建筑力学及结构(吴承霞)模块13 钢结构

1、模块十三 钢结构钢结构n教学目标： 了解钢结构的组成、特点及应用范围； 熟悉钢结构用钢材的品种、规格和选用原则； 掌握钢结构的材料性能； 掌握钢结构的连接方式； 熟悉钢结构轴心受力构件、受弯构件的截面形式及稳定性。n教学要求能力目标相关知识 权重自评分数掌握钢材的主要机械性能；了解钢材的两种破坏形式；掌握影响材料性能的主要因素。 强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性、可焊性；延性破坏、脆性破坏；化学成分等对其影响。 了解钢材的种类、规格及其选用原则。 各种规格的钢材；表示方法；选用原则 了解钢结构连接的种类和特点；了解焊接方法。掌握焊缝连接形式及计算；了解焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别；了解

2、普通螺栓的排列和要求；熟悉高强螺栓连接的分类。 焊接连接的形式及构造要求；螺栓连接的形式及其要求。 了解轴心受力构件的分类；熟悉轴心受力构件在工程中的应用；了解强度和刚度的计算；掌握整体稳定性、局部稳定性的概念。 轴心受力构件的类型：实腹式和格构式，轴心受力强度、刚度和稳定性的计算。 了解受弯构件的分类；熟悉受弯构件在工程中的应用；掌握稳定性的概念。 梁的分类和稳定性。n学习重点： 钢结构的材料性能； 钢结构的连接方式； 钢结构轴心受力构件的截面形式及稳定性； 受弯构件的截面形式及稳定性。国家大剧院国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米

3、，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴213.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 引例：国家体育场国家体育场国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m7

4、6m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面 ，总用钢量达16万t 。天津奥林匹克体育场俯瞰效果图天津奥林匹克体育场俯瞰效果图 “绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运” 建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。13.1钢结构的特点及应用范围13.113.2钢结构材料13.213.3钢结构连接13.313.4轴心受力构件13.4 13.5受弯构件12.5 13.1钢结构的特点及应用范围一、钢结构的特点1、钢材强度高，结构重量轻2、材质均匀，且塑性韧

5、性好。 3、良好的加工性能和焊接性能。 4、密封性好。 5、钢材的可重复使用性。 6、钢材耐热但不耐火。 7、耐腐蚀性差。 8、钢结构的低温冷脆倾向。二、钢结构的应用1、大跨度钢结构n钢屋架n网架、网壳结构n悬索结构n拱架结构n桥梁结构2、工业厂房结构 西安变压器厂（400t吊车）3、多层和高层建筑由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。总

6、用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。上海环球金融中心上海环球金融中心 上海金茂大厦上海金茂大厦 金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。 4、高耸建筑 电视塔、微波塔、通讯塔等东方明珠电视塔东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高 塔。她于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达

7、12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。 5、容器和其他构筑物陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐6、钢和混凝土的组合结构一、建筑一、建筑钢材的两种破坏形式钢材的两种破坏形式1、塑性破坏：塑性破坏：断口呈纤维状，色泽发暗。破断口呈纤维状，色泽发暗。破 坏前坏前有有明显的变形明显的变形，破坏历时，破坏历时 时间长，可以采取补救措施。时间长，可以采取补救措施。2、脆性破坏：脆性破坏：破坏前破坏前没有没有任何预兆任何预兆，破坏是，破坏是 突然发生的，断口平直并呈有突然发生的，断口平直并呈有 光泽的晶粒状。光泽的

8、晶粒状。钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。 在设计、施工和使用钢结构时，注意防止在设计、施工和使用钢结构时，注意防止脆性破坏。脆性破坏。13.2 钢结构材料二、钢材的力学（机械）性能 n钢材的主要机械性能包括强度、塑性、冷弯试验、韧性及可焊性，它们是钢结构设计的重要依据，这些性能指标主要靠试验来测定。单向拉伸时的工作性能单向拉伸时的工作性能 条件：常温、静载条件下一次拉伸 fp比例极限比例极限 fe弹性极限弹性极限 fy屈服强度屈服强度 ( (强度标准、设计依据强度标准、设计依据) ) fu抗拉强度抗拉强度( (最大承载强度、强度储备最大承载强度、强度储备

9、) )1、 强度强度13.3 碳素结构钢的应力碳素结构钢的应力-应变关系应变关系伸长率5和10 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其相应的伸长率用5和10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。延伸率（塑性性能）延伸率（塑性性能）%LLL100001塑性塑性：在：在静力荷载静力荷载作用下，作用下， 钢材吸收钢材吸收变形能变形能

10、的能力。的能力。2、 冷弯性能冷弯性能 冷弯性能冷弯性能是检验钢材弯是检验钢材弯曲变形能力或塑性性能，还曲变形能力或塑性性能，还是显示是显示钢材内部缺陷钢材内部缺陷状况的状况的一项指标；是鉴定钢材在一项指标；是鉴定钢材在弯弯曲状态曲状态下下塑性应变塑性应变能力和钢能力和钢材质量的综合指标。材质量的综合指标。图图13.5 钢材冷弯试验示意图钢材冷弯试验示意图3、冲击韧性冲击韧性 韧性韧性是钢材抵抗冲是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总料在断裂时所吸收的总能量来量度（能量来量度（C Cv v）。韧）。韧性是钢材强度和塑性的性是钢材强度和塑性的综合指标。综合指标。

11、 冲击韧性冲击韧性：在：在动力荷动力荷载载作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力。的能力。图图13.6 冲击韧性试验冲击韧性试验三、三、影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素1、 化学成分的影响化学成分的影响 钢是含碳量小于钢是含碳量小于2%2%的铁碳合金。钢中基本元素：的铁碳合金。钢中基本元素：F Fe e、C C、SiSi、MnMn、S S、P P、N N、O O。 普通碳素钢中，普通碳素钢中， FeFe占占99%99%，其余元素占其余元素占1%1%。在在低合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素低合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素（镍、钒、钛等）（含量低于（镍、钒

12、、钛等）（含量低于5%5%） 各种元素对钢材机械性能的影响如下。各种元素对钢材机械性能的影响如下。碳碳C C ：必须元素，含量增加，钢材强度提高，而塑含量增加，钢材强度提高，而塑 性、韧性和疲劳强度低。同时焊接性能和抗腐蚀性恶化。性、韧性和疲劳强度低。同时焊接性能和抗腐蚀性恶化。一般在碳素结构钢中不应超过一般在碳素结构钢中不应超过0.22 % ；在焊接结构中还；在焊接结构中还应低于应低于0.2 %。硅硅SiSi：是一种强脱氧剂，是一种强脱氧剂，碳素结构钢中应控制碳素结构钢中应控制0.3 %, 在在低合金高强度钢中硅的含量可达低合金高强度钢中硅的含量可达0.55 %。适量的硅可提适量的硅可提高钢

13、材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无明显不良影响明显不良影响锰锰MnMn：锰是一种弱脱氧剂，锰是一种弱脱氧剂，含含MnMn适量使强度适量使强度，降低，降低S S、O O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大, ,有益有益. .在碳素结构钢中锰的含量为在碳素结构钢中锰的含量为0.3 %0.8 % ，在低合，在低合金高强度钢中锰的含量可达金高强度钢中锰的含量可达1.0 % 1.6%。硫硫S S：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度， 在高温时，使钢

14、材变脆，称之为热脆。含量在高温时，使钢材变脆，称之为热脆。含量 应不超过应不超过0.045%。( (有害成分有害成分) )磷磷P P：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度， 在低温时，使钢材变脆，称之为冷脆。含量在低温时，使钢材变脆，称之为冷脆。含量 应不超过应不超过0.045%。可以提高强度和抗锈蚀。可以提高强度和抗锈蚀 性。性。 ( (有害成分有害成分) )氧氧O O：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度， 在高温时，发生热脆。在高温时，发生热脆。 ( (有害成分有害成分) )氮氮N N：降低钢材的塑性、韧

15、性、可焊性和疲劳强度，降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度， 在低温时，发生冷脆。在低温时，发生冷脆。 ( (有害成分有害成分) )钒和钛：钒和钛：是钢中的合金元素，能提高钢的强度和是钢中的合金元素，能提高钢的强度和 抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。铜铜 ：可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提 高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。3、 冶炼与轧制冶炼与轧制 冶炼（脱氧）冶炼（脱氧） 钢锭剖面钢锭剖面缩孔保温帽(a)沸腾钢 (b)镇静钢2、 钢筋的焊接性能钢筋的焊接性能注意：注意：薄钢板的薄

16、钢板的强度比厚钢板的强度比厚钢板的强度高。强度高。轧棍图图2.6 钢的轧制使晶粒细化钢的轧制使晶粒细化轧制 钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，所以分层是钢材(尤其是厚板)的一种缺。设计时应尽量避免拉力垂直于板面的情况，以防止层间撕裂。4、 温度影响温度影响 温度升高，钢材强度是降低、应变增大；反之，温度升高，钢材强度是降低、应变增大；反之，温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而变脆。变脆。 蓝脆：蓝脆：在在250度度左

17、右时，强度提高而伸长率和左右时，强度提高而伸长率和冲击韧性降低，钢材表面氧化膜呈蓝色，此种现象冲击韧性降低，钢材表面氧化膜呈蓝色，此种现象称为蓝脆现象。称为蓝脆现象。 徐变：徐变：当温度在当温度在260320度度时，在应力持续不时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此种变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此种现象称为徐变。现象称为徐变。当温度达到当温度达到600度度时强度很低，不能承担荷载。时强度很低，不能承担荷载。 5、应力集中 构件上孔洞、刻槽、凹角、裂纹以及截面厚度或宽度改构件上孔洞、刻槽、凹角、裂纹以及截面厚度或宽度改变等部位，在力作用下，该处出现高峰应力，而其它

18、部位变等部位，在力作用下，该处出现高峰应力，而其它部位应力较低，截面应力分布不均匀现象应力较低，截面应力分布不均匀现象应力集中。应力集中。n应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。n截面变化越剧烈，应力集中越严重，变脆的倾向越严重。截面变化越剧烈，应力集中越严重，变脆的倾向越严重。四、钢结构用四、钢结构用钢材的种类、规格钢材的种类、规格与选用与选用在建筑工程中采用的是：在建筑工程中采用的是：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢。碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢。钢的牌号有四部分组成钢的牌号有四部分组成 1、Q代表屈服强度的字母

19、；代表屈服强度的字母； 2、屈服点的数值、屈服点的数值195、215、235、275、295、345、390 、420、460等；等； 3、质量等级符号、质量等级符号 A、B、C、D四个等级四个等级(碳素结构钢碳素结构钢) A、B、C、D、E五个等级（五个等级（低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢） 4、脱氧方法符号、脱氧方法符号F代表沸腾钢、代表沸腾钢、b代表半镇静钢、代表半镇静钢、z代表镇静钢、代表镇静钢、Tz代表特殊镇静钢。代表特殊镇静钢。1、 钢材的种类钢材的种类nA 级无冲击功要求； B 级要求提供 20 冲击功 AKv 34J（纵向） ; C 级要求提供0 冲击功 AKV 34J（

20、纵向） ; D 级要求提供一 20 冲击功 AKv34J（纵向） ; E 级要求提供一 40 冲击功 AKv 27J（纵向）。不同质量等级对碳、硫、磷、铝等含量的要求也有区别。n低合金高强度结构钢的 A 、 B 级属于镇静钢， C 、 D 、 E 级属于特殊镇静钢。优质碳素结构钢优质碳素结构钢 主要用于钢结构某些节点或用作连接件。主要用于钢结构某些节点或用作连接件。高性能建筑结构钢材高性能建筑结构钢材(GJ(GJ钢钢) )，牌号由以下组成：，牌号由以下组成： 1 1、Q Q代表屈服强度的字母；代表屈服强度的字母； 2 2、屈服点的数值、屈服点的数值； 3 3、代表高性能建筑结构用钢的汉语拼音字

21、母、代表高性能建筑结构用钢的汉语拼音字母GJGJ； 4 4、质量等级符号、质量等级符号BB、C C、D D、E E四个等级四个等级 对于厚度方向性能钢板，在质量等级后面加上厚度对于厚度方向性能钢板，在质量等级后面加上厚度方向性能级别（方向性能级别（Z15Z15、Z25Z25、Z35 Z35 ）。）。 适用于建造高层建筑结构、大跨度结构及其他重要适用于建造高层建筑结构、大跨度结构及其他重要建筑结构。建筑结构。n钢结构所用钢材主要为热轧钢板、型钢、冷弯薄壁型钢和压型钢板。n（1） 钢板n钢板分为薄钢板、厚钢板和扁钢，其规格用符号“”加“宽度厚度”的毫米数来表示。如60012表示宽度为600mm、厚

22、度为12mm的钢板。n薄钢板：厚0.354.0mm，宽5001500mm，长0.54m；n厚钢板：厚4.560mm，宽6003000mm，长412m；n扁钢：厚460mm，宽12200mm，长39m。2、 钢材的规格钢材的规格n（2） 热轧型钢n钢结构常用的型钢是角钢、槽钢、工字钢和H型钢。热轧型钢 工字钢也分普通和轻型两种，分别用符号“I”和“QI”表示。H型钢分宽翼缘H型钢（HK）、窄翼缘H型钢（HZ）和H型钢桩（HU）。 n（3） 冷弯薄壁型钢和压型钢板n薄壁型钢是用1.55mm的薄钢板经模压或冷弯成型，其截面形式如图所示：冷弯薄壁型钢 压型钢板是用0.42mm厚的钢板、镀锌钢板、彩色涂

23、层钢板经冷轧而成的波形板，我国已有26种压型钢板型号，下图为其中几种。压型钢板 确定钢材种类及其质量等级确定钢材种类及其质量等级。钢材的选用原则钢材的选用原则1、结构的重要性结构的重要性 安全等级不同，所选钢材的质量等级也应不同，安全等级不同，所选钢材的质量等级也应不同，重要的结构构件选用质量好的钢材。重要的结构构件选用质量好的钢材。2、荷载特征荷载特征 荷载为静力或动力荷载，应选用各项性能不同的荷载为静力或动力荷载，应选用各项性能不同的钢材。钢材。3、 钢材的选择钢材的选择3 3、应力特征、应力特征 对受拉受弯的构件应选用质量较好的钢材，对受拉受弯的构件应选用质量较好的钢材， 对受压或受压弯

24、的构件就可选用一般质量的钢材。对受压或受压弯的构件就可选用一般质量的钢材。4、连接方法、连接方法 焊接应选择可焊性好的钢材。焊接应选择可焊性好的钢材。 非焊接结构对含碳量可降低要求。非焊接结构对含碳量可降低要求。5、结构的工作温度、结构的工作温度 处于负温下工作时，选用负温冲击处于负温下工作时，选用负温冲击合格的钢材。合格的钢材。6、钢材的厚度钢材的厚度 厚度大焊接结构应采用材质较好的钢材。厚度大焊接结构应采用材质较好的钢材。7、环境条件、环境条件 结构周围有腐蚀介质存在时要选用抗锈性好的结构周围有腐蚀介质存在时要选用抗锈性好的钢材。钢材。 承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度、伸

25、长率、抗拉强度、伸长率、屈服点和硫、磷的极限含量。（屈服点和硫、磷的极限含量。（3 3项保证）项保证） 焊焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材尚尚应具有应具有冷弯试验的合格保证冷弯试验的合格保证。（。（4 4项保证）项保证） 对需要验算疲劳以及主要的受拉或受弯的焊对需要验算疲劳以及主要的受拉或受弯的焊接结构的钢材，应具有接结构的钢材，应具有常温或负温冲击性的合格常温或负温冲击性的合格保证保证. .（5 5项保证）项保证）钢材选择的建议：钢材选择的建议： 连接方法分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接等连接方法分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接等 钢结构的连

26、接方法（钢结构的连接方法（a）焊缝连接（）焊缝连接（b）铆钉连接；）铆钉连接；（c）螺栓连接（）螺栓连接（d）紧固件连接）紧固件连接 焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。 优点优点：1. 构造简单，任何形式的构件都可直接相连；构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 2. 用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面； 3. 制作加工方便，可自动化操作，质量好；制作加工方便，可自动化操作，质量好； 4. 连接的密闭性好，结构刚度大。连接的密闭性好，结构刚度大。 缺点缺点：1. 在焊缝附近的热影响区内，钢材组织发生改在焊缝附近的热影响区内，钢材组织发生改 变，

27、导致局部材质变脆；变，导致局部材质变脆； 2. 焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力 降低；降低； 3. 焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生， 就容易扩展到整体；就容易扩展到整体； 4. 低温冷脆。低温冷脆。 目前应用最多的是手工电弧焊和自动目前应用最多的是手工电弧焊和自动(或半自动或半自动)埋弧焊，埋弧焊，还有气体保护焊等还有气体保护焊等 最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。和焊件间产生电弧。a）电路；）电路；b）施焊过程；）施焊过程；

28、1电焊机；电焊机；2导线；导线；3焊件；焊件；4电弧；电弧；5药皮；药皮；6起保护作用的气体；起保护作用的气体；7熔渣；熔渣；8焊缝金属；焊缝金属；9主体金属；主体金属；10焊丝；焊丝；11熔池熔池 优点优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。焊接，特别适于焊接短焊缝。 缺点缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。术水平和精神状态有很大的关系。对对Q235Q235钢采用钢采用E43E43型焊条型焊条对对Q345Q345钢采用钢采用E50

29、E50型型对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢采用钢采用E55E55型型 E代表焊条代表焊条 E后面的两个数字如后面的两个数字如43表示焊条钢丝抗拉强度为：表示焊条钢丝抗拉强度为： 43kgfmm2(420Nmm2)。 数字后的两个数字后的两个，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置 以及适用的焊接电源以及适用的焊接电源 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法 焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的 称埋弧自动电弧焊称埋弧自动电弧焊 焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操

30、作的焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的 称为埋弧半自动电弧焊称为埋弧半自动电弧焊 自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均 匀，焊缝质量好，焊件变形小。匀，焊缝质量好，焊件变形小。 不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材适应焊接材料不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材适应焊接材料 用与较低强度钢材相适应焊条施焊，焊缝塑性性能与冲用与较低强度钢材相适应焊条施焊，焊缝塑性性能与冲 击韧性好。击韧性好。埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊1焊丝转盘；焊丝转盘；2转动焊丝的电动机；转动焊丝的电动机；3焊剂漏斗；焊剂漏斗；4电源；电源；5熔化的

31、焊剂；熔化的焊剂；6焊缝金属；焊缝金属；7焊件；焊件；8焊剂；焊剂；9移动方向移动方向现场用自动行走埋弧焊机焊接重型现场用自动行走埋弧焊机焊接重型H型钢型钢 气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替了焊剂了焊剂二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊 分为对接、搭接、分为对接、搭接、T型连接和角部连型连接和角部连接接 对接连接对接连接主要用于厚度相同或接近相同的两构件相互连接。主要用于厚度相同或接近相同的

32、两构件相互连接。采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。尺寸有严格的要求。a)对接接头；对接接头；(b)搭接接头；（搭接接头；（c）T形接头；形接头；(d)角接接头。角接接头。双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施工简便，连接两板间隙无需严格控制。工简便，连接

33、两板间隙无需严格控制。角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便。匀，材料较费，但构造简单，施工方便。T型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。对于直接承受动荷载的结构？对于直接承受动荷载的结构？ a) 对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。对接焊缝：正对接焊缝、

34、斜对接焊缝。 b) 角焊缝：角焊缝： 正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。 c)焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝 连续角焊缝和间断角焊缝连续角焊缝和间断角焊缝d)焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊 施焊时焊缝在焊件施焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置、之间的相对空间位置、焊缝连接可分为焊缝连接可分为平焊、平焊、横焊、立焊和仰焊横焊、立焊和仰焊等。等。 平焊有时称作俯焊，平焊有时称作俯焊，施焊方便，质量易保证；施焊方便，质量易保证；仰焊困难。设计和仰焊困难。设计和制

35、造时应尽量考虑使多制造时应尽量考虑使多数焊缝能在平焊或较方数焊缝能在平焊或较方便的位置焊接避免仰便的位置焊接避免仰焊。焊。 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透。咬边、未熔合、未焊透。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透 缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。冷弯性能等均有不利影响。 焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检查外观缺陷和几何尺寸

36、，后者检查内部缺陷。查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；最明确可靠的检验方法是最明确可靠的检验方法是x射线或射线或y射线透照或拍片，射线透照或拍片，x 射线应用较广。射线应用较广。 超声波探伤超声波探伤一级焊缝标准检测一级焊缝标准检测 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）规）规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。

37、三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；标准； 要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求用超声波探伤进行内部缺陷的检验，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，应采用射线探伤检超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验。验。 GB50017规范规定，焊缝应根据规范规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载特结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态等性、焊缝形式、工作环境、应力状态等情况。情况。 1. 需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊

38、透需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T型对接与角接型对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级 2. 不计算疲劳的构件，要求与母材等强的对接焊缝应不计算疲劳的构件，要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为予焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级二级3. 重级工作制和起重量重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹的中级工作制吊车梁

39、的腹板与上翼缘之间的板与上翼缘之间的T形接头焊缝焊透。焊缝形式一般为对接形接头焊缝焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级4. 不焊透的不焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级；准

40、应符合二级；对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。n一、对接焊缝的构造要求一、对接焊缝的构造要求 对接焊缝对接焊缝包括包括焊头对接焊缝焊头对接焊缝和和部分焊头对接部分焊头对接焊缝焊缝。为了保证焊缝质量，对接焊件常做成坡口。为了保证焊缝质量，对接焊件常做成坡口。坡口的形式大多与焊件的厚度有关。当焊件厚度坡口的形式大多与焊件的厚度有关。当焊件厚度很小（手工焊很小（手工焊6mm，埋弧焊，埋弧焊10mm）时，可采用）时，可采用直边缝。对于一般一般的厚度的焊件可采用具有直边缝。对于一般一般的厚度的焊件可采用具有斜坡口的单边斜坡口的单边V形或形或V形焊缝。斜坡口和

41、根部间隙形焊缝。斜坡口和根部间隙共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边有托住熔化金属的作用。对于较易于焊透；钝边有托住熔化金属的作用。对于较厚的焊件（厚的焊件（t20mm）,则采用则采用U形、形、K形、形、X形坡形坡口，如图所示口，如图所示.n图13.23 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式 nV形焊缝形焊缝和和U形焊缝形焊缝为单面施焊，但在焊缝根部还需要补为单面施焊，但在焊缝根部还需要补焊。没有条件补焊时，要事先在根部加垫块，当焊件可随焊。没有条件补焊时，要事先在根部加垫块，当焊件可随意翻转施焊时，使用意翻转施焊时，使用K形缝和形

42、缝和X形缝较好。形缝较好。 根部加垫块 n在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1/4（对（对承受动荷载的结构）或承受动荷载的结构）或1/2.5（对承受静荷载（对承受静荷载的结构），以截面过度缓和，减小应力集中的结构），以截面过度缓和，减小应力集中 。改变拼接处的宽度和厚度n在焊缝的起弧灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一般应设置引弧板或引出板，焊后割除。 用引弧板施焊二、对接焊缝连接的计

43、算n轴心受力对接焊缝的计算轴心受力对接焊缝的计算n 轴心拉力或压力n 焊缝的计算长度，当采用引弧板时，取焊缝的实际长度，当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2twwtcwNffl t 或 Nwl 规范规定：角焊缝的焊脚尺寸规范规定：角焊缝的焊脚尺寸hf不得小于不得小于 2.最大最大最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸hf1.2tmin。tmin为较薄为较薄焊件的厚度。焊件的厚度。max1.5 t不宜大于不宜大于lw 60hf ， 侧面或正面角焊缝计算长度不得小于侧面或正面角焊缝计算长度不得小于8hf和和40mm。 焊缝符号表示法焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和规定：焊缝代号由引出线、图

44、形符号和辅助符号三部分组成。辅助符号三部分组成。 焊缝代号焊缝代号 钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，其代钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，其代号用字母号用字母M与公称直径的毫米数表示。常用与公称直径的毫米数表示。常用M16、M20、M24 。螺栓的排列通常分为并列、错列两种形式。螺栓的排列通常分为并列、错列两种形式。 n螺栓在构件上的排列要满足以下三个方面的要求：螺栓在构件上的排列要满足以下三个方面的要求：n(1)受力要求：受力要求：在受力方向螺栓的端距过小，钢材有在受力方向螺栓的端距过小，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构

45、件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用力方向螺栓栓距过大时，被连接板件间易发生作用力方向螺栓栓距过大时，被连接板件间易发生鼓曲和张口现象。鼓曲和张口现象。n(2)构造要求：构造要求：螺栓中距及边距不宜太大，否则钢板螺栓中距及边距不宜太大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。n(3)施工要求：施工要求：螺栓间距不能太近，要保证有一定螺栓间距不能太近，要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手拧紧螺帽。的空间，便于转动螺栓扳手拧紧螺帽。n规范规范根据螺栓孔直径、钢材边缘加工情况及根据螺栓孔直径、钢材

46、边缘加工情况及受力方向，规定了螺栓排列最大、最小容许距离。受力方向，规定了螺栓排列最大、最小容许距离。名称名称位置和方向位置和方向最大容许距离最大容许距离（取两者较少者）（取两者较少者）最少容许最少容许距离距离中中心心间间距距外排（垂直内力方向或顺内力方向）外排（垂直内力方向或顺内力方向） 8d0或或12t3d0中中间间排排垂直内力方向垂直内力方向16d0或或24t顺内力方向顺内力方向压力压力12d0或或8t拉力拉力16d0或或24t沿对角线方向沿对角线方向中心中心至构至构件边件边缘距缘距离离顺内力方向顺内力方向4d0或或8t2d0垂直垂直内力内力方向方向剪切边或手工气割边剪切边或手工气割边1

47、.5d0轧制边自动轧制边自动精密气割或精密气割或锯割边锯割边高强度螺栓高强度螺栓其他螺栓或铆钉其他螺栓或铆钉1.2d0螺栓或铆钉的最大、最小容许距离 45号钢，号钢，40B钢和钢和20MnTiB钢加工制作钢加工制作 经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于 800N/mm2和和1000N/mm2 屈强比分别为屈强比分别为0.8和和0.9 等级分别称为等级分别称为8.8级和级和10.9级级 13.4 轴心受力构件13.4.1轴心受力构件的应用n平面桁架、塔架和网架、网壳等杆件体系通常假设其节点为铰接连接。当杆件上无节间荷载时，则杆件内力只是轴向拉力或压力，这类杆件

48、称为轴心受拉构件和轴心受压构件，统称轴心受力构件。图13.4.1 轴心受力构件在工程中的应用 (a)桁架；(b)塔架；(c)网架轴心受力构件的常用截面形式可分为实腹式和格构式两大类。实腹式构件制作简单，其常用形式有：单个型钢截面，如圆钢、钢管、角钢、T型钢、槽钢、工字钢、H型钢等；组合截面，由型钢或钢板组合而成的截面；一般桁架结构中的弦杆和腹杆，除T型钢外，常采用热轧角钢组合成T形的或十字形的双角钢组合截面；在轻型钢结构中则可采用冷弯薄壁型钢截面。截面紧凑的(如圆钢和组成板件宽厚比较小截面)或对两主轴刚度相差悬殊者(如单槽钢、工字钢)，一般只用于轴心受拉构件；较为开展的或组成板件宽而薄的截面通常用作受压构件，这样更为经济。 (a)型钢(b)组合截面(c)双角钢(d)冷弯薄壁型钢n格构式构件容易实现压杆两主轴方向的等稳定性，刚度大，抗扭性