钢结构连接方式的选择

钢结构连接形式介绍与选择

在设计钢结构工程时，构件与构件之间需要进行有效的连接，以形成一个整体，对于构件之间连接的形式，则有很多的方式可以选择。如何在各种连接节点中选择合理的连接方式，这通常是一个容易模糊的设计盲点，因此在此作一些介绍，以强化钢结构设计概念。

一、连接形式

钢结构中连接节点可分为刚性节点、半刚性节点和铰接节点三种形式，设计时应根据节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理确定节点的形式、连接方式、细部构造及其计算方法。

连接形式

刚性节点半刚性节点铰接节点

设计中不考虑此

种节点

在工程实践中，如何判别一个节点属于刚性、半刚性或铰接连接主要是看其转动刚度，刚性连接应不会产生明显的连接夹角变形，即连接夹角变形对结构抗力的减低应不超过5%。通常定义，连接对于转动约束达到理想刚接的90%以上的连接，可视为刚接；在外力作用下，柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上的连接视为铰接。采用理想较接的假定，意味着梁与柱之间没有弯矩的传递，用较连在一起的梁和柱将互相独立的转动。

这里用柱脚来具体解释下刚接与铰接的区别。

能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚性柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩，从实际看，如果锚栓在翼缘外侧，就是刚接，如果在翼缘内侧，就是铰接。这两种柱脚的区别就是对侧移的控制，也就是有吊车荷载的单层工业厂房，因为吊车对侧移比较敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨的现象，且门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）中3.4.2条规定，刚架柱顶位移设计值的限值，无吊车且采用轻型钢墙板时是h/60，有吊车且吊车仅由地面操作时是h/180，所以把柱脚设计成刚性柱脚，抵抗其侧位移。

在设计中为简化计算，一般均按完全刚接或理想铰接来考虑，因此，半刚性节点在此不做赘述。

二、连接方式

连接根据使用材质不同可分为铆接、螺栓连接和焊接三种方式。

1. 铆接

铆接是通过在构件上打孔，然后用铆钉、铆板将构件连接，因其构造复杂，

用钢量多，现在已极少采用，因此铆接在此不做详细赘述。

2. 螺栓连接

螺栓连接根据螺栓不同，可分为普通螺栓和高强度螺栓。普通螺栓分为C

级螺栓和A 、B 级螺栓。高强度螺栓分为摩擦型螺栓和承压性螺栓

普通螺栓用于临时固定的安装连接及可拆卸静载结构的连接，其中A 、B 级

螺栓目前很少采用，多用高强度螺栓所取代。所以一般所说的普通螺栓均指C

连接方式

铆接

螺栓连接

焊接

普通螺栓 高强度螺栓

C 级 A 、B 级 摩擦型

承压型

级螺栓。

高强度摩擦型螺栓目前广泛使用于工业民用建筑钢结构连接；是各种连接中最适用于承受动力荷载的连接方式；常用于现场拼接和安装连接的重要部位；凡不宜采用焊接连接的结构，均可用高强度螺栓代替。高强度摩擦型螺栓是钢结构设计中最常见的螺栓形式。

高强度承压型螺栓连接紧密，承载能力较摩擦型螺栓高，其与摩擦型螺栓的区别是在螺栓达到最大承载力时，连接可产生少量的滑移，且施工的费用较高。因为其在承受荷载作用时的变形远大于摩擦型，所以高强度承压型螺栓主要用于非抗震构件的连接、非承受动荷载构件的连接及非反复作用构建连接，其余连接均为摩擦型螺栓。

3. 焊接

一般构件的连接均采用焊接，其构造简单，便于施工，连接和密封性能好，不会削弱构件的截面，但采用焊接连接，会对构件本身产生残余热应力，对结构产生不利影响，这也是在构件连接角部焊缝处都留有切角的原因。

3.1 焊接的位置

焊接根据焊接位置的不同，分为横焊、立焊、平焊和仰焊。位置分类详见图1.1.1。

图1.1.1

3.2 焊接的方式

焊接根据焊接方式不同，可分为手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、电阻焊和气焊等。对于焊接现场环境及焊接构件位置的不同，相应的各种焊接方式的选择

也是不同的。在实际钢结构生产

和施工中，最常见的焊接形式是

手工电弧焊和埋弧焊。

手工电弧焊是最常见的一

种焊接方法，由手工操作，适用

于建筑钢结构中长、短焊缝及形

状复杂的焊缝，其施焊灵活，操作简单，适用于不同位置的焊接（平、立、仰、

横焊等）

埋弧焊有自动和半自动之分，一般钢结构加工工厂采用的图1.1.2

均为自动埋弧焊接，适用于有规

则的较长焊缝，局部不连续不规

则的焊缝可用半自动埋弧焊，人

工移动电弧。其大部分由机械自

动操作，生产效率高，焊缝质量

均匀，塑性好，冲击韧性高，抗

腐蚀性能强，焊件变形小。施工

过程图见图1.1.2，图1.1.3。

气体保护焊除了仰焊外，

适用于其它各种方位的操作，适图1.1.3

用于较薄焊件的焊接，其过程是利用焊枪喷出的惰性气体和自动送入的焊丝进行焊接，不需要焊剂，可以手工操作，也可自动焊接，优点是焊接较快，生产率高。（不适用于仰焊）

电阻焊常用于冷弯薄壁型钢的接触点焊，主要承受剪力，其抗

拉能力较弱。

3.3 焊缝的连接形式

图1.1.4

3.4 为减少焊接应力和应力集中，应注意以下几点：

1.焊缝间应有一定的距离，应避免在一处集中大量的焊缝。

2.在采用拼接板的对接接头中，侧面角焊缝的起点至拼缝边的距离不宜小

于25mm。

3.在接头处，不要使截面有突变，应尽量使应力平缓过渡。

4.应尽量避免三向焊缝相交，可使次要焊缝中断，主要焊缝贯通。

三. 小结