以及在低温、应力集中、冲击荷载等作用下，衡量抵抗脆性断裂的能力。钢材中非金属夹杂物、脱氧不良等都将影响其冲击韧性。为了保证钢结构建筑物的安全，防止低应力脆性断裂，建筑结构钢还必须具有良好的韧性。目前关于钢材脆性破坏的试验方法较多，冲击试验是最简便的检验钢材缺口韧性的试验方法，也是作为建筑结构钢的验收试验项目之一。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(二)钢材的工艺性能,1.冷弯性能,钢材的冷弯性能是指钢材在常温下能承受弯曲而不破裂的能力。,2.焊接性能,钢材的焊接性能是指钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力，焊接性能好的钢材适应焊接工艺和焊接方法的能力强，可用常用的焊接工艺与焊接方法进行焊接。焊接性能差的钢材焊接时，应注意焊后可能出现的变形、开裂等现象。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,三、影响钢材性能的因素,(一)化学成分对钢材性能的影响,钢材的主要化学成分是铁和碳，另外还有一些合金元素和有害杂质元素，这些元素对钢材性能的影响见,表1-10,。,(二)温度对钢材性能的影响,钢材在200 C以下时性能变化不大，但温度达到250 C及以上时，钢材的抗拉强度会有所提高，但冲击韧性会变差，钢材变脆。,当温度从常温开始下降时，钢材的强度稍有提高，但冲击韧性下降，当温度下降到某一数值时，钢材的冲击韧性突然显著下降，使钢材产生脆性发生断裂。,下一页,上一页,返回,第一节钢材的品种、规格及性能,(三)冶炼缺陷对钢材性能的影响,钢材冶炼缺陷有偏折、非金属夹杂和分层等，对钢材性能的影响见,表1-11,(四)热处理及残余应力对钢材性能的影响,(1)经过适当的热处理可显著提高钢材的强度并保持良好的塑性和韧性。,(2)由于钢材在加工过程中温度不均匀冷却而产生的残余应力，是一种自相平衡的应力，它不影响钢材的静力强度，但会降低钢材的刚度和稳定性。,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,一、钢材的分类,钢材的分类见,表1-12,。,二、钢材的选用,1.钢材选用的原则,选择建筑结构钢材时，应符合图纸设计要求的规定，,表1-13,所列为一般选择原则。,下一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,2.钢材选用的要求,承重结构的钢材，应保证抗拉强度(,b,）、伸长率(,5,10,）屈服点(,s,)和硫(S),磷(P)的极限含量。焊接结构应保证碳(C)的极限含量。必要时还应有冷弯试验的合格证。,对于重级工作制以及起重量不小于50 t的中级工作制起重机梁或类似结构的钢材，应有常温冲击韧性的保证。计算温度等于或低于-20 C时，Q235钢应具有-20 C下冲击韧性的保证，Q345钢应具有-40 C下冲击韧性的保证。,重级工作制的非焊接起重机梁，必要时其钢材也应具有冲击韧性的保证。,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,三、钢材的检验与验收,(一)钢材的检验,1.钢材检验的类型,根据钢材信息和保证资料的具体情况，其质量检验程度分免检、抽检和全部检验三种。,2.钢材检验的方法,钢材的质量检验方法有书面检验、外观检验、理化检验和无损检验等四种。,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,3.钢材检验的内容,(1)钢材的数量和品种应与订货合同相符。,(2)钢材的质量保证书应与钢材上打印的记号相符。,(3)核对钢材的规格尺寸。,(4)钢材表面质量检验。,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,(二)钢材质量验收,(1)钢结构所用的钢材品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定的标准要求。所有钢材进场后，监理人员首先要进行书面检查。,检查数量:钢材的书面检查要求做到全数检查。,检验方法:主要检查钢材质量合格证明文件、中文标准及检验报告等。不管钢材的品种、规格、性能如何都要求三证齐全。为防止假冒伪劣钢材进人钢结构市场，在进行书面检查时，监理人员一定要注意仔细辨别钢材质量合格证明、中文标志及检验报告的真伪，最好要求厂家提供书面资料原件，并加盖生产厂家及销售单位的公章。,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,(2)有下列情况之一的钢材，应进行抽样复验，其复验结果应符合国家产品标准和设计要求。,1)国外进口的钢材。,2)钢材混批。,3)板厚大于或等于40 mm，且设计有双向性能要求的厚板。,4)建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材。,5)设计有复检要求的钢材。,6)业主或监理人员对质量有疑义时，或当合同有特殊要求需作跟踪追溯的材料。,检查数量:全数检查。,检验方法:检杳复验报告,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,(3)钢板的厚度及截面尺寸偏差直接影响结构的承载能力、整体稳定性和局部稳定性，直接关系结构的安全度和可靠性，监理人员必须高度重视对钢板截面尺寸的检查。设计文件对构件所用钢板的厚度有明确的表示，国家钢结构有关规范对钢板的厚度允许偏差也有明确的规定，钢结构所用钢板的厚度和允许偏差都要满足设计文件和国家标准的要求。,检查数量:每一品种、规格的钢板随机抽查5处。,检验方法:用游标卡尺进行量测。,(4)型钢的截面尺寸及允许偏差均要满足设计文件要求和国家标准的规定。,下一页,上一页,返回,第二节钢材的分类、选用及验收,(5)钢材的表面外观质量除应符合国家现行有关标准的规定外，还应符合下列规定:,1)当钢材的表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度负允许偏差值的1/20。,2)钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB/T 8923 1988)和涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第2部分:已涂覆过的钢材表面局部清除原有涂层后的处理等级(GB/T 8923.2 2008)规定的(级及C级以上。,3)钢材端边或断口处不应有分层、夹渣等缺陷。,上一页,返回,图1-1 热轧角钢,返回,图1-2低碳钢的应力一应变(,一,),曲线图,返回,图1-2低碳钢的应力一应变(,一,),曲线图,返回,表1-1等边角钢边赛及边厚允许偏差,返回,表1-2不等边角钢边赛及边厚允许偏差,返回,表1-3工字钢长度,返回,表1-4工字钢的截面尺寸允许偏差,单位：mm,返回,表1-5热轧工字钢定尺、倍尺长度,返回,表1-7三面肋冷轧带肋钢筋的尺寸、表面质量和质量偏差,返回,表1-8二面肋冷轧带肋钢筋的尺寸、表面质量和质量偏差,返回,表1-10化学成分对钢材性能的影晌,下一页,返回,表1-10化学成分对钢材性能的影晌,上一页,返回,表1-11冶炼缺陷对钢材性能的影晌,返回,表1-12钢材的分类,下一页,返回,表1-12钢材的分类,下一页,上一页,返回,表1-12钢材的分类,下一页,上一页,返回,表1-12钢材的分类,上一页,返回,表1-13结构钢材的洗用,返回,第二章钢结构连接设计与计算,第一节钢结构的连接方法,第二节焊接连接的设计与计算,第三节螺栓连接的设计与计算,钢结构的连接方法主要有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。,一、焊接连接,(一)焊接连接的概念及特点,焊接连接是通过电弧产生热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成一体。,焊接连接具有如下特点:,(1)优点:任何形式的构件一般都可直接相连，不会削弱构件截面，且用料经济，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性能好，可采用全自动或半自动作业，提高生产效率。,第一节钢结构的连接方法,下一页,返回,第一节钢结构的连接方法,(2)缺点:焊缝附近的钢材，在高温作用下形成热影响区，使其金相组织和力学性都发生变化，导致材质局部变脆;焊接过程中钢材由于受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，也使钢材的承载力、刚度和使用性能受到影响。,(二)焊接连接的方法,焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等方法。在电弧焊中又分为手工焊、自动焊和半自动焊三种。目前，钢结构中较常用的焊接方法是手工电弧焊。,下一页,上一页,返回,第一节钢结构的连接方法,二、螺栓连接,(一)螺检连接的分类与特点,螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。,螺栓连接具有如下特点:,(1)优点:螺栓连接施工工艺简单，安装方便，适用于工地安装连接，能更好地保证工程进度和质量。,(2)缺点:螺栓连接因开孔对构件截面会产生一定的削弱，且被连接的构件需要相互搭接或另加拼接板、角钢等连接件，因而相对耗材较多，构造较繁。,下一页,上一页,返回,第一节钢结构的连接方法,(二)螺检连接的方法,1.普通螺栓连接,普通螺栓连接一般有粗制螺栓和精制螺栓两种。粗制螺栓由圆钢热压而成，表面粗糙。螺杆与孔之间有空隙，受剪能力较差，一般用于安装连接中;精制螺栓在车床上加工而成，螺杆直径基本与孔径相同，抗剪能力较好，但制造过程比较费工，成本较高，一般很少采用。,下一页,上一页,返回,第一节钢结构的连接方法,2.高强度螺栓连接,高强度螺栓连接是一种新的钢结构连接形式，它具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳以及在动力荷载作用下不致松动等优点，是很有发展前途的连接方法。,三、铆钉连接,铆钉是由顶锻性能好的铆钉钢制成。,进行铆钉连接时，先在被连接的构件上制成比钉径大1.01.5 mm的孔，然后将一端有半圆钉头的铆钉加热，直到铆钉呈樱桃红色时将其塞人孔内，再用铆钉枪或铆钉机进行铆合，使铆钉填满钉孔，并打成另一铆钉头。铆钉在铆合后冷却收缩，对被连接的板束产生夹紧力，这有利于传力。,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,一、焊缝连接的形式和表示方法,(一)焊缝的形式,焊缝的形式见,表2-1,。,(二)焊缝的表示方法,各种焊接接头的表示方法、坡口形状、坡口尺寸，以及工厂焊接与现场焊接的焊缝区别都是通过焊缝符号在图纸上表示出来的。在钢结构施工详图中，焊缝符号表示方法应按建筑结构制图标准（GB/T 50150-2001及焊缝符号表示法（GB/T 324-1988)的规定执行。,下一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,二、对接焊缝的构造与计算,(一)对接焊缝的构造,在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4 mnm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角(,图2-1,);当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度相关要求取用。,对于较厚的焊件(t20 mm,t为钢板厚度)，应采用V形缝、U形缝、K形缝、X形缝。其中V形缝和U形缝为单面施焊，但在焊缝根部还需补焊。对于没有条件补焊时事先在根部加垫板(,图2-2,）。当焊件可随意翻转施焊时，使用K形缝和X形缝较好。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,在钢板厚度或宽度有变化的焊接中，为了使构件传力均匀，应在板的一侧或两侧做成坡度不大于1：4的斜角，形成平缓的过渡(,图2-3,)。,钢板拼接采用对接焊缝时，纵横两个方向的对接焊缝，可采用十字形交叉或T形交叉;当为T形时，交叉点的间距不得小于200 mm，如,图2-4,所示。,(二)对接焊缝的计算,对接焊缝中的应力分布情况与焊件原来的情况基本相同。根据焊缝受力情况分述焊缝的计算公式。,1.轴心力作用下对接焊缝的计算,在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其强度应按下式计算:,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,当对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝无法采用引弧板或引出板施焊时，每条焊缝在长度计算时应各减去2t。,2.弯距和剪力共同作用下对接焊缝的计算,在对接接头和T形接头中承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其正应力和剪应力应分别进行计算。弯矩作用下焊缝产生正应力，剪力作用下焊缝产生剪应力，其应力分布见,图2-6,。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,三、角焊缝的构造与计算,(一)角焊缝的构造,角焊缝主要用于两个不在同一平面的焊件连接。通常有三种主要截面形式，即普通式焊缝、平坡式焊缝和凹面式焊缝。,1.一般规定,钢结构角焊缝的构造应符合下列规定:,(1)在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线型或凹型。焊脚尺寸的比例:对正面角焊缝宜为1：l.5(长边顺内力方向);对侧面角焊缝可为1：1。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(2)在次要构件或次要焊缝连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝焊段的长度不得小于10h,f,或50 mm，其净距不应大于15t(对受压构件)或30t(对受拉构件)，t为较薄焊件的厚度。,(3)当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离;同时两侧面焊缝之间的距离不宜大于16t(当t12 mm)或190 mm(当t12mm),t为较薄焊件的厚度。,(4)当角焊缝的端部在构件转角处做长度为2h,f,的绕角焊时，转角处必须连续施焊。,(5)在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,2.尺寸要求,(1)角焊缝的焊脚尺寸h,f,不得小于l.5 ，t为较厚焊件厚度。,(2)角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍(钢管结构除外)，但板件(厚度为t)边缘的角焊缝最大焊脚尺寸尚应符合下列要求:,当t6 mm时，h,f,t;,当t6 mm时，h,f,t(1 2)mm,圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸也不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(3)角焊缝的两焊脚尺寸一般相等。当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合最大(最小)焊脚尺寸要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合最小焊脚尺寸要求，与较厚焊件接触的焊脚边应符合最大焊脚尺寸的要求。,(4)侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8h,f,和40 mm。,(5)侧面角焊缝的计算长度不宜大于60 h,f,，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,3.单面角焊缝的构造要求,为减少腹板因焊接产生变形并提高工效，当T形接头的腹板厚度不大于8 mm且不要求全熔透时，可采用单面角焊缝(,图2-8,)。单面角焊缝应符合下列规定:,(1)单面角焊缝适用于仅承受剪力的焊缝。,(2)单面角焊缝仅可用于承受静态荷载和间接动态荷载的、非露天和不接触强腐蚀性介质的结构构件。,(3)焊脚尺寸、焊喉及最小根部熔深应符合,表2-2,的要求。,(4)经工艺评定合格的焊接参数、方法不得变更。,(5)柱与底板的连接，柱与牛腿的连接，梁端板的连接，起重机梁及支承局部悬挂荷载的吊架等，除非设计有专门规定，不得采用单面角焊缝。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(二)角焊缝的计算,(1)在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下:,正面角焊缝(作用力垂直于焊缝长度方向):,侧面角焊缝(作用力平行于焊缝长度方向):,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(2)在各种力综合作用下,四、焊接应力与焊接变形,焊接是一种局部加热的工艺过程。焊接过程中以及焊接后，被焊构件内将不可避免地产生焊接应力和焊接变形。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(一)焊接应力,在钢结构焊接时，产生的应力主要有以下三种:,(1)热应力(或称温度应力)。这是在不均匀加热和冷却过程中产生的。它与加热的温度及其不均匀程度、材料的热物理性能，以及构件本身的刚度有关。,(2)组织应力(或称相变应力)。这是在金属相变时由于体积的变化而引起的应力。例如奥氏体分解为珠光体或转变为马氏体时都会引起体积的膨胀，这种膨胀受周围材料的约束，结果产生了应力。,(3)外约束应力。这是由于结构自身的约束条件所造成的应力，包括结构形式、焊缝的布置、施焊顺序、构件的自重、冷却过程中其他受热部位的收缩，以及夹持部件的松紧程度，都会使焊接接头承受不同的应力。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(二)焊接变形,1.焊接变形的分类,(1)横向收缩:垂直于焊缝方向的收缩，如图,2-10(a),所示。,(2)角变形(横向变形):厚度方向的非均匀热分布造成的紧靠焊缝线的变形，如图,2-10(b),所示。,(3)回转变形:由于热膨胀而引起的板件在平面内的角变形，如图,2-10(c),所示。,(4)压曲变形:焊后构件在长度方向上的失稳，如图,2-10(d),所示。,(5)纵向收缩:沿焊缝方向的收缩，如,图2-10(e),所示。,(6)纵向弯曲变形:焊后构件在穿过焊缝线并与板件垂直的平面内的变形，如,图2-10(f),所示。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(7)扭曲变形:焊后构件产生的扭曲，如,图2-10(g),所示。,(8)波浪变形:当板件变薄时，在板件整体平面上造成的压曲变形，如,图2-10(h),所示。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,2.焊接变形的控制,(1)宜按下列要求采用合理的焊接顺序控制变形:,1)对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接;对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。,2)对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝，后焊浅坡口侧，最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。,3)对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。,4)宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。,下一页,上一页,返回,第二节焊接连接的设计与计算,(2)在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。,(3)宜采用反变形法控制角变形。,(4)对一般构件可用定位焊固定，同时限制变形;对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性。,(5)对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,一、螺栓连接的设计,螺栓连接可分为两大类型，即普通螺栓连接和高强度螺栓连接。其设计内容和要求如下:,螺栓连接强度设计值应按附表2-3采用。每个高强度螺栓的预拉力，应符合现行国家标准钢结构设计规范(GB 50017-2003)的规定。,二、普通螺栓连接的计算,(一)螺检承载能力设计值,(1)普通螺栓受剪连接中，单个螺栓承载力设计值按下式取值:,下一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,(2)普通螺栓杆轴受拉连接中，单个螺栓承载力设计值按下式计算:,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,(二)螺检连接计算公式,1.承受轴心力的抗剪连接,承受轴心力的抗剪连接如,图2-11,所示，需要螺栓数的要求如下:,(2-11),式中N,min,一个螺栓受剪承载力设计值,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,2.承受偏心力的抗剪连接,承受偏心力的抗剪连接如,图2-12,所示，布置螺栓后，对受力最大的螺栓进行验算，其值应符合下列条件:,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,当y,max,3x,max,时，可取,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,3.承受轴心力的抗拉连接,承受轴心力的抗拉连接如,图2-13,所示，所需螺栓的数目应符合下式的要求:,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,4.承受偏心力的抗拉连接,承受偏心力的抗拉连接如,图2-14,所示，布置螺栓后，对受力最大的螺栓进行验算，其值应符合下列条件:,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,5.同时承受拉力和剪力的螺栓连接,普通螺栓同时承受拉力和剪力时，单个螺栓承载力应分别符合下列公式要求:,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,三、高强度螺栓连接的计算,(一)抗剪承载力设计值,(1)在抗剪连接中，单个摩擦型高强度螺栓的承载力设计值应按下式计算:,在螺栓杆轴方向受拉的连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值取N,t,b,=0.8P,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,(2)抗剪连接中，单个承压型高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积计算。承压型高强度螺栓的预拉力P的计算及取值与摩擦型高强度螺栓相同。,在杆轴方向受拉的连接中，单个承压型高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。,下一页,上一页,返回,第三节螺栓连接的设计与计算,(3)高强度螺栓抗拉连接的受力特点是依靠预拉力使连接件被压紧传力。当连接在沿螺栓杆轴方
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