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钢结构工程钢结构工程 本章主要内容：本章主要内容： 钢结构加工制作工艺 钢结构构件的焊接 紧固件连接工程 单层钢结构安装工程 多层及高层钢结构安装工程 钢网架结构安装工程 钢结构涂装工程 工程实践案例 (自学) 钢结构工程是用钢板、型钢和圆钢等通 过焊接、铆接、螺栓连接等方式组装而 成的结构。与其他结构比较，钢结构具 有强度高，塑性和韧性、匀质性和同向 性都比较好；结构的重量轻；焊接构造 简单,加工方便；施工周期短和精度高等 特点，因而在建筑、桥梁等土木工程中 被广泛采用。 第一节第一节 钢结构加工制作工艺钢结构加工制作工艺 一、钢结构加工制作 （一）加工制作前的准备工作 1加工制作图 设计院提供的设计图是不能直接用来加工制作钢 结构，而是要考虑加工工艺，如公差配合、加工 余量、焊接控制等因素后，在原设计图的基础上 绘制加工制作图。加工制作图是最后沟通设计人 员及施工人员的意图，它起到制作要领书的作用 ，又是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、打孔 、弯制、拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、 发送等各项作业的指示书，还起到进行高水平管 理的检查表的作用。 2加工制作前施工条件的分析 绘制加工制作图或审查设计图应边审边分析研究施 工条件或者难易程度，必须认真分析焊接难度大的 部分，是否使用高强螺栓及紧固器具，在狭窄处能 否保持焊条的焊接角度等。 3钢卷尺 在钢结构工程中，主要使用皮尺、宽带钢卷尺及凸 面钢卷尺中任何一种一级产品。最好使工厂用卷尺 和现场用卷尺属同一类产品，也就是各工种之间使 用“同一把尺”。如果有困难，则10m之间的相互差 值控制在0.5mm之内。 4上岗操作人员应进行培训和考核，特殊工种应进 行资格确认，充分做好各项工序的技术交底工作。 （二）钢结构加工制作的工艺程序 1放样 放样是根据产品施工详图或零、部件图样 要求的形状和尺寸，按照1：1的比例把产 品或零、部件的实形画在放样台或平板上 ，求取实长并制成样板的过程。对比较复 杂的壳体零、部件，还需要作图展开。放 样的步骤如下： （1）仔细阅读图纸，并对图纸进行核对。 （2）准备放样需要的工具，包括：钢尺、石笔、 粉线、划针、圆规、铁皮剪刀等。 （3）准备好做样板和样杆的材料,一般采用薄铁片 和小扁钢。可先刷上防锈油漆。 （4）放样以1：1的比例在样板台上弹出大样。当 大样尺寸过大时，可分段弹出，尺寸划法应避免偏 差累积。 （5）先以构件某一水平线和垂直线为基准，弹出 十字线；然后据此逐一划出其他各个点和线，并标 注尺寸。 （6）放样过程中，应及时与技术部门协调；放样 结束，应对照图纸进行自查；最后应根据样板编号 编写构件号料明细表。 2号料 号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，并打 上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。号料 的步骤： （1）根据料单检查清点样板和样杆，点清号料数 量。号料应使用经过检查合格的样板与样杆，不得 直接使用钢尺。 （2）准备号料的工具，包括石笔、样冲、圆规、 划针、凿子等。 （3）检查号料的钢材规格和质量。 （4）不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并 依据先大后小的原则依次号料。对于需要拼接的同 一构件，必须同时号料，以便拼接。 （5）号料时，同时划出检查线、中心线、弯 曲线，并注明接头处的字母、焊缝代号。 （6）号孔应使用与孔径相等的圆规规孔，并 打上样冲作出标记，便于钻孔后检查孔位是 否正确。 （7）弯曲构件号料时，应标出检查线，用于 检查构件在加工、装焊后的曲率是否正确。 （8）在号料过程中，应随时在样板、样杆上 记录下已号料的数量，号料完毕，则应在样 板、样杆上注明并记下实际数量。 3切割下料 切割的目的就是将放样和号料的零件形状从原材 料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、 冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。常用的切割 方法有：气割、机械剪切和等离子切割三种方法 。 （1）气割法：是利用氧气与可燃气体混合产生的 预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使金属发 生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自 行燃烧，通过高压氧气射流，将氧化物吹除而引 起一条狭小而整齐的割缝。随着割缝的移动，使 切割过程连续切割出所需的形状。气割前，应将 钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气 割后，应清除熔渣和飞溅物。 （2）机械切割法：可利用上、下两剪刀的 相对运动来切断钢材，或利用锯片的切削 运动把钢材分离，或利用锯片与工件间的 摩擦发热使金属熔化而被切断。常用的切 割机械有剪板机、联合冲剪机、弓锯床、 砂轮切割机等。 （3）等离子切割法：是利用高温高速的等 离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并 吹掉来完成切割，所以能切割任何金属， 特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、 铜等。 4坡口加工 焊接质量与坡口加工的精度有直接关系， 如果坡口表面粗糙有尖锐且深的缺口，就 容易在焊接时产生不熔部位，将在事后产 生焊接裂缝。又如，在坡口表面粘附油污 ，焊接时就会产生气孔和裂缝，因此要重 视坡口质量。坡口加工一般可用气体加工 和机械加工，在特殊的情况下采用手动气 体切割的方法，但必须进行事后处理，如 打磨等。 5开孔 在焊接结构中，不可避免地将会产生焊接 收缩和变形，因此在制作过程中，把握好 什么时候开孔将在很大程度上影响产品精 度 。特别是对于柱及梁的工程现场连接部 位的孔群的尺寸精度直接影响钢结构安装 的精度，因此把握好开孔的时间是十分重 要的，一般有四种情况： （1）在构件加工时预先划上孔位，待拼装、焊接 及变形矫正完成后，再划线确认进行打孔加工。 （2）在构件一端先进行打孔加工，待拼装、焊接 及变形矫正完成后，再对另一端进行打孔加工。 （3）待构件焊接及变形矫正后，对端面进行精加 工，然后以精加工面为准线，划线、打孔。 （4）在划线时，考虑了焊接收缩量、变形的余量 、允许公差等，直接进行打孔。 常用的机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻 床、桁式摇臂钻床、多轴钻床、NC开孔机，打孔后 应用磨光机清除孔边毛刺。 6组装 （1）组装的零件、部件应经检查合格，连接 件和沿焊缝边缘约50mm范围内的铁锈、毛 刺、污垢、油迹等应清除干净。 （2）钢材的拼接应在组装前进行。构件的组 装应在部件组装、部件焊接、部件矫正后进 行。 （3）组装可采用胎夹具方法。当在平台上组 装时，平台的平面高低差不得超过4mm。构 件的组装应根据结构形式、焊接方法和焊接 顺序等因素，确定合理的组装顺序。 （4）组装的质量要求：除工艺要求外零件 组装的间隙不得大于1.0mm。对顶紧接触面 应有75%以上面积紧贴，用0.3mm塞尺检查 ，其塞入面积不得大于25%，边缘最大间隙 不得大于0.8mm。金属接触部分的精加工可 用龙门铣床、卧式镗床、牛头刨床、斜面切 削机等来进行。 组装的隐蔽部位应在焊接（详见本章第2节 ）和涂装（详见本章第7节）检查合格后方 可封闭。 二、钢结构构件的验收、运输、堆放 （一）钢结构构件的验收 钢构件加工制作完成后，应按照施工图和 钢结构工程施工质量验收规范（ GB502052001）的规定进行验收，有的 还分工厂验收、工地验收，因工地验收还增 加了运输的因素，钢构件出厂时，应提供下 列资料： （1）产品合格证。 （2）施工图的设计变更文件。 （3）制作中技术问题处理的协议文件。 （4）钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试 验报告。 （5）焊接工艺评定报告。 （6）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告，焊 缝无损检验报告及涂层检测资料。 （7）主要构件检验记录。 （8）预拼装记录：由于受运输、吊装条件的限制 ，另外设计的复杂性，有时构件要分二段或若干 段出厂，为了保证工地安装的顺利进行，在出厂 前进行预拼装。 （9）构件发运和包装清单。 （二）构件的运输 （1）发运的构件，在易见部位用油漆标上重量及重 心位置的标志，以免在装、卸车和起吊过程中损坏构 件。节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当 的保护措施，零星的部件等都要按同一类别用螺栓和 铁丝紧固成束包装发运。 （2）大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输 车辆的性能、码头状况、运输船只来编制运输方案。 在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期 要求来编制构件的运输顺序。 （3）运输构件时，应根据构件的长度、重量和断面 形状选用车辆；构件在运输车辆上的支点、两端伸长 的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不 损伤涂层。构件起吊必须严格按设计吊点起吊。 （三）构件的堆放 （1）构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场 的堆放场。构件堆放场地应平整坚实，无水坑 、冰层，并应排水通畅，有较好的排水设施， 同时有车辆进出的回路。 （2）构件应按种类、型号、安装顺序划分区 域，插立标志牌。构件底层垫块要有足够的支 承面，不允许垫块有大的沉降量，堆放的高度 应有计算依据，以最下面的构件不产生永久变 形为准，不得随意堆高。 （3）在堆放中，发现有变形不合格的构件 ，则严格检查，进行矫正，然后再堆放。 不得把不合格的变形构件堆放在合格的构 件中，否则会影响安装进度。 （4）对于已堆放好的构件，要派专人汇总 资料。建立完善的构件进出厂管理制度， 严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件 进行适当保护，避免风吹雨打、日晒夜露 。 第二节第二节 钢结构构件的焊接钢结构构件的焊接 一、钢结构构件常用的焊接方法 焊接是借助于能源，使两个分离的物体产生原子（分 子）间结合而连接成整体的过程 。 采用焊接方法不仅可以连接金属材料，如钢材、铝、 铜、钛等；还能连接非金属，如塑料、陶瓷；甚至还 可以解决金属和非金属之间的连接，我们统称为工程 焊接。用焊接方法制造的结构称为焊接结构，又称工 程焊接结构。 根据对象和用途大致可分为建筑焊接结 构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构 、导电性焊接结构四类，我们所称的钢结 构包含了这四类焊接结构。选用的结构材 料是钢材，而且大多为普通碳素钢和低合 金结构钢，主要的焊接方法有手工电弧焊 、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、 螺柱焊、点焊等。 （一）手工电弧焊 依靠电弧的热量进行焊接的方法称为电弧焊，手工电 弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊，是钢 结构焊接中最常用的方法。 手工电弧焊的原理，如图71所示，焊条和焊件就是 两个电极产生电弧，电弧产生大量的热量，熔化焊条 和焊件。焊条端部熔化形成熔滴，过渡到熔化的焊件 的母材上融合，形成熔池并进行一系列复杂的物理 冶金反应。随着电弧的移动，液态熔池逐步冷却、 结晶，形成焊缝。在高温作用下，冷敷于电焊条钢芯 上的药皮熔融成溶渣，覆盖在熔池金属表面 ，它不仅 能保护高温的熔池金属不与空气中有害的氧、氮发生 化学反应，并且还能参与熔池的化学反应和渗入合金 等，在冷却凝固的金属表面，形成保护渣壳。 （二）气体保护电弧焊 又称为熔化极气体电弧焊，以焊丝和焊件作为 两个极，两极之间产生电弧热来熔化焊丝和焊 件母材，同时向焊接区域送入保护气体，使电 弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的 空气隔开，焊丝自动送进，在电弧作用下不断 熔化，与熔化的母材一起融合，形成焊缝金属 。其原理如图72所示。 这种焊接法简称GMAW（Gas Metal Arc Welding）由于保护气体的不同，又可分为 CO2气体保护电弧焊，是目前最广泛使用的焊 接法，特点是使用大电流和细焊丝，所焊接速 度快、熔深大、作业效率高。 （三）自保护电弧焊 自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护 电弧焊相比抗风性好，风速达10m/s时仍能得到无气 孔而且力学性能优越的焊缝。由于自动焊接，因此焊 接效率极高。焊枪轻，不用气瓶，因此操作十分方便 ，但焊丝价格比CO2保护焊要高。 （四）埋弧焊 埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一 种电弧焊。向熔池连续不断送进的裸焊丝，既是金属 电极，也是填充材料，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝 、母材熔化而形成熔池。熔融的焊剂成熔渣，覆盖在 液态金属熔池的表面使高温熔池金属与空气隔开。焊 剂形成熔渣除了起保护作用外，还与熔化金属参与冶 金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。 （五）窄间隙焊接 本方法是利用已有的气体保护焊的特别技 术，具有焊接接头的坡口截面面积比手工 电弧焊或气体保护焊的坡口截面面积小， 这是本方法的特点 。 窄间隙焊接可以在平焊、横焊和立焊位置 进行，横焊适合工程现场的柱接头，平焊 和立焊分别适合于工厂内箱形柱的角接头 和柱与梁的焊接。 （六）螺柱焊接 螺柱焊接是在螺柱与母材之间通以焊接电流，使相 互接触的局部加热并接合的方法，主要用于抗剪连 接件及混凝土锚栓等的焊接，另外还广泛用于安装 隔热材料和隔音材料的连接件。 （七）点焊 首先这里指的点焊不同于钢结构构件组装中的点焊 ，它是一种电阻焊，在焊接区直接通电，利用其电 阻发热局部提高被焊部位的温度，在压力作用下接 合的方法。点焊在汽车工业、家用电器中常用，钢 结构中复杂接头也有采用点焊的。 二、焊接应力和焊接变形 （一）焊接应力及变形产生的原因 焊接过程中，焊接热源对焊件进行局部加热，产生 了不均匀的温度场，导致材料热胀冷缩的不均匀； 处于高温区域的材料在加热（冷却）过程中应该有 较大的伸长（收缩）量，但由于受到周围材料的约 束而不能自由伸长（收缩）。于是在焊件中产生内 应力，使高温区的材料受到挤压（拉伸），产生塑 性变形。同时，金属材料在焊接过程中随着温度的 变化还会发生相应的相变。不同的金属组织是有不 同的性能，也会引起体积的变化，对焊接应力及变 形产生不同程度的影响。因此，焊接过程对焊件进 行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和焊接 变形的主要原因。 焊接过程中，应力变形是随时间而改变的。 当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应 力称为焊接残余应力；残留的变形称为焊接 残余变形。焊接应力及变形的分布和大小与 被焊材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点 、焊件尺寸、形状和温度场 等因素有关，而 温度场又与被焊材料的热导率、热容、密度 、焊接工艺参数，环境条件等密切相关。任 何因素的波动均会对应力和变形产生影响。 （二）焊接变形的种类 焊接变形可分为线性缩短、角变形、弯曲变形 、扭曲变形、波浪形失稳变形等。线性缩短是 指焊件收缩引起的长度缩短和宽度变窄的变形 ，有纵向缩短和横向缩短之分；角变形是由于 焊缝截面形状在厚度方向上不对称所引起的， 在厚度方向上产生的变形；波浪变形是在大面 积薄板拼焊时，在内应力作用下产生失稳而成 为波浪形变形；扭曲变形一旦产生则难以矫正 。主要由于装配质量不好，工件搁置不正，焊 接顺序和方向安排不当造成的，在施工中特别 要引起注意。 （三）焊接残余应力和变形的控制 在钢结构设计和施工时，不仅要考虑到强度、稳定性 、经济性，而且必须要考虑焊缝的设置将产生的应力 ，变形对结构的影响。通常有以下几点经验。 （1）在保证结构具有足够的强度的前提下，尽量减少 焊缝的尺寸和长度，合理选取坡口形状。避免集中设 置焊缝。 （2）尽量对称布置焊缝，将焊缝安排在近中心区域， 如近中性轴；焊缝中心；焊缝塑性变形区中心等。 （3）在钢结构施焊中考虑夹具以减少焊接变形的可能 性。 （4）钢结构设计人员在设计时应考虑焊接工艺措施。 主要有：合理的装配焊接顺序，合理焊接方法和参数 ；反变位法，刚性固定性，锤击法，强迫冷却法；预 热和焊后热处理。 三、焊接的质量检验 焊接质量检验包括焊前检验、焊接生产中检 验和成品检验。 （一）焊前检验 检验技术文件（图纸、标准、工艺规程等） 是否齐备。焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、 气体等）和钢材原材料的质量检验，构件装 配和焊接件边缘质量检验、焊接设备（焊机 和专用胎、模具等）是否完善。焊工应经过 考试取得合格证，停焊时间达6个月及以上， 应重新考核，才能上岗。 （二）焊接生产中的检验 主要是对焊接设备运行情况、焊接规范和焊 接工艺的执行情况，以及多层焊接过程中夹 渣、未焊透等缺陷的自检等，目的是防止焊 接过程中缺陷形成，及时发现缺陷，采取整 改措施，特别是为了提高焊工对产品质量的 高度责任心和认真执行焊接工艺的严明的纪 律性。 （三）焊接成品检验 全部焊接工作结束，焊缝清理干净后进行成 品检验。检验的方法有很多种。通常可分为 无损检验和破坏性检验两大类。 1无损检验 可分为外观检查、致密性检验、无损探伤。 （1）外观检查：是一种简单而应用广泛的检查方法 ，焊缝的外观用肉眼或低倍放大镜进行检查表面气孔 、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，并用测量工具检查焊 缝尺寸是否符合要求。 （2）致密性检验：主要用水（气）压试验、煤油渗 漏、渗氨试验、真空试验、氦气探漏等方法，这些方 法对于管道工程、压力容器等是很重要的方法。 （3）无损探伤；主要有磁粉探伤、涡流探伤、渗透 探伤、射线探伤、超声波探伤等，所谓无损探伤就是 利用放射线、超声波、电磁辐射、磁性、涡流、渗透 性等物理现象，在不损伤被检产品的情况下，发现和 检查内部或表面缺陷的方法。 2破坏性检验 焊接质量的破坏性检验包括焊接接头的机械性能试 验、焊缝化学成分分析、金相组织测定等，主要用 于测定接头或焊缝性能是否能满足使用要求。机械 性能试验，包括测定焊接接头的强度、延伸率、断 面收缩率，拉伸试验、冷弯试验、冲击试验等； 化学成分分析：是对焊缝的化学成分分析，是测定 熔敷金属化学成分，我国的焊条标准中以此做出了 专门的规定； 金相组织测定是为了了解焊接接头各区域的组织， 晶粒度大小和氧化物夹杂，氢白点等缺陷的分布情 况，通常有宏观和微观方法之分。 第三节第三节 紧固件连接工程紧固件连接工程 钢结构工程中使用的紧固件包括普通螺栓 、扭剪型高强度螺栓、高强度大六角头螺 栓、钢网架螺栓球节点用高强度螺栓及射 钉、自攻钉、拉铆钉等。本节主要介绍普 通螺栓和高强度螺栓。 一、普通螺栓连接 钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母 、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的 一种连接形式。 （一）普通螺栓种类类 1普通螺栓规规格 普通螺栓按照形式可分为为六角头头螺栓、双头头螺栓、 沿头头螺栓等；按制作精度可分为为A、B、C级级三个等 级级，A、B级为级为 精制螺栓，C级为级为 粗制螺栓，钢结钢结 构 用连连接螺栓，除特殊注明外，一般即为为普通粗制C级级 螺栓。 2螺母 钢结钢结 构常用的螺母，其公称高度h大于或等于0.8D（ D为为与其相匹配的螺栓直径），螺母强度设计应选设计应选 用 与之相匹配螺栓中最高性能等级级的螺栓强度，当螺母 拧紧拧紧 到螺栓保证证荷载时载时 ，必须须不发发生螺纹纹脱扣。 螺母的螺纹应纹应 和螺栓相一致，一般应为应为 粗牙螺纹纹（ 除非特殊注明用丝丝牙螺纹纹），螺母的机械性能主要是 螺母的保证应证应 力和硬度，其值应值应 符合规规定。 3垫圈 常用钢结构螺栓连接的垫圈，按形状及其使用功能可 以分成以下几类： （1）圆平垫圈。一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承 面下面，用以增加螺栓头及螺母的支承面，同时放上 可避免连接件表面损伤。 （2）方形垫圈。一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下 ，有以增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼。 （3）斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫 平，使螺母支承面垂直于螺杆，避免紧固时造成螺母 支承面和被连接的倾斜面局部接触。 （4）弹簧垫圈。防止螺栓拧紧后在动载作用下的振动 和松动，依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓 的松动，一般用于有动荷载（振动）或经常拆卸的结 构连接处。 （二）普通螺栓施工 1一般要求 普通螺栓作为永久性连接螺栓时，应符合下列要求： （1）对一般的螺栓连接，螺栓头和螺母下面应放置 平垫圈，以增大承压面积。 （2）螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于2个，螺母 头下的垫圈一般不应多于1个。 （3）对于设计有要求防松动的螺栓、锚固螺栓应采 用有防松装置的螺母或弹簧垫圈，或用人工方法采取 防松措施。 （4）对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接，应按 设计要求放置弹簧垫圈，弹簧垫圈必须设置在螺母一 侧。 （5）对于工字钢、槽钢类型应尽量使用斜垫圈，使 螺母和螺栓头部的支承面垂直于螺杆。 2螺栓直径和长度的选择 （1）螺栓直径的确定原则上应由设计人员按等强 度原则通过计算确定，但对某一个工程来讲，螺 栓直径规格应尽可能少，有的还需要适当归类， 便于施工和管理；一般情况螺栓直径应与被连接 件的厚度相匹配。 （2）螺栓长度通常是指螺栓螺头内侧面到螺杆端 头的长度，一般都是以5mm进制。从螺栓的标准 规格上可以看出，螺纹的长度基本不变。显而易 见，影响螺栓长度的因素主要有：被连接件厚度 、螺母高度、垫圈的数量及厚度等。 3螺栓连接形式 钢板、槽钢、工字钢、角钢等常用螺栓连 接形式。 4螺栓布置 螺栓连接接头中螺栓的排列布置主要有并 列和交错排列两种形式，螺栓间的间距确 定既要考虑连接效果（连接强度和变形） ，又要考虑螺栓的施工。 5螺栓紧固 普通螺栓连接对螺栓的紧固力没有要求，因 此普通螺栓的紧固施工是以操作工的手感及 连接接头的外形控制为准，即以一个操作工 使用普通扳手靠自己的力量拧紧螺母，保证 被连接接触面能密贴，无明显间隙。这种紧 固施工方式虽然有很大的随意性，但能满足 连接要求。为使连接接头中螺栓受力均匀， 螺栓的紧固次序应从中间开始，对称向两头 进行。对大型接头应采用复拧，即两次紧固 方法，保证接头内各个螺栓能均匀受力。 二、高强度螺栓连接 高强度螺栓连接已成为与焊接并举的钢结构主要连 接形式之一，按其受力状况可分为摩擦型连接、摩 擦一承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种 类型，其中摩擦型连接是目前建筑钢结构和桥梁钢 结构中广泛采用的基本连接形式。 （一）高强度螺栓种类 高强度螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型两种 ：按性能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级等，目 前我国使用的大六角高强度螺栓有8.8级和10.9级两 种，扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种。 1大六角头高强度螺栓连接副 大六角头高强度螺栓连接副含一个螺栓、 一个螺母、两个垫圈（螺头和螺母两侧各 一个垫圈）。螺栓、螺母、垫圈在组成一 个连接副时，其性能等级要匹配。 2扭剪型高强度螺栓连接副 扭剪型高强度螺栓连接副含一个螺栓、一 个螺母、一个垫圈。 （二）高强度螺栓连接施工 1一般规定 （1）施工前对高强螺栓连接副实物和摩擦面进行检验 和复验，合格后方可进行施工。 （2）对每一个连接接头，应先用临时螺栓或冲钉定位 。为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化，严禁将高强 度螺栓作为临时螺栓使用。对一个接头来说，临时螺 栓和冲钉的数量原则上应根据该接头可能承担的荷载 计算确定。 （3）高强度螺栓的穿入，应在结构中心位 置调整后进行，其穿入方向应以施工方便 为准，力求一致；安装时要注意垫圈的正 反面，即螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈 有倒角的一侧；对于大六角头高强度螺栓 连接副靠近螺头一侧的垫圈，其有倒角的 一侧朝向螺栓头。 （4）高强度螺栓的安装应能自由穿入孔，严 禁强行穿入，如不能自由穿入时，该孔应用 铰刀进行修整，修整后孔的最大直径应小于 1.2倍螺栓直径。修孔时，为了防止铁屑落入 板迭缝中，铰孔前应将四周螺栓全部拧紧， 使板迭密贴后再进行，严禁气割扩孔。 （5）高强度螺栓连接中连接钢板的孔径略大 于螺栓直径，并必须采取钻孔成型方法，钻 孔后的钢板表面应平整、孔边无飞边和毛刺 ，连接板表面应无焊接飞溅物、油污等。 （6）高强度螺栓连接板螺栓孔的孔距及边 距除应符合要求外，还应考虑专用施工机 具的可操作空间，一般规格的螺栓可操作 空间，如图73及表71所示。 当表71中数值a不满足要求时，且数值b 有足够大空间时，可考虑采用加长套筒施 拧，此时套筒头部直径一般为螺母对角线 尺寸加10mm。 （7）高强度螺栓在终拧以后，螺栓丝扣外 露应为23扣，其中允许有10%的螺栓丝扣 外露1扣或4扣。 施工机具可操作空间间尺寸 表71 扳手种类类 最小尺寸（mm） ab 手动动定扭矩扳手45140+c 扭剪型电动电动 扳手65530+c 大六角电动电动 扳手60 2施工工具的标定 各种扳手在使用前、后，使用过程及保管、 维修过程中，极容易产生输出扭矩值的误差 ，使用各类没有质量控制的扳手，必会造成 施拧螺栓预拉力的误差。因此扳手的标定是 施工质量控制的重点，我们要掌握以下几点 ： （1）没有标定过的扳手，不准投入使用。 （2）施拧及检查用的扭矩扳手，无论是电动 定扭扳手，还是带响或表盘扭矩扳手，班前 必须校正标定，班后还须校验，以确定此扳 手在使用过程中，扭矩未发生变化。 （3）当班后校验发现误差超过允许范围， 则用此扳手施拧的螺栓应全部视为不合格 。扳手重新校正后，欠拧的应实施重新施 拧，超拧的应全部更换，重新按要求施拧 。 （4）施工用扳手在使用前标定，误差应控 制在3%内，使用后校验，误差不应超过 5%；检查用扭矩扳手标定误差不应超过 3%。 3接触面的加工处理 采用摩擦型高强度螺栓连接的节点对接触面的要求如 下： （1）摩擦面的处理。高强度螺栓连接的形式和尺寸与 普通螺栓连接基本上一样，所不同的是在安装高强度 螺栓时必须将螺帽拧得很紧，使螺栓中的预拉力达到 屈服点的80%左右，从而对构件连接处产生很高的预 紧力。为了安装方便，孔径比螺栓杆大12mm，螺栓 杆与孔壁之间视为不接触，这样在外力作用下，高强 度螺栓连接就会全靠构件连接处的接触面的摩擦来防 止发生滑动并传递内力。 摩擦面处理方法有：喷砂（抛丸）后生赤锈；喷砂后 涂无机富锌漆；砂轮打磨；钢丝刷消除浮锈；酸洗等 。其中以喷砂（抛丸）为最佳处理方法。 （2）注意摩擦面的保护。应防止构件运输 、装卸、堆放、二次搬运、翻吊时连接板 的变形。安装前应处理好被污染的连接面 表面。 （3）接触面的间隙与处理。由于摩擦型高 强度螺栓连接方法是靠螺栓压紧构件间连 接处，用摩擦来阻止构件之间滑动达到内 力传递。因此当构件与拼接板面有间隙时 ，则固定后有间隙处的摩擦面间压力减小 ，影响承载能力。 4选用合适的冲钉和临时螺栓量 控制冲钉和临时螺栓的最少用量是考虑安装时它们应 能承受构件的自重和连接校正时外力的作用，防止连 接后构件位置偏移，以及为了钢板间的有效夹紧，尽 量消除间隙。因此，在安装时，要控制以下几点： （1）每个节点所需用的临时螺栓和冲钉数量，应按 安装时可能产生的荷载计算确定。 （2）临时螺栓与冲钉之和不应少于该节点螺栓总数 的1/3。 （3）临时螺栓不应少于2颗。 （4）所用冲钉数不宜多于临时螺栓的30%。 （5）连接用的高强度螺栓不得兼作临时螺栓，以免 螺纹损伤和连接副表面状态改变，引起扭矩系数的变 化。 5安装替换高强度螺栓注意事项 （1）螺栓穿入方向应便于操作，并力求一致 ，目的使整体美观。 （2）螺栓应自由穿入螺栓孔，对不能自由穿 入的螺栓孔允许用铰刀或锉刀进行修整，不 得将螺栓强行敲入，并不得气割扩孔。 （3）螺栓连接副安装时，螺母凸台一侧应与 垫圈有倒角的一面接触，大六角头螺栓的第 二个垫圈有倒角的一面应朝向螺栓头。 （4）安装高强度螺栓时构件的摩擦面应保持 干燥，不得在雨中作业。 6初拧与终拧 （1）高强度螺栓连接副的拧紧应分为初拧 、终拧。对于大型节点应分为初拧、复拧 、终拧。复拧扭矩等于初拧扭矩。初拧、 复拧、终拧应在24h内完成。 （2）施拧一般应按由螺栓群节点中心位置 顺序向外拧紧的方法进行。 第四节第四节 单层钢结构安装工程单层钢结构安装工程 单层钢结构工程是以单层工业厂房结构安 装最为典型。钢结构单层工业厂房一般由 柱、柱间支撑、吊车梁、制动梁（桁架） 、托架、屋架、天窗架、上下弦支撑、檩 条及墙体骨架等构件组成。柱基通常采用 钢筋混凝土阶梯或独立基础。 一、安装前的准备工作 1钢结构安装前，应按构件明细表核对进场的构件 ，核查质量证明书，设计变更文件、加工制作图、 设计文件、构件交工时所提交的技术资料。 2落实和深化施工组织设计，对起吊设备、安装工 艺，对稳定性较差的构件，起吊前应进行稳定性验 算，必要时应进行临时加固。大型构件和细长构件 的吊点位置和吊环构造应符合设计或施工组织设计 的要求，对大型或特殊的构件吊装前应进行试吊， 确认无误后方可正式起吊。确定现场焊接的保护措 施。 3应掌握安装前后外界环境，如风力、温度、风雪 、日照等资料，做到胸中有数。 4钢结构安装前，应对下列图纸进行自审和 会审：钢结构设计图；钢结构加工制作图； 基础图；其他必要的图纸和技术文件。 5基础验收 （1）基础混凝土强度达到设计强度的75%以 上。 （2）基础周围回填完毕，具有较好的密实性 ，吊车行走不会塌陷。 （3）基础的轴线、标高、编号等都以设计 图标注在基础面上。 （4）基础顶面平整，如不平，要事先修补 ，预留孔应清洁，地脚螺栓应完好，二次 浇灌处的基础表面应凿毛。基础顶面标高 应低于柱底面安装标高4060mm。 （5）锚栓、地脚螺栓预留孔的允许偏差应 符有关要求。 6垫板的设置 钢结构吊装中垫板的设置是一项很重要的工作，必 须十分重视，垫板设置如图74所示。其原则为： （1）垫板要进行加工，有一定的精度。 （2）垫板应设置在靠近地脚螺栓（锚栓）的柱脚底 板加劲板或柱肢下，每根地脚螺栓（锚栓）侧应设 12组垫板。 （3）垫板与基础面接触应平整、紧密。二次浇灌混 凝土前垫板之间应点焊固定。 （4）每组垫板板叠不宜超过5块，同时宜外露出柱 底板1030mm。 （5）垫板与基础面应紧贴、平稳，其面积大小应根 据基础的抗压强度和柱脚底板二次浇灌前，柱抵承 受的荷载及地脚螺栓（锚栓）的紧固手拉力计算确 定。 （6）每块垫板间应贴合紧密，每组垫板都应承受压 力，使用成对斜垫板时，两块垫板斜度应相同，且 重合长度不应少于垫板长度的2/3。 （7）灌筑的砂浆应采用无收缩的微膨胀砂浆，一定 要作砂浆试块，强度应高于基础混凝土强度一个等 级。 二、钢柱子安装 1柱子安装前应设置标高观测点和中心线标志，并 且与土建工程相一致。标高观测点的设置应与牛腿（ 肩梁）支承面为基准，设在柱的便于观测处，无牛腿 （肩梁）柱，应以柱顶端与桁架连接的最后一个安装 孔中心为基准。 2中心线标志的设置应符合下列规定： （1）在柱底板的上表面行线方向设一个中心标志， 列线方向两侧各设一个中心标志。 （2）在柱身表面的行线和列线方向各设一个中心线 ，每条中心线在柱底部、中部（牛腿或肩梁部）和顶 部各设一处中心标志。 （3）双牛腿（肩梁）柱在行线方向两个柱身表面分 别设中心标志。 3多节柱安装时，宜将柱组装后再整体吊装。 4钢柱安装就位后需要调整，校正应符合下列规定： （1）应排除阳光侧面照射所引起的偏差。 （2）应根据气温（季节）控制柱垂直度偏差：气温接 近当地年平均气温时（春、秋季），柱垂直偏差应控 制在“0”附近。气温高于或低于当地平均气温时，应以 每个伸缩段（两伸缩缝间）设柱间支撑的柱子为基准 ，垂直度校正至接近“”，行线方向连跨应以与屋架 刚性连接的两柱为基准；此时，当气温高于平均气温 （夏季）时，其他柱应倾向基准点相反方向；气温低 于平均气温（冬季）时，其他柱应倾向基准点方向。 柱的倾斜值应根据施工时气温和构件跨度与基准的距 离而定。 5柱子安装的允许偏差应符合有关要求。 6屋架、吊车梁安装后，进行总体调整，然 后固定连接。固定连接后尚应进行复测，超 差的应进行调整。 7对长细比较大的柱子，吊装后应增加临时 固定措施。 8柱子支撑的安装应在柱子找正后进行，只 有确保柱子垂直度的情况下，才可安装柱间 支撑，支撑不得弯曲。 三、吊车梁安装 1吊车梁的安装应在柱子第一次校正和柱间支撑安装 后进行。安装顺序应从有柱间支撑的跨间开始，吊装 后的吊车梁应进行临时固定。 2吊车梁的校正应在屋面系统构件安装并永久连接后 进行，其允许偏差应控制在规定范围内。 3吊车梁吊面标高的校正可通过调整柱底板下垫板厚 度；调整吊车梁与柱牛腿支承面间的垫板厚度，调整 后垫板应焊接牢固。 4吊车梁下翼缘与柱牛腿连接应符合：吊车梁是靠制 动桁架传给柱子制动力的简支梁（梁的两端留有空隙 ，下翼缘的一端为长螺栓连接孔）连接螺栓不应拧紧 ，所留间隙应符合设计要求，并应将螺母与螺栓焊固 。纵向制动由吊车梁和辅助桁架共同传给柱的吊车梁 ，连接螺栓应拧紧后将螺母焊固。 5吊车梁与辅助桁架的安装宜采用拼装后整体吊装。 其测向弯曲，扭曲和垂直度应符合规定。 6当制动板与吊车梁为高强螺栓连接，与辅助桁架为 焊接连接时按以下顺序安装： （1）安装制动板与吊车梁应用冲钉和临时安装螺栓， 制动板与辅助桁架用点焊临时固定。 （2）经检查各部分尺寸，并确认符合有关规定后，即 可焊接制动板之间的拼接缝。 （3）安装并紧固制动板与吊车梁连接的高强度螺栓。 7焊接制动板与辅助桁架的连接焊缝，安装吊车梁时 ，中部宜弯向辅助桁架，并应采取防止产生变形的焊 接工艺施焊。 四、吊车轨道安装 1吊车轨道的安装应在吊车梁安装符合规 定后进行。 2吊车轨道的规格和技术条件应符合设计 要求和国家现行有关标准的规定，如有变 形应经矫正后方可安装 。 3在吊车梁顶面上弹放墨线的安装基准线 ，也可在吊车梁顶面上拉设钢线，作为轨 道安装基准线。 4轨道接头采用鱼尾板连接时，要做到： （1）轨道接头应顶紧，间隙不应大于3mm。接头错位， 不应大于1mm。 （2）伸缩缝应符合设计要求，其允许偏差为3mm。 轨道采用压轨器与吊车梁连接时，要做到：压轨器与吊车 梁上翼应密贴，其间隙不得大于0.5mm，有间隙的长度不 得大于压轨器长度的1/2；压轨器固定螺栓紧固后螺纹露长 不应少于2倍螺距。 5轨道端头与车挡之间的间隙应符合设计要求，当设计无 要求时，应根据温度留出轨道自由膨胀的间隙。两车挡应 与起重机缓冲器同时接触。 五、屋面系统结统结 构安装 1屋架的安装应应在柱子校正符合规规定后进进行。 2对对分段出厂的大型桁架，现场组现场组 装时应时应 符合： （1）现场组现场组 装的平台，支点间间距为为L，支点的高 度差不应应大于L/1000，且不超过过10mm。 （2）构件组组装应应按制作单单位的编编号和顺顺序进进行， 不得随意调换调换 。 （3）桁架组组装，应应先用临时临时 螺栓和冲钉钉固定，腹 杆应应同时连时连 接，经检查经检查 达到规规定后，方可进进行节节 点的永久连连接。 3屋面系统结构可采用扩大组合拼装后吊装，扩 大组合拼装单元宜成为具有一定刚度的空间结构 ，也可进行局部加固达到此目的。 4每跨第一、第二榀屋架及构件形成的结构单元 ，是其他结构安装的基准。安全网、脚手架，临 时栏杆等可在吊装前装设在构件上。垂直支撑、 水平支撑、檩条和屋架角撑的安装应在屋架找正 后进行，角撑安装应在屋架两侧对称进行，并应 自由对位。 5有托架且上部为重屋盖的屋面结构，应将一个 柱间的全部屋面结构构件安装完，并且连接固定 后再吊装其他部分。 6天窗架可组装在屋架上一起起吊。 7安装屋面天沟应保证排水坡度，当天沟 侧壁是屋面板的支承点时，则侧壁板顶面 标高与屋面板其他支承点的标高相匹配。 8屋面系统结构安装允许偏差应符合设计 规定的要求。 六、维护系统结构安装 墙面檩条等构件安装应在主体结构调整定 位后进行。可用拉杆螺栓调整墙面檩条的 平直度。 七、平台、梯子及栏杆的安装 1钢平台、钢梯、栏杆安装应符合设计要 求及有关规定。 2平台钢弧应铺设平整、与支承梁密贴、 表面有防滑措施，栏杆安装牢固可靠，扶 手转角应光滑。 第五节第五节 多层及高层钢结构安装工程多层及高层钢结构安装工程 用于钢结构高层建筑的体系有：框架体系 、框架剪力墙体系、框筒体系、组合筒体 系及交错钢桁架体系等。钢结构具有强度 高、抗震性能好、施工速度快的优点，所 以在高层建筑中得到广泛应用。但同时用 钢量大、造价高、防火要求高。 一、安装前的准备工作 多层及高层钢结构安装工程安装前的准备工作主要包 括： （1）检查并标注定位轴线及标高的位置。 （2）检查钢柱基础，包括基础的中心线、标高、地 角螺栓等。 （3）确定流水施工的方向，划分流水段。 （4）安排钢构件在现场的堆放位置。 （5）选择起重机械。起重机械的选择是多层及高层 钢结构工程安装前准备工作的关键。 一般多层及高层钢结构的安装多采用塔式起重机，并 要求塔式起重机应具有足够的起重能力，臂杆长度应 具有足够的覆盖面；钢丝绳要满足起吊高度的要求； 当需要多机作业时，臂杆要有足够的高差，互不碰撞 并安全运转。 （6）选择吊装方法。多层及高层钢结构的吊装多采 用综合吊装法，其吊装顺序一般是：平面内从中间 的一个节间开始，以一个节间的柱网为一个吊装单 元，先吊装柱，后吊装梁，然后往四周扩展；垂直 方向自下而上，组成稳定结构后，分层次安装次要 构件，一节间一节间钢框架、一层楼一层楼安装完 成。这样有利于消除安装误差累积和焊接变形，使 误差减低到最少限度。 （7）建筑物定位轴线、基础上柱的定位轴线和标高 、地脚螺栓（锚栓）的允许偏差，应符合有关规定 。 二、安装与校正 （一）钢柱的吊装与校正 1钢柱吊装 钢结构高层建筑的柱子，多为34层一节，节与节之 间用坡口焊连接。钢柱吊装前，应预先按施工需要在 地面上把操作挂篮、爬梯等固定在相应的柱子部位上 。钢柱的吊点在吊耳处，根据钢柱的重量和起重机的 起重量，钢柱的吊装可选用双机抬吊或单机吊装，如 图75所示。单机吊装时，需在柱根部垫以垫木，用 旋转法起吊，防止柱根部拖地和碰撞地脚螺栓，损坏 丝扣；双机抬吊时，多用递送法使钢柱在吊离地面后 在空中进行回直。在吊装第一节钢柱时，应在预埋的 地脚螺栓上加设保护套，以免钢柱就位时碰坏地脚螺 栓的丝牙。 2钢柱校正 钢柱就位后，立即对垂直度、轴线、牛腿面标高进行 初校，安设临时螺栓，然后卸去吊索。钢柱上下接触 面间的间隙一般不得大于1.5mm。如间隙在 1.66.0mm之间，可用低碳钢垫片垫实间隙。柱间间 距偏差可用液压千斤顶与钢楔或倒链与钢丝绳或缆风 绳进行校正，如图76如示。柱子安装的允许偏差应 符合有关要求。 3柱底灌浆 在第一节框架安装、校正、螺栓紧固后，即应进行底 层钢柱柱底灌浆，如图77所示。灌浆方法是先在柱 脚四周立模板，将基础上表面清除干净，清除积水， 然后用高强度聚合砂浆从一侧自由灌入至密实，灌浆 后用湿草袋和麻袋覆盖养护。 （二）钢梁的吊装与校正 钢梁在吊装前，应于柱子牛腿处检查标 高和柱子间距，并应在梁上装好扶手杆 和扶手绳，以便待主梁吊装就位后，将 扶手绳与钢柱系牢，以保证施工人员的 安全。钢梁一般可在钢梁的翼缘处开孔 作为吊点，其位置取决于钢梁的跨度。 为加快吊装速度，对重量较小的次梁和 其他小梁，可利用多头吊索一次吊装数 根。 为了减少高空作业，保证质量，并加快吊装 进度，可以将梁、柱在地面组装成排架后进 行整体吊装。当一节钢框架吊装完毕，即需 对已吊装的柱、梁进行误差检查和校正。对 于控制柱网的基准线用线坠或激光仪观测， 其他柱根据基准柱用钢卷尺量测，校正方法 同单层钢结构安装工程柱、梁的校正。 梁校正完毕，用高强螺栓临时固定，再进行 柱校正，紧固连接高强螺栓，焊接柱节点和 梁节点，进行超声波检验。 三、构件间的连接 钢柱之间的连接常采用坡口焊连接。主梁与钢 柱的连接，一般上、下翼缘用坡口焊连接，而 腹板用高强螺栓连接。次梁与主梁的连接基本 上是在腹板处用高强螺栓连接，少量再在上、 下翼缘处用坡口焊连接，如图78所示。柱与 梁的焊接顺序，先焊接顶部柱、梁节点，再焊 接底部柱、梁节点，最后焊接中间部分的柱、 梁节点。 坡口焊连接应先做好准备（包括焊条烘焙、坡口检 查、设电弧引入、引出板和钢垫板，并点焊固定， 清除焊接坡口、周边的防锈漆和杂物，焊接口预热 ）。柱与柱的对接焊接，采用二人同时对称焊接， 柱与梁的焊接亦应在柱的两侧对称同时焊接，以减 少焊接变形和残余应力。 高强螺栓连接两个连接构件的紧固顺序是：先主要 构件，后次要构件。工字形构件的紧固顺序是：上 翼缘下翼缘腹板。同一节柱上各梁柱节点的紧 固顺序是：柱子上部的梁柱节点柱子下部的梁柱 节点柱子中部梁柱节点。每一节点安设紧固高强 度螺栓顺序是：摩擦面处理检查安装连接板（对 孔、扩孔）临时螺栓连接高强螺栓紧固初拧 终拧。 第六节第六节 钢网架结构安装工程钢网架结构安装工程 网架结构是由多根杆件按照一定规律布置，通过结点 连接而成的网格状杆系结构。它改变了一般平面行家 的变力状态，具有空间受力的性能。由于它的外形象 一块平板，因此称为平板形网架。 网架结构的整体性能很好，能有效地承受各种非对称 荷载，集中荷载和动力荷载。由于组成网架的杆件和 节点可以定型化，适用于在工厂成批生产，制作完成 后运到现场拼装，从而使网架的施工做到速度快，精 度高，有利于质量的保证。网架结构的平面布置灵活 ，适用于不规则的建筑平面、大跨度建筑，也可用于 中小跨度建筑中。 网架结构的安装方法可分为高空拼装法、整体安装法 或高空滑移法三种。 一、高空拼装法 高空拼装法是先在地面上搭设拼装支架，然后用起重 机把网架构件分件或分块吊至空中的设计位置，在支 架上进行拼装的方法。此法有时不需大型起重设备， 但拼装支架用量大，高空作业多，因此对高强螺栓连 接的、用螺栓球节点的钢管网架较适宜。 施工前应根据结构特点、构件重量、安装标高、现场 条件及现有设备确定吊装机械。 拼装支架可用木制或钢管制，支架可局部搭设作为活 动式，亦可满堂搭设，如图79所示。局部支架的位 置必须对准网架下弦的支承节点，支架间距不宜过大 ，以免网架安装过程中产生较大下垂。支架高度要方 便操作，用千斤顶调整标高，则支架上表面