第三讲——钢结构工程制作

1、土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 1 、构件制作构件制作第三讲第三讲 钢结构工程钢结构工程第第3 3章章 钢结构工程钢结构工程土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业第第3 3讲讲 钢结构工程钢结构工程 【教学要求教学要求】了解钢结构构件工厂制作的工艺过程了解钢结构构件工厂制作的工艺过程; ; 【教学重点教学重点】构件工厂制作的工艺过程；钢结构常构件工厂制作的工艺过程；钢结构常用连接方法、种类及施工要点用连接方法、种类及施工要点。 【教学难点教学难点】构件工厂制作的工艺过程构件工厂制作的工艺过程 土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业钢构件工厂加工制作钢构件工厂加工制作编制钢结

2、构安装方案编制钢结构安装方案钢构件运输进场钢构件运输进场钢构件现场安装钢构件现场安装临时安装支架、结构临时安装支架、结构安装总顺序、吊机的安装总顺序、吊机的停机点及吊次安排、停机点及吊次安排、吊装施工安全措施等吊装施工安全措施等钢结构施工工艺流程钢结构施工工艺流程放样、号料、切割、放样、号料、切割、制孔、边缘加工、小装制孔、边缘加工、小装配、总装配、端部处理配、总装配、端部处理和摩擦面处理、涂装、和摩擦面处理、涂装、发运发运吊机进退场方案、构件吊机进退场方案、构件吊装方案、现场拼接方吊装方案、现场拼接方案、安装质量检查方案案、安装质量检查方案土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 钢结构工

3、程图纸分为设计图和施工详图，施工详图（常称为深化设计图）钢结构工程图纸分为设计图和施工详图，施工详图（常称为深化设计图）由钢结构制造厂或施工单位编制。钢结构制造厂有专门的深化设计部门，由钢结构制造厂或施工单位编制。钢结构制造厂有专门的深化设计部门，负责将钢结构设计图细化分解为便于加工的详图。负责将钢结构设计图细化分解为便于加工的详图。钢构件工厂制作钢构件工厂制作土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 在在20世纪世纪80年代钢结构工厂即使在日本通常有一块大的放样地坪，用年代钢结构工厂即使在日本通常有一块大的放样地坪，用于对复杂钢构件的足尺放样，供设计人员检查。钢尺端部用弹簧拉力计于对复杂钢

4、构件的足尺放样，供设计人员检查。钢尺端部用弹簧拉力计拉紧。现在可用计算机进行仿真模拟。复杂节点直接用专用纸打印放样。拉紧。现在可用计算机进行仿真模拟。复杂节点直接用专用纸打印放样。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 轧制成型的轧制成型的H型钢等原材料的进场分类堆放及进入库管理。型钢等原材料的进场分类堆放及进入库管理。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业钢材的进场验收钢材的进场验收 质量证明文件：质量证明文件：钢材钢材进场应有随货同行的进场应有随货同行的质量合格证明质量合格证明文件文件，进口钢材应有，进口钢材应有国家商检部门的复验报告国家商检部门的复验报告； 外观检查：外观检查：钢

5、材端边或断口处不应有钢材端边或断口处不应有分层、夹渣分层、夹渣等缺陷等缺陷; ;钢材表面有钢材表面有锈蚀、麻点锈蚀、麻点或或划痕划痕等缺陷时，其深度不得大于等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚该钢材厚度允许偏差值度允许偏差值的的1/2，且，且锈蚀等级应在锈蚀等级应在C级及级及C级以上级以上。 允许偏差抽查：允许偏差抽查：钢板抽查钢板抽查厚度厚度，型钢抽查，型钢抽查规格尺寸规格尺寸，每，每一品种、规格各抽查一品种、规格各抽查5处。处。 抽样复验：抽样复验：国外进口钢材、钢材混批、板厚国外进口钢材、钢材混批、板厚40mm且有且有Z向性能要求的厚板、结构安全等级为一级大跨度结构中主要受力向性能要求的厚板

6、、结构安全等级为一级大跨度结构中主要受力构件采用的钢材、设计有复验要求的钢材、对质量有疑义的钢材应构件采用的钢材、设计有复验要求的钢材、对质量有疑义的钢材应进行抽样复验。进行抽样复验。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1 、 构件制作构件制作 钢结构构件制作一般在工厂进行，包括钢结构构件制作一般在工厂进行，包括放样、号料、放样、号料、切割下料、边缘加工、弯卷成型、折边、矫正切割下料、边缘加工、弯卷成型、折边、矫正和和防腐与涂防腐与涂饰饰等工艺过程。等工艺过程。第第3 3讲讲 钢结构工程钢结构工程箱型柱箱型柱 吊车梁吊车梁钢管柱钢管柱 钢桁架钢桁架 格构式管柱格构式管柱 土木工程施工土木

7、工程施工 土木专业土木专业H型钢型钢C型钢型钢Z型钢型钢蜂窝梁蜂窝梁钢楼承板钢楼承板彩色压型钢板彩色压型钢板自然通风器自然通风器预埋锚栓预埋锚栓1 1 构件制作构件制作轻钢结构的构件轻钢结构的构件土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.1 放样与号料放样与号料 根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，寸，按按1:1的比例的比例把产品或零、部件的实体把产品或零、部件的实体画在放样台或画在放样台或平板上，求取实长并制成样板平板上，求取实长并制成样板的过程。的过程。1.1.1 放样放样 对复杂的壳体零、部件，还需作图展开。有条件时对复杂的壳体

8、零、部件，还需作图展开。有条件时应采用计算机辅助设计。应采用计算机辅助设计。1 1 构件制作构件制作1.1.2 号料号料 根据样板在根据样板在钢材上画出构件钢材上画出构件的实样，的实样，并并打上各种加工记号打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备为钢材的切割下料作准备。工人在号料工人在号料土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.2 切割下料切割下料 切割是将放样和号料的零件形状从原材料上进行切割是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下下料分离料分离。常用的切割方法有：常用的切割方法有：气割、机械剪切气割、机械剪切和和等离子切等离子切割割三种方法。三种方法。1.2.1 气割下料气割下料 利

9、用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰加热金属加热金属表面表面达达到燃烧温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量到燃烧温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量的的热促使下层金属也自行燃烧，同时通以热促使下层金属也自行燃烧，同时通以高压氧气射流高压氧气射流，将将氧化物吹除而形成一条狭小而整齐的割缝氧化物吹除而形成一条狭小而整齐的割缝。 气割法有气割法有手动气割手动气割、半自动气割半自动气割和和自动气割自动气割。手动。手动气割割缝宽度为气割割缝宽度为4mm，自动气割割缝宽度为，自动气割割缝宽度为3mm。1 1 构件制作构件制作土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 气割

10、法设备灵活、费用低廉、精度高，气割法设备灵活、费用低廉、精度高，能切割能切割各种厚度各种厚度的钢材，尤其是的钢材，尤其是带曲线带曲线的的零件或厚钢板，是目前使用零件或厚钢板，是目前使用最广泛最广泛的切割的切割方法。方法。气割下料气割下料 CNC电脑切割生产线电脑切割生产线直线气割机直线气割机1.21.2 切割下料切割下料土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.2.2 机械剪切下料机械剪切下料 通过冲剪、切削、磨擦等机械通过冲剪、切削、磨擦等机械来实现。来实现。 冲剪切割：冲剪切割：当钢板厚度当钢板厚度 12cm时，采用剪板机、联合冲剪时，采用剪板机、联合冲剪机切割钢材，速度快、效率高，但

11、机切割钢材，速度快、效率高，但切口略粗糙。切口略粗糙。 切削切削切割：切割：采用弓锯床、采用弓锯床、带锯机等切削钢材，精度较好。带锯机等切削钢材，精度较好。 磨擦磨擦切割：切割：采用磨擦锯采用磨擦锯床、砂轮切割机等切割钢材，速度床、砂轮切割机等切割钢材，速度快、但切口不够光洁、噪声大。快、但切口不够光洁、噪声大。液压联合冲剪机液压联合冲剪机 锯锯 床床1.21.2 切割下料切割下料土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 利用高温高速的利用高温高速的等离子焰流等离子焰流将切口处金属及其氧化将切口处金属及其氧化物物熔化并吹掉来完成切割熔化并吹掉来完成切割，能切割任何金属，特别是熔点，能切割任何

12、金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。1.2.3 等离子切割下料等离子切割下料等离子切割机等离子切割机 数控等离子切割机数控等离子切割机 1.21.2 切割下料切割下料土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 对于非标准规格的焊接对于非标准规格的焊接H型钢，其翼缘和腹板均采用多头直条切割型钢，其翼缘和腹板均采用多头直条切割机将钢板切割成条状，焊接成型。机将钢板切割成条状，焊接成型。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 带锯床用于切断型钢、圆钢、圆管和方钢等，其效率高，切断面质量带锯床用于切断型钢、圆钢、圆管和方钢等，其效率高，切断面质量好。好。

13、带状锯条带状锯条H型钢型钢土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.3 构件加工构件加工 对于尺寸精度要求高的腹板、翼缘板、加劲板、支对于尺寸精度要求高的腹板、翼缘板、加劲板、支座支撑面和有技术要求的焊接坡口，需要对剪切或气割过座支撑面和有技术要求的焊接坡口，需要对剪切或气割过的钢板边缘进行加工。的钢板边缘进行加工。1.3.1 边缘加工边缘加工 边缘加工方法有：边缘加工方法有：铲边、刨边、铣边铲边、刨边、铣边和和碳弧气刨边碳弧气刨边。钢板铣边机钢板铣边机 端面铣端面铣 滚剪倒角滚剪倒角( (坡口坡口) )机机1 1 构件制作构件制作土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.3.2 弯卷

14、成型弯卷成型 钢板卷曲是通过钢板卷曲是通过旋转辊轴旋转辊轴对板料进行连续三点弯曲所形成的。对板料进行连续三点弯曲所形成的。钢板卷曲包括钢板卷曲包括预弯、对中预弯、对中和和卷曲卷曲三个过程。三个过程。 钢板卷曲钢板卷曲 预弯：预弯：钢板在卷板机上卷曲时，两端边缘总有卷不到的部钢板在卷板机上卷曲时，两端边缘总有卷不到的部份，即剩余直边。通过预弯份，即剩余直边。通过预弯消除剩余直边消除剩余直边。 对中：对中：为防止钢板在卷板机上卷曲时发生歪扭，应将钢板为防止钢板在卷板机上卷曲时发生歪扭，应将钢板对中，使钢板的纵向中心线与滚筒轴线保持严格的平行。对中，使钢板的纵向中心线与滚筒轴线保持严格的平行。 卷曲

15、：卷曲：对中后，对中后，利用调节辊筒的位置使钢利用调节辊筒的位置使钢板发生初步的弯曲，然后板发生初步的弯曲，然后来回滚动而卷曲。来回滚动而卷曲。钢板卷曲钢板卷曲1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 型钢弯曲：型钢弯曲：型钢弯曲时断面会发生型钢弯曲时断面会发生畸变，弯曲半径越小，则畸变越大。应控制型畸变，弯曲半径越小，则畸变越大。应控制型钢的最小弯曲半径。钢的最小弯曲半径。 构件的曲率半径较大，宜采用构件的曲率半径较大，宜采用冷弯冷弯； 构件的曲率半径较小，宜采用构件的曲率半径较小，宜采用热弯热弯。 型材弯曲型材弯曲 钢管弯曲：钢管弯曲：在自由状态下弯曲时截面

16、会变形，外侧管壁在自由状态下弯曲时截面会变形，外侧管壁会减薄，内侧管壁会增厚。会减薄，内侧管壁会增厚。 弯制方法：弯制方法：管中加入填充物管中加入填充物( (砂砂) )或穿入芯棒进行弯曲；或用滚或穿入芯棒进行弯曲；或用滚轮和滑槽在管外进行弯曲。轮和滑槽在管外进行弯曲。 弯曲半径：弯曲半径： 管径的管径的 3.5倍倍( (热弯热弯) )到到4倍倍( (冷弯冷弯) )。型材弯曲机型材弯曲机全自动弯管机全自动弯管机1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 把构件的边缘压弯成倾角或一定形把构件的边缘压弯成倾角或一定形状的操作过程称为折边。状的操作过程称为折边。折边可提高

17、构折边可提高构件的强度和刚度。件的强度和刚度。 弯曲折边利用弯曲折边利用折边机折边机进行。进行。 折边折边 包括铆钉孔、螺栓孔，可钻可冲。包括铆钉孔、螺栓孔，可钻可冲。钻孔钻孔用钻孔机进行，能用于钢板、型钢用钻孔机进行，能用于钢板、型钢的孔加工；的孔加工；冲孔冲孔用冲孔机用冲孔机进行，一般只进行，一般只能在较薄的能在较薄的钢板、型钢上冲孔，且孔径钢板、型钢上冲孔，且孔径一般一般 钢材的厚度。施工现场的制孔可钢材的厚度。施工现场的制孔可用电钻、风钻等加工。用电钻、风钻等加工。 制孔制孔液压板料折弯机液压板料折弯机数控三维钻孔机数控三维钻孔机1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工

18、土木专业土木专业 翼缘端部的高强螺栓孔的制孔，在翼缘端部的高强螺栓孔的制孔，在20世纪世纪80年代用样板定位。现用数年代用样板定位。现用数控钻床计算机直接控制定出螺栓孔位并钻孔。控钻床计算机直接控制定出螺栓孔位并钻孔。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业钻孔时，可用数控钻床群钻成孔。钻孔时，可用数控钻床群钻成孔。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业1.3.3 构件矫正构件矫正 钢材在存放、运输、吊运和加工成型过程中会变形钢材在存放、运输、吊运和加工成型过程中会变形, ,必须对不必须对不符合技术标准的钢材、构件进行矫正。符合技术标准的钢材、构件进行矫正。钢结构的矫正，是钢结构的矫正，

19、是通过外力通过外力或加热作用迫使钢材反变形，或加热作用迫使钢材反变形，使钢材或构件达到技术标准要求的使钢材或构件达到技术标准要求的平平直或几何形状直或几何形状。 矫正的方法：矫正的方法：火焰矫正火焰矫正( (亦称热矫正亦称热矫正) )、机械矫正机械矫正和和手工矫正手工矫正( (亦称冷矫正亦称冷矫正) ) 。1.31.3 构件加工构件加工板材矫正机板材矫正机 H型钢翼缘矫正机型钢翼缘矫正机 钢管矫直机钢管矫直机土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 利用火焰对钢材进行利用火焰对钢材进行局部加热局部加热，被加热处理的金属，被加热处理的金属由于膨胀受阻而产生压缩塑性变形，使较长的金属纤维冷由于膨

20、胀受阻而产生压缩塑性变形，使较长的金属纤维冷却后缩短而完成的。却后缩短而完成的。 火焰矫正火焰矫正 影响矫正效果的因素：影响矫正效果的因素：火焰加热位置、加热的形式火焰加热位置、加热的形式、加热的温度加热的温度。 火焰火焰矫正矫正加热的温度加热的温度：对于低碳钢和普通低合金钢对于低碳钢和普通低合金钢为为6008000C。火焰矫正火焰矫正1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 型钢或加工钢构件的矫正可采用加热矫正。型钢或加工钢构件的矫正可采用加热矫正。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 是通过是通过专用专用矫正机矫正机使用权弯曲的钢材在外力作用下产生过量

21、的使用权弯曲的钢材在外力作用下产生过量的塑性变形，以达到平直的目的。塑性变形，以达到平直的目的。 机械矫正机械矫正 拉伸机拉伸机矫正：矫正：用于薄板扭曲、型钢扭曲、钢管、带钢、线材等用于薄板扭曲、型钢扭曲、钢管、带钢、线材等的矫正。的矫正。 压力机压力机矫正：矫正：用于板材、钢管和型钢的矫正。用于板材、钢管和型钢的矫正。 多辊多辊矫正矫正机机：用于型材、板材等的矫正。用于型材、板材等的矫正。液压矫正机液压矫正机 多辊矫正机矫正板材多辊矫正机矫正板材1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 采用采用锤击锤击的方的方法进行，操作简单法进行，操作简单灵活。由于灵活。由

22、于矫正力矫正力小、劳动强度大、小、劳动强度大、效率低而用于矫正效率低而用于矫正尺寸较小的钢材，尺寸较小的钢材，或矫正设备不便于或矫正设备不便于使用时采用。使用时采用。 手工矫正手工矫正锤击法锤击法-钢板焊接应力变形校正钢板焊接应力变形校正1.31.3 构件加工构件加工土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业第第3 3讲讲 钢结构工程钢结构工程 3.4.8 管、球加工制作管、球加工制作 1、螺栓球节点、螺栓球节点 2、焊接空心球节点、焊接空心球节点 土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业3.3.23.3.2网架内力分析方法网架内力分析方法 网架结构的外荷载按网架结构的外荷载按静力等效原则静

23、力等效原则，将节点从属面积内的荷，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。载集中作用在该节点上。 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。虑弯矩的影响。 土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的的20202525，节点构造的好坏，对结构性能、制，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网造安

24、装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：有： 节点：节点： (1)(1)焊接空心球节点焊接空心球节点 (2)(2)螺栓球节点；螺栓球节点； (3)(3)焊接钢板节点；焊接钢板节点； (4)(4)焊接钢管节点焊接钢管节点 (5)(5)杆件直接汇交节点杆件直接汇交节点3.63.6节点设计节点设计土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业焊接空心球节点焊接空心球节点焊接空心球焊接空心球土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业螺栓球连接节点螺栓球连接节点螺栓球螺栓球土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业焊

25、接钢管节点焊接钢管节点管件直接汇交节点管件直接汇交节点土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业3.6.13.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球节点构造简焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆单，适用于连接钢管杆件，球面与管件接时，件，球面与管件接时，只需将钢管沿正截面切只需将钢管沿正截面切断，施工方便。断，施工方便。 焊接空心球节点焊接空心球节点土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 焊接空心球是由两块钢板焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，经加热压成两个半球，然后然后相焊相焊而成。分加肋而成。分加肋、不加肋。不加肋。（a） 无肋无肋（b ）有肋）有肋空心球径等于或大

26、于空心球径等于或大于300300，且杆件内力较大，需要提，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋。高承载力时，球内可加环肋。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 钢管杆件与空心球钢管杆件与空心球 连接处，管端应开连接处，管端应开 坡口，并在钢管内坡口，并在钢管内 加衬管，在管端与加衬管，在管端与 空心球之间焊缝可空心球之间焊缝可 按对接焊缝考虑，按对接焊缝考虑， 焊缝质量应达到二焊缝质量应达到二 级要求级要求, ,否则只能按否则只能按 斜角角焊缝计算斜角角焊缝计算 。 加衬管连接加衬管连接土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业 3.6.23.6.2螺栓球节点螺栓球节点 螺栓球

27、节点的构造螺栓球节点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成，适用于连接钢管杆和锥头（或封板）等零件组成，适用于连接钢管杆件。件。螺栓球连接节点示意图螺栓球连接节点示意图土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业锥头锥头封板封板高强螺栓高强螺栓杆件杆件土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业当杆件管径较大时采用锥头连接，管径较小当杆件管径较大时采用锥头连接，管径较小时采用封板连接。时采用封板连接。高强度螺栓应符合高强度螺栓应符合8.8或或10.9级的要求。级的要求。土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业3.6

28、.43.6.4支座节点支座节点支座节点的构造形支座节点的构造形式应受力明确、传式应受力明确、传力简捷、安全可靠力简捷、安全可靠，并，并应符合计算假应符合计算假定。定。 常用支座节点有以常用支座节点有以下几种构造形式：下几种构造形式： 平板压力或拉力支平板压力或拉力支座，只适用于座，只适用于较小较小跨度网架跨度网架, ,如右图如右图所示。所示。平板压力或拉力支座平板压力或拉力支座a a 角钢杆件角钢杆件b b 钢管杆件钢管杆件（角位移受到很大的约束）（角位移受到很大的约束）土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业单面弧形压力支座，适用于单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架中小跨度网架 单面弧形压力支座单面弧形压力支座a 两个螺栓连接两个螺栓连接b 四个螺栓连接四个螺栓连接（角位移未受约束）（角位移未受约束）土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座适用于适用于较大跨度网较大跨度网架。架。适用于有些在角部适用于有些在角部支座处产生垂直拉支座处产生垂直拉力的网架。如两向力的网架。如两向正交斜放网架。正交斜放网架。单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座土木工程施工土木工程施工 土木专业土木专业双面弧形