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钢结构工程钢结构工程本章主要内容：钢结构加工制作工艺钢结构加工制作工艺 钢结构构件的焊接钢结构构件的焊接 紧固件连接工程紧固件连接工程 单层钢结构安装工程单层钢结构安装工程 多层及高层钢结构安装工程多层及高层钢结构安装工程 钢网架结构安装工程钢网架结构安装工程 钢结构涂装工程钢结构涂装工程 工程实践案例工程实践案例 (自学自学)钢结构工程是用钢板、型钢和圆钢等通钢结构工程是用钢板、型钢和圆钢等通过焊接、铆接、螺栓连接等方式组装而过焊接、铆接、螺栓连接等方式组装而成的结构。与其他结构比较，钢结构具成的结构。与其他结构比较，钢结构具有强度高，塑性和韧性、匀质性和同向有强度高，塑性和韧性、匀质性和同向性都比较好；结构的重量轻；焊接构造性都比较好；结构的重量轻；焊接构造简单简单,加工方便；施工周期短和精度高等加工方便；施工周期短和精度高等特点，因而在建筑、桥梁等土木工程中特点，因而在建筑、桥梁等土木工程中被广泛采用。被广泛采用。第一节 钢结构加工制作工艺一、钢结构加工制作一、钢结构加工制作（一）加工制作前的准备工作（一）加工制作前的准备工作1加工制作图加工制作图设计院提供的设计图是不能直接用来加工制作钢设计院提供的设计图是不能直接用来加工制作钢结构，而是要考虑加工工艺，如公差配合、加工结构，而是要考虑加工工艺，如公差配合、加工余量、焊接控制等因素后，在原设计图的基础上余量、焊接控制等因素后，在原设计图的基础上绘制加工制作图。加工制作图是最后沟通设计人绘制加工制作图。加工制作图是最后沟通设计人员及施工人员的意图，它起到制作要领书的作用，员及施工人员的意图，它起到制作要领书的作用，又是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、打孔、又是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、打孔、弯制、拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、发弯制、拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、发送等各项作业的指示书，还起到进行高水平管理送等各项作业的指示书，还起到进行高水平管理的检查表的作用。的检查表的作用。2加工制作前施工条件的分析加工制作前施工条件的分析绘制加工制作图或审查设计图应边审边分析研究施绘制加工制作图或审查设计图应边审边分析研究施工条件或者难易程度，必须认真分析焊接难度大的工条件或者难易程度，必须认真分析焊接难度大的部分，是否使用高强螺栓及紧固器具，在狭窄处能部分，是否使用高强螺栓及紧固器具，在狭窄处能否保持焊条的焊接角度等。否保持焊条的焊接角度等。3钢卷尺钢卷尺在钢结构工程中，主要使用皮尺、宽带钢卷尺及凸在钢结构工程中，主要使用皮尺、宽带钢卷尺及凸面钢卷尺中任何一种一级产品。最好使工厂用卷尺面钢卷尺中任何一种一级产品。最好使工厂用卷尺和现场用卷尺属同一类产品，也就是各工种之间使和现场用卷尺属同一类产品，也就是各工种之间使用用“同一把尺同一把尺”。如果有困难，则。如果有困难，则10m之间的相互之间的相互差值控制在差值控制在0.5mm之内。之内。4上岗操作人员应进行培训和考核，特殊工种应进上岗操作人员应进行培训和考核，特殊工种应进行资格确认，充分做好各项工序的技术交底工作。行资格确认，充分做好各项工序的技术交底工作。（二）钢结构加工制作的工艺程序（二）钢结构加工制作的工艺程序1放样放样放样是根据产品施工详图或零、部件图样放样是根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，按照要求的形状和尺寸，按照1：1的比例把产的比例把产品或零、部件的实形画在放样台或平板上，品或零、部件的实形画在放样台或平板上，求取实长并制成样板的过程。对比较复杂求取实长并制成样板的过程。对比较复杂的壳体零、部件，还需要作图展开。放样的壳体零、部件，还需要作图展开。放样的步骤如下：的步骤如下：（1）仔细阅读图纸，并对图纸进行核对。）仔细阅读图纸，并对图纸进行核对。（2）准备放样需要的工具，包括：钢尺、石笔、）准备放样需要的工具，包括：钢尺、石笔、粉线、划针、圆规、铁皮剪刀等。粉线、划针、圆规、铁皮剪刀等。（3）准备好做样板和样杆的材料）准备好做样板和样杆的材料,一般采用薄铁片一般采用薄铁片和小扁钢。可先刷上防锈油漆。和小扁钢。可先刷上防锈油漆。（4）放样以）放样以1：1的比例在样板台上弹出大样。当的比例在样板台上弹出大样。当大样尺寸过大时，可分段弹出，尺寸划法应避免偏大样尺寸过大时，可分段弹出，尺寸划法应避免偏差累积。差累积。（5）先以构件某一水平线和垂直线为基准，弹出）先以构件某一水平线和垂直线为基准，弹出十字线；然后据此逐一划出其他各个点和线，并标十字线；然后据此逐一划出其他各个点和线，并标注尺寸。注尺寸。（6）放样过程中，应及时与技术部门协调；放样）放样过程中，应及时与技术部门协调；放样结束，应对照图纸进行自查；最后应根据样板编号结束，应对照图纸进行自查；最后应根据样板编号编写构件号料明细表。编写构件号料明细表。2号料号料号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，并打号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。号料上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。号料的步骤：的步骤：（1）根据料单检查清点样板和样杆，点清号料数）根据料单检查清点样板和样杆，点清号料数量。号料应使用经过检查合格的样板与样杆，不得量。号料应使用经过检查合格的样板与样杆，不得直接使用钢尺。直接使用钢尺。（2）准备号料的工具，包括石笔、样冲、圆规、）准备号料的工具，包括石笔、样冲、圆规、划针、凿子等。划针、凿子等。（3）检查号料的钢材规格和质量。）检查号料的钢材规格和质量。（4）不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并）不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并依据先大后小的原则依次号料。对于需要拼接的同依据先大后小的原则依次号料。对于需要拼接的同一构件，必须同时号料，以便拼接。一构件，必须同时号料，以便拼接。（5）号料时，同时划出检查线、中心线、弯）号料时，同时划出检查线、中心线、弯曲线，并注明接头处的字母、焊缝代号。曲线，并注明接头处的字母、焊缝代号。（6）号孔应使用与孔径相等的圆规规孔，并）号孔应使用与孔径相等的圆规规孔，并打上样冲作出标记，便于钻孔后检查孔位是打上样冲作出标记，便于钻孔后检查孔位是否正确。否正确。（7）弯曲构件号料时，应标出检查线，用于）弯曲构件号料时，应标出检查线，用于检查构件在加工、装焊后的曲率是否正确。检查构件在加工、装焊后的曲率是否正确。（8）在号料过程中，应随时在样板、样杆上）在号料过程中，应随时在样板、样杆上记录下已号料的数量，号料完毕，则应在样记录下已号料的数量，号料完毕，则应在样板、样杆上注明并记下实际数量。板、样杆上注明并记下实际数量。3切割下料切割下料切割的目的就是将放样和号料的零件形状从原材切割的目的就是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。常用的切割冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。常用的切割方法有：气割、机械剪切和等离子切割三种方法。方法有：气割、机械剪切和等离子切割三种方法。（1）气割法：是利用氧气与可燃气体混合产生的）气割法：是利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使金属发预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自行燃烧，通过高压氧气射流，将氧化物吹除而引行燃烧，通过高压氧气射流，将氧化物吹除而引起一条狭小而整齐的割缝。随着割缝的移动，使起一条狭小而整齐的割缝。随着割缝的移动，使切割过程连续切割出所需的形状。气割前，应将切割过程连续切割出所需的形状。气割前，应将钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后，应清除熔渣和飞溅物。割后，应清除熔渣和飞溅物。（2）机械切割法：可利用上、下两剪刀的）机械切割法：可利用上、下两剪刀的相对运动来切断钢材，或利用锯片的切削相对运动来切断钢材，或利用锯片的切削运动把钢材分离，或利用锯片与工件间的运动把钢材分离，或利用锯片与工件间的摩擦发热使金属熔化而被切断。常用的切摩擦发热使金属熔化而被切断。常用的切割机械有剪板机、联合冲剪机、弓锯床、割机械有剪板机、联合冲剪机、弓锯床、砂轮切割机等。砂轮切割机等。（3）等离子切割法：是利用高温高速的等）等离子切割法：是利用高温高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并吹掉来完成切割，所以能切割任何金属，吹掉来完成切割，所以能切割任何金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。铜等。4坡口加工坡口加工焊接质量与坡口加工的精度有直接关系，焊接质量与坡口加工的精度有直接关系，如果坡口表面粗糙有尖锐且深的缺口，就如果坡口表面粗糙有尖锐且深的缺口，就容易在焊接时产生不熔部位，将在事后产容易在焊接时产生不熔部位，将在事后产生焊接裂缝。又如，在坡口表面粘附油污，生焊接裂缝。又如，在坡口表面粘附油污，焊接时就会产生气孔和裂缝，因此要重视焊接时就会产生气孔和裂缝，因此要重视坡口质量。坡口加工一般可用气体加工和坡口质量。坡口加工一般可用气体加工和机械加工，在特殊的情况下采用手动气体机械加工，在特殊的情况下采用手动气体切割的方法，但必须进行事后处理，如打切割的方法，但必须进行事后处理，如打磨等。磨等。5开孔开孔在焊接结构中，不可避免地将会产生焊接在焊接结构中，不可避免地将会产生焊接收缩和变形，因此在制作过程中，把握好收缩和变形，因此在制作过程中，把握好什么时候开孔将在很大程度上影响产品精什么时候开孔将在很大程度上影响产品精度度。特别是对于柱及梁的工程现场连接部。特别是对于柱及梁的工程现场连接部位的孔群的尺寸精度直接影响钢结构安装位的孔群的尺寸精度直接影响钢结构安装的精度，因此把握好开孔的时间是十分重的精度，因此把握好开孔的时间是十分重要的，一般有四种情况：要的，一般有四种情况：（1）在构件加工时预先划上孔位，待拼装、焊接）在构件加工时预先划上孔位，待拼装、焊接及变形矫正完成后，再划线确认进行打孔加工。及变形矫正完成后，再划线确认进行打孔加工。（2）在构件一端先进行打孔加工，待拼装、焊接）在构件一端先进行打孔加工，待拼装、焊接及变形矫正完成后，再对另一端进行打孔加工。及变形矫正完成后，再对另一端进行打孔加工。（3）待构件焊接及变形矫正后，对端面进行精加）待构件焊接及变形矫正后，对端面进行精加工，然后以精加工面为准线，划线、打孔。工，然后以精加工面为准线，划线、打孔。（4）在划线时，考虑了焊接收缩量、变形的余量、）在划线时，考虑了焊接收缩量、变形的余量、允许公差等，直接进行打孔。允许公差等，直接进行打孔。常用的机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻常用的机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻床、桁式摇臂钻床、多轴钻床、床、桁式摇臂钻床、多轴钻床、NC开孔机，打孔后开孔机，打孔后应用磨光机清除孔边毛刺。应用磨光机清除孔边毛刺。6组装组装（1）组装的零件、部件应经检查合格，连接）组装的零件、部件应经检查合格，连接件和沿焊缝边缘约件和沿焊缝边缘约50mm范围内的铁锈、毛范围内的铁锈、毛刺、污垢、油迹等应清除干净。刺、污垢、油迹等应清除干净。（2）钢材的拼接应在组装前进行。构件的组）钢材的拼接应在组装前进行。构件的组装应在部件组装、部件焊接、部件矫正后进装应在部件组装、部件焊接、部件矫正后进行。行。（3）组装可采用胎夹具方法。当在平台上组）组装可采用胎夹具方法。当在平台上组装时，平台的平面高低差不得超过装时，平台的平面高低差不得超过4mm。构。构件的组装应根据结构形式、焊接方法和焊接件的组装应根据结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素，确定合理的组装顺序。顺序等因素，确定合理的组装顺序。（4）组装的质量要求：除工艺要求外零件）组装的质量要求：除工艺要求外零件组装的间隙不得大于组装的间隙不得大于1.0mm。对顶紧接触面。对顶紧接触面应有应有75%以上面积紧贴，用以上面积紧贴，用0.3mm塞尺检查，塞尺检查，其塞入面积不得大于其塞入面积不得大于25%，边缘最大间隙不，边缘最大间隙不得大于得大于0.8mm。金属接触部分的精加工可用。金属接触部分的精加工可用龙门铣床、卧式镗床、牛头刨床、斜面切削龙门铣床、卧式镗床、牛头刨床、斜面切削机等来进行。机等来进行。组装的隐蔽部位应在焊接（详见本章第组装的隐蔽部位应在焊接（详见本章第2节）节）和涂装（详见本章第和涂装（详见本章第7节）检查合格后方可节）检查合格后方可封闭。封闭。二、钢结构构件的验收、运输、堆放二、钢结构构件的验收、运输、堆放（一）钢结构构件的验收（一）钢结构构件的验收钢构件加工制作完成后，应按照施工图和钢构件加工制作完成后，应按照施工图和钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范（GB502052001）的规定进行验收，有）的规定进行验收，有的还分工厂验收、工地验收，因工地验收还的还分工厂验收、工地验收，因工地验收还增加了运输的因素，钢构件出厂时，应提供增加了运输的因素，钢构件出厂时，应提供下列资料：下列资料：（1）产品合格证。）产品合格证。（2）施工图的设计变更文件。）施工图的设计变更文件。（3）制作中技术问题处理的协议文件。）制作中技术问题处理的协议文件。（4）钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试）钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试验报告。验报告。（5）焊接工艺评定报告。）焊接工艺评定报告。（6）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告，焊）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告，焊缝无损检验报告及涂层检测资料。缝无损检验报告及涂层检测资料。（7）主要构件检验记录。）主要构件检验记录。（8）预拼装记录：由于受运输、吊装条件的限制，）预拼装记录：由于受运输、吊装条件的限制，另外设计的复杂性，有时构件要分二段或若干段另外设计的复杂性，有时构件要分二段或若干段出厂，为了保证工地安装的顺利进行，在出厂前出厂，为了保证工地安装的顺利进行，在出厂前进行预拼装。进行预拼装。（9）构件发运和包装清单。）构件发运和包装清单。（二）构件的运输（二）构件的运输（1）发运的构件，在易见部位用油漆标上重量及重）发运的构件，在易见部位用油漆标上重量及重心位置的标志，以免在装、卸车和起吊过程中损坏构心位置的标志，以免在装、卸车和起吊过程中损坏构件。节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当件。节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施，零星的部件等都要按同一类别用螺栓和的保护措施，零星的部件等都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束包装发运。铁丝紧固成束包装发运。（2）大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输）大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输车辆的性能、码头状况、运输船只来编制运输方案。车辆的性能、码头状况、运输船只来编制运输方案。在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期要求来编制构件的运输顺序。要求来编制构件的运输顺序。（3）运输构件时，应根据构件的长度、重量和断面）运输构件时，应根据构件的长度、重量和断面形状选用车辆；构件在运输车辆上的支点、两端伸长形状选用车辆；构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不损伤涂层。构件起吊必须严格按设计吊点起吊。损伤涂层。构件起吊必须严格按设计吊点起吊。（三）构件的堆放（三）构件的堆放（1）构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场）构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场的堆放场。构件堆放场地应平整坚实，无水坑、的堆放场。构件堆放场地应平整坚实，无水坑、冰层，并应排水通畅，有较好的排水设施，同冰层，并应排水通畅，有较好的排水设施，同时有车辆进出的回路。时有车辆进出的回路。（2）构件应按种类、型号、安装顺序划分区）构件应按种类、型号、安装顺序划分区域，插立标志牌。构件底层垫块要有足够的支域，插立标志牌。构件底层垫块要有足够的支承面，不允许垫块有大的沉降量，堆放的高度承面，不允许垫块有大的沉降量，堆放的高度应有计算依据，以最下面的构件不产生永久变应有计算依据，以最下面的构件不产生永久变形为准，不得随意堆高。形为准，不得随意堆高。（3）在堆放中，发现有变形不合格的构件，）在堆放中，发现有变形不合格的构件，则严格检查，进行矫正，然后再堆放。不则严格检查，进行矫正，然后再堆放。不得把不合格的变形构件堆放在合格的构件得把不合格的变形构件堆放在合格的构件中，否则会影响安装进度。中，否则会影响安装进度。（4）对于已堆放好的构件，要派专人汇总）对于已堆放好的构件，要派专人汇总资料。建立完善的构件进出厂管理制度，资料。建立完善的构件进出厂管理制度，严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件进行适当保护，避免风吹雨打、日晒夜露。进行适当保护，避免风吹雨打、日晒夜露。第二节第二节 钢结构构件的焊接钢结构构件的焊接一、钢结构构件常用的焊接方法一、钢结构构件常用的焊接方法焊接是借助于能源，使两个分离的物体产生原子（分焊接是借助于能源，使两个分离的物体产生原子（分子）间结合而连接成整体的过程子）间结合而连接成整体的过程。采用焊接方法不仅可以连接金属材料，如钢材、铝、采用焊接方法不仅可以连接金属材料，如钢材、铝、铜、钛等；还能连接非金属，如塑料、陶瓷；甚至还铜、钛等；还能连接非金属，如塑料、陶瓷；甚至还可以解决金属和非金属之间的连接，我们统称为工程可以解决金属和非金属之间的连接，我们统称为工程焊接。用焊接方法制造的结构称为焊接结构，又称工焊接。用焊接方法制造的结构称为焊接结构，又称工程焊接结构。程焊接结构。根据对象和用途大致可分为建筑焊接结根据对象和用途大致可分为建筑焊接结构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构、构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构、导电性焊接结构四类，我们所称的钢结构导电性焊接结构四类，我们所称的钢结构包含了这四类焊接结构。选用的结构材料包含了这四类焊接结构。选用的结构材料是钢材，而且大多为普通碳素钢和低合金是钢材，而且大多为普通碳素钢和低合金结构钢，主要的焊接方法有手工电弧焊、结构钢，主要的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺柱焊、点焊等。柱焊、点焊等。（一）手工电弧焊（一）手工电弧焊依靠电弧的热量进行焊接的方法称为电弧焊，手工电依靠电弧的热量进行焊接的方法称为电弧焊，手工电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊，是钢弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊，是钢结构焊接中最常用的方法。结构焊接中最常用的方法。手工电弧焊的原理，如图手工电弧焊的原理，如图71所示，焊条和焊件就是所示，焊条和焊件就是两个电极产生电弧，电弧产生大量的热量，熔化焊条两个电极产生电弧，电弧产生大量的热量，熔化焊条和焊件。焊条端部熔化形成熔滴，过渡到熔化的焊件和焊件。焊条端部熔化形成熔滴，过渡到熔化的焊件的母材上融合，形成熔池并进行一系列复杂的物理的母材上融合，形成熔池并进行一系列复杂的物理冶金反应。随着电弧的移动，液态熔池逐步冷却、冶金反应。随着电弧的移动，液态熔池逐步冷却、结晶，形成焊缝。在高温作用下，冷敷于电焊条钢芯结晶，形成焊缝。在高温作用下，冷敷于电焊条钢芯上的药皮熔融成溶渣，覆盖在熔池金属表面上的药皮熔融成溶渣，覆盖在熔池金属表面，它不仅，它不仅能保护高温的熔池金属不与空气中有害的氧、氮发生能保护高温的熔池金属不与空气中有害的氧、氮发生化学反应，并且还能参与熔池的化学反应和渗入合金化学反应，并且还能参与熔池的化学反应和渗入合金等，在冷却凝固的金属表面，形成保护渣壳。等，在冷却凝固的金属表面，形成保护渣壳。（二）气体保护电弧焊二）气体保护电弧焊又称为熔化极气体电弧焊，以焊丝和焊件作为又称为熔化极气体电弧焊，以焊丝和焊件作为两个极，两极之间产生电弧热来熔化焊丝和焊两个极，两极之间产生电弧热来熔化焊丝和焊件母材，同时向焊接区域送入保护气体，使电件母材，同时向焊接区域送入保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的空气隔开，焊丝自动送进，在电弧作用下不断空气隔开，焊丝自动送进，在电弧作用下不断熔化，与熔化的母材一起融合，形成焊缝金属。熔化，与熔化的母材一起融合，形成焊缝金属。其原理如图其原理如图72所示。所示。这种焊接法简称这种焊接法简称GMAW（Gas Metal Arc Welding）由于保护气体的不同，又可分为）由于保护气体的不同，又可分为CO2气体保护电弧焊，是目前最广泛使用的焊接气体保护电弧焊，是目前最广泛使用的焊接法，特点是使用大电流和细焊丝，所焊接速度法，特点是使用大电流和细焊丝，所焊接速度快、熔深大、作业效率高。快、熔深大、作业效率高。（三）自保护电弧焊（三）自保护电弧焊自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护电弧焊相比抗风性好，风速达电弧焊相比抗风性好，风速达10m/s时仍能得到无气时仍能得到无气孔而且力学性能优越的焊缝。由于自动焊接，因此焊孔而且力学性能优越的焊缝。由于自动焊接，因此焊接效率极高。焊枪轻，不用气瓶，因此操作十分方便，接效率极高。焊枪轻，不用气瓶，因此操作十分方便，但焊丝价格比但焊丝价格比CO2保护焊要高。保护焊要高。（四）埋弧焊（四）埋弧焊埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一种电弧焊。向熔池连续不断送进的裸焊丝，既是金属种电弧焊。向熔池连续不断送进的裸焊丝，既是金属电极，也是填充材料，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝、电极，也是填充材料，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝、母材熔化而形成熔池。熔融的焊剂成熔渣，覆盖在液母材熔化而形成熔池。熔融的焊剂成熔渣，覆盖在液态金属熔池的表面使高温熔池金属与空气隔开。焊剂态金属熔池的表面使高温熔池金属与空气隔开。焊剂形成熔渣除了起保护作用外，还与熔化金属参与冶金形成熔渣除了起保护作用外，还与熔化金属参与冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。反应，从而影响焊缝金属的化学成分。（五）窄间隙焊接（五）窄间隙焊接本方法是利用已有的气体保护焊的特别技本方法是利用已有的气体保护焊的特别技术，具有焊接接头的坡口截面面积比手工术，具有焊接接头的坡口截面面积比手工电弧焊或气体保护焊的坡口截面面积小，电弧焊或气体保护焊的坡口截面面积小，这是本方法的特点这是本方法的特点。窄间隙焊接可以在平焊、横焊和立焊位置窄间隙焊接可以在平焊、横焊和立焊位置进行，横焊适合工程现场的柱接头，平焊进行，横焊适合工程现场的柱接头，平焊和立焊分别适合于工厂内箱形柱的角接头和立焊分别适合于工厂内箱形柱的角接头和柱与梁的焊接。和柱与梁的焊接。（六）螺柱焊接（六）螺柱焊接螺柱焊接是在螺柱与母材之间通以焊接电流，使相螺柱焊接是在螺柱与母材之间通以焊接电流，使相互接触的局部加热并接合的方法，主要用于抗剪连互接触的局部加热并接合的方法，主要用于抗剪连接件及混凝土锚栓等的焊接，另外还广泛用于安装接件及混凝土锚栓等的焊接，另外还广泛用于安装隔热材料和隔音材料的连接件。隔热材料和隔音材料的连接件。（七）点焊（七）点焊首先这里指的点焊不同于钢结构构件组装中的点焊，首先这里指的点焊不同于钢结构构件组装中的点焊，它是一种电阻焊，在焊接区直接通电，利用其电阻它是一种电阻焊，在焊接区直接通电，利用其电阻发热局部提高被焊部位的温度，在压力作用下接合发热局部提高被焊部位的温度，在压力作用下接合的方法。点焊在汽车工业、家用电器中常用，钢结的方法。点焊在汽车工业、家用电器中常用，钢结构中复杂接头也有采用点焊的。构中复杂接头也有采用点焊的。二、焊接应力和焊接变形二、焊接应力和焊接变形（一）焊接应力及变形产生的原因（一）焊接应力及变形产生的原因焊接过程中，焊接热源对焊件进行局部加热，产生焊接过程中，焊接热源对焊件进行局部加热，产生了不均匀的温度场，导致材料热胀冷缩的不均匀；了不均匀的温度场，导致材料热胀冷缩的不均匀；处于高温区域的材料在加热（冷却）过程中应该有处于高温区域的材料在加热（冷却）过程中应该有较大的伸长（收缩）量，但由于受到周围材料的约较大的伸长（收缩）量，但由于受到周围材料的约束而不能自由伸长（收缩）。于是在焊件中产生内束而不能自由伸长（收缩）。于是在焊件中产生内应力，使高温区的材料受到挤压（拉伸），产生塑应力，使高温区的材料受到挤压（拉伸），产生塑性变形。同时，金属材料在焊接过程中随着温度的性变形。同时，金属材料在焊接过程中随着温度的变化还会发生相应的相变。不同的金属组织是有不变化还会发生相应的相变。不同的金属组织是有不同的性能，也会引起体积的变化，对焊接应力及变同的性能，也会引起体积的变化，对焊接应力及变形产生不同程度的影响。因此，焊接过程对焊件进形产生不同程度的影响。因此，焊接过程对焊件进行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和焊接行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。变形的主要原因。焊接过程中，应力变形是随时间而改变的。焊接过程中，应力变形是随时间而改变的。当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应力称为焊接残余应力；残留的变形称为焊接力称为焊接残余应力；残留的变形称为焊接残余变形。焊接应力及变形的分布和大小与残余变形。焊接应力及变形的分布和大小与被焊材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点、被焊材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点、焊件尺寸、形状和温度场焊件尺寸、形状和温度场 等因素有关，而温等因素有关，而温度场又与被焊材料的热导率、热容、密度、度场又与被焊材料的热导率、热容、密度、焊接工艺参数，环境条件等密切相关。任何焊接工艺参数，环境条件等密切相关。任何因素的波动均会对应力和变形产生影响。因素的波动均会对应力和变形产生影响。（二）焊接变形的种类（二）焊接变形的种类焊接变形可分为线性缩短、角变形、弯曲变形、焊接变形可分为线性缩短、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪形失稳变形等。线性缩短是指扭曲变形、波浪形失稳变形等。线性缩短是指焊件收缩引起的长度缩短和宽度变窄的变形，焊件收缩引起的长度缩短和宽度变窄的变形，有纵向缩短和横向缩短之分；角变形是由于焊有纵向缩短和横向缩短之分；角变形是由于焊缝截面形状在厚度方向上不对称所引起的，在缝截面形状在厚度方向上不对称所引起的，在厚度方向上产生的变形；波浪变形是在大面积厚度方向上产生的变形；波浪变形是在大面积薄板拼焊时，在内应力作用下产生失稳而成为薄板拼焊时，在内应力作用下产生失稳而成为波浪形变形；扭曲变形一旦产生则难以矫正。波浪形变形；扭曲变形一旦产生则难以矫正。主要由于装配质量不好，工件搁置不正，焊接主要由于装配质量不好，工件搁置不正，焊接顺序和方向安排不当造成的，在施工中特别要顺序和方向安排不当造成的，在施工中特别要引起注意。引起注意。（三）焊接残余应力和变形的控制（三）焊接残余应力和变形的控制在钢结构设计和施工时，不仅要考虑到强度、稳定性、在钢结构设计和施工时，不仅要考虑到强度、稳定性、经济性，而且必须要考虑焊缝的设置将产生的应力，经济性，而且必须要考虑焊缝的设置将产生的应力，变形对结构的影响。通常有以下几点经验。变形对结构的影响。通常有以下几点经验。（1）在保证结构具有足够的强度的前提下，尽量减少）在保证结构具有足够的强度的前提下，尽量减少焊缝的尺寸和长度，合理选取坡口形状。避免集中设焊缝的尺寸和长度，合理选取坡口形状。避免集中设置焊缝。置焊缝。（2）尽量对称布置焊缝，将焊缝安排在近中心区域，）尽量对称布置焊缝，将焊缝安排在近中心区域，如近中性轴；焊缝中心；焊缝塑性变形区中心等。如近中性轴；焊缝中心；焊缝塑性变形区中心等。（3）在钢结构施焊中考虑夹具以减少焊接变形的可能）在钢结构施焊中考虑夹具以减少焊接变形的可能性。性。（4）钢结构设计人员在设计时应考虑焊接工艺措施。）钢结构设计人员在设计时应考虑焊接工艺措施。主要有：合理的装配焊接顺序，合理焊接方法和参数；主要有：合理的装配焊接顺序，合理焊接方法和参数；反变位法，刚性固定性，锤击法，强迫冷却法；预热反变位法，刚性固定性，锤击法，强迫冷却法；预热和焊后热处理。和焊后热处理。三、焊接的质量检验三、焊接的质量检验焊接质量检验包括焊前检验、焊接生产中检焊接质量检验包括焊前检验、焊接生产中检验和成品检验。验和成品检验。（一）焊前检验（一）焊前检验检验技术文件（图纸、标准、工艺规程等）检验技术文件（图纸、标准、工艺规程等）是否齐备。焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、是否齐备。焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、气体等）和钢材原材料的质量检验，构件装气体等）和钢材原材料的质量检验，构件装配和焊接件边缘质量检验、焊接设备（焊机配和焊接件边缘质量检验、焊接设备（焊机和专用胎、模具等）是否完善。焊工应经过和专用胎、模具等）是否完善。焊工应经过考试取得合格证，停焊时间达考试取得合格证，停焊时间达6个月及以上，个月及以上，应重新考核，才能上岗。应重新考核，才能上岗。（二）焊接生产中的检验（二）焊接生产中的检验主要是对焊接设备运行情况、焊接规范和焊主要是对焊接设备运行情况、焊接规范和焊接工艺的执行情况，以及多层焊接过程中夹接工艺的执行情况，以及多层焊接过程中夹渣、未焊透等缺陷的自检等，目的是防止焊渣、未焊透等缺陷的自检等，目的是防止焊接过程中缺陷形成，及时发现缺陷，采取整接过程中缺陷形成，及时发现缺陷，采取整改措施，特别是为了提高焊工对产品质量的改措施，特别是为了提高焊工对产品质量的高度责任心和认真执行焊接工艺的严明的纪高度责任心和认真执行焊接工艺的严明的纪律性。律性。（三）焊接成品检验（三）焊接成品检验全部焊接工作结束，焊缝清理干净后进行成全部焊接工作结束，焊缝清理干净后进行成品检验。检验的方法有很多种。通常可分为品检验。检验的方法有很多种。通常可分为无损检验和破坏性检验两大类。无损检验和破坏性检验两大类。1无损检验无损检验可分为外观检查、致密性检验、无损探伤。可分为外观检查、致密性检验、无损探伤。（1）外观检查：是一种简单而应用广泛的检查方法，）外观检查：是一种简单而应用广泛的检查方法，焊缝的外观用肉眼或低倍放大镜进行检查表面气孔、焊缝的外观用肉眼或低倍放大镜进行检查表面气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，并用测量工具检查焊缝夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，并用测量工具检查焊缝尺寸是否符合要求。尺寸是否符合要求。（2）致密性检验：主要用水（气）压试验、煤油渗）致密性检验：主要用水（气）压试验、煤油渗漏、渗氨试验、真空试验、氦气探漏等方法，这些方漏、渗氨试验、真空试验、氦气探漏等方法，这些方法对于管道工程、压力容器等是很重要的方法。法对于管道工程、压力容器等是很重要的方法。（3）无损探伤；主要有磁粉探伤、涡流探伤、渗透）无损探伤；主要有磁粉探伤、涡流探伤、渗透探伤、射线探伤、超声波探伤等，所谓无损探伤就是探伤、射线探伤、超声波探伤等，所谓无损探伤就是利用放射线、超声波、电磁辐射、磁性、涡流、渗透利用放射线、超声波、电磁辐射、磁性、涡流、渗透性等物理现象，在不损伤被检产品的情况下，发现和性等物理现象，在不损伤被检产品的情况下，发现和检查内部或表面缺陷的方法。检查内部或表面缺陷的方法。2破坏性检验破坏性检验焊接质量的破坏性检验包括焊接接头的机械性能试焊接质量的破坏性检验包括焊接接头的机械性能试验、焊缝化学成分分析、金相组织测定等，主要用验、焊缝化学成分分析、金相组织测定等，主要用于测定接头或焊缝性能是否能满足使用要求。机械于测定接头或焊缝性能是否能满足使用要求。机械性能试验，包括测定焊接接头的强度、延伸率、断性能试验，包括测定焊接接头的强度、延伸率、断面收缩率，拉伸试验、冷弯试验、冲击试验等；面收缩率，拉伸试验、冷弯试验、冲击试验等；化学成分分析：是对焊缝的化学成分分析，是测定化学成分分析：是对焊缝的化学成分分析，是测定熔敷金属化学成分，我国的焊条标准中以此做出了熔敷金属化学成分，我国的焊条标准中以此做出了专门的规定；专门的规定；金相组织测定是为了了解焊接接头各区域的组织，金相组织测定是为了了解焊接接头各区域的组织，晶粒度大小和氧化物夹杂，氢白点等缺陷的分布情晶粒度大小和氧化物夹杂，氢白点等缺陷的分布情况，通常有宏观和微观方法之分。况，通常有宏观和微观方法之分。第三节第三节 紧固件连接工程紧固件连接工程 钢结构工程中使用的紧固件包括普通螺栓、钢结构工程中使用的紧固件包括普通螺栓、扭剪型高强度螺栓、高强度大六角头螺栓、扭剪型高强度螺栓、高强度大六角头螺栓、钢网架螺栓球节点用高强度螺栓及射钉、钢网架螺栓球节点用高强度螺栓及射钉、自攻钉、拉铆钉等。本节主要介绍普通螺自攻钉、拉铆钉等。本节主要介绍普通螺栓和高强度螺栓。栓和高强度螺栓。一、普通螺栓连接一、普通螺栓连接钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母、钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。种连接形式。（一）普通螺栓种类（一）普通螺栓种类1普通螺栓规格普通螺栓规格普普通通螺螺栓栓按按照照形形式式可可分分为为六六角角头头螺螺栓栓、双双头头螺螺栓栓、沿沿头头螺螺栓栓等等；按按制制作作精精度度可可分分为为A、B、C级级三三个个等等级级，A、B级级为为精精制制螺螺栓栓，C级级为为粗粗制制螺螺栓栓，钢钢结结构构用用连连接接螺栓，除特殊注明外，一般即为普通粗制螺栓，除特殊注明外，一般即为普通粗制C级螺栓。级螺栓。2螺母螺母钢钢结结构构常常用用的的螺螺母母，其其公公称称高高度度h大大于于或或等等于于0.8D（D为为与与其其相相匹匹配配的的螺螺栓栓直直径径），螺螺母母强强度度设设计计应应选选用用与与之之相相匹匹配配螺螺栓栓中中最最高高性性能能等等级级的的螺螺栓栓强强度度，当当螺螺母母拧拧紧到螺栓保证荷载时，必须不发生螺纹脱扣。紧到螺栓保证荷载时，必须不发生螺纹脱扣。螺螺母母的的螺螺纹纹应应和和螺螺栓栓相相一一致致，一一般般应应为为粗粗牙牙螺螺纹纹（除除非非特特殊殊注注明明用用丝丝牙牙螺螺纹纹），螺螺母母的的机机械械性性能能主主要要是是螺螺母的保证应力和硬度，其值应符合规定。母的保证应力和硬度，其值应符合规定。3垫圈垫圈常用钢结构螺栓连接的垫圈，按形状及其使用功能可常用钢结构螺栓连接的垫圈，按形状及其使用功能可以分成以下几类：以分成以下几类：（1）圆平垫圈。一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承）圆平垫圈。一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承面下面，用以增加螺栓头及螺母的支承面，同时放上面下面，用以增加螺栓头及螺母的支承面，同时放上可避免连接件表面损伤。可避免连接件表面损伤。（2）方形垫圈。一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下，）方形垫圈。一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下，有以增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼。有以增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼。（3）斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫）斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫平，使螺母支承面垂直于螺杆，避免紧固时造成螺母平，使螺母支承面垂直于螺杆，避免紧固时造成螺母支承面和被连接的倾斜面局部接触。支承面和被连接的倾斜面局部接触。（4）弹簧垫圈。防止螺栓拧紧后在动载作用下的振动）弹簧垫圈。防止螺栓拧紧后在动载作用下的振动和松动，依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓和松动，依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓的松动，一般用于有动荷载（振动）或经常拆卸的结的松动，一般用于有动荷载（振动）或经常拆卸的结构连接处。构连接处。（二）普通螺栓施工（二）普通螺栓施工1一般要求一般要求普通螺栓作为永久性连接螺栓时，应符合下列要求：普通螺栓作为永久性连接螺栓时，应符合下列要求：（1）对一般的螺栓连接，螺栓头和螺母下面应放置）对一般的螺栓连接，螺栓头和螺母下面应放置平垫圈，以增大承压面积。平垫圈，以增大承压面积。（2）螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于）螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于2个，螺母个，螺母头下的垫圈一般不应多于头下的垫圈一般不应多于1个。个。（3）