钢结构的连接设计

1．受力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距和线距不应过小，否则对钢板截面削弱太多，构件有
可能沿直线或折线发生净截面破坏。对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距不应过大，否则
被连接的板件间容易发生凸曲现象。因此，从受力角度应规定螺栓的最大和最小容许间距。
2．构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而产生腐蚀，所
接 ② 弯矩单独作用时（图3-8）
设
计
f
M Ww
f

f
w f
(3-8)
式中 Ww——角焊缝有效截面的截面模量。 ③ 扭矩单独作用时（图3-9）
A

T
rA J
式中 J ——角焊缝有效截面的极惯性矩，J=Ix＋Iy ； rA——A点至形心o点的距离。
(3-9)
将 A分解到x和y方向，有
结 构
焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。其中对接焊缝按受力方向可分为对接正焊缝和对接斜焊
的 缝；角焊缝长度方向垂直于力作用方向的称正面角焊缝，平行于力作用方向的称侧面角焊缝。
连 接
焊缝缺陷和焊缝等级
设
焊缝中可能存在裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等缺陷。（图3-3）
计
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）规定，焊缝依其质量检查标准分为三级，其中
T Ax

T
rAy J
T Ay

T
rAx J
④ 弯矩、扭矩、轴心力共同作用时，分别计算受力最不利点的正应力和剪应力，按下式计算：
( )2 (
f
)2

f
w f
(3-10)
3
钢 结 构 的 连 接 设 计
3
钢 结 构 的 连 接 设 计
3.5 螺栓连接的排列列（图3-11），排列时应考虑下列要求:
以，构造上要规定螺栓的最大容许间距。
3 3．施工要求：为便于转动螺栓扳手，就要保证一定的作业空间。所以，施工上要规定螺栓的最
钢
小容许间距。
结
构
的
连
接
设
计
图3-11 钢板上螺栓的排列 (a) 并列；(b) 错列；(c) 容许间距
构
hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。
的 连
对于板件边缘的焊缝，当t ≤6mm时， hf ≤t ；当t >6mm时， hf ＝t －(1~2)mm。 （图3-6）
接
焊缝长度 lw也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf 。
设
计
(3) 角焊缝计算的基本公式
1f2(x2y2xy)z2 ffw
设
t ——在对接接头中为连接件的较小厚度，不考虑焊缝的余高；在T形接头中为腹板厚度;
计
ftw， fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。抗压焊缝和质量等级为一、二级的抗拉焊缝与母
材等强，三级抗拉焊缝强度为母材的85% 。
（2）受弯、受剪的对接焊缝计算
＝M／Ww ≤ fwt ＝VS／（Iwt ）≤ fwV
f
he
N lw
f
ffw
焊缝长度与受力方向平行（侧面角焊缝） ：
(3-6)
3 钢
f
he
V lw

f
w f
(3-7)
结
构 式中 lw为连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实际长度减去2hf。
的 连
三面围焊时，先按式（3－6）计算计算正面角焊缝受力N1，再由N－ N1按式（3－7）计算。
三级焊缝只要求通过外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹，咬
边等缺陷。对于重要结构或要求焊缝金属强度等于被焊金属强度的对接焊缝，必须进行一级或二
级质量检验，即在外观检查的基础上再做无损检验。其中二级要求用超声波检验每条焊缝的20％ 长度，且不小于200mm；一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。
(3-5)
式中
f ——正面角焊缝的强度设计值增大系数，f
3 2
1.22
；但对直接承受动力荷载
结构中的角焊缝，由于正面角焊缝的刚度大，韧性差，应取f ＝1.0；
x 、y ——按角焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的正应力；
z ——按角焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力。
(4) 常用连接方式的角焊缝计算 ① 受轴心力作用时（图3-7） 焊缝长度与受力方向垂直（正面角焊缝）：
（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚度he ，当 ≤90o 时， he ＝0.7 hf ；当 >90o 时， he ＝ hf cos( /2)。
(2) 角焊缝的尺寸限制
3
焊脚尺寸 hf 应与焊件的厚度相适应，不宜过大或过小。
钢 结
对手工焊，hf应不小于1.5 t ，t为较厚焊件的厚度（mm），对自动焊，可减小1mm；
3 钢结构的连接设计
3.1 钢结构的连接方法 在传力过程中，连接部位应有足够的强度。被连接件间应保持正确的位置，以满足传力和使
用要求。
钢结构的连接通常有焊接，铆接和螺栓连接三种方式（图3-1）。
3.2 焊接连接的特性
3
钢结构常用的焊接方法有电弧焊，电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。
钢
焊缝连接形式按构件的相对位置可分为平接、搭接、T形连接和角接四种。（图3-2）
zs B 23B 2 1.1ftw
(3-2) (3-3) (3-4)
3.4 角焊缝的构造和计算
(1) 角焊缝的截面
角焊缝两边夹角一般为900（直角角焊缝），夹角大于1350或小于600的斜角交焊缝，除钢管结
构外，一般不宜用作受力焊缝。 （图3-5）
角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角的截面，破坏往往从这个截面发生。有效截面的高度
的构件，按一、二级标准检验焊缝质量，焊缝和构件等强，不必另行计算，只有对三级焊缝，才
需要计算。
3
（1）轴心受力的对接焊缝
钢 结 构
＝N／（lwt）≤fwt或fwc 式中 N ——轴心拉力或压力的设计值；
(3-1)
的 连 接
lw ——焊缝计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；当无法采用引弧板时，每条 焊缝取实际长度减去2t；
焊缝代号
焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。 （表3-1a） （表3-1b）
3.3 对接焊缝的构造和计算
对接焊缝按坡口形式分为I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V形缝（也叫Y形缝）、
带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝和双Y形缝等。（图3-4）
对基焊缝计算
对接焊缝的应力分布情况基本上与焊件相同。可用计算焊件的方法计算对接焊缝。对于重要