学习情境11钢结构构1 (1)讲解

第十一章钢结构

1.焊缝连接的构造要求，对接焊缝与角焊缝连接的计算；

2.减小焊接应力与焊接变形的措施；

3.普通螺栓连接的构造要求，普通螺栓连接的计算，高强度螺栓连接的构造要求；

本章主要内容

4.轴心受力构件的强度、刚度验算，实腹式轴心受压构件的整体稳定性与局部稳定性验算；柱头与柱脚的构造要求；

5.受弯构件的强度、刚度、整体稳定性验算，受弯构件局部稳定的概念、设置加劲肋的规定及构造要求；梁的拼接，次梁与主梁连接的构造要求；

6.钢屋盖的结构布置，钢屋架的节点构造，轻钢屋盖、网架结构简介；

7.扣件式钢管脚手架及钢模板结构的设计计算。

1.了解手工电弧焊、自动及半自动焊、气体保护焊的原理；

2.理解焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的概念、特点及应用条件；

3.掌握焊缝的构造要求。

第一讲教学目标：对接焊缝及角焊缝的构造要求。

对接焊缝及角焊缝的构造要求。重点难点钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。11.1钢结构的连接

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）缺点但焊缝连接会产生残余应力和残余变形，且连接的塑性和韧性较差。

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。3）应用广泛用于各种钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷载的结构中。

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。

11.1.1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。（1）

手工电弧焊

1）原理

返回如下图所示：其电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成。

2）焊条

●手工焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。

●其牌号为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（单位为kgf/mm2）。●手工焊采用的焊条应符合国家标准的规定，焊条的选用应与主体金属相匹配。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和Q420钢采用E55型焊条。

3）特点

●手工焊具有设备简单，适用性强的优点，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，所以它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。（2）自动或半自动埋弧焊

1）原理

2）特点及应用

●自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，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。

3）应用

●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。自动焊或半自动焊应采用与焊件金属强度相匹配的焊丝和焊剂。焊丝应符合《焊接用钢丝》GB1300-77的规定，焊剂种类根据焊接工艺要求确定。

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

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、J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=10～20mm）的焊件，可采用单边V型或V型坡口，以便斜坡口和间隙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，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm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1/4（对承受动荷载的结构）或1/2.5（对承受静荷载的结构）（图11.1.9）。当厚度不同时，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，其中为较厚焊件的板厚，单位mm。

对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1mm；对于T型连接的单面角焊缝则应增加1mm。当焊件厚度等于或小于4mm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，其中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≤6mm时，取hfmax=t；当焊件边缘厚度t＞6mm时，取hfmax=t-（1～2）mm。

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40mm。

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25mm。小结：

1.钢结构连接的形式、概