门式刚架设计讲解

- 1 -1 综合概述门式刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构体系。早期典型的门式刚架是 1910 年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅，采用了多层阶形钢框架结构；1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。1954 年由托罗哈设计的德国地铁站，采用的是典型的门式刚架结构，他把装饰效果与门式刚架的受力完美结合。在国外预制轻钢建筑进入中国之前，中国就开始了自己的轻钢建筑体系的研究。20 世纪 7080 年代，部分设计人员已经开始尝试全钢结构建筑；但由于钢产量的限制及设计方法陈旧，钢结构建筑在中国发展举步维艰。在改革开放的十多年间，数不清的国外轻钢建筑厂商驻入中国，无数的本地轻钢建筑公司涌现。我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：1990 年以前，钢结构建筑在工业领域中的主要应用是重型厂房中的排架结构体系，在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球网架结构；自 1990 年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。门式刚架结构被大量应用于工业厂房、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已- 2 -推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。现代钢结构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成。人们往往将钢结构划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类。但是，究竟如何定义或区分这两类结构，却存在着很多不同的标准。例如，结构跨度的标准，结构层数的标准，结构用途的标准，吊车吨位的标准等。这些标准都有一定的合理性，但是都是建立在结构体系外在因素或特征基础上的。事实上，轻型钢结构体系的本质是“轻” ，实现这一本质的条件是截面板件要“薄” ， “薄”的板件受力时，容易造成局部失稳，局部失稳后，构件仍然具有承载能力，所以设计时必然要考虑板件局部失稳后的极限强度。由于用地日益紧张，有的建设方为了节约用地成本，往往在门式刚架内设置局部夹层，用作办公或者是仓储。这样就改变了门式刚架使用功能单一性，超出了门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002） （以下简称门刚规程）的应用范围，而实际上有许多单位在设计这种类型的结构体系时，仍然采用门刚规程。也有夹层及以下部分采用钢结构设计规范（至少在材料的构造取值上） ，上部仍然采用门刚规程。我们建议按照后者采用。一榀门式刚架的成形，它包括设计、加工制造和施工安装三个环节；本次仅对门式刚架的设计进行介绍，包含的具体内容有：主结构系统、次结构系统和围护系统三大方面。- 3 -希望通过本次交流，加深我们设计人员对门式刚架设计的认识和了解；掌握门式刚架结构的传力过程；在进行结构优化设计时，在保证结构安全的前提下，能够很好的确定构件的尺寸，做到经济合理；掌握门式刚架设计的一些简单技巧；有益于今后的设计工作。让我们大家：共同学习 共同发展 共同成长 共同进步。2 门式刚架的特点及其应用范围2.1 门式刚架的特点：1、 采用轻型屋面，自重轻，可减少梁、柱截面尺寸及基础尺寸。2、 在大跨度建筑中增设中间柱做成一个屋脊多跨大双坡屋面，以避免内天沟排水中间柱可采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小。3、 刚架侧向刚度可籍檩条和墙梁的隅撑保证，以减少纵向刚架构件翼缘宽度。4、 跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及其翼缘宽度的变截面。5、 刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后的强度，即按有效宽度设计，可减少腹板厚度，不设或少设横向加劲板。6、 竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作用；但当风荷载较大或房屋的高度较高时，风荷载的作用不可忽视。- 4 -7、为使非地震区支撑做得轻便，可采用张紧的圆钢。有时 7 度设防的地区也采用圆钢支撑。8、 结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高， 构件单元可根据运输条件划分(一般不超过 12 米，特殊情况下不超过 15 米) 单元之间用螺栓连接，安装方便快速，土建施工量少。9、 门式刚架的最基本的形式:2.2. 门式刚架的适用范围1、门式刚架属于轻型钢结构设计范围，轻型钢结构设计的控制原理是：“结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系”。 (门式刚架设计是钢结构设计中最简单的设- 5 -计工作之一)门式刚架可以简化为由梁、柱( 梁、柱可以是实腹式，也可以是格构式)组成的平面结构体系。形式种类多样，在单层工业和民用房屋的钢结构中，如工厂车间、物流仓库、超市、学校、车站、码头等应用较多的为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架，有时兼有局部夹层。下图为典型工字型柱、梁截面图。 横 向 加 劲 肋 间 距外 伸 翼 缘2、 适用范围：门式刚架通常用于跨度 936 米，柱距 69 米，柱高 4.512 米，最高时不超过 40 米。当设置桥式吊车时,宜为起重量不超过 20t 的中、轻级工作制（）的吊车；设置悬挂吊车时，其起重量不宜大于t。吊车起重量 5t 时，柱脚可以采用铰接；起重量 5t 时，柱脚一定要采用刚接。多层房屋上增加的单层钢结构房屋，也可以按照门式刚架设计处理。- 6 -2.3. 门式刚架的布置原则1、门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距） ，纵向温度区段不大于 300 米，横向温度区段不大于 150 米。当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。当需要设置伸缩缝时，可采用两种做法：直接把此处檩条及檩托板的连接孔设成长远圆孔，同时使该处的屋面板在构造上允许膨胀或收缩。设双柱。有吊车梁时，吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。2、在多跨刚架局部抽掉中间柱或外边柱，可布置托梁或托架。3、屋面檩条的布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条供货规格等因素的影响。屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。 （屋面压型钢板的生产厂家一般都根据板厚不同，计算了檩条的适用间距，设计时多数采用 1.5 米的檩距。 ）4、山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，这时斜梁完全支撑在抗风柱和边柱上，斜梁的高度可以很小；或采用门式刚架。3 结构材料3.1 主要结构材料：Q 235 钢和 Q345 钢l强度 钢材的强度有比例极限 p、弹性极限 e 和屈服点 (流限)fy。这三个指标实际上可用屈服点作为代表，设计时认为这是钢材可以达到的最大应力。屈服点 fy 高，则可减轻结构自重、节约钢材和降低- 7 -造价。此外还有一个强度指标即抗拉强度(极限强度) f ，这是钢材破坏前能够承受的最大应力。虽然在达到这个应力时，钢材巳由于产生很大的塑性变形而失去使用性能，但是抗拉强度 f 高，则可增加结构的安全保障，故 ffy 的值可以看作是钢材强度储备多少的一个系数。必须注意，fy、f 值是由单向均匀受力的静力拉伸试验获得的，这样的指标也只有在承受静力荷载，而且应力单向分布较均匀的结构或构件中才具有实际意义。强度指标虽然是结构设计的重要依据之一，但单凭这一指标不足以完全判定结构是否安全可靠，还需考虑下面所述因素。2塑性 钢材的塑性一般是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形( 塑性变形 )而不立即断裂的性质。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率 和断面收缩率 。伸长率 是应力应变曲线中最大应变值，等于试件拉断后的原标距间长度的伸长值(包括残余塑性变形 )和原标距比值的百分率，当 L0/d0=10 时，以 10 表示，当 L0/d0=5 时，以 5 表示。 值可按下计算：= (L1-L0)/L0100% (2-1)式中 ： -伸长率；L0-试件原标距长度；- 8 -L1-试件拉断后标距间的长度；d0-试件中间部分的直径。断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率，按下式计算：=(A0-A1)/A0100% (2-2)式中： A 0-试件原来的断面面积；A1-试件拉断后颈缩区的断面面积。断面收缩率 是表示钢材在颈缩区的应力状态(形成同号受拉的立体应力区域)条件下，所能产生的最大塑性变形量，它也是衡量钢材塑性的一个指标。由于伸长率 是钢材的均匀变形和集中变形( 颈缩区)的总和所确定的，所以它不能代表钢材的最大塑性变形能力。断面收缩率是衡量钢材塑性的一个比较真实和稳定的指际。不过在测量时容易产生较大的误差。在实际工程中，结构或构件中的个别区域出现应力集中，个别地方的材料有缺陷或者实际受力与计算假定不相符合等是难以避免的。当钢材具有良好的塑性时，在受力达到一定程度后，个别区域材料屈服而产生塑性变形，构件内部应力可以重新分布而趋于比较均匀，不致因个别区域首先出现裂缝并扩展到全构件而导致破坏。尤其是在动力荷载(包括冲击荷载和振动荷载)作用下的结构或构件，材料的塑性好坏常是决定结构是否安全可靠的主要因素之一，所以钢材塑性指标比强度指标更为重要。3韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，- 9 -也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力，它与钢材的塑性有关而又不同于塑性，它是强度与塑性的综合表现。钢材的强度和塑性指标是由静力拉伸试验获得的，这些指标用于承受动力荷载的结构时，显然有很大的局限性。因此，必须相应地用动力荷载进行试验，从而获得更可靠的指标。韧性指标是由冲击试验获得的，它是判断钢材在冲击荷载作用下是否出现脆性破坏危险的重要指标之一。 在冲击试验中，一般采用截面为 10l0mm2，长度为 55mm，中间开有小槽(缺口) 的长方形试件，放在摆锤式冲击试验机上进行试验。冲断试样后，可以从试验机的刻度盘上直接读出冲击功 Ak(单位为 N-m)值。此值除以试件缺口处的净截面面积 Ai(单位为 cm2)，所得的值即为冲击韧性值，用 ak 表示ak=Ak/Ai N-m/mm2 (2-3)钢结构或构件的脆性断裂常是从应力集中处开始的，冶金或轧制过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是脆性断裂的发源地。为此，冲击试验的试件做成带有缺口的。 钢材冲击韧性的数值，随试件刻槽（缺口) 的形式和试验机的种类不同而相差很大，各国采用的缺口形式并不统一，主要三种类型的缺口，目前我国规定采用夏比 V 型缺口的试件。4可焊性 钢材的可焊性，是指在一定材料、工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性可分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 - 10 -施工上的可焊性，是指焊缝金属产生裂纹的敏感性以及由于焊接加热的影响、近缝区钢材硬化和产生裂纹的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊接金属和近缝区钢材均不产生裂纹。使用性能上的可焊性，是指焊接接头和焊缝的缺口韧性(冲击韧性)和热影响区的延伸性(塑性)。要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。目前，国内外所采用的可焊性试验方法很多。我国、日本和苏联既采用施工上的可焊性试验方法，也采用使用性能上的可焊性试验方法，而美国则对钢材焊后的冲击韧性进行大量研究工作，英国的可焊性试验，近年来偏重于对裂纹的研究。每一种可焊性试验方法都有其特定的约束程度和冷却速度，它们与实际施焊的条件相比有一定距离。因此可焊性试验结果的评定仅具有相对比较的参考意义，而不能绝对代表实际中的情况，更不能单纯地根据某种试验方法来确定操作规程及措施。5冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工(即在常温下加工) 产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯试验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，并显示其缺陷的程度。冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压。当试件弯曲至某一规定角度 时(一般取 =180)，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面，如无裂纹、裂断或分层，即认为试件冷弯性能合格。冷弯试验一方面是检验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程，- 11 -另一方面通过试验还能暴露出钢材的内部缺陷(颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷)，鉴定钢材的塑性和可焊性。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种良好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验等的补充试验。冷弯性能是一项衡量钢材力学性能的综合指标。 6耐久性 影响钢结构使用寿命的因素较多。首先由于钢材的耐腐蚀性较差，必须采取防护措施，避免钢材的腐蚀，这是钢结构的一大弱点。新建的结构需要油漆，已建成的结构也要根据使 用的具体条件定期维护，这就使钢结构的维修费用较其他结构为高。 随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变，出现所谓“时效”现象。根据结构的使用要求和所处的环境条件，必要时对钢材进行快速时效后测定钢材的冲击韧性，以鉴定钢材是否适用。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下的破坏强度远比短期的静力拉伸试验的强度低得多，所以在长期高温条件下工作的钢材，应另行测定其“持久强度”。钢结构在多次的重复荷载或交变荷载作用下，虽然钢材应力低于屈服点 fy，也往往会发生破坏。这种现象叫做钢材的疲劳现象。疲劳破坏与脆性破坏相似，破坏之前没有显著的变形和明显的迹象，破坏是突然发生的，常易引起严重后果。因此，在重复和交变荷载作用下，需要确定钢材的另一个力学性能指标“疲劳强度” 。7 化学成分对钢材力学性能的影响 钢结构中常用的钢材，例如 Q235 钢，在一般情况下，既有较- 12 -高的强度 fy235Nmm2，又有很好的塑性 1021%和韧性k0.70N-m/mm2，是比较理想的承重结构材料。但是，仍有可能出现脆性断裂。促使钢材发生脆性断裂的因素很多，主要的因素是钢材的化学成分，钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，并与钢材的力学性能有密切关系。钢的基本元素是铁(Fe)，普通碳素钢中的纯铁约占99，此外便是碳(C)、锰(Mn) 和硅(Si)等杂质 元素，以及在冶炼中不易除尽的有害元素硫(S)、磷(P)、氧(O)，氮(N)等。碳和其他元素虽然含量不大(仅占 1%左右) ，但对钢材的力学性能却有着决定性的影响。因此，在选用钢材时要注意钢的化学成分在普通碳素钢中，碳是除铁以外最主要的元素，它直接影响着钢材的强度，塑性、韧性和可焊性等。随着含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性，特别是负温冲击韧性下降。同时,钢材的耐腐蚀性能，疲劳强度和冷弯性能也却明显下降，并将恶化钢材的可焊性和增加低温脆断的危险性。因此建筑钢的含碳量不宜大高，一般不过 0.22%，在焊接结构中则应限制在 0.20以下。硅一般作为脱氧剂加入普通碳素钢，用以制成质量较高的镇静钢。硅有使铁液在冷却时形成无数结晶中心的作用，因而可使纯铁体的晶粒变为细小而均匀。适量的硅可以使钢材的强度大为提高，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性均无显著的不良影响。一般镇静钢的含硅量为 0.100.30，如含量过高(达 1左右) 将会降- 13 -低钢材的塑性、冲击韧性，抗锈性和可焊性。锰是一种弱脱氧剂。锰与铁、碳的化合物既能溶解于纯铁体中，又能溶解于渗碳体中，有强化纯铁体和珠光体的双重作用，是一种十分有效的合金成分。含量不太多的锰可以有效地提高钢材的强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能，并能改善钢材的冷脆倾向，而同时又不显著降低钢材的塑性和冲击韧性。锰在普通碳素钢中的含量约为 0.30.8%。如含量过高( 达 l.01.5以上)，会使钢材变得脆而硬，并将降低钢材的抗锈性和可焊性。在普通碳素钢中，硫和磷是极为有害的物质硫与铁化合为硫化铁(FeS)，散布在纯铁体晶粒的间层中。含硫量增大时会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。高温 (8001200) 时，例如在焊、铆及热加工时，硫化铁即将熔化而使钢材变脆(热脆) 和发生裂缝。因此应严格控制钢材中的含硫量，一般应不超过0.055，在焊接结构中则应不越过 0.050。在钢中增加锰的含量，可使硫形成熔点高、塑性较好的硫化锰(MnS)，它的熔点(约为 1600)，远远高出热加工温度这样就可以消除一部分硫的有害作用。磷与纯铁体结成不稳定的固熔体，有增大纯铁体晶粒的害处。磷的存在虽可提高钢材的强度和抗锈性，但严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性等，特别是在低温时能使钢材变得很脆(冷脆 )。所以磷的含量也应严格控制，一般不超过 0.050，在焊接结构中不超过 0.045。- 14 -但是，磷在钢材中的强化作用是十分显著的，因此有时就利用它的这一强化作用来提高建筑钢的强度。磷使钢材的塑性、冲击韧性和可焊性等方面的降低，可用减少钢材中的含碳量来弥补。在有些国家中，采用特殊的冶炼工艺，生产高磷钢，其中含磷量(在含碳量小于 0.09时)最高可达 0.080.12。氧和氮因容易从铁液中逸出，故含量甚少。这两种物质对钢材具有极为严重的危害性，能使钢材变得极脆。氧的作用与硫类似，是引起热脆的因素之一。一般要求含氧量小于 0.05。氮能使钢材强化。但和磷的作用类似，它的存在将显著降低钢材的塑性、韧性，可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。因此应尽量减少钢中的含氮量，一般应小于 0.008%。为了改善钢材的力学性能，可以适当增加钢中锰或硅的含量，还可以掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，这种钢称为合金钢。钢结构常用的合金钢中的合金元素含量较少，称普通低合金钢。3.2 Q235 及 Q345 钢的质量等级和保证项目（一）Q 235 钢的质量等级和保证项目门式刚架结构中，Q 235 钢是广泛应用的钢号之一。实际工程中根据使用条件，对 Q235 钢的力学性能及化学成分提出不同的供货保证项目。减少不必要的合格保证项目，即降低钢材价格，又可及时供货。Q235 钢根据质量等级分为 A、B、C、D 四级，质量要求 A 级最- 15 -低，D 级最高。1、Q 235A 钢的保证项目、力学性能保证项目：有屈服点、抗拉强度、及伸长率三项、化学成分保证项目：有碳、锰、硅、硫、磷五项，但三项力学性能合格时，碳、锰含量可不作为交货条件，但在质量证明书中注明其含量。2、Q 235 的 B、C 、D 级钢的保证项目、力学性能保证项目：有屈服点、抗拉强度、及伸长率、V型缺口冲击韧性、冷弯性能五项，其中冲击韧性的试验温度，对B、 C、D 级钢分别为 20C、0 C、-20C， D 级试验温度属负温试验。、化学成分保证项目：有碳、锰、硅、硫、磷五项，以及残余元素含量也应合格。五项保证项目中，主要以硫、磷含量的高低区分 B、C、D 级钢， D 级的含量最低。此外五项保证项目均合格，碳及锰的含量下限可不作为交货条件。（二）Q 345 钢的质量等级和保证项目Q345 钢不但大量用于门式刚架中，同时也是高层钢结构建筑用钢的首选材料，其用量远大于 Q235 钢。Q 345 钢的质量等级分为A、B 、C 、 D、E 五个级别，比 Q235 钢多一个 E 级。其质量要求对A 级最低，对 E 级最高。这些等级中，同时包括钢材的力学性能和化学成分的对应保证项目。1、Q 345A 钢的保证项目- 16 -、力学性能保证项目：有屈服点、抗拉强度、及伸长率、冷弯性能四项，无冲击韧性的要求。、化学成分保证项目：有碳、硫、磷三项。其磷、硫含量大于其它等级。2、Q 345 的 B、C 、D、E 级钢的保证项目、力学性能保证项目：有屈服点、抗拉强度、及伸长率、V型缺口冲击韧性、冷弯性能五项，其中冲击韧性的试验温度，对B、 C、D、 E 级钢分别为 20C、0 C、-20C 级-40 C，D、E 级试验温度属负温试验。、化学成分保证项目：有碳、锰、硅、硫、磷五项，以及四种残余元素含量也作为保证项目。D、E 级的碳、硫、磷含量限制值最严。Q235 及 Q345 钢材中，如有 Z 向受拉的断面收缩率要求，应作为单项附加订货保证项目。3.3 主结构材料的选用柱、梁（有时包括雨蓬梁） 、吊车梁等这些构件构成了主结构的主要构件。主要材料的钢材应选用国家标准碳素结构钢GB/T700 规定的 Q235B 级钢或低合金高强度结构钢GB/T1591 中的 Q345 钢。钢材按照质量等级分为 A、B、C、D 四个等级，这些构件绝大部分是由三块钢板通过焊接加工而成的工字型截面。焊接的工作量大，钢材除了要满足强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性等基本条- 17 -件外，碳的含量非常重要。碳的含量直接影响焊接质量，进而影响结构安全。国家标准碳素结构钢GB/T700 中的 1 号修改通知指出 A 级钢的含碳量不作为交货条件，但应在溶量分析中注明。3.4 次结构材料的选用：次结构属于结构受力的次要构件，即使它们失去承载能力后，对于整个结构来说依然是基本没有影响。它们基本上是可以通过螺栓连接或少量焊接与主体结构相连。选用Q235A 级钢即能满足使用要求又节约成本。3.5 连接材料：焊条、普通螺栓、高强螺栓、锚栓、圆柱头焊钉一、焊接材料焊接材料的选用，需适应焊接场地（工厂或现场） 、焊接方法、焊接方式（连续焊缝、断续焊缝、或局部焊缝） ，特别是要与焊件钢材的强度和材质要求相适应。、手工焊接用焊条1、碳钢焊条及低合金焊条的应用手工焊时，Q 235 钢的焊接采用碳钢焊条 E43 系列，Q 345 钢材用低合金钢焊条 E50 系列。、酸性焊条采用这类焊条焊接的焊缝外观表美观、焊波细密、成形平滑。但是焊接过程中合金元素烧伤较多，焊缝金属中氧和氢的含量较多，因而溶敷金属的塑性和韧性较低。、碱性焊条（低氢焊条）- 18 -采用这类焊条焊接的焊缝外观波纹粗糙，但在焊缝金属中含氢量较低，故又称低氢焊条。采用低氢焊条焊接的金属，其塑性、冲击韧性均较好，因此钢结构设计规范 （GB50017-2003）规定对直接承受动力荷载和振动荷载的结构宜采用低氢焊条。2、电焊条的型号及应用钢结构设计规范 （GB50017-2003）及建筑钢结构焊接规程 （JGJ81 91） ，将焊条的型号与主体金属进行配合使用如下：、对 Q235 钢用于直接承受动力荷载的结构及重要结构，宜采用 E4315、 E4316 低氢焊条；对其他结构，则宜采用 E4301E4312型焊条。、对 Q345 钢用于直接承受动力荷载的结构及重要结构，宜采用 E5015、 E5016 低氢焊条；对其他结构，则宜采用E5003、E5010、E5011 型焊条。（二）自动及半自动埋弧焊用的焊丝及焊剂钢结构中采用三块或四块钢板焊接而成的钢梁及钢柱，其大量的连续焊缝需要在工厂中采用自动或半自动的埋弧焊焊接。自动埋弧焊是将电弧埋在焊剂下进行焊接，即将没有余料的焊丝伸入被焊金属上面的焊剂中，通电后产生电弧熔化焊剂，浮在被熔化金属的表面，保护被熔化的金属不与外界空气接触。焊接过程中，焊丝和焊剂的共给输送和电弧的移动，全部有机械自动进行。半自动埋弧焊与自动焊的区别仅是电弧移动由人工操作，不是机械控制。自动焊生产效率高、塑性好、冲击韧性高、抗腐蚀性能强、焊- 19 -件变形小，也改善劳动条件。半自动焊的焊缝质量介于自动焊和手工焊之间，但使用灵活，可以焊接小尺寸的短焊缝。自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与焊件钢材的强度和材质相适应，即要求等强度焊接。焊丝应符合国标熔化焊用钢丝 （GB/T1495794） ，焊剂应符合国标 碳素钢埋弧焊用焊剂（GB/T1247090）的规定。（三）二氧化碳气体保护焊的焊丝CO2 气体保护焊已得到广泛的应用，主要焊接低碳钢和低合金钢。这种焊接方法如同埋弧焊，也是采用成盘连续的光焊丝，但不用焊剂。气体保护焊主要采用手工操作，手持焊枪移动焊接，也能进行自动焊接。焊接时围绕焊丝由喷嘴喷出 CO2 气体，对电弧、容池与大气进行保护。焊接低碳钢或低合金钢时，均可采用H08MnSiA、H08Mn2SiA、H08Mn2Si 等。二、普通螺栓的钢号与规格建筑钢结构中常用的普通螺栓钢号为 Q235，即 4.6 级和 4.8 级螺栓，较少采用由中碳钢制成的 5.6 级螺栓，以及由低合金钢淬火并回火后制成的 8.8 级螺栓。普通螺栓一般为六角头螺栓。螺栓的标记通常为 Md*L，其中d 为螺栓的规格（直径） ，L 为螺栓的公称长度。普通螺栓的规格为 M8、M10、M12、M16、M20、M24、M30等- 20 -普通螺栓的质量等级按螺栓加工制作的质量及精度公差分A、B 、C 三个等级，A 级加工精度最高，C 级最差。A、B 级螺栓对构件的拼装精度要求高，价格很昂贵，工程中较少采用。C 级螺栓常与 II 类孔匹配应用；II 类孔的孔径比螺栓直径大 12 毫米，受剪能力较差，故宜用于受拉的连接，或用于承受静载结构中的次要连接，以及临时用的安装连接。三、高强螺栓高强螺栓根据其受力性能可分为两种类型：高强度摩擦型和承压型。1、高强度螺栓摩擦型连接：高强度螺栓摩擦型连接是靠连接间的摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。抗震设计的构件连接，常采用高强度螺栓摩擦型连接，但当地震作用大于多遇地震时的弹塑性阶段，因连接部位产生相互滑移变形，则摩擦型连接转化为承压型连接。2、高强度螺栓承压型连接：高强度螺栓承压型连接，是当剪力大于预拉力 P 产生的摩擦阻力后，以栓杆被剪断或连接板被挤坏作为承载力极限状态，其计算方法基本上同普通螺栓。承压型连接对摩擦面仅要求清除油污及浮锈，不要求作其他的处理。相应地，高强度螺栓承压型连接可用于承受静载的结构。3、高强度螺栓的类型常用的高强度螺栓有，大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺- 21 -栓两种类型。大六角头高强度螺栓的头部尺寸比普通螺栓的要大，可适应施加预拉力的工具及操作要求，也增大与连接板间的承压或摩擦面积。大六角头高强度螺栓施加预拉力的工具有电动、风动和人工特制扳手。扭剪型高强度螺栓的尾部连着一个梅花头，梅花头与螺栓尾部之间有一沟槽。当用特制扳手拧螺母时，以梅花头作为反拧支点，终拧时梅花头沿沟槽被拧断，并以拧断为准表示已达到规定的预拉力值。高强度螺栓的螺杆、螺母和垫圈均采用高强度钢材制成，其成品应再经热处理，以进一步提高强度。因此高强度螺栓的力学性能，是以热处理后的数值为准，并另定其性能等级。其性能等级以两个强度值表示，前一个数值表示热处理后的最低抗拉强度 b（8 或10，即 800N/mm2 或 1000 N/mm2） ，后一个数值表示螺栓经热处理后的屈强比 （0.8 或 0.9） ，即 = 02/ b。高强度螺栓及其配套供应的螺母和垫圈等，应符合国家标准钢结构高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件（GB/T123191） ，以及钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件 （GB3632363383）的规定。四、锚栓锚栓主要用作钢柱脚与钢筋砼基础之间的锚拉连接，承受柱脚的拉力，又可作为柱子安装定位过程中的临时固定用。锚栓宜采用 Q235 钢及 Q345 钢等塑性性能好的钢号，不宜采用高- 22 -强度钢材。门刚规程规定用 Q235 制成的锚栓其抗拉强度设计值fb=140N/mm2；用 Q345 钢制成的锚栓其抗拉强度设计值fb=180N/mm2。五、圆柱头焊钉圆柱头焊钉是作为钢构件与混凝土之间的抗剪连接。圆柱头焊钉是一个带有圆头的实心杆，在钉头埋嵌焊丝，起拉弧作用。圆柱头焊钉需要采用专门的焊机焊接，并配置焊接瓷环。焊接瓷环有两种类型使用于不同的条件。B1 型用于焊钉直接焊接于钢构件（梁、柱）上。B2 型用于焊钉焊透压型钢板后焊在钢梁上，其细部尺寸略大于B1 型。圆柱头焊钉长度不小于直径的 4 倍。常用的焊钉直径 16、19及 22mm。3.6 围护结构材料的选用1、围护结构的材料：压型钢板、夹芯板、Kingspan 板、压型钢板是近三十年国际上迅速发展起来的一种新型建筑材料，在我国生产和应用也有十多年的历史。目前，压型钢板是轻型钢结构的主要维护材料。压型钢板应采用热涂锌钢板或彩色涂锌钢板制作，其力学性能、工艺性能、涂层性能应符合现行国家标准建筑压型钢板的规定。钢板的钢材宜采用现行国家标准碳素结构钢 （GB700-88）规定的 钢和 钢，有可靠依据时，也215Q3可采用其它钢号。压型钢板最大允许檩距可根据板型、支承条件和- 23 -受荷情况综合考虑，一般情况下在 1.5m 左右。压型钢板自重很轻，大概在 左右，若包括保温棉和屋面檩条在内，整个金属屋205.mKN面的重量也仅为 。25.01.KN、夹芯板是由内外两层彩色涂层钢板作面层，自熄性聚苯乙烯泡沫等作芯材，通过高强度粘合剂粘合而成的板材（下图） 。彩钢夹芯板是一种多功能新型建筑板材，具有轻质、高强、保温、隔热、隔音、防水、装饰等性能，主要用于工业与民用建筑的屋面和墙面、组合式冷库以及加层、改建等工程。由于彩钢夹芯板的面层是非燃材料，芯材是阻燃、难燃或不燃材料，所以夹芯板不适用于高层建筑及易燃易爆厂房、车间，也不宜用于楼板。复合板面板为 0.50.6mm 的单层彩板，其性能应符合Q/BQB440-94 规定，外板可以是低波纹彩钢板，也可以是高波纹彩钢，为保证排水通畅，应选择高波纹彩板；内板为低波纹彩钢板；芯材为阻燃性聚苯乙烯泡沫、玻璃纤维或岩棉等保温材料，容重为。保温材料应有力学性能的要求，而且还有导热性、吸201mKg- 24 -水性、阻燃性（用氧指数来衡量）等方面的要求。面板与芯材间粘结所采用的粘结剂是聚氨脂类双组份热固化粘结剂，具有粘结强度高、固化时间短、耐低温及抗热、自熄等性能。根据板的厚度（以mm 为单位） ，复合板常用的规格有40、50、75、100、150、200、250 等七种，选材时应根据使用要求由热工计算确定板厚。对冷库等有较高保温要求的建筑，应采用较厚的复合板。在制作、运输和施工许可的条件下，应采用长尺复合板，以减少接缝，防止渗漏和提高保温性能。、Kingspan 板是一种新型复合板,作为屋面板时板宽有500、1000mm 两种规格，檩条间距可取 1.5 米；作为墙面板时，板宽有 600、900、1000mm 三种规格，墙面板是横向布板，竖向檩条的间距不大于 3.0 米。板的自重和夹芯板基本相同。目前只是在国外生产，国内没有生产线，其价格非常高。下图为其墙面板及其板间连接节点。- 25 - 26 -2、围护材料选用的原则根据围护结构的使用功能选用：单纯的围护结构可以选用单层压型钢板，对于屋面坡度比较平缓的时，应选用高波板，利于屋面排水，反之可以选用低波板。如果有保温隔热要求，首先选用夹芯板，其次是单层彩钢板下面家加保温棉的做法。Kingspan 板常用在对建筑有很强的视觉要求，或是内部生产洁净度很高的生产车间。例如医药生产车间，或者是高档的办公场所得外墙面。3.7 材料的构造要求3.7.1 主结构材料的构造1、用于焊接主刚架构件腹板的钢板，其厚度不宜小于 4mm,当有根据时可不小于 3mm。工字型梁、柱腹板的高厚比不应大于，翼缘的宽厚比不应大于 ，此处 fy 为钢材的ywfth2350 yftb2351屈服强度。如果钢材为 Q235 时，腹板的最大高厚比为 250，翼缘的最大宽厚比为 15；如果钢材为 Q345 时，腹板的最大高厚比为 206，翼缘的最大宽厚比为 12.38。2、受压构件的长细比小于等于 180。 （长细比：受压构件的计算长度与构件回转半径的比值）3.7.2 次结构材料的构造1、门刚规程规定：用于屋面檩条和墙面檩条的冷弯薄壁型钢，其壁厚不宜小于 1.5 mm；屋面拉条采用圆钢时直径不宜小于 10 mm。另外，梁、柱隅撑用角钢的最小截面一般宜取不小于 L50x4。2、受压时长细比：220；受拉时：吊车梁或吊车桁架以下柱- 27 -间支撑300；其他支撑400（张紧的钢绞线或圆钢支撑长细比不限）3.7.3 维护结构材料的构造一、屋面压型钢板有关构造 压型钢板选择应考虑到屋面坡度，当坡度较小时，由于屋面排水并不通畅，应尽量采用高波纹屋面板。 压型钢板腹板与翼缘水平面之间的夹角 不宜小于 。45 压型钢板宜采用长尺板材，以减少板横向搭接数量，有利于屋面防水。 压型钢板横向搭接应与檩条有可靠连接，搭接长度须满足规范要求，波高大于 70mm 的高波纹压型钢板，搭接长度不宜小于350mm, 波高小于 70mm 的低波纹压型钢板，搭接长度不宜小于250mm，当屋面坡度10%时，搭接长度不宜小于 200mm；墙面板搭接长度 200mm，且屋面板在搭接处须涂通长密封胶带。 压型钢板侧向连接有不同方式，为防止屋面漏水，有条件尽量采用暗扣式连接。屋面板侧向搭接时，搭接宽度应视压型钢板形状、规格而定，一般不小于半波，搭接方向应与主导风向一致。安装时应该逆风进行。对于波高小于 70mm 低波纹压型钢板，可不设固定支架，而对于波高大于 70mm 高波纹压型钢板，须设固定支架。 压型钢板横向和侧向连接时均须有可靠连接，以防止屋面板发生错动和滑动现象。 考虑到国产密封材料性能较差，易于老化开裂，施工时连- 28 -接件尽量设置在波峰处，以便防水。二、夹芯板的有关构造1、常用的夹芯板厚度 50150mm,彩色钢板的厚度 0.50.6 mm，条件允许且经过计算，屋面板和墙面板的内层板可以采用 0.4 mm。2、夹芯板为工厂制品，其板长不宜超过 12m。3、屋面板的纵向搭接应位于檩条处，两块板均应伸到支座上，每块板在支座上的长度50 mm；搭接处应采用双檩条或在檩条一边焊接通