钢结构的连接和节点构造

第7章钢结构的连接和节点构造

7.1钢结构对连接的要求及连接方法

钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件再通过一定的安装连接而形成整体结构。连接部位应有足够的强度、刚度及延性。接连接构件问应保持正确的相互位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂、费工，因此选定合适的连接方案和节点构造是钢结构设计中重要的环节。连接设计不合理会影响结构的造价、安全和寿命。

设计时应根据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应注意以下几点；

(1)连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；(2)结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利受力工况；(3)连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避免严重的应力集中；(4)连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变形协调；（5）构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时应考虑偏心的影响；(6)避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，避免焊缝过度密集；(7)厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应予以充分注意；(8)连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。

钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接(如图7-1)

焊接连接是钢结构最主要的连接方法，其优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。缺点是焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。

目前除少数直接承受动载结构的某些连接，如重级工作制吊车粱和柱及制动

梁的相互连接、标架式桥梁的节点连接，从目前使用情况看不宜采用焊接外，焊接可广泛用于工业与民用建筑钢结构和桥梁钢结构。

铆钉连接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接。缺点是构造复杂，用钢量多，日前已很少采用。

普通螺栓连接的优点是施工简单、拆装方便。缺点是用钢量多。适用于安装 连接和需要经常拆装的结构。普通螺栓又分为C 级螺栓和A 级、B 级螺栓。C 级 螺栓一般用Q235钢(用于螺栓时也称为4.6级)制成。 A 、B 级螺栓一般用45号钢和35号钢(用于螺栓时也称8．8级)制成。A 、B 两级的区别只是尺寸不同，其中A 级包括d ≤24，且mm L 150≤的螺栓，B 级包括24>d 或mm L 150>的螺栓， d 为螺杆直径，L 为螺杆长度。C 级螺栓加工租糙，尺寸不够准确，只要求II 类孔，成本低，栓径和孔径之差，设计规范未作规定，通常多取0.2~5.1mm 。由于螺栓杆与螺孔之间存在着较大的间隙，传递剪力时，连接较早产生滑移(7-2)，但传递拉力的性能仍较好，所以C 级螺栓广泛用于承受拉力的安装连接，不重要的连接或用作安装时的临时固定。A 、B 级螺校需要机械加工，尺寸准确，要求I 类孔，栓径和孔径的公称尺寸相同，容许偏差为mm 25.0~18.0间隙。这种螺拴连接传递剪力的性能较好，变形很小，但制造和安装比较复杂，价格昂贵，目前在钢结构中较少采用。

I 类孔的精度要求为连接板组装时，孔口精确对准，孔壁平滑，孔轴线与板面垂直。质量达不到I 类孔要求的都为II 类孔。

高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是：普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产 生的预拉力很小，由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计。普通螺栓连接抗剪 时是依靠孔壁承压和栓杆抗剪来传力。高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工 时还给螺栓杆施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此板面之间垂直于螺栓杆方向受剪时有很大的摩擦力。依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的，因而变形较小(图7-2中3)。高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接。前者以滑移作为承载能力的极限状态，后者的极限状态和普通螺栓连接相同。

高强度螺栓摩擦型连接只利用摩擦传力这一工作阶段，具有连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单以及动力荷载作用下不易松动等优点，目前在桥梁、工业与民用建筑结构中得到广泛应用。尤其在栓焊衍架桥、重级工作制厂

房的吊车梁系统和重要建筑物的支撑连接中已被证明据有明显的优越性。高强度螺栓承压型连接，起初由摩擦传力，后期则依靠栓杆抗剪和承压传力，它的承载

能力比摩擦型的高，可以节约钢材，也

具有连接紧密，可拆换，安装简单等优

点。但这种连接在摩擦力被克服后的剪

切变形较大，规范规定高强度螺栓承压

型连接不得用于直接承受动力荷载的

结构。

7.2焊接连接的特性

7.2.1 常用焊接方法

钢结构中一般采用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。

电弧焊的质量比较可靠，是钢结构最常用的焊接方法。电弧焊可分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊。手工电弧焊(7-3)是通电后在涂有焊药的焊条与焊件间产生电弧，由电弧提供热源，使焊条熔化，滴落在焊件上被电弧所收成的小凹槽熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缝。由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖熔

池，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化的液体金属接触而形成脆性易裂的化合物。焊缝质量随焊工的技术水平而变化。手工电弧焊焊条应与焊件金属强度相