3.3.8主静载钢结构Ⅲ剖析

3/3.8主静载焊接钢结构设计ⅢDesignofweldedstructureswithpredominantlystaticloading主要内容1.DIN18800中对焊接结构的要求2.DIN18800中所允许使用的母材和焊材3.DAStRi009规程4.典型结构的加强形式5.框架转角结构的应力分布特点

1.按DIN18800-1钢制构件的限定和结构基础1.1概述国家级的建筑结构法州一级的建筑结构规程对建筑结构的制造者和使用者要求的规定相关技术规定和规章的清单产品使用过程中的说明1.2钢结构的基础标准和专业标准规程号内容DIN18800第一部分，1990年11月钢结构：规格和结构DIN18800第二部分，1990年11月钢结构：稳定性杆件及杆构件的弯曲DIN18800第三部分，1990年11月钢结构：稳定性薄板结构的变形DIN18800第四部分，1990年11月钢结构：稳定性壳体结构的鼓胀DIN18800第五部分钢结构：基础部分DIN18800第六部分钢结构：非静载状态下的规格DIN18800第七部分钢结构：制造厂家焊接能力资格验证DIN18800第八部分钢结构：维修现在适用的欧洲基础标准EN标准号日期内容1090-11090-2

20092008钢结构和铝结构的施工-1：结构部件一致性评估要求

钢结构和铝结构的施工-2：钢结构用技术要求续表现在适用的欧洲基础标准专业标准：

DIN18801钢结构高大建筑DIN18802低压容器和架空的油罐结构DIN18804起重机导轨DIN18805钢结构烟囱DIN18806高层建筑中的复合结构DIN18807钢结构梯形型钢DIN18808钢结构中的槽钢DIN18809钢制公路桥梁DIN18810复合梁—公路桥梁EN标准号日期内熔

EN1993-22006钢结构设计—钢桥EN1993-3-12006钢结构设计—塔、架和烟囱-塔和架EN1993-3-22006钢结构设计—塔、架和烟囱-烟囱EN1993-4-12007钢结构设计—筒仓EN1993-4-22007钢结构设计—储罐EN1993-4-32007钢结构设计—管线EN1993-52007钢结构设计—桩EN1993-62007钢结构设计—起重机支撑件现在适用的欧洲专业标准2钢结构的限定基础

不同国家的主静载钢结构标准中要求的大部分项目差别并不是很大，例如在关于承载梁强度的计算方法和加强构件承载能力的思路方面等，但是在细节的考虑方面会有一些差异。3对接焊缝连接结构的要求

DIN18800和其它标准一样，要求在焊缝连接时尽可能要采用对接连接焊缝，焊缝尺寸的确定方法和其它标准没有什么差异。但要注意在不同板厚构件对接连接时相关极限尺寸要求的差异。4其他焊接技术要求4.1通则

部件和其连接必须按照焊接规程来进行设计和制造，要避免焊缝的堆积。焊接规程包括材料和焊接工艺方面的相关内容。结构的构成，如板厚、焊缝位置、坡口形式、焊缝的构成；

生产的种类，如焊接的方法、焊接填充材料、预热、焊接次序和后热处理；应力，如静载或冲击载荷、与轧制方向有关的应力方向和与焊缝有关的方向；结构生产和使用时的温度条件。4.2最小厚度最小厚度是在专业标准中选定。也可以通过其他的规程对专业标准进行补充和完善，如按对产品结构的附加技术条件（ZTV-K）、按DIN18809制作的铁路桥梁。4.3结构上使用不同的钢种时需注意的问题

在一个承载梁和一个截面上允许使用不同的钢种。但要注意的是，所使用的钢质产品必须作好标记以防止混料。标记应在下料阶段就在每一个零件上进行标注，并在工作过程中注意标记的转移。4.4标准中规定常用的钢材种类

作为对DIN18800-1生产规程的补充规定，只有标准化了的产品和允许的材料种类，并且符合当时适用的版本，列入建筑标准清单A中的材料才可以使用。这取决于在这里给出的表和附件以及其它对以前钢种标记的补充。

在建筑监督领域内可以使用的钢种，首先是符合当时使用的专业标准，同时在建筑标准清单A的第1部分中列举出来的钢种和经过比较满足供货条件的钢种。S2351.00371.00361.00381.01141.01161.01171.01201.01211.01221.01151.01181.0119

S2751.00441.01431.01441.01451.01281.01401.01411.0142S3551.00451.05531.05701.05771.05961.05511.05541.05691.05791.05931.05944.5其它钢种使用的限定条件

DIN18800的402部分列举的钢种只能够应用在符合当时建筑规程A和当时的国家规程的条件下进行连接。在DIN18800的401部分所列举的钢种只有在符合下述条件时才可以使用。

该钢种在专业标准中被完整的描述出来，其应用符合一定的规则，例如在DIN4133：1991-11—钢制烟囱，同时在建筑规程清单A第1部分列举出来的。

其应用以其它方式被验证了，例如通过一个通用的建筑监督许可或通过一个通用的建筑监督检验证书或者在特殊情况下经过最严格的监督获得同意。4.6钢材选择

钢种只有在符合使用目的并具有焊接性的时候才可以选用。

材料的质量级别应按照DASt–Ri009焊接钢结构用钢质量组别的选择进行选用。4.7证书4.7.1通用要求所使用的产品必须按DINEN10204提供证书；供货单位或供货者填写的材料证书无效；堆焊弯由试验：对于承受拉、弯载荷的板材，宽扁及型钢的焊接构件，当其单件厚度大于30mm时，应按SEP1390（钢—铁检验书）进行堆焊弯曲试验，并记录试验结果。该试验是用来检验材料脆断性能的。4.8冷变形区域的焊接4.9有特殊防腐要求的焊缝

当通过采取特殊的措施可以达到防腐要求的话，允许对有特别防腐要求的构件焊接断续焊缝和单面未熔透的焊缝。表面可以采取一些特别措施防腐，例如：

按系列标准EN12944和ISO1461进行表面处理或涂敷；采用具有耐腐蚀性能的结构。4.10焊接填充材料及辅助材料

只有那些得到官方认可机构的许可证书的焊接填充材料及辅助材料才允许在工程中使用，这些材料应具有ü标记。官方的认可单位是位于Minden的联邦铁路总局。EN499碳钢和细晶粒结构钢手工电弧焊用焊条EN440碳钢和细晶粒结构钢气体保护焊用焊丝EN756碳钢和细晶粒结构钢埋弧焊用焊丝和焊剂组合EN757高强钢手工电弧焊用焊条EN760埋弧焊用焊剂5焊接的实壁梁

焊接结构设计是一项富于创造性的工作，对于所有的结构任务来说，不可能给出一个通用的方法，这就需要结构设计师利用自己的头脑分析、解决，而作为钢结构的每一构件均应按其所可能制备的最大尺寸在车间制备，并进行钻孔或坡口加工以便在安装现场进行装配或焊接。5.1实壁梁主要承受垂直于梁主轴的作用力，并通过弯曲将该力传递到支座上，其横截面上的应力分布在梁的长度方向上通常是不均匀的。抗弯梁的应力分布使用轧制型材可以很方便地改变实壁梁的高度，只需改变腹板的高度，可增大该处的惯性矩，并减小支座，但应注意在支承处验证其抗剪能力。翼板加强根据弯矩分布情况配置截面

在弯矩和剪力的作用下，需对受弯梁进行局部加强。在L0长度区域内进行加强后，增大在该区域内的惯性矩，提高承载能力。局部抗弯加强5.2加强板的配置加强翼板的配置5.3翼板加强时端部的焊接接头

翼板加强时端部的焊接接头5.4加强肋板连接肋板加强形式

5.5对于小规格的轧制型材肋板加强，不允许采用该种加强，因为承载面太小。不允许允许小规格轧制型材的肋板加强5.6非镇静钢轧制型材肋板的焊接连接非镇静钢轧制型材肋板的焊接连接允许不允许5.7梁对接接头钢板焊接成的梁接头应注意在腹板上和翼板上的焊接接头应尽量不位于同一位置，以避免应力集中。轧制型材可以在同一位置进行焊接主梁对接接头5.8刚性加强由腹板及加强板组成的区域称作翘曲区，为提高梁的稳定性及承受弯曲和剪应力的能力，需对梁进行刚度加强，即横向加强和纵向加强

刚性加强在横截面A—A处的横向加强方案“a”是最简单的一种方式，适用于承受静截的构件，在其内角进行环绕焊是不适宜的。方案“b”即适用于承受动载的构件，同时也适用于有特殊防腐要求的构件，因为其内角部位可以进行焊接。方案“c”适用于承受脉动载荷的构件，在这种结构中不允许在承受较大载荷的翼板上设计焊接接头。abc刚度加强的形式开式刚度加强易于制作，闭式刚度加强适用于承受偏心力并有较高刚性要求时采用。其制作成本高于开式刚度加强。开式刚度加强闭式刚度加强6焊接支座铰接支座形式立柱选择的型材：闭式型材：

封闭式结构的优点是可充分利用其截面面积，并可将顶部承受的压应力传递到基础上，但却增加了受弯梁的连接困难，并将导致局部过载。开式型材：

开式结构不能充分利用其截面面积，但却不存在受弯梁的连接困难，因此在工程结构上经常采用。

盖板和底板的连接：在连接压应力位于支撑中心的盖板和底板时，当端部断面为矩形及底板具有足够厚度时，支撑载荷可通过连接点传递。但必须避免构件一侧偏移。对此可通过相应的焊道布置来实现。amin

=3.0㎜(当顶板厚度最小为10㎜时)amin

=-0.5[㎜]amax=0.7·tmin[㎜]立柱结构举例：

焊接支座接头：在偏心力作用下，将产生弯曲应力，因此应布置加强板。

两侧加强板所形成的搭接对结构是有利的，但从腐蚀能力方面考虑则应避免在支座底脚部位形成空腔。焊接的支撑底座焊接支撑底座焊接的支撑底座7桁架梁

桁架是杆件通过节点在一个平面或空间相互连接构成的结构，连接时以结点作为绞接点，杆件只承担正应力—拉或压，外力只作用在结点处。

桁架梁是承载梁的一种形式，其由杆件、上翼板、下翼板及中间支撑等组成。中间支撑的截面形状大部分为三角形的。

桁架梁的优点是，每个杆件的材料性能均可得到充分利用。

杆件的截面形状可根据不同的条件进行选择，并有不同的方案。——合理的焊接方案——合理的制作方案——防腐技术方案7.1桁架结构形式7.2桁架梁所用型材形式角钢冷弯型材截面形状跨距（m）说明3—6用于棚顶板，夹持板，承受较小载荷4--8用于棚顶板，夹持板，承受较小载荷常用型材的适用范围1--30最经常使用的型材，需根据可能的失效形式选择型材的形式和尺寸轧制型材例槽钢，工字钢续表常用型材的适用范围带有开式腹板的屋脊梁结构蜂窝梁4—40可使用轧制型材制承载梁，使用角钢或钢管作为翼缘杆件用6—60用于大跨度，较低载荷状态下，工作高度可提高50%，蜂窜处可用来通过管线。续表常用型材的适用范围组合型材例工字钢，槽钢焊接工字梁5—15为抵抗水平方向附加的偏转载荷，可以采用组合型材10—100由三块板材焊接而成，腹板高度可达3—4m；如必要可对腹板进行加强。续表常用型材的适用范围焊接箱形梁15—200由钢板焊接而成，具有较高的抗扭转和偏心载荷能力，用于吊车和桥梁结构续表常用型材的适用范围7.3焊接节点“a”只是一种很简单的情况，有条件的应用。“b”是即适于焊接又具有防腐性的连接方法，该方法要求对杆件的端部进行加工，并要求尺寸公差较小。7.4按DIN18808承受主要静载荷的空心型材制承载梁该标准用于空心型钢制，主要承受静载荷的承载部件。在该标准中所谓的空心型材指的是环型，矩型和正方型等闭式空心截面，在这些截面上壁厚是保持一定的，且在长度方向上也不发生变化。空心型材节点有缝隙节点和无缝隙节点：有缝隙节点和无缝隙节点空心矩形截面的无缝隙节点7.5矩形空心型材与圆形管焊接连接实例γ≤0.85采用角焊缝连接

γ=1进行坡口加工接头

不同型材截面焊接接头形式

γ=1进行坡口加工接头

连接种类EN2871管材对接111TBWW01Bt3.0PF2管材斜接111TBWW01Bt3.0PF3矩形管材对接111PBWW01Bt3.0PF4矩形管材斜接111PBWW01Bt3.0PF5矩形管材与管材斜接111PBWW01Bt3.0PF不同接头形式对焊工资质的要求8钢质量组别的选择8.1DASt—Ri009推荐焊接构件所用钢种质量等级的选择在钢质量组别的选择时同时应考虑下述影响因素：——应力状态——构件的重要性——温度——构件厚度8.2应力状态8.3构件的重要性8.4温度8.5工件厚度8.6确定分组应力状态(见3.2节)构件的重要性(见3.3节)载荷压拉温度（见3.4节）至-10℃-10℃至-30℃至-10℃-10℃至-30℃