鋼結構八大基礎知識

一、鋼結構的特點

1、鋼結構自重較輕

2、鋼結構工作的可靠性較高

3、鋼材的抗振（震）性、抗沖擊性好

4、鋼結構制造的工業化程度較高

5、鋼結構可以準確快速地裝配

6、容易做成密封結構

7、鋼結構易腐蝕

8、鋼結構耐火性差

二、常用鋼結構用鋼的牌號及性能

1、炭素結構鋼：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等

2、低合金高強度結構鋼

3、優質碳素結構鋼及合金結構鋼

4、專門用途鋼

三、鋼結構的材料選用原則

鋼結構的材料選用原則是保證承重結構的承載能力和防止在一定條件下出現脆性破壞，根據結構的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀態、連接方法、鋼材厚度和工作環境等因素綜合考慮的。

《鋼結構設計規范》GB50017-2003提出的四種鋼材型號是“宜”使用的型號，是在條件許可時的首先選擇，并不禁止其它型號的使用，只要使用的鋼材滿足規范的要求即可。

四、主要鋼結構技術內容

（1）高層鋼結構技術。根據建筑高度和設計要求分別采用框架、框架支撐、筒體和巨型框架結構，其構件可采用鋼、勁性鋼筋混凝土或鋼管混凝土。鋼構件質輕延性好，可采用焊接型鋼或軋制型鋼，適用于超高建層建筑；勁性鋼筋混凝土構件剛度大，防火性能好，適用于中高層建筑或底部結構；鋼管混凝土施工簡便，僅用于柱結構。

（2）空間鋼結構技術。空間鋼結構自重輕、剛度大、造型美觀，施工速度快。以鋼管為桿件的球節點平板網架、多層變截面網架及網殼等是我國空間鋼結構用量大的結構型式。具有空間剛度大，用鋼量低的優點，在設計、施工和檢驗規程，并可提供完備的CAD。除網架結構外，空間結構尚有大跨懸索結構、索膜結構等。

（3）輕鋼結構技術。伴隨著輕型彩色鋼板制成墻體和屋面圍護結構組成的新結構形式。由5mm以上鋼板焊接或軋制的大斷面薄壁H型鋼墻梁和屋面檁條，圓鋼制成柔性支持系統和高強螺栓連接構成的輕鋼結構體系，柱距可從6m到9m，跨度可達30m或更大，高度可達十幾米，并可設輕型吊四。用鋼量20～30kg/m2。現已有標準化的設計程序和專業化生產企業，產品質量好，安裝速度快，重量輕，投資少，施工不受季節限制，適用于各種輕型工業廠房。

（4）鋼混凝土組合結構技術。以型鋼或鋼管理與混凝土構件組成的梁、柱承重結構為鋼混組合結構，近年來應用范圍日益擴大。組合結構兼有鋼與混凝土兩者的優點，整體強度大、剛性好、抗震性能良好，當采用外包混凝土構造時，更具有良好的耐火和耐腐蝕性能。組合結構構件一般可降低用鋼量15～20％。組合樓蓋及鋼管混凝土構件，還具有少支模或不支模、施工方便快速的優點，推廣潛力較大。適用于隨較大荷載的多層或高層建筑的框架梁、柱及樓蓋，工業建筑柱和樓蓋等。

（5）高強度螺栓連接與焊接技術。高強螺栓是通過磨擦力來傳遞應力，由螺栓、螺母和墊圈三部分組成。高強螺栓連接施工簡便、拆除靈活、承載力高、抗疲勞性能和自鎖性好、安全性高等優點，工程中已取代了鉚接和部分焊接，成為鋼結構制作及安裝中的主要連接手段。在車間內制作的鋼構件，厚板應采用自動多絲弧埋焊，箱形柱隔板應采用熔咀電渣焊等技術。現場安裝施工中，應采用半自動焊技術和氣體保護焊藥芯焊絲及自保護藥芯焊絲技術。

（6）鋼結構防護技術。鋼結構防護包括防火、防腐、防銹，一般是采用在防火涂料處理后無需再作防銹處理，但在有腐蝕氣體的建筑中尚需作防腐處理。國內防火涂料種類較多，如TN系列、MC-10等，其中MC-10防火涂料有醇酸磁漆、氯化橡膠漆、氟橡膠涂料及氯磺化涂料等。在施工中應根據鋼結構型式、耐火等級要求及環境要求選用合適的涂料及涂層厚度。

五、鋼結構的目標與措施

鋼結構工程涉及面廣，技術難度大，在推廣應用中必須遵循國家及行業標準規范。各地建設行政主管部門應重視鋼結構工程專業化階段的建設，組織好質檢隊伍培訓工作，并及時總結工作實踐和新技術應用。大專院校、設計部門和施工企業應加速鋼結構工程技術人員培養，推廣技術成熟的鋼結構CAD。群眾學術團體應配合鋼結構技術的發展，廣泛開展國內外學術交流和培訓活動，積極把鋼結構的設計、制作與施工安裝技術的總體水平，在近期內能有獎勵的提高。

六、鋼結構的連接方法

鋼結構的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。

（一）、焊縫連接

焊縫連接是通過電弧產生的熱量使焊條和焊件局部熔化，經冷卻凝結成焊縫，從而將焊件連接成為一體。

優點：不削弱構件截面，節約鋼材，構造簡單，制造方便，連接剛度大，密封性能好，在一定條件下易于采用自動化作業，生產效率高。

缺點：焊縫附近鋼材因焊接高溫作用形成的熱影響區可能是某些部位材質變脆；焊接過程中鋼材受到分布不均勻的高溫和冷卻，使結構產生焊接殘余應力和殘余變形，對結構的承載力、剛度和使用性能有一定影響；焊接結構由于剛度大，局部裂紋一經發生很容易擴展到整體，尤其是在低溫下易發生脆斷；焊縫連接的塑性和韌性較差，施焊時可能產生缺陷，使疲勞強度降低。

（二）、螺栓連接

螺栓連接是通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一體。螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。

優點：施工工藝簡單、安裝方便，特別適用于工地安裝連接，也便于拆卸，適用于需要裝拆結構和臨時性連接。

缺點：需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加制造工作量，且對制造的精度要求較高；螺栓孔還使構件截面削弱，且被連接件常需相互搭接或增設輔助連接板（或角鋼），因而構造較繁且多費鋼材。

（三）、 鉚釘連接

鉚釘連接是將一端帶有半圓形預制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅后迅速插入連接件的釘孔中，然后用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，以使連接達到緊固。

優點：鉚接傳力可靠，塑性、韌性均較好，質量易于檢查和保證，可用于重型和直接承受動力荷載的結構。

缺點：鉚接工藝復雜、制造費工費料，且勞動強度高，故已基本被焊接和高強度螺栓連接所取代。

七、焊接連接

（一）焊接方法

鋼結構常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊以及氣體保護焊等。

手工電弧焊是鋼結構中常用的焊接方法，其設備簡單，操作靈活方便。但勞動條件差，生產效率比自動或半自動焊低，焊縫質量的變異性大，在一定程度上取決于焊工的技術水平。

自動焊的焊縫質量穩定，焊縫內部缺陷較少，塑性好，沖擊韌性好，適合于焊接較長的直接焊縫。半自動焊因人工操作，適用于焊曲線或任意形狀的焊縫。自動和半自動焊應采用與主體金屬相適應的焊絲和焊劑，焊絲應符合國家標準的規定，焊劑應根據焊接工藝要求確定。

氣體保護焊是用惰性氣體（或CO2）氣體作為電弧的保護介質，使熔化金屬與空氣隔絕，以保持焊接過程穩定。氣體保護焊電弧加熱集中，焊接速度快，熔深大，故焊縫強度比手工焊的高。且塑性和抗腐蝕性好，適合于厚鋼板的焊接。

（二）、焊縫形式

焊縫連接形式根據被連接構件間的相互位置可分為對接、搭接、T形連接和角接等四種形式。這些連接所用的焊縫有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。在具體應用時，應根據連接的受力情況，結合制造、安裝和焊接條件進行選擇。

（三）焊縫構造

1、對接焊縫

對接焊縫傳力直接、平順、沒有顯著的應力集中現象，因而受力性能良好，對于承受靜、動荷載的構件連接都適用。但由于對接焊縫的質量要求較高，焊件之間施焊間隙要求較嚴，一般多用于工廠制造的連接中。

2、角焊縫

角焊縫的形式：角焊縫按其長度方向和外力作用方向的不同，可分為平行于力作用方向的側面角焊縫、垂直于力作用方向的正面角焊縫與力作用方向斜交的斜向角焊縫以及圍焊縫。

角焊縫截面形式又分為普通式、平坡式和深熔式。圖中hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。普通式截面焊腳邊比例為1：1，近似于等腰直角三角形，其傳力線彎折較劇烈，故應力集中嚴重。對直接承受動力荷載的結構，為使傳力平順，正面角焊縫宜采用兩焊角邊尺寸比例1：1.5的平坡式（長邊順內力方向），側面角焊縫宜采用比例為1：1的深熔式。

八、螺栓連接

（一）普通螺栓連接的構造

1、普通螺栓的形式和規格

鋼結構采用的普通形式為大六角頭型，其代號用字母M與公稱和直徑（mm）表示。工程中常用M18，M20，M22，M24。按國際標準，螺栓統一用螺栓的性能等級來表示，如“4.6級”、“8.8級”等。小數點前數字表示螺栓材料的

低抗拉強度，如“4”表示400N/mm2，“8”表示800N/mm2。小數點后的數字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈強比，即屈服點與低抗拉強度的比值。

根據螺栓的加工精度，普通螺栓又分為A、B、C三級。

A、B級螺栓（精制螺栓）采用8.8級鋼材制作，經機床車削加工而成，表面光滑，尺寸準確，且配用Ⅰ類孔（即螺栓孔在裝配好的構件上鉆成或擴鉆成，孔壁光滑，對孔準確）。由于其加工精度高，與孔壁接觸緊密，其連接變形小，受力性能好，可用于承受較大剪力和拉力的連接。但制造和安裝較費工，成本高，故在鋼結構中較少采用。

C級螺栓（粗制螺栓）用4.6或4.8級鋼制作，加工粗糙，尺寸不夠準確，只要求Ⅱ類孔（即螺栓孔在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成。一般孔徑比螺栓桿徑大1~2mm）。在傳遞剪力時，連接變形大，但傳遞拉力的性能尚好，操作無需特殊設備，成本低。常用于承受拉力的螺栓連接和承受靜力荷載或間接承受動力荷載結構中的次要受剪連接。

2、普通螺栓連接的排列

螺栓的排列應簡單、統一而緊湊，滿足受力要求，構造合理又便于安裝。排列方式有并列和錯列兩種排列（如圖所示）。并列較簡單，錯列較緊湊。

（二）普通螺栓連接的受力特點

1、受剪螺栓連接

2、受拉螺栓連接

3、拉剪螺栓連接

（三）高強度螺栓的受力特點

高強度螺栓連接按設計和受力要求可分為摩擦型和承壓型兩種。摩擦型連接在承受剪切時，以外剪力達到板件間可能發生的大摩阻力為極限狀態；當超過時板件間發生相對滑移，即認為連接已失效而破壞。承壓型連接在受剪時，則允許摩擦力被克服并發生板件間相對滑移，然后外力可以繼續增加，并以此后發生的螺桿剪切或孔壁承壓的終破壞為極限狀態。