钢结构工程识图与施工（高职）全套教学课件

全套可编辑PPT课件第一篇钢结构基础第1章钢结构的认识第2章建筑钢材第3章钢结构的连接第二篇钢结构识图第4章钢结构工程识图基础第5章钢结构工程施工图的识读第三篇钢结构工程施工第6章钢零件和钢部件加工工程第7章钢结构的连接施工第8章钢构件的组装与预拼装第9章钢结构安装工程第10章压型金属板工程第11章钢结构涂装工程1.1我国钢结构概况我国具有悠久的钢结构应用历史，根据史料记载，早在汉明帝（公元60年前后）时期，在我国西南地区交通要道的深山峡谷上就已建造了铁链桥，用作与西域通商和进行宗教、文化交流。兰津桥是铁链桥中最早的一座，它约建于公元58～75年，比欧洲最早的铁链桥早70余年。在这之后，以明代建造的云南沅江桥、清代建造的贵州盘江桥和四川泸定大渡河桥最著名。大渡河桥建于清康熙四十四年（1705年），全桥由9根桥面铁链（上铺木板）和4根扶手铁链组成，净长100m，宽2.8m，可通行两辆马车。铁链锚固在直径0.2cm、长4m的铸铁锚桩上。铁塔是我国古代的一种宗教建筑。例如，湖北荆州玉泉寺13层铁塔、山东济宁铁塔寺铁塔和江苏镇江甘露寺铁塔等，都以其建筑造型和冶金技术的高超水平，反映了我国古代在金属结构方面的卓越成就。而近百余年来，钢结构在欧美各国的工业与民用建筑中得到广泛应用，但我国在新中国成立前却发展很缓慢。在此期间建造的为数不多的高层建筑以及铁路桥和公路桥，主要是由外商承包设计和施工的，如上海的国际饭店、永安公司、上海大厦等。我国钢结构工作者建造的建筑物有1931年建成的广州中山纪念堂、1934年建成的上海体育馆（三铰拱，跨度42.6m）和1937年建成的杭州钱塘江大桥等。1957年建成的武汉长江大桥，正桥三联九孔，每孔跨度128m，全长1155.5m。与此同时，新建的武汉钢铁公司和包头钢铁公司以及其他重工业厂房，如长春第一汽车制造厂、富拉尔基重型机器制造厂、洛阳拖拉机厂等，都大量应用了钢结构。在公用建筑中，有北京的人民大会堂钢屋架（跨度60.9m、高7m）、工人体育馆的车辐式悬索屋顶结构（直径94m）等。至此我国钢结构发展到了一个新的阶段。新中国成立后，我国冶金工业和钢结构的设计、制造及安装水平有了很大提高，发展十分迅速。自20世纪90年代以来，我国钢结构更是进入了一个蓬勃发展时期。钢结构在特大型钢铁联合企业（如鞍山、武汉、包头、宝山、攀枝花等钢铁公司）中得到上百万吨的应用，并且还相继建成了一批特大跨度的桥梁，如西陵长江大桥（单跨跨度900m）、江阴长江大桥（单跨跨度1385m）、芜湖公铁两用长江大桥（中跨跨度312m）等。在超高层建筑领域中也有一些规模宏大的建筑，如1996年建成的深圳地王商业中心（地上78层，地下3层，高342.95m，加桅杆总高383.95m）、1999年建成的上海金茂大厦（88层，高420.5m）和2008年建成矗立其旁的上海环球金融中心（101层，高492m）。在20世纪70年代后期至80年代，随着我国经济建设形势的好转，钢产量逐年稳步增长，钢结构也得到了广泛应用。在此期间建成的武汉钢铁公司一米七热轧薄板厂和冷轧薄板厂及上海宝山钢铁公司第一、二期工程，其钢结构用量都以10万吨计。此外，还有铁路公路两用的九江长江大桥（最大跨度216m），以及石油化工厂、发电厂、造船厂和塔桅结构等，都大量应用了钢结构。我国钢结构在大跨度建筑方面也取得了很好成绩，如天津体育馆网架（跨度108m，挑檐13.5m），长春体育馆网架（120m166m）、国家体育场（鸟巢，333m297m）。在轻型结构方面，如彩色拱形波纹屋面也得到很大应用，最大跨度达到36m。1.2钢结构的特点与钢筋混凝土结构、砌体结构和木结构相比，钢结构具有以下特点。①钢材的材质均匀，质量稳定，可靠性好；实际受力情况与力学计算结果比较符合。工业化程度高，便于运输、安装和拆迁，因而，钢结构具有加工精度高、制造周期短、生产效率高和建造速度快等特点。③钢结构密封性强，耐热性较好，可用于建造压力容器和大直径输送管道。长期经受150℃以内环境，钢材不会有质的变化。④钢材的强度高、塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；因而，钢结构本身重量较轻，如普通钢屋架的重量仅为相同跨度和荷载的钢筋混凝土屋架重量的1/4～1/3。②

钢结构的耐腐蚀性和耐火性差。钢材在潮湿或有侵蚀性介质的环境中易锈蚀，应采取除锈、刷漆、镀锌等防锈措施，并需定期检修，所以维修费用高。当温度超过200℃时，材质变软，强度降低，当超过150℃时钢结构需采用防火和隔热措施。⑤⑥钢材在低温和其他特殊条件下可能发生脆性断裂。1.3钢结构的应用范围指要求大空间的公共建筑和工业建筑，多需采用重量轻、强度高的大跨度钢结构，如飞机制造厂的装配车间、飞机库、体育馆、大会堂、剧场、展览馆等，多采用钢网架、拱架、悬索以及框架等结构体系。【大跨度结构

】目前，钢结构常用于大跨、超高、过重、振动、密闭、高耸、空间和轻型的工程结构中，其应用应根据钢结构的特点做出合理选择，大致范围如下。“主要是设有起重量较大的中级和重级工作制桥式起重机的车间，如炼钢车间、轧钢车间、铸钢车间、水压机车间、船体车间、热加工车间等重型车间的承重骨架和桥式起重机梁。”【重型厂房结构

】主要是工业建筑中的多层框架和商贸中心、饭店等高层或超高层建筑，多采用钢框架结构体系，以加快建设速度，提高抗震性能。【高层和超高层建筑】【高耸构筑物】主要是承受风荷载的高耸塔桅结构，如高压输电线塔架、石油化工排气塔架、电视塔、卫星发射塔、环境气象监测塔、无线电桅杆、钻井塔等。如高炉、热风炉、锅炉骨架，大跨度铁路和公路桥梁、水工闸门、起重桅杆、运输通廊、管道支架和海洋采油平台等，一般多采用钢结构。【容器、贮罐、管道】【可拆装和搬迁的结构】主要是大型油库、气罐、囤仓、料斗和大直径煤气管、输油管等，多采用板壳钢结构，以保证在压力作用下耐久、不渗漏。如流动式展览馆、装配式活动房屋等多用螺栓和扣件连接的轻钢结构。【其他构筑物】2.1建筑钢材的破坏形式钢材的破坏形式塑性破坏脆性破坏材料在破坏之前有显著的变形，且持续时间较长，能吸收较多的能量，使破坏有明显的预兆材料在破坏之前没有显著变形，且突然发生，吸收能量很少塑性破坏在破坏发生前有明显的变形且持续时间较长，易于发现，及时补救，因此不会引起严重后果；而脆性破坏由于事先无显著变形且突然发生，无法及时察觉和采取补救措施，其一旦发生可能会导致整个结构坍塌，所以脆性破坏造成的危害和损失比塑性破坏严重得多。钢材的破坏形式除了与钢材的品种有关外，还与钢结构的工作环境、结构形式、加工条件等因素有关。2.1建筑钢材的破坏形式2.2.1钢材的主要力学性能2.2.2钢材的冷弯性能2.2钢材的性能2.2.3钢材的可焊性能2.2.4钢材的耐火性能和耐候性能钢结构在使用过程中会受到各种作用，选用钢材时应保证它们具备抵抗各种作用的能力。钢材在各种作用下表现出来的各种特性（如强度、塑性、韧性、冷弯性能等）称为钢材的力学性能。钢材的力学性能是钢结构设计的重要依据。2.2.1钢材的主要力学性能1．强度在静载、常温条件下，对钢材标准试件（如图所示）进行一次单向均匀拉伸试验是力学性能试验中最具有代表性的。图2-1静力拉伸试验的标准试件（a）（b）图（a）为低碳钢单向均匀拉伸试验的应力—应变曲线，图（b）所示为曲线的局部放大图。下面根据两图对低碳钢在单向受拉过程中经历的几个阶段以及强度、塑性的几项指标进行介绍。1）弹性阶段图2-2低碳钢单向均匀拉伸的应力—应变曲线（a）（b）2）屈服阶段3）强化阶段4）颈缩阶段图2-3理想弹塑性材料的应力—应变曲线图2-4钢材的条件屈服点塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得到的力学性能指标伸长率A和截面收缩率Z来衡量。A和Z数值越大，表明钢材塑性越好。2．塑性冲击韧性除了与钢材的质量密切有关外，还与钢材的轧制方向有关。由于顺着轧制方向（纵向）的内部组织较好，因此纵向切取的试件冲击韧性值较高，横向则较低。目前钢材标准规定按纵向采用。图2-5理想弹塑性材料的应力—应变曲线3．塑性冷弯性能可衡量钢材在常温下冷加工弯曲时产生塑性变形的能力。如图2-6所示为冷弯性能试验情况。厚度为a的标准试件放置在冷弯机辊轴上，用弯心直径为d的冲头对试件中部加压，使其弯曲180°，然后检查试件表面，以不出现裂纹和分层为合格。2.2.2钢材的冷弯性能图2-6冷弯性能试验冷弯性能是钢材力学性能的一项指标。冷弯性能不仅是检验钢材适应加工能力和显示钢材内部缺陷（如非金属夹杂和分层等）的指标，而且由于冷弯时试件弯曲部位受到冲头挤压以及弯曲和剪切的复杂作用，所以冷弯性能也是考察钢材在复杂应力状态下塑性变形能力的指标。钢结构的制作和安装，通常采用焊接的方法。因此，钢材是否具备可焊性能，是其能否在建筑工程中应用的重要条件。2.2.3钢材的可焊性能钢材的焊接是将焊缝及其附近母材金属经升温熔化，然后再冷却凝结成一体的过程。钢材的可焊性则指在一定的焊接工艺条件下，所施焊的焊缝熔敷金属和母材金属均不产生裂纹，且焊接的接头机械性能不低于母材的机械性能。影响钢材可焊性的因素很多，除钢材品种、化学成分及规格等自身因素外，还与节点复杂程度、约束程度、焊接的环境温度、焊接材料和焊接工艺等众多外在因素有关。因此，钢材可焊性的优劣应根据上述各种因素对焊接难易的影响程度进行区分。易焊钢材的可焊性好；反之，难焊钢材的可焊性差。2.2.4钢材的耐火性能和耐候性能对建筑钢材的耐火性能要求，不同于对用于工业生产的耐热钢有长时间高温强度的要求。建筑钢材的耐火性能只需满足在一定高温下，保持结构在一定时间内不致垮塌，以保证人员和重要物资安全撤离火灾现场。因此，它不需要在钢中添加大量贵重的、耐热性高的合金元素（如铬、钼），而只需添加少量较便宜的合金元素，即可具备一定的耐火性能。建筑钢材的耐火性能指标应满足下式要求，即（2-3）式（2-3）表示钢材在600℃高温时的屈服点应具有高于常温时屈服点的2/3，这也是保证建筑防火安全性的一个许用指标。耐火性能和耐候性能是针对某些专用钢材所具有的附加性能。1．耐火性能耐火钢一般是在低碳钢或低合金钢中添加V（钒）、Ti（钛）、Nb（铌）合金元素，组成Nb-V-Ti合金体系，或者再添加少量Cr（铬）、Mo（钼）合金元素。具有耐火性能的钢材，可以根据防火要求的需要，不用或减薄防火涂料，因此它有良好的经济效果，并且能加大使用空间。在自然环境下，普通钢材每5年的腐蚀厚度可达0.1～1mm。如果钢材处于腐蚀气体环境中，则更为严重。对建筑钢材的耐候性能要求，它只需满足在自然环境下可裸露使用（如输电铁塔等），其耐候性提高到普通钢材的6～8倍，即可获得良好效果。2．耐候性能同耐火钢一样，耐候钢一般也是在低碳钢或低合金钢中添加合金元素，如Cu，P，Cr，Ni等，以提高抗腐蚀性能。在大气作用下，耐候钢表面可形成致密的稳定锈层，以阻绝氧气和水的渗入，进而避免电化学腐蚀过程。如果在耐候钢上再涂装防腐涂料，其使用年限将远高于一般钢材。钢材还可在钢厂将其表面镀锌或镀铝锌，然后再在上面辊涂彩色聚酯类涂料，以使其具有优良的耐候性能，但这种工艺只能生产彩涂薄钢板。钢材的耐火、耐候性能一般均是在低碳钢或低合金钢中添加与其相关的合金元素，添加的合金元素可综合提高数种性能（包括力学性能、Z向性能和可焊性能）。2.3.1化学成分影响2.3.2培冶炼、轧制、浇铸和热处理的影响2.3影响钢材性能的因素2.3.3钢材的硬化2.3.4温度的影响2.3.5复杂应力作用的影响2.3.6应力集中的影响2.3.7残余应力的影响2.3.8钢材的疲劳钢的基本元素是铁（Fe）和少量的碳（C）。碳素结构钢中纯铁约占99%，其余是碳和硅（Si）、锰（Mn）等有利元素以及在冶炼过程不易除尽的有害杂质元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。在低合金高强度结构钢中，除上述元素外，还含有改善钢的某些性能的合金元素，主要有钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）和铝（Al），以及铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、稀土（RE）等。其总含量一般低于3%。在钢中碳和其他元素的含量尽管不大，但对钢的力学性能却有着决定性的影响。钢的化学成分直接影响钢的颗粒组织和结晶构造，并与钢材力学性能有密切关系。2.3.1化学成分的影响1．碳元素对钢材性能的影响钢的化学成分中，碳是除纯铁外的最主要元素，其含量直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。随着碳含量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度提高，而塑性和冲击韧性（尤其是低温冲击韧性）下降，冷弯性能、可焊性和抗锈蚀性能等也明显恶化容易产生脆断。因此，新钢材标准对各牌号钢改为只规定其上限值不超过0.17%～0.22%。2．硅元素对钢材性能的影响硅是作为强脱氧剂而加入钢中，以制成质量较优的镇静钢。适量的硅可提高钢的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无明显不良影响。碳素结构钢中硅含量应不大于0.35%，低合金高强度结构钢则一般应不大于0.50%。3．锰元素对钢材性能的影响锰是一种较弱的脱氧剂。当锰含量不太多时可有效地提高钢材的屈服点和抗拉强度，降低硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能和冷脆倾向，且对钢材的塑性和冲击韧性无明显降低。但随着锰含量的增加，钢材的可焊性能将随之降低，碳素结构钢中锰含量应不大于1.4%，低合金高强度结构钢则一般应不大于1.7%。钢材性能的直接影响因素：4．硫元素对钢材性能的影响磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力，但会严重地降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，特别是在低温时使钢材变脆——冷脆。同样，钢的质量等级越高，磷含量的控制越严。碳素结构钢的磷含量一般应不大于0.035%～0.045%，低合金高强度结构钢的磷含量应不大于0.025%～0.035%。GJ钢板的磷含量则应不大于0.020%～0.025%。Z向性能钢板的磷含量则一律应不大于0.020%。5．磷元素对钢材性能的影响磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力，但会严重地降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，特别是在低温时使钢材变脆——冷脆。因此钢材中磷含量也要严格控制。同样，钢的质量等级越高，磷含量的控制越严。碳素结构钢的磷含量一般应不大于0.035%～0.045%，低合金高强度结构钢的磷含量应不大于0.025%～0.035%。GJ钢板的磷含量则应不大于0.020%～0.025%。Z向性能钢板的磷含量则一律应不大于0.020%。6．氧元素和氮元素对钢材性能的影响氧和氮属于有害杂质。氧的影响与硫相似，使钢“热脆”。氮的影响则与磷相似，使钢“冷脆”。因此，氧和氮的含量也应严加控制，一般钢中氧含量应低于0.05%，氮含量应低于0.008%。钢材性能的直接影响因素：没有什么生意比人才的利润更高！——李嘉诚合金元素可明显提高钢的综合性能。如钒、钛、铌能细化钢的晶粒，提高钢的韧性。稀土有利于脱氧、脱硫，改善钢的性能。铬、镍、钼能发挥微合金沉淀强化作用，提高钢的强韧性，尤其是低温韧性。另外，铜（Cu）能提高钢的耐蚀性能，但会降低可焊性能。铝能很好地细化钢的晶粒，提高钢的韧性，因此，低合金高强度钢各牌号的高质量等级（C，D，E级）均规定铝含量应不小于0.015%。7．合金元素对钢材性能的影响化学成分偏析使钢材的塑性、冷弯性能、冲击韧性及可焊性变坏。非金属夹杂中的硫化物使钢材“热脆”，氧化物则严重地降低钢材的力学性能和工艺性能。裂纹使钢材的冷弯性能、冲击韧性和抗脆性破坏的能力大大降低。钢材在厚度方向不密合的分层，虽各层间仍相互连接，并不脱离，但它将严重降低冷弯性能。分层的夹缝处还易锈蚀，甚至形成裂纹，这将大大降低钢材的冲击韧性及抗脆断能力，尤其是在承受垂直于板面的拉力时，易产生层状撕裂。钢材的生产要经过冶炼、浇铸和轧制等工艺过程，在这些过程中，可能出现化学成分偏析、夹杂、裂纹、分层等缺陷而影响钢材性能。1．冶炼对钢材性能的影响2.3.2冶炼、轧制、浇铸和热处理的影响冶炼是将生铁水、废钢和石灰石等原料加入炼钢炉（氧气转炉、电炉等）炉膛中，用燃料（纯氧、煤气或重油等）加热燃烧至温度约1650℃，使铁水中多余的碳、硫、磷等元素，在高温下经过熔化、氧化、还原等物理化学、反应过程而被除去，从而炼成合乎化学成分要求的各类钢种。沸腾钢沸腾钢是因采用锰作为脱氧剂，其脱氧作用低。沸腾钢冷却速度快，氧、氮等杂质气体不能全部逸出，并易在钢中形成气泡。同时，也可能使钢中的化学成分分布不均匀，出现偏析现象。另外，气泡内的杂质（硫化物和氧化物）还可能产生非金属夹杂、裂纹、分层等缺陷。半镇静钢半镇静钢的脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，其性能优于沸腾钢，与镇静钢相似，而其成本又接近沸腾钢。影响半镇静钢钢锭结构的因素较复杂，对钢锭的浇铸、轧制等工艺有一定要求，尤其是对脱氧程度要求较严格。因此，半镇静钢尚未在国内大量生产。镇静钢镇静钢是因采用硅作为脱氧剂，其脱氧作用强，因而脱氧较充分，钢液不产生沸腾，表面较平静而得名。硅在脱氧过程中还会放出很多热量，故钢液冷却速度较慢，气体能充分逸出，钢中气泡少，晶粒细，组织致密，偏析小。特殊镇静钢特殊镇静钢是在用硅脱氧后加铝（或钛）进行补充脱氧，因此较镇静钢而言，其晶粒更细，塑性和低温性能更好，尤其是可焊性显著提高。2．浇铸对钢材性能的影响由于钢在熔炼时的氧化过程会生成氧化铁等夹杂，使钢的性能变坏，因而在浇铸过程需用与氧亲和力比铁高的脱氧剂加入钢液中脱氧。常用的脱氧剂有锰、硅、铝等，根据脱氧方式和脱氧程度的不同，将钢材分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。3．轧制对钢材性能的影响钢材热轧可改善钢锭（坯）的铸造组织，使其结晶致密，消除冶炼过程中的部分缺陷。尤其是轧制压缩比大的小型钢材，如薄板、小型钢等，其强度、塑性、冲击韧性均优于压缩比小的大型钢材。另外，钢材性能还与轧制方向有关，顺着轧制方向（纵向）较好，横向较差。轧制工艺传统方法连铸连轧

（续锭续钢）在钢炼好后，将钢液浇铸于钢锭模中成为体积较大的钢锭，经脱锭车间脱模后运至初轧厂再经均热炉加温，然后在初轧机中开坯，轧成厚度较小且长、宽适当的各种钢坯，供应给各钢厂（轨梁厂、轧板厂、无缝钢管厂等），轧成各种钢材它省去了铸锭开坯工序，直接将炼好的钢水在钢厂连铸机中浇铸成近终型的钢坯（薄板坯、中厚板坯、方坯、圆坯、异形坯等），然后经轧机连续轧制成各种钢材4．处理对钢材性能的影响钢材的热处理一般采用正火、退火、淬火和回火，其作用是通过改变钢的组织，细化晶粒，消除残余应力来改善钢的性能。淬火和回火退火正火正火是将钢材加热至900℃以上并保温一定时间，然后在空气中冷却。普通热轧钢材轧制后在空气中自然冷却，可以说也是处于正火状态，但往往因停轧温度过低或过高，而使钢的组织改变，降低了钢材性能。因此，对质量要求高的钢材（如Q390，Q420，Q460钢和GJ钢等），常需要正火处理或控制停轧（控制停轧温度为850～900℃）。淬火是将钢材加热至900℃以上并保温一定时间后。放入水或油中快速冷却。淬火后钢材强度大幅提高。但淬火后要及时回火，即将钢材加温至500～600℃，经保温后在空气中冷却。采用淬火后回火的调质工艺处理，可显著地提高钢材强度，且能保持一定的塑性和韧性。退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后以适宜的速度冷却。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。除了一般性的退火外，还有一种去应力退火，又称低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件和冷加工件中的残余应力。2.3.3钢材的硬化冶炼时留在纯铁体中的少量氮和碳的固溶体，随着时间的增长将逐渐析出，并形成氮化物和碳化物，它们对纯铁体的塑性变形起着阻碍作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为时效硬化。时效硬化的过程有短有长（几天至几十年），但在材料经塑性变形（10%左右）后加热到250℃，可使时效硬化加速发展，只需几小时即可完成，这称为人工时效。它一般被用来对特别重要结构使用的钢材进行时效硬化，然后测定其冲击韧性。在弹塑性阶段或塑性阶段卸荷后再重复加荷时，其屈服点将提高，即弹性范围增大，而塑性和韧性降低，这种现象称为冷作硬化，又称应变硬化。钢结构在制造时一般须经冷弯、冲孔、剪切、辊压等冷加工过程，这些工序的性质都是使钢材产生很大的塑性变形，甚至断裂，对强度而言，就是超过钢材的屈服点，甚至抗拉强度，这必然引起钢材的硬化，降低塑性和韧性，增加脆性破坏的危险，这对直接承受动力荷载的结构尤其不利。因此，钢结构一般不利用冷作硬化来提高自身强度，并且为了消除冷作硬化的影响，对重要结构用材（如吊车工作级别高的吊车梁的受拉翼缘板）还应刨边，即将冷作硬化的板边刨除。1．时效硬化2．应变硬化2.3.4温度的影响当温度从常温下降时，钢材的强度将略有提高，但塑性和韧性降低，脆性增大，尤其是当温度下降到负温某一区间时，其冲击韧性急剧降低，破坏特征明显地由塑性破坏转变为脆性破坏，出现低温脆断。因此，在低温（计算温度≤0℃）工作的结构，特别是需要验算疲劳的构件以及承受静态荷载的重要受拉和受弯焊接构件，钢材须具有0℃冲击韧性或负温（20℃或40℃）冲击韧性的合格保证，以提高抗低温脆断的能力。图2-7温度对钢材性能的影响当温度升高至约100℃时，钢材的抗拉强度fu、屈服点fy及弹性模量E均有变化。总的情况是强度降低，塑性增大，但数值不大，如图2-7所示。然而在250℃左右时，fu却有提高，而塑性和冲击韧性则下降，出现脆性破坏特征，这种现象称为“蓝脆”（因表面氧化膜呈现蓝色而得名）。在蓝脆温度范围内进行热加工，则钢材易发生裂纹。当温度超过250～350℃时，fy和fu显著下降，而伸长率A却明显增大，产生徐变现象。当温度达600℃时，强度接近为零。因此，当结构的表面长期受辐射热达150℃以上，或可能受到炽热熔化金属的侵害时，应采用砖或耐热材料做成的隔热层加以防护。2.3.5复杂应力作用的影响图2-8复杂应力作用状态（a）（b）2.3.6应力集中的影响在钢构件中一般常存在孔洞、缺口、凹角，以及截面的厚度或宽度变化等，由于截面的突然改变，致使应力线曲折、密集，因此在孔洞边缘或缺口尖端等处，将局部出现高峰应力，而其他部位应力则较低，截面应力分布很不均匀，这种现象称为应力集中，如图所示。如上图所示为4个开槽不同的拉伸试件的应力—应变曲线，它显示应力集中的程度取决于槽口形状的变化。如果变化越剧烈，则抗拉强度增长越多，而钢材的塑性降低也越多，脆性破坏的危险性也越大。在应力集中处，由于应力线曲折，与构件受力方向不一致，因此将产生横向应力，如下图（b）所示。如果遇到构件较厚的情况，还将产生。由于，和同号，因此构件处于同号的双向或三向应力场的复杂应力状态，从而使钢材沿受力方向的变形受到约束，以致塑性降低而产生脆性破坏。由于钢结构采用的钢材塑性较好，当内力增大时，应力不均匀现象会逐渐趋于平缓，故不影响截面的极限承载能力。因此，对承受静力作用在常温下工作的构件，设计时一般可以不考虑应力集中的影响。但是，对低温下直接承受动力作用的构件，如果应力集中严重，加上冷作硬化等不利因素，则是脆性破坏的重要因素。所以在设计时，应采取避免截面急剧改变等构造措施，以减小应力集中。2.3.7残余应力的影响残余应力是钢材在热轧、氧割、焊接时的加热和冷却过程中产生的，先冷却部分常形成压应力，而后冷却部分则形成拉应力。残余应力会使构件的刚度和稳定性降低。人们有这样的体验：一根细小的钢（铁）丝很不容易拉断，但将其连续反复地弯折后则较易断裂，如果在其上用手钳夹出一缺口，则只需反复数次即可折断。实践证明，钢材在连续重复荷载的作用下，即使应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，也有可能发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳。在某些有缺陷（微观裂纹）的部位，其疲劳强度更低。疲劳破坏往往很突然，事先没有明显的征兆，破坏形式类似于脆性断裂。由此可见，钢材的疲劳破坏是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。因此，对于直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力循环次数n

5×104次时，应进行疲劳计算。一般仅重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架需作疲劳计算。2.3.8钢材的疲劳2.4.1钢材的种类2.4.2钢结构用钢的牌号2.4.3钢材的选用原则2.4.4钢材的品种和规格2.4钢和钢材的种类及选用钢材应用广泛、品种繁多，可按照不同的分类方法进行分类，如图右所示。建筑钢结构中，常见的钢材是碳素结构钢和低合金钢，一般用平炉或氧气转换炉冶炼。2.4.1钢材的种类碳素结构钢的一般牌号，采用国家标准GB/T700—2006《碳素结构钢》的表示方法。它由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度的数值（按厚度16mm钢材）、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成。所采用的符号分别用下列字母表示： Q——钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母；A，B，C，D——分别为质量等级； F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母； Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母； TZ——特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。2.4.2钢结构用钢的牌号1．碳素结构钢的牌号根据上述牌号表示方法，可知碳素结构钢的Q235AF表示屈服强度为235N/mm2、质量等级为A级的沸腾钢；Q235B表示屈服强度为235N/mm2、质量等级为B级的镇静钢。GB/T700—2006《碳素结构钢》的牌号共分4种，即Q195，Q215，Q235和Q275。其中，Q235钢是《钢结构设计规范》推荐采用的钢材，它的质量等级分为A，B，C，D四级，各级的化学成分和力学、工艺性能相应有所不同。另外，A，B级钢分沸腾钢或镇静钢，而C级钢全为镇静钢，D级钢则全为特殊镇静钢。低合金高强度结构钢的一般牌号，采用国家标准GB/T1591—2008《低合金高强度结构钢》的表示方法。它由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度的数值和质量等级符号3个部分按顺序组成。各部分含义与碳素结构钢相同，如低合金高强度结构钢的Q345C表示屈服强度为345N/mm2、质量等级为C级的镇静钢（低合金高强度结构钢全为镇静钢或特殊镇静钢，故Z与TZ符号均省略）。2．低合金高强度结构钢的牌号低合金高强度结构钢的牌号共分8种，即Q345，Q390，Q420，Q460，Q500，Q550，Q620和Q690。其中，Q345、Q390和Q420三个牌号是《钢结构设计规范》推荐采用的钢材。当需方要求钢板具有厚度方向性能时，则在上述规定后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，如Q345DZ15。钢材的选用原则是：保证结构安全可靠，同时要经济合理，节约钢材。一般而言，钢材的选择应考虑以下因素。2.4.3钢材的选用原则结构重要性选择钢材要考虑结构使用的重要性，如大跨度结构、重要的建筑物结构，须相应选用质量更好的钢材。连接方式对于焊接结构，当温度变化和受力性质改变时，焊缝附近的母体金属容易出现冷、热裂纹，促使结构早期破坏。所以焊接结构对钢材化学成分和机械性能要求应较严。对于非焊接连接的结构可适当降低。结构的工作环境温度对于低温环境下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好低温脆断性能的镇静钢。荷载特性根据荷载的性质不同选用适当的钢材，包括静荷载或动荷载；经常作用还是偶然作用；满载还是不满载等情况。同时提出必要的质量保证项目。钢材厚度钢材力学性能一般随厚度增大而降低，钢材经多次轧制后、钢的内部结晶组织更为紧密，强度更高，质量更好。2.4.4钢材的品种和规格钢板分为厚钢板、薄钢板和扁钢，其规格用符号“—”和宽度×厚度×长度的毫米数表示。如：300×10×3000表示宽度为300mm，厚度为10mm，长度为3000mm的钢板。钢结构采用的钢材品种主要为热轧成型的钢板和型钢，冷弯成型的薄壁型钢和冷压或冷轧成型的压型钢板。1．钢板厚度大于4mm，宽度为600～3000mm，长度为4～12m。厚钢板薄钢板扁钢厚度为4～60mm，宽度为12～200mm，长度为3～9m。厚度小于4mm，宽度为500～1500mm，长度为0.5～4m。常用的热轧型钢有H型钢、T型钢、工字钢、槽钢、角钢和钢管，如图2-11所示。2．热轧型钢图2-11热轧型钢H型钢和T型钢是近年来我国广泛应用的热轧型钢，其新国标为GB/T11263—2005《热轧H型钢和剖分T型钢》。H型钢和T型钢的截面形状较之于传统型钢（工字钢、槽钢和角钢）合理，使钢材能更高地发挥效能，且其内、外表面平行，便于和其他构件连接，因此只需少量加工，便可直接用做柱、梁和屋架杆件。1）H型钢和T型钢H型钢和T型钢均分为宽、中、窄三种类别，而H型钢还增列有轻型系列，其代号分别为HW，HM，HN，HT和TW，TM，TN。宽翼缘HW型的翼缘宽度B与其截面高度H一般相等，适用于制作柱；中翼缘HM型的B≈（1/3～1/2）H，适用于制作柱或梁；窄翼缘HN型的B≈（1/3～1/2）H，则适用于制作梁。H型钢和T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼缘厚度t2。例如，HK220×206×15×25表示宽翼缘HK型钢，其截面高度220mm、翼缘宽度206mm、腹板厚度15mm、翼缘厚度25mm。工字钢由于宽度方向的惯性矩和回转半径比高度方向的小得多。因而在应用上有一定的局限性，一般宜用于单向受弯构件。工字钢分为普通、轻型和翼缘宽三种，用符号“Ⅰ”及号数表示。其中，号数代表截面高度的厘米数。20号和32号以上的普通工字钢，同一号数中又分a，b和a，b，c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2mm。如Ⅰ36a表示截面高度为360mm、腹板厚度为a类的普通工字钢。工字钢宜尽量选用腹板厚度最薄的a类，这是因其重量轻，而截面惯性矩相对却较大。2）工字钢槽钢分为普通槽钢和轻型槽钢两种。槽钢型号用符号“［”及号数表示。同工字钢一样，号数也代表截面高度的厘米数。如［20与Q［20分别代表截面高度为200mm的普通槽钢和轻型槽钢。14号和24号以上的普通槽钢，同一号数中又分a，b和a，b，c类型，其意义与工字钢相同。角钢分为等边角钢和不等边角钢两种。等边角钢：其相互垂直的两肢长相等，其型号用符号“∟

”和肢宽×肢厚的毫米数表示。3）槽钢4）角钢不等边角钢：其相互垂直的两肢长不相等，其型号用符号“L”和长肢宽×短肢宽×肢厚的毫米数表示。钢管分为无缝钢管和焊接钢管两种，型号用“ff”和外径×壁厚的毫米数表示，如f219×14为外径219mm、壁厚14mm的钢管。5）钢管建筑中使用的冷弯型钢常用厚度为1.5～5mm的薄钢板或钢带经冷轧（弯）或模压而成，故也称冷弯薄壁型钢。如图2-12所示为冷弯薄壁型钢的常见形式。3．冷弯型钢和压型钢板图2-12冷弯薄壁型钢1）冷弯型钢与相同截面的热轧型钢相比，冷弯薄壁型钢的截面轮廓尺寸较大而其壁较薄，使截面的惯性矩和回转半径较大，因而受力性能较好并能节省钢材，是一种高效经济的截面型材。但是，由于薄壁对锈蚀的影响较敏感。冷弯薄壁型钢多用于跨度小、荷载轻的轻型钢结构中。压型钢板是冷弯型钢的另一种形式，它是用厚度为0.3～2mm的镀锌或镀铝锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧（压）成的各种类型的波形板。如图2-13所示为压型钢板部分板型。压型钢板表面经涂漆、镀锌或涂有机层处理，可以防止锈蚀，因而有较好的耐久性。在受力上具有较好的平面外刚度和抗弯能力，常用于屋面板、墙板、楼板及装饰板。2）压型钢板图2-13压型钢板部分板型2.5.1钢材脆性断裂的预防2.5.2钢结构的防火保护2.5钢材的防护2.5.3

钢结构防腐蚀措施2.5.1钢材脆性断裂的预防预防钢材脆性断裂的方法为：选用韧性好的钢材；避免截面剧变；减少应力集中；合理的制造安装，减少裂纹缺陷和焊接残余应力。2.5.2钢结构的防火保护钢结构的常用防火保护措施包括：在钢构件表面粘贴预制绝热板；喷涂蛭石或石棉水泥防火层；采用型钢混凝土组合结构；采用防火涂料和防火漆等。2.5.3钢结构防腐蚀措施钢结构在潮湿或腐蚀介质条件下表面会锈蚀。钢材的防腐防锈的主要措施为涂料防腐。将除锈后的钢件涂红丹1～2层，再刷罩面油漆；将金属构件和安装螺栓除锈后的镀锌槽内镀锌，再拼装成结构；阳极保护法。对水下或地下钢结构常采用阳极保护。其中，涂料防腐是目前最普遍最常用的方法。此外，在构造设计时还应采取妥善处理措施，对钢结构加以防护。3.1.1钢结构焊接工艺3.1.2焊接（残余）应力和焊接（残余）变形3.1焊接手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其原理图如图3-1所示。它由焊件、焊条、焊钳、电焊机和导线组成电路。3.1.1钢结构焊接工艺1．焊接方法图3-1手工电弧焊1）手工电弧焊施焊时，首先将分别接在电焊机两极的焊条和焊件瞬间短路打火，然后立即将焊条提起少许，此时强大电流通过焊条端部与焊件间的空隙，使空气离子化引发出电弧，其温度高达3000℃左右，从而使焊条和焊件迅速熔化。熔化的焊条金属与焊件金属结合成为焊缝金属。同时，焊条药皮燃烧可在熔池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属的表面再形成熔渣，可隔绝熔池中的液体金属和空气中的氧、氮等气体接触，避免形成脆性化合物。随着熔池中金属的冷却、结晶，即形成焊缝，并将焊件连成整体。手工电弧焊由于电焊设备简单，使用方便，适用于空间全方位焊接，故应用广泛，且特别适用于工地安装焊缝、短焊缝和曲折焊缝。但它生产效率低，且劳动条件差，易弧光眩目，焊接质量在一定程度上取决于焊工水平，容易波动。2）自动（或半自动）埋弧焊自动（或半自动）埋弧焊的原理图如图3-2所示。光焊丝埋在焊剂层下，当通电引弧后，光焊丝产生的热量使焊丝、焊件和焊剂熔化。焊剂熔化后形成熔渣浮在熔化的焊缝金属表面，使其与空气隔绝，并供给必要的合金元素以改善焊缝质量。当焊丝随着焊机的自动移动而不断下降和熔化，颗粒状的焊剂也不断由漏斗漏下埋住眩目电弧。如果全部焊接过程都均自动进行，称为自动埋弧焊；如果焊机移动由人工操纵，则称为半自动埋弧焊。埋弧焊由于电流较大，电弧热量集中，故熔深大，焊缝质量均匀，内部缺陷少，塑性和冲击韧性都好，因而优于手工电弧焊。另外，埋弧焊的焊接速度快，生产效率高，成本低，劳动条件好。然而，埋弧焊的应用也受到其自身条件的限制，由于焊机须沿着焊缝的导轨移动，故要有一定的操作条件，因此特别适用于梁、柱、板等的大批量拼装制造焊缝。图3-2自动或半自动埋弧焊3）CO2气体保护焊CO2气体保护焊是用喷枪喷出CO2气体作为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝，以保持焊接过程的稳定。由于焊接时没有焊剂产生的熔渣，故便于观察焊缝的成型过程，但操作时须在室内避风处，在工地则须搭设防风棚。气体保护焊电弧加热集中，焊接速度快，熔深大，故焊缝强度比手工电弧焊高，且塑性和抗腐蚀性好，很适合于厚钢板或特厚钢板（t100mm）的焊接。焊条是涂有药皮供手工电弧焊用的熔化电极，由焊芯和药皮两部分组成。焊条直径是指不包括药皮的焊芯直径。焊条药皮与焊芯（不包括夹持端）的重量比，称为药皮重量系数。焊条药皮的组成成分相当复杂，一种焊条药皮的配方中，组成物一般有七八种之多。焊条药皮根据组成的不同可以分为钛铁矿型、氧化钛型、钛钙型、低氢型等。焊条的表示方法如图3-3所示。2．焊接材料的选择1）焊条的表示和选择图3-3焊条表示方法选用焊条的基本原则等强度原则：即选用与母材同强度等级的焊条。一般用于焊接低碳钢和低合金钢。同成分原则：即选用与母材化学成分相同或相近的焊条。一般用于焊接耐热钢、不锈

钢等金属材料。抗裂纹原则：即选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。

一般用于焊接刚度大、形状复杂、使用中承受动载荷的焊接结构。抗气孔原则：即受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，

应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，

形成气孔。低成本原则：即在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的

焊条。2）焊丝和焊剂的表示和选择焊丝与焊剂主要用于埋弧焊、电渣焊以及CO2气体保护焊。焊丝的作用相当于焊芯，焊剂的作用相当于药皮。焊丝、焊剂的表示方法如图3-4所示。图3-4焊丝、焊剂的表示方法①埋弧自动焊和电渣焊所用的焊丝应符合国家标准GB/T14957—1994《熔化焊用钢丝》和GB/T3429—2002《焊接用钢盘条》的规定。气体保护焊所用的焊丝应符合国家标准GB/T8110—2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》的规定。②用埋弧焊焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08，H08A，H15Mn等，其中以H08A应用最为普遍。a．当焊件厚度较大或对力学性能的要求较高时，则可选用含Mn量较高的焊丝。b．在对合金结构钢或不锈钢等合金元素较高的材料焊接时，则应考虑材料的化学成分和其他方面的要求选用成分相似或性能上可满足材料要求的焊丝。③为适应焊接不同厚度材料的要求，同一牌号的焊丝可加工成不同的直径。埋弧焊常用的焊丝直径有2.0mm，3.0mm，4.0mm，5.0mm和6.0mm五种。使用时，要将焊丝表面的油、锈等清理干净，以免影响焊接质量。目前主要采用表面镀铜焊丝，可防止焊丝生锈并使导电嘴与焊丝间的导电更为可靠，提高电弧的稳定性。④为了保证焊缝金属的力学性能，防止产生气孔，CO2气体保护焊所用的焊丝必须含有较高的Mn，Si等脱氧元素。有些小直径焊丝的表面为了润滑只能使用不含氢的特殊润滑剂。焊丝的选择技巧根据被连接构件间的相互位置不同，焊接可分为对接、搭接、T形链接和角接等；根据焊缝的截面形状不同，焊接又可分为对接焊缝和角焊缝，以及由这两种形式焊缝组合成的对接与角接组合焊缝，如图3-5所示。在具体应用时，应根据连接的受力情况，结合制造、安装和焊接条件进行选择。3．焊缝及焊接接头的形式1）焊缝

（a）（b）（c）

（d）（e）（f）（g）（h）（i）图3-5焊接接头及焊缝的形式（a）：对接焊缝（b）（c）（d）（g）：角焊缝（e）（h）：部分焊透对接与角接组合焊缝（f）（i）：全焊透对接与角接组合焊缝（a）（b）：对接接头（c）：搭接接头（d）（e）（f）：T形接头（g）（h）（i）：角接接头按施焊位置不同，焊缝可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种形式，如图3-7所示。平焊又称俯焊，其施焊方便，质量易于保证，故应尽量采用。立焊、横焊施焊较难，焊缝质量和效率均较平焊低。仰焊的施焊条件最差，焊缝质量不易保证，故应从设计构造上尽量避免。T形接头角焊缝在工厂常采用的船形焊，也属于平焊形式。3．焊缝及焊接接头的形式1）焊缝图3-7焊缝的施焊位置（1）对接接头图3-5（a）所示为采用对接焊缝的对接接头，其特点是用料省，传力简捷、均匀，受力性能好，疲劳强度高，但焊件边缘须开坡口且尺寸要求准确，故制造比较费工。图3-5（b）所示为采用角焊缝加盖板的对接接头，其特点是对焊件边缘尺寸要求较低，制造较容易，但通过盖板传力，应力集中严重，疲劳强度低，且用料较多。（2）搭接接头图3-5（c）所示为采用角焊缝的搭接接头，其特点和加盖板的对接接头相似，但由于构造简单，施工方便，故应用广泛。（3）T形接头图3-5（d）、（e）、（f）分别为采用角焊缝和部分焊透及全焊透的对接与角接组合焊缝的T形接头。（4）角焊接头图3-5（g）、（h）、（i）分别为采用角焊缝、部分焊透及全焊透的对接与角接组合焊缝的角接接头，它们主要用于箱形截面梁、柱的纵向组合焊缝。3．焊缝及焊接接头的形式2）焊接接头下表所示为部分常用焊缝符号，它们主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。当焊缝分布不规则时，在标注焊缝符号的同时，宜在焊缝处加粗线以表示可见焊缝，加栅线以表示不可见焊缝，加×符号以表示工地安装焊缝，如图3-8所示。4．焊缝形式及代号1）焊缝形式焊缝角焊缝对接焊缝塞焊缝三面围焊单面焊缝双面焊缝安装焊缝相同焊缝形式图3-8焊缝标注图形焊接位置、接头形式、坡口形式、焊缝类型及管结构节点形式代号，应符合教材表3-2至3-6的规定。各种焊接方法及接头坡口形式尺寸代号和标记应符合下列规定。①焊接方法及焊透种类代号应符合教材表3-7的规定。②单、双面焊接及衬垫种类代号应符合教材表3-8的规定。③坡口各部分尺寸代号应符合教材表3-9的规定。④焊接接头坡口形式和尺寸的标记应符合教材图3-9所示的规定。焊接工艺评定所用的焊接方法、施焊位置分类代号应符合教材表3-10和表3-11的规定。4．焊缝形式及代号2）焊接代号标记示例：焊条电弧焊、全焊透、对接、I形坡口、背面加钢衬垫的单面焊接接头表示为。MC-BI-BS1焊缝质量的好坏直接影响连接的强度，如质量优良的对接焊缝，试验证明其强度高于母材，受拉试件的破坏部位多位于焊缝附近热影响区的母材上。但是，当焊缝中存在气孔、夹渣、咬边等缺陷时，它们不但使焊缝的受力面积削弱，而且还在缺陷处引起应力集中，易于形成裂纹。在受拉连接中，裂纹更易扩展延伸，从而使焊缝在低于母材强度的情况下破坏。同样，缺陷也降低连接的疲劳强度。因此，应对焊缝质量严格检验并予以分级。焊缝质量分为三个等级，GB50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》也相应对此三个等级制定了不同的质量标准，可根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，对焊缝质量等级进行选择。焊缝质量等级选用的基本规律是：受拉焊缝高于受压焊缝；受动力荷载焊缝高于受静力荷载焊缝；对接焊缝一般都要求全焊透并与母材等强，因此需要作无损探伤，质量不能低于二级。5．焊缝质量等级全焊透和部分焊透的对接焊缝坡口的形状与尺寸应结合焊件厚度和施焊条件，按照保证焊缝质量、便于施焊和减小焊缝截面面积的原则，根据《焊接规程》中推荐的手工电弧焊、埋弧焊和气体保护焊的坡口形状和尺寸选用。对接焊缝坡口的形状可分为I形、单边V形、X形、单边U形、U形和K形等。一般当焊件厚度较小时，可不开坡口，即采用Ⅰ形坡口。对于中等厚度焊件，宜采用单边V形、V形或单边U形坡口。对于较厚焊件（手工焊，埋弧焊），则宜采用U形、K形或X形坡口。当对接焊缝拼接的焊件宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1∶2.5或1∶4的斜角，如图3-10所示。6．对接焊缝的构造图3-10变截面钢板拼接7．角焊缝的构造图3-12角焊缝的形式1）角焊缝的形式图3-13直角角焊缝截面形式7．角焊缝的构造2）角焊缝的尺寸要求（1）最小焊脚尺寸：（2）最大焊脚尺寸：（3）不等焊脚尺寸：与较薄焊件接触的焊脚边应符合最大焊脚尺寸的要求，与较厚焊件接触的焊脚边则应符合最小焊脚尺寸的要求。（4）最小计算长度：角焊缝的计算长度不宜小于8hf和40mm，即其最小实际长度应为8hf+2hf；当

时，则应为50mm。（5）最大计算长度：侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑，若内力侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。（6）侧面角焊缝长度：每条侧面角焊缝长度大于它们之间的距离，即

（7）搭接长度：在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm，以减小因焊缝收缩产生的残余应力及因偏心产生的附加弯矩。（8）绕角焊：2hf3.1.2焊接（残余）应力和焊接（残余）变形1．焊接（残余）应力和焊接（残余）变形的成因钢结构的焊接过程是在焊件局部区域加热熔化后又冷却凝固的热过程。由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀不膨胀和收缩，从而使焊件内部产生残存应力并引起变形，这就是焊接残余应力和焊接残余变形，或简称焊接应力和焊接变形。图3-16热残余应力和残余变形的成因2．焊接应力的种类1．纵向焊接应力钢板一边因受热而伸长，但由于不均匀的温度场，伸长量受到两侧区域的限制而产生热塑性压缩，反过来冷却时收缩也受到限制，从而在焊缝及其附近产生平行于焊缝长度方向的纵向拉应力。2．横向焊接应力焊缝的纵向收缩除产生纵向焊接应力外，同时还使两块钢板有相向弯曲成弓形的趋势，但钢板已被焊缝连成一体，因此在焊缝中部将产生横向拉应力，在焊缝两端则产生横向压应力。另外，焊缝的横向收缩也要产生横向焊接应力。3．厚度方向焊接应力厚钢板的焊缝在冷却时，外围焊缝因散热较快而先冷固，故内层焊缝收缩时将受限制，从而在焊缝内部产生沿焊缝厚度方向的焊接拉应力，而焊缝外部则产生焊接压应力。以上所述焊接应力的成因均按焊件在无约束状态下施焊得出。若焊件在施焊时处于约束状态，如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等，焊件将因不能自由伸缩而产生更大的焊接应力，且随约束程度增加而增加。3．焊接变形焊接过程中的局部加热和不均匀的冷却收缩，在使焊件产生焊接应力的同时还将伴生焊接变形，它的主要形式有纵向和横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等，如图3-19所示。图3-19焊接变形4．焊接应力和焊接变形的影响2）焊接变形对结构的影响静力强度由于焊接应力是自相平衡的内应力分布，因此板的承载能力和没有焊接应力时的相同，故焊接应力对结构的静力强度并无影响。疲劳强度和

低温冷脆由于焊缝中存在双向甚至三向焊接应力，当形成同号应力时，塑性变形受到约束，材料变脆，使裂纹容易产生和开展，疲劳强度也因而降低，在低温情况下，更易形成冷脆断裂。刚度具有焊接应力的钢板，由于在焊接拉应力区域提前进入塑性状态而刚度降低为零，继续增加的外力仅由弹性区承担，因此构件必然变形增大，刚度减小。压杆的稳定承载力有焊接应力的压杆，在焊接应力区提前进入塑性状态，截面的弹性区缩小，杆件的抗弯刚度也相应减小，因此其稳定承载力将降低。1）焊接应力对结构性能的影响焊接变形不仅影响结构的尺寸，使装配困难，而使构件产生初偏心和初弯曲等初始缺陷，在受力时引起附加内力，影响其承载能力。墙板、楼板及装饰板。5．减少残余应力和残余变形的措施1）设计方面2）工艺方面①合理安排焊接位置，在结构允许的条件下，尽可能使焊缝对称于构件截面的中轴，以减少焊接残余变形。②选择适当的焊脚尺寸，以避免因焊脚尺寸过大而引起过大的焊接残余应力。③焊缝数量应尽量少，且不宜过分集中，以免热量高度集中，引起过大的焊缝残余变形。④尽量避免焊缝过于集中和三向交叉焊缝。例如，梁肋板加劲肋与腹板及翼缘的连接焊缝应中断，以保证主要焊缝（翼缘与腹板的连接焊缝）连续通过。①选择合理的施工工艺和施工方法，如尽量采用自动焊及半自动焊。②选择合理的施焊顺序，如对较长焊缝分段退焊，较厚焊缝分层焊，工字形截面对角跳焊等。③采用反变形法。施焊前给构件一个与焊接残余变形反方向的预变形，使之与焊接引起的残余变形相抵消，从而达到减少焊接残余变形的目的。④对于小尺寸焊件，焊前预热或火焊后加热到600℃左右，然后缓慢冷却，可以消除焊接残余应力和焊接残余变形。3.2.1普通螺栓连接的形式和规格3.2.2高强度螺栓连接副的形式3.2.3螺栓连接的布置3.2.4螺栓连接的破坏形式3.2.5螺栓的强度等级3.2螺栓连接钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型，粗牙普通螺纹，其代号用字母M与公称直径表示，工程中常用M16，M20和M24。螺栓的最大连接长度随螺栓直径而变化，选用时应控制其不超过螺栓标准中规定的夹紧长度，一般为4～6倍螺栓直径（大直径螺栓取大值，反之取小值。高强度螺栓为5～7倍），即螺栓直径不宜小于1/4～1/6（或1/5～1/7）夹紧长度，以免出现板叠过厚而紧固力不足和螺栓过于细长而受力弯曲的现象，以致影响连接的受力性能。另外，螺栓长度还应考虑在螺栓头部及螺母下各设一个垫圈，以及螺栓拧紧后外露丝扣不少于2～3扣。对直接承受动力荷载的普通螺栓应采用双螺母或其他能防止螺母松动的有效措施，如设弹簧垫圈、将螺纹打毛或螺母焊死等。C级螺栓的孔径比螺栓杆径大1.5～3mm。具体来讲，M12，M16为1.5mm；M18，M22，M24为2mm；M27，M30为3mm。3.2.1普通螺栓连接的形式和规格高强度螺栓和与之配套的螺母和垫圈合称连接副。螺栓的形式除常见的大六角头型外，还有扭剪型，如图3-21所示。高强度螺栓连接副须经热处理（淬火和回火）。3.2.2高强度螺栓连接副的形式图3-21高强度螺栓连接副布置时螺栓连接，通常采用并列和错列两种形式，如图3-22所示。并列简单，但栓孔削弱截面较大；错列可减少截面削弱，但排列较复杂。3.2.3螺栓连接的布置图3-22螺栓的布置方式螺栓最大、最小容许距离如教材表3-12所示。排列螺栓时宜按最小容许距离选取，且应取5mm的倍数，按等距离布置以缩小连接尺寸。3.2.4螺栓连接的破坏形式螺栓连接有以下五种破坏形式。①螺栓杆剪断；②孔壁挤压；③钢板被拉断；④钢板剪断；⑤螺栓杆弯曲。3.2.5螺栓的强度等级钢结构连接用螺栓强度等级分为3.6，4.6，4.8，5.6，6.8，8.8，9.8，10.9，12.9等十余个等级。螺栓强度等级标号由两部分组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈服比值。例如，强度等级4.6级的螺栓，其含义为：螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；螺栓材质的屈强比为0.6；螺栓材质的公称屈服强度达级性能等级。螺栓强度等级的含义是国际通用的标准，相同强度等级的螺栓，无论它的材料和产地有何区别，其强度是相同的，设计上只选用强度等级即可。强度等级中提到的8.8级和10.9级是指螺纹的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9GPa。4.1.1图线4.1.2比例4.1制图的一般规定4.1.3符号4.1.4定位轴线4.1.1图线表4-1线宽组单位：mm图线的宽度b宜从1.4，1.0，0.7，0.5，0.35，0.25，0.18，0.13mm线宽系列中选取。图线宽度不应小于0.1mm。每个图样应根据复杂程度与比例大小，先选定基本线宽b，再选用表4-1中相应的线宽组。线宽比线宽组b1.41.00.70.50.7b1.00.70.50.350.5b0.70.50.350.250.25b0.350.250.180.13建筑结构专业制图应选用表4-2所示的图线。名称线型线宽一般用途实线粗b螺栓、钢筋线、结构平面图中的单线结构构件线，钢木支撑及系杆线，图名下横线、剖切线中粗0.7b结构平面图及详图中剖到或可见的墙身轮廓线、基础轮廓线、钢、木结构轮廓线、钢筋线中0.5b结构平面图及详图中剖到或可见的墙身轮廓线、基础轮廓线、可见的钢筋混凝土构件轮廓线、钢筋线细0.25b标注引出线、标高符号线、索引符号线、尺寸线虚线粗b不可见的钢筋线、螺栓线、结构平面图中不可见的单线结构构件线及钢、木支撑线中粗0.7b结构平面图中的不可见构件、墙身轮廓线及不可见钢、木结构构件线、不可见的钢筋线中0.5b结构平面图中的不可见构件、墙身轮廓线及不可见钢、木结构构件线、不可见的钢筋线细0.25b基础平面图中的管沟轮廓线、不可见的钢筋混凝土构件轮廓线单点

长画线粗b柱间支撑、垂直支撑、设备基础轴线图中的中心线细0.25b定位轴线、对称线、中心线、重心线双点

长画线粗b预应力钢筋线细0.25b原有结构轮廓线折断线0.25b断开界线波浪线0.25b断开界线表4-2图线4.1.2比例施工图样的比例，应为图形与实物相对应的线性尺寸之比。比例的符号应为“∶”，比例应以阿拉伯数字表示。比例宜注写在图名的右侧，字的基准线应取平；比例的字高宜比图名的字高小一号或二号，如教材图4-1所示。图4-1比例的注写绘图时根据图样的用途，被绘物体的复杂程度，应选用表4-3中的常用比例，特殊情况下也可选用可用比例。当构件的纵向、横向断面尺寸相差悬殊时，可在同一详图中的纵向、横向选用不同的比例绘制。轴线尺寸与构件尺寸也可选用不同的比例绘制。图名常用比例可用比例结构平面图，基础平面图1∶500，1∶100，1∶1501∶60，1∶200圈梁平面图，总图中管沟、地下设施等1∶200，1∶5001∶300详图1∶10，1∶20，1∶501∶5，1∶30，1∶25表4-3比例4.1.3

符号1．剖切符号①剖切位置线的长度宜为6～10mm；剖视方向线应垂直于剖切位置线，长度应短于剖切位置线，宜为4～6mm，如图4-2所示，也可采用国际统一和常用的剖视方法，如图4-3所示。绘制时，剖切符号不应与其他图线相接触。图4-2剖视的剖切符号（一）

图4-3剖视的剖切符号（二）②断面的剖切符号应只用剖切位置线表示，并应以粗实线绘制，长度宜为6～10mm。断面剖切符号的编号宜采用阿拉伯数字，按顺序连续编排，并应注写在剖切位置线的一侧；编号所在的一侧应为该断面的剖视方向，如图4-4所示。

③剖面图或断面图，当与被剖切图样不在同一张图纸内时，应在剖切位置线的另一侧注明其所在图纸的编号，也可以在图上集中说明。图4-4断面的剖切符号2．索引符号与详图符号①图样中的某一局部或构件，如需另见详图应以索引符号索引，如图4-5（a）所示。索引符号由直径为8～10mm的圆和水平直径组成，圆及水平直径应以细实线绘制。索引符号应按下列规定编写。a．索引出的详图，如与被索引的详图同在一张图纸内，应在索引符号的上半圆中用阿拉伯数字注明该详图的编号，并在下半圆中间画一段水平细实线，如图4-5（b）所示。b．索引出的详图，如与被索引的详图不在同一张图纸内，应在索引符号的上半圆中用阿拉伯数字注明该详图的编号，在索引符号的下半圆用阿拉伯数字注明该详图所在图纸的编号，如图4-5（c）所示。数字较多时，可加文字标注。c．索引出的详图，如采用标准图，应在索引符号水平直径的延长线上加注该标准图集的编号，如图4-5（d）所述。需要标注比例时，文字在索引符号右侧或延长线下方，与符号下对齐。（a）

（b）

（c）

（d）图4-5索引符号②索引符号当用于索引剖视详图，应在被剖切的部位绘制剖切位置线，并以引出线引出索引符号，引出线所在的一侧应为剖视方向，如图4-6所示。（a）

（b）

（c）

（d）图4-6用于索引剖面详图的索引符号③在结构平面图中索引的剖视详图、断面详图应采用索引符号表示，其编号顺序宜按图4-7的规定进行编排，并符合下列规定。图4-7结构平面图中索引剖视详图、断面详图编号顺序表示方法a．外墙按顺时针方向从左下角开始编号。b．内横墙从左至右，从上至下编号。c．内纵墙从上至下，从左至右编号。④在结构平面图中的索引位置处，粗实线表示剖切位置，引出线所在一侧应为投射方向。⑤索引符号应由细实线绘制的直径为8～10mm的圆和水平直径线组成。⑥被索引出的详图应以详图符号表示，详图符号的圆应以直径为14mm的粗实线绘制。圆内的直径线为细实线。⑦被索引的图样与索引位置在同一张图纸内时，应按图4-8的规定进行编排。⑧详图与被索引的图样不在同一张图纸内时，应按图4-9的规定进行编排，索引符号和详图符号内的上半圆中注明详图编号，在下半圆中注明被索引的图纸编号。图4-8被索引图样在同一张图纸内的表示方法图4-9详图和被索引图样不在同一张图纸内的表示方法3．引出线①引出线应以细实线绘制，宜采用水平方向的直线，与水平方向成30°，45°，60°，90°的直线，或经上述角度再折为水平线。文字说明宜注写在水平线的上方，如图4-10（a）所示；也可注写在水平线的端部，如图4-10（b）所示。索引详图的引出线，应与水平直径线相连接，如图4-10（c）所示。②同时引出的几个相同部分的引出线宜互相平行，如图4-11（a）所示；也可画成集中于一点的放射线，如图4-11（b）所示。（a）

（b）

（c）

（a）

（b）图4-10引出线

图4-11共享引出线③多层构造或多层管道共享引出线，应通过被引出的各层，并用圆点示意对应各层次。文字说明宜注写在水平线的上方，或注写在水平线的端部，说明的顺序应由上至下，并应与被说明的层次对应一致；如层次为横向排序，则由上至下的说明顺序应与由左至右的层次对应一致，如图4-12所示。（a）

（b）

（c）

（d）图4-12多层共享引出线4．其他符号①对称符号由对称线和两端的两对平行线组成。对称线