第六章 钢结构工程

和间隙 b 组成一个焊条能够运转的空间，
使焊缝易于焊透；
●对于厚度较厚的焊件（ t >20mm ），应采 用U型、K型或X型坡口。 ●引弧板：对接焊缝施焊时的起点和终点， 常因起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极 易产生裂纹和应力集 中，为避免焊口缺陷，
可在焊缝两端设引弧
板。
●在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度
●扭断螺栓尾部梅花卡头法：
6.2 钢结构桁架工程
• 6.2.1 钢桁架的几种类型 • (1)三角形桁架(图6.4) • (2)梯形桁架(图6.5)
图6.4 三角形桁架
图6.5 梯形桁架
• (3)平行弦桁架 • (4)多边形桁架(图6.7)
图6.6 平行弦桁架
图6.7 多边形桁架
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6.3 钢结构网架工程 6.3.1 网架结构起拱及下料 (1)网架起拱 网架弧线型起拱的计算公式， 按图6.11可用勾股弦定律推 算：
图6.11 弧形起拱参数图
• 式中 R——圆弧曲线半径；
• Lx——x向跨度； • f0——所求跨中起拱值。
• 式中 x——所求节点距原点O的距离； • fx——所求x节点的起拱值。
2）螺栓的排列
并列
错列
螺栓在构件上的排列应同时考虑受力要求、
构造要求及施工要求:
●从构造角度考虑：螺栓的栓距、线距及 边距不宜过大，否则被连接构件间的接触不紧 密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，造成钢板 锈蚀。
●从受力角度出发：螺栓端距不能太小，
否则孔前钢板有被剪坏的可能；螺栓端距也不
能过大，防止造成材料的浪费。栓距和线距过 小，螺孔周围应力集中相互影响大，且对截面 削弱过多，构件有沿直线或折线破坏的可能。 对受压构件，栓距过大还会发生压屈鼓肚现象。
和Q420钢采用E55型焊条。
焊缝连接设备简单，适用性强，特别是短 焊缝或曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进 行高空焊接时，只能采用手工焊接，是钢结 构中最常用的焊接方法。 但其生产效率低， 劳动强度大，保证焊缝质量的关键是焊工的 技术水平，焊缝质量的波动较大。
自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺
• 1)易锈蚀。2)耐火性能差。
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6.1 钢结构施工概述 6.1.1 钢结构构件的施工和制造 钢结构构件施工制造的程序： (1)图纸深化——详图绘制 (2)材料采购和管理 (3)准备技术文件 (4)加工程序 1)放样 2)矫正
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2.螺栓连接 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度 螺栓连接两种。
（1）普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。 A级和B级为精制螺栓。其抗剪性能比C级 螺栓好，但成本高，安装困难，故较少采用。
C级螺栓为粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不
很准确，只要求Ⅱ类孔。
（2）高强度螺栓连接
1）传递剪力的机理
主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来 传递剪力。 2）优点 施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、 工作安全可靠。
• • • • • 式中 L——节点中心距离； R——钢球半径； r——钢管内半径; a——预留焊缝收缩量(1.5～3.5 mm)； b——焊缝间隙(2～3 mm)。
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6.3.2 网架结构安装 (1)高空散装法 (2)分条(块)吊装法 (3)高空滑移法 1)滑移方法 ①单条滑移 ②逐条积累滑移 2)滑移设备 ①滑轨 ②导向轮 3)同步控制 4)挠度调整 (4)网架整体提升或顶升法 (5)网架整体吊装法
陷少，塑性和韧性好，因此其质量比手工电
弧焊好。
半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊
之间。
自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。半自动埋弧焊适合于焊接曲线或 任意形状的焊缝。
2. 焊缝的型式与构造
焊缝连接可分为:
对接 搭接
T形连接 角接
焊缝的型式是指焊缝本身的截面型式，主要有:
对接焊缝
角焊缝
（1）对接焊缝
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6.4 钢结构施工的质量要求与安全措施 6.4.1 钢结构的制作质量要求 6.4.2 钢结构的安装质量要求 6.4.3 钢结构中存在的质量通病 6.4.4 钢结构施工中的安全措施
• 6.5 施工质量强制规范的基本要求 • 6.5.1 《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205—2001中的基本要求 • 6.5.2 焊接材料的品种、规格、性能等应符 合现行国家产品标准和设计要求
• 6.5.3 钢结构连接用高强度大六角头螺栓连 接副、扭剪型高强度螺栓连接副、钢网架用 高强度螺栓、普通螺栓、铆钉、自攻钉、拉 铆钉、射钉、锚栓(机械型和化学试剂型)、 地脚锚栓等紧固标准件及螺母、垫圈等标准 配件，其品种、规格、性能等应符合现行国 家产品标准和设计要求
• 6.5.4 焊工必须经考试合格并取得合格证 书,持证焊工必须在其考试合格项目及其认 • 6.5.5 设计要求全焊透的一、二级焊缝应 采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超 声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用 射线探
伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行 国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和 探伤结果分级法》GB 11345 或《钢熔化焊 对接接头射线照相和质量分级》GB 3323的 规定
受剪破坏
挤压破坏
拉压破坏
冲剪破坏
受弯破坏
防止破坏的措施：
受剪破坏、挤压破坏、拉压破坏通过计 算来防止；冲剪破坏、受弯破坏通过构造措 施来防止，规定最小端距防止冲剪破坏，规 定螺栓连接的板叠加厚度防止受弯破坏。
2）受拉螺栓破坏是螺杆被拉断，拉断的部
位通常在螺纹削弱的截面处。
2. 高强度螺栓连接
1）特点及截面型式
①特点
传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力 性能较好。 但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准 确，保证相连板件间有适当空隙，还需要将焊 件边缘开坡口，制造费工。
②截面型式
I型、单边V型、V型、U型、K型和 X型等。
2）对接焊缝的构造
●当焊件厚度很小 (t≤10mm) 时，可采用 I 型 坡口； ●对于一般厚度（t=10～20 mm）的焊件， 可采用单边 V 型或 V 型坡口，以便斜坡口
③最小计算长度
角焊缝的最小计算长度应大于8hf，且不小于 40 mm。 ④侧面角焊缝的最大计算长度 侧焊缝的计算长度不宜大于60hf（静荷载）或 40hf（动荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时 则不受此限。
⑤ 在搭接连接中，要求搭接长度l＞5t1，且不 小于25 mm。
螺栓连接
（1）普通螺栓连接的构造 1）螺栓的规格 钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型， 其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。螺 栓直径 d 应根据整个结构及其主要连接的尺寸 和受力情况选定，受力螺栓一般采用 M16 、 M20、M24等。
对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1 mm；对
于T型连接的单面角焊缝则应增加1 mm。当焊 件厚度等于或小于4 mm时，则 应与焊件同厚。
②最大焊脚尺寸 角焊缝的最大焊脚尺寸应满足： hfmax≤1.2t1 t1为较薄焊件的板厚，单位mm。
当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘
厚度t≤6 mm时，取hfmax = t ；当焊件边缘厚度t ＞6 mm时，取hfmax = t -（1～2）mm。
3）缺点 开孔对构件截面有削弱；用材多，构造繁 杂；工作量大，制造精度要求高。 4 ）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力 方式又可分为摩擦型和承压型两种。
①摩擦型高强螺栓：仅靠被连接板件间
的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被 克服作为连接承载力的极限状态。 ②承压型高强螺栓：是靠被连接板件间 的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆
图6.3 钢柱顶的激光测量目标
• 6.1.4 钢结构构件的连接施工
钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓
连接和铆钉连接三种。
1.焊缝连接 (1) 优点 构造简单，加工方便，节约钢材，连接的 刚度大，密封性能好，易于采用自动化作业。 （2）缺点 焊缝连接会产生残余应力和残余变形 , 连
接的塑性和韧性较差。
6 钢结构工程
• 1、优点： • 1)强度高，重量轻。 屋架:G钢=（1/3～1/4）G钢砼 • 2)塑性好，韧性好。 • 3)材质均匀，工作可靠性高。
• 4)工业化生产程度高，工期短。
• 5)能制成不渗漏的密闭结构。
• 6)耐热性能好。（温度≤200°C时性能变化不大）
• 2、缺点：
6.2.2 轻型钢屋架的应用 (1)圆钢、小角钢组成的轻型屋架 (2)芬克式屋架 (3)三铰拱屋架 (4)梭形屋架 图6.8 芬克式屋架
图6.9 三铰拱屋架的形式 1—斜梁；2—吊杆；3—拱拉杆
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图6.10
梭形屋架的形式
• 用圆钢直径不宜小于12mm（屋架杆件）或 直径不宜小于16mm（支撑杆件）和小角钢 （小于L45×4或小于L56×36×4）组成的 钢屋架以及用2~6mm薄钢板或带钢冷弯成 型的薄壁型钢，统称为轻钢屋架。为了把 两类轻钢屋架加以区别，前者称为轻型钢 屋架，后者称为薄壁型钢屋架。
• 式中 α——起拱后每个网格所对的中心角; • R——自原点O算起的网格数。
• 起拱后杆长S由下式计算：
• (2)杆件节点制作及下料
图6.12 下料长度关系图 (a)钢球节点R、r；(b)焊缝(α=35°～45°)
• 钢管球节点的钢球是由工厂专用生产的, 而 钢管杆件则在现场加工制作 , 钢管杆件的下 料长度如图6.12所示,且按下式进行计算：
3)切割 4)制孔 5)弯形 6)端面加工 7)坡口加工 8)装配 9)焊接 10)表面处理和涂装 11)标志 12)包装和运输
图6.1 第a立面流水段内的安装程序
6.1.2 结构安装前的准备工作
• 6.1.3 钢结构构件安装与校正
图6.2 钢柱吊装 1—吊耳；2—垫木
为了控制安装误差，对高层钢结构先确定标准柱。
●从施工角度来说：布置螺栓还应考虑 拧紧螺栓时所必须的施工空隙。
（2）普通螺栓连接形式
普通螺栓连接的受力形式分为三类： 外力与栓杆垂直的受剪螺栓连接； 外力与栓杆平行的受拉螺栓连接； 同时受剪和受拉的螺栓连接。
受剪螺栓
受拉螺栓
受剪和受拉的螺栓
1）受剪螺栓连接
受剪螺栓连接达到极限承载力时的五种破坏 形式：
不同或厚度相差4 mm以上时，如图。坡口型
式应根据较薄焊件
厚度来取用，焊缝的 计算厚度等于较薄焊 件的厚度。
（2）角焊缝
●角焊缝位于板件边缘，传力不均匀， 受力情况复杂，受力不均匀容易引起应力集 中； ●但因不需开坡口，尺寸和位置要求精
度稍低，使用灵活，制造方便，故得到广泛
应用。
1）截面型式
●角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角 角焊缝和斜角角焊缝两种。 直角角焊缝
(1)受力性能与构造要求
高强螺栓连接主要是靠被连接板件间的 强大摩阻力来抵抗外力。
高强螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现 的。有扭矩法、转角法和扭断螺栓尾部法来 控制预拉力：
●转角法：初拧至不动位置，终拧从标 记位置拧至规定位置。
●扭矩法：初拧扭矩值不小于终拧的 50%，终拧采用可直接显示扭矩的特制板手 施加扭矩至规定的扭矩值。
被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。
其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。
焊缝连接 1. 焊接原理 钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包
括手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体
保护焊等。
焊条牌号为E43、E50和E55型等，其中
E表示焊条，两位数字表示焊条熔敷金属抗拉 强度的最小值。
一般情况下，对Q235 钢采用E43型焊条，对Q345钢采用E50型焊条，对Q390
斜角角焊缝
在建筑钢结构中，最常用的是直角角焊缝，斜角角焊缝主要用于钢管结 构中。
●角焊缝按其与外力作用方向的不同可分为 平行于外力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外 力作用方向的正面角焊缝（或称端焊缝）和与 外力作用方向斜交的斜向角焊缝三种。
2）角焊缝构造 ①最小焊脚尺寸 hfmin<=1.2t1/2 t为较厚焊件的板厚。
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• 轻型钢屋架 • 轻型钢屋架自重小、用钢省，便于制作运 输、安装方便，但刚度差，承载力低，锈 蚀影响大。主要用于轻型屋盖中，例如中 小型厂房、食堂、小礼堂等，跨度≤18m， 吊车起重量不大于5t又不很繁忙的桥式吊车 中厂房。 • 轻型钢屋架常见的形式有三角形芬克式屋 架、三铰拱屋架和梭形屋架。