建筑结构模块4钢结构

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掌握钢材的主要力学性能以及钢材的破坏形式;熟悉建筑钢结构钢材的选用。能力目标能够判别建筑钢结构用钢材的不同类型。素质目标培养学生具有获取、分析、归纳新知识的能力。099.1建筑钢结构用钢材①了解钢结构材料9.1建筑钢结构用钢材“作用”钢结构具有以下优点：强度高、强重比大；塑性、韧性好；材质均匀，符合力学假定，安全可靠性高；工业化程度高，适合工厂化生产，施工速度快。同时，钢结构也具有耐热不耐火、易锈蚀、耐腐性差等缺点。钢结构广泛应用于：重型结构及大跨度建筑结构；多层、高层及超高层建筑结构；轻钢结构；塔桅等高耸结构；钢-混凝土组合结构。随着我国钢产量的日益增加以及我国用钢政策的调整，钢结构将会更加广泛地应用在各个领域。要深入了解钢结构的特性，首先必须了解钢材的主要力学性能及钢结构用钢的种类。9.1建筑钢结构用钢材9.1.1碳素结构钢碳素结构钢是最普遍的工程用钢，按其碳质量分数的多少，又可分成低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。通常把碳质量分数为

0.03%~0.25%的钢材称为低碳钢，碳质量分数为0.25%~

0.60%的钢材称为中碳钢，碳质量分数为0.60%

~

2.0

%的钢材称为高碳钢。建筑钢结构主要使用的钢材是低碳钢。9.1建筑钢结构用钢材1.普通碳素结构钢按照最新国家标准《碳素结构钢》(GB/T700—2006)规定，碳素结构钢分为四个牌号，即Q195、Q215、Q235和Q275。牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级、脱氧方法符号四个部分按顺序组成。其中：Q———钢材屈服强度,“屈”字汉语拼音首字母；A、B、C、D———质量等级；F———沸腾钢；Z———镇静钢；TZ———特殊镇静钢,相当于桥梁钢。9.1建筑钢结构用钢材对于Q235来说，A、B两级钢的脱氧方法可以是

“Z”

或

“F”,

C级钢只能是

“Z”,

D级钢只能是

“TZ”,其中,用

“Z”与

“TZ”符号时可以省略。

例如:

Q235-A·F表示屈服强度为

235N/mm2

的A级沸腾钢；Q235-B表示屈服极限为

235N/mm2

的B级镇静钢。9.1.1碳素结构钢①了解钢结构材料9.1建筑钢结构用钢材2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢是以满足不同加工要求而赋予相应性能碳素钢。《优质碳素结构钢》(GB/T699—2015)中所列牌号适于建筑钢结构使用的有四个牌号,分别是Q195,Q215A、B,

Q235A、B、C、D,

Q275。9.1.1碳素结构钢9.1建筑钢结构用钢材9.1.2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是指在炼钢过程中添加一些合金元素(其总质量分数不超过5%)的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，使钢结构构件的强度、刚度、稳定性(度

)三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或重负载结构中优点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右的用钢量。9.1建筑钢结构用钢材9.1.2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号表示方法与碳素结构钢一致，即由代表屈服强度的汉语拼音首字母(

Q

)、屈服强度数值、质量等级符号(

A、B、C、D、E

)三部分按顺序排列。根据《低合金高强度结构钢

》(GB/T1591—2008

)，钢的牌号共有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690八种,随着质量等级的变化,其化学成分(熔炼分析)和力学性能也有变化。9.1建筑钢结构用钢材9.1.3

耐大气腐蚀用钢(耐候钢)在普通碳素钢材的冶炼过程中，加入少量特定的合金元素，一般为Cu、P、Cr、Ni等，使之在金属基体表面形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能，这类钢统称为耐大气腐蚀用钢或耐候钢。我国现行生产的这类钢又分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两类。1.高耐候结构钢按照已经实施的国家标准《耐候结构钢》(

GB/T4171—2008

)的规定，这类钢材适用于耐大气腐蚀的建筑结构产品，通常在交货状态下使用。9.1建筑钢结构用钢材9.1.3

耐大气腐蚀用钢(耐候钢)这类钢的耐候性能比焊接结构用耐候钢好，故称为高耐候结构钢。高耐候结构钢按化学成分分为：铜磷钢和铜磷铬镍钢两类。其牌号表示方法是由分别代表“屈服强度”和“高耐候”的汉语拼音首字母Q和GNH、屈服强度数值以及质量等级(A、B、C、D)组成。例如，牌号Q355GHC表示屈服强度为355MPa、质量等级为C级的高耐候结构钢。高耐候结构钢共分Q265GNH、Q295GNH、Q310GNH、Q355GNH四种牌号。9.1建筑钢结构用钢材9.1.3

耐大气腐蚀用钢(耐候钢)2.焊接结构用耐候钢这类耐候钢以保持钢材具有良好的焊接性能为特点，其适用厚度可达100mm。主要用于制作螺栓连接、铆接和焊接的结构件。牌号表示由代表“屈服强度”的汉语拼音首字母Q和“耐候”的字母NH以及钢材的质量等级(A、B、C、D、E)顺序组成；规定共分Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q415NH、Q460NH、Q500NH、Q550NH七种牌号，钢材的质量等级只与钢材的冲击韧性试验温度及冲击功数值有关。9.1建筑钢结构用钢材9.1.4

建筑钢材的规格钢结构所用的钢材主要有热轧钢板、型钢、圆钢以及冷弯薄壁型钢，还有热轧钢管和冷弯焊接钢管，如图9-1所示。图9-1

建筑钢材的规格9.1建筑钢结构用钢材1.热轧钢板和型钢热轧钢板包括厚钢板和薄钢板，表示方法为“

_

宽度×厚度×长度”,单位为mm。钢板的牌号为Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ、Q460GJ、Q500GJ、Q550GJ、Q620GJ、Q690GJ八种。工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分。普通工字钢用号数表示，号数为截面高度(以厘米为单位)。20号以上的工字钢，同一号数根据腹板厚度不同分为a、b、c三类，如I32a、I32b、I32c。轻型工字钢比普通工字钢的腹板薄，翼缘宽而薄。轻型工字钢可用汉语拼音字母“Q”表示，如QI40。9.1建筑钢结构用钢材H型钢比工字钢的翼缘宽度大而且等厚，因此更高效。依据《热轧H型钢和剖分T型钢》(GB/T11263—2017)，热轧H型钢分为宽翼缘H型钢、中翼缘H型钢和窄翼缘H型钢，代号分别为HW、HM和HN，型号采用“高度×宽度”来表示，如HW400×400、HM500×300、HN700×300。H型钢的两个主轴方向的惯性矩接近，使构件受力更加合理。目前，H型钢已广泛应用于高层建筑、轻型工业厂房和大型工业厂房中。9.1建筑钢结构用钢材槽钢的规格以代号和[“截面高度(mm)×翼缘宽度(mm)×腹板厚度(mm)”表示，如[

200×73×7。此外

,也可以用型号表示，即用代号和[截面高度的厘米数以及

a、b、c等表示(意义同工字钢)

,如[

200×73×7也可以表示为

[

20a。角钢有等边角钢和不等边角钢两种。如∟100×10表示边长为100mm，厚度为10mm

的等边角钢，∟100×80×8表示长边为100mm，短边为80mm，厚度为8mm的不等边角钢。钢管常用热轧无缝钢管和焊接钢管。用“φ外径×壁厚”表示，单位为mm，如φ102×5。9.1建筑钢结构用钢材2.冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧制成，其截面形式及尺寸按合理方案设计。薄壁型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材，在轻钢结构中得到广泛应用，主要用作厂房的檩条、墙梁。冷弯型钢的壁厚一般为1.5~12mm，国外已发展到25mm，但用作承重结构受力构件时，壁厚不宜小于2mm，需采用Q235钢或Q345钢，且应保证其屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验和硫、磷的质量分数合格；对于焊接结构应保证碳质量分数合格。成形后的型材不得有裂纹。099.2钢材的力学性能9.2钢材的力学性能“作用”钢结构在使用过程中会受到各种形式的作用，因此要求钢材应具有良好的力学性能、加工性能和耐腐蚀性能，以保证结构安全可靠。9.2钢材的力学性能“作用”低碳钢在单向拉伸时的σ-ε曲线是通过静力拉伸试验得到的，如图9-2所示。从图9-2可以看出，钢材的工作特性可以分成如下几个阶段:9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线图9-2钢材的σ-ε曲线9.2钢材的力学性能“作用”1.弹性阶段（OAB段

）在曲线OAB段,钢材处于弹性阶段,当荷载增加时变形也增加，当荷载降到0

(完全卸载

)时变形也降到0

(曲线回到原点)。其中，OA段是一条线段,荷载与伸长成正比，符合胡克定律。A点对应的应力称为比例极限，用fp表示；B点对应的应力称为弹性极限，用fe表示。由于比例极限和弹性极限非常接近，试验中很难加以区别，所以实际应用中常将二者视为相等。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”2.屈服阶段（BCD段

）当应力超过弹性极限后，应力不再增加，仅有些微小的波动；而应变却在应力几乎不变的情况下急剧增长，材料暂时失去了抵抗变形的能力。这种现象一直持续到D

点。这种应力几乎不变、应变却不断增加，从而产生明显塑性变形的现象，称为屈服现象。在该阶段中，曲线第一次上升到达的最高点，称为上屈服点，曲线首次下降所达到的最低点，称为下屈服点，即屈服极限，用fy表示。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”3.强化阶段（DE段

）经过屈服阶段以后，从D点开始曲线又逐渐上升，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加应力，这种现象称为材料的强化。此时钢材的弹性并没有完全恢复，塑性特性非常明显，此时若将外力慢慢卸去，应力-应变关系将沿着与OA段近乎平行的直线下降。这说明材料的变形已不能完全消失，其中，能消失的变形称为弹性变形(应变)；残留下来的变形称为塑性变形(应变)。曲线最高点E点，是材料所能承受的最大荷载，其对应的应力，称为强度极限或抗拉强度，用fu表示。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”4.颈缩阶段（EF段

）当应力超过极限强度时，在试件材料质量较差处，截面出现横向收缩，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，这种现象称为颈缩。此时，应力不断降低，变形却持续发展，直至

F

点试件断裂。由以上现象可以看到，当应力到达屈服极限fy时，钢材会产生显著的塑性变形；当应力到达抗拉强度(强度极限

)

fu时，钢材会由于局部变形而导致断裂，这都是工程实际中应当避免的。因此，屈服极限和抗拉强度是反映钢材强度的两个主要性能指标。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”5.单向拉伸试验的几个力学性能指标(

1

)比例极限

(

fp)和弹性极限

(

fe)应力小于比例极限时，应力、应变为直线关系。弹性极限比比例极限略高，在应力小于弹性极限时，钢材处于弹性阶段，若在此时卸载，则拉伸变形可以完全恢复。弹性阶段应力-应变曲线的斜率就是钢材的弹性模量。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”(

2

)屈服极限(

fy)应力达到屈服极限后，应力基本保持不变而应变持续发展，形成屈服台阶，钢材进入塑性阶段。设计时，屈服极限被视为静力强度的承载力极限，其原因是：①屈服极限可以看成弹性工作和塑性工作的分界点。应力达到屈服极限后，塑性变形很大，极易察觉，可及时处理而不致破坏。②应力达到屈服极限后，钢材仍可以继续承载

(到达极限强度后才破坏)，这样，钢材有必要的安全储备。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”计算时可以假设钢材为理想的弹塑性体。这是因为钢材在屈服极限之前的性质接近理想的弹性体，屈服极限之后的屈服现象又接近理想的塑性体，并且应变的范围已足够用来考虑结构或构件的塑性变形的发展，因此可以认为钢材是理想的弹塑性材料，并将屈服极限

fy作为钢材弹性和塑性的分界点，如图9

-3所示。这就为进一步发展钢结构的计算理论提供了基础。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线图9-3理想的弹塑性体9.2钢材的力学性能“作用”高强度钢没有明显的屈服极限，可将卸载后残余应变为0.2%所对应的应力作为屈服强度(有时用f0.2表示），也称名义屈服或条件屈服。钢结构设计中对以上二者不加以区别，统称为屈服强度，用fy表示。(

3

)极限(抗拉

)强度

(

fu

)屈服台阶过后，钢材内部组织经过调整，对荷载的抵抗能力有所提高，钢材进入强化阶段。应力达到极限强度fu时，试件在最薄弱处出现“颈缩”现象，随之破坏。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”(4)屈强比屈强比是指屈服强度和抗拉强度的比值，它是衡量钢材强度储备的一个系数。抗拉强度

fu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，钢材已由于产生很大的塑性变形而失去使用性能，但是抗拉强度高则可增加结构的安全保障，因此将屈服强度和抗拉强度的比值fy/fu定义为屈强比，作为衡量钢材强度储备的一个系数。屈强比越低，钢材的安全储备越大。9.2.1钢材的应力-应变(σ-ε)曲线9.2钢材的力学性能“作用”塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。δ、ψ值越大,钢材的塑性越好。δ与ψ可由静力拉伸试验得到。9.2.2钢材的塑性9.2钢材的力学性能1.伸长率伸长率δ等于试件拉断后原标距的伸长值和原标距比值的百分率，即9.2.2钢材的塑性式中

δ

———

伸长率；l

0———

试件原标距；

l1———

试件拉断后的标距。9.2钢材的力学性能2.断面收缩率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，即9.2.2钢材的塑性式中

ψ

———

断面收缩率；

A0———

试件原断面面积；

A1———

试件拉断后颈缩区的断面面积。9.2钢材的力学性能“作用”钢材的冷弯性能是指钢材在冷加工(

常温下加工

)中产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。钢材的冷弯性能用冷弯试验来检验。冷弯试验在材料试验机上进行，通过冷弯冲头加压，如图9

-4

所示。当试件弯曲至180°时，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面。如无裂纹、断裂或分层，则认为试件冷弯性能合格。9.2.3钢材的冷弯性能图9-4冷弯试验9.2钢材的力学性能“作用”钢材的强度和塑性指标是由静力拉伸试验获得的，当其用于承受动力荷载时，显然有很大的局限性。衡量钢材抗冲击性能的指标是钢材的韧性。韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它与钢材的塑性有关而又不同于塑性，是强度与塑性的综合表现。韧性指标用冲击韧性值

αk表示，由冲击试验获得。它是判断钢材在冲击荷载作用下是否出现脆性破坏的主要指标之一。9.2.4钢材的冲击韧性9.2钢材的力学性能在冲击试验中,一般采用截面尺寸为10mm×10mm，长度为

55mm，中间开有小槽(夏氏V形缺口)的长方形试件，放在摆锤式冲击试验机上进行试验，如图9-5所示。冲断试样后，可求出αk

值。即9.2.4钢材的冲击韧性图9-5冲击试验9.2钢材的力学性能“作用”式中

αk

———

冲击韧性值，N·m/cm2（或J/cm2）；

Ak

———

试件原断面面积；W———

摆锤质量，N；h1、h2———冲断前、后的摆锤高度，m；

An

———

试件缺口处的净截面面积，cm2。9.2.4钢材的冲击韧性9.2钢材的力学性能“作用”钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性是指焊接构件对产生裂纹的敏感性；使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材的性能。一般来说，可焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后焊缝金属及其附近热影响区的金属不产生裂纹，并且其机械性能不低于母材的机械性能。9.2.5钢材的可焊性THANKYOU建筑结构模块四钢结构目录页了解钢结构材料理解钢结构的连接设计钢基本构件设计钢屋盖了解门式刚架轻型钢结构知识目标

掌握焊缝连接的构造及计算、螺栓连接的构造及受力性能;熟悉钢结构连接的种类及其特点、焊缝连接缺陷及焊缝连接质量检验;了解焊接残余应力和残余变形产生的原因及其危害和减少焊接残余应力的措施。能力目标能够判别钢结构连接的种类。素质目标培养学生踏实认真的求学精神。1010.1钢结构连接的种类及其特点10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”钢结构的构件是由钢板、型钢等通过连接构成的，如梁、柱、桁架等，运到工地后再通过一定的安装连接而形成整个结构。因此，连接在钢结构中占有枢纽地位。设计任何钢结构都会遇到连接问题。钢结构的连接设计必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接和轻型钢结构的紧固件连接四种，如图10

-1所示。图10-1

钢结构的连接方法10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法。其优点包括：不削弱构件截面，节约材料；构造简单，对钢材的任何方位、角度和形状一般都可直接连接；密封性能好，连接的刚度大；制造方便，可采用自动化作业，生产效率高。其缺点有；焊缝附近钢材因焊接高温作用形成热影响区，其材质变脆；焊接残余应力和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响；焊接结构对裂纹很敏感，一旦产生局部裂纹，就很容易扩展到整体，低温冷脆现象较为严重；焊接的塑性和韧性较差，施焊时可能产生缺陷，使疲劳强度降低。10.1.1焊缝连接的特点10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两类。其优点有：施工工艺简单、安装方便，特别适用于工地安装连接，工程进度和质量易得到保证；装拆方便，适用于需装拆结构的连接和临时性连接。其缺点有：对构件截面有一定的削弱；有时在构造上还需增设辅助连接件，故用料增加，构造较繁；螺栓连接需制孔，拼装和安装时需对孔，工作量增加，且对制造的精度要求较高。螺栓连接也是钢结构连接的重要方式之一。10.1.2螺栓连接的种类及特点②理解钢结构的连接10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”1.普通螺栓连接普通螺栓分A、B、C三级。其中A级和B级为精制螺栓,螺栓材料的性能等级为5.6级和8.8级(其抗拉强度分别不小于500N/mm2和800N/mm2，屈强比分别为0.6和

0.8

)，这种螺栓须经车床加工精制而成，表面光滑，精度较高。且要求配用

I

类孔，即螺栓孔须在装配好的构件上钻成或扩钻成孔，为保证精度,如在单个零件上钻孔，则需分别使用钻模钻制。I类孔孔壁光滑，对孔准确。C级螺栓为粗制螺栓，螺栓材料的性能等级为4.6级和4.8级(其抗拉强度不小于400N/mm2,屈强比分别为0.6和0.8

)，做工较粗糙，尺寸不很准确。一般配用II类孔，即螺栓孔在零件上一次冲成，或不用钻模钻成。10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”A级、B级螺栓孔径

d0

比螺杆直径d大0.3~0.5mm，其连接抗剪和承压强度高，连接变形小，但由于成本高、制造安装较困难，故一般较少采用。C级螺栓孔径d0比螺杆直径

d大1.5~3.0mm，一般情况下，C级螺栓要求：螺栓公称直径d≤16mm时，d0比

d大1.5mm；d=18~24mm时，d0比

d大

2.0mm；d=27~30mm时，d0比d大3.0mm。其连接传递剪力时，连接变形较大，但传递拉力的性能尚好。C级螺栓常用于承受拉力的安装螺栓连接、次要结构的受剪连接以及安装时的临时固定。普通螺栓连接的优点是装拆方便，不需要特殊设备。10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”2.高强度螺栓连接高强度螺栓的性能等级分为8.8级(用45钢、35钢制成)和10.9级(用40B钢和20MnTiB钢制成

)，表示螺栓抗拉强度分别不低于800N/mm2和1000N/mm2，且屈强比分别为0.8和0.9。高强度螺栓连接分为摩擦型螺栓连接和承压型螺栓连接两种。摩擦型螺栓连接是只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则。其整体性和连接刚度好、变形小、受力可靠、耐疲劳，特别适用于承受动力荷载的结构。10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”承压型螺栓连接允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。其设计承载力高于摩擦型螺栓连接，但整体性和刚度较差、剪切变形大、动力性能差，只适用于承受静力或间接动力荷载结构中允许发生一定滑移变形的连接。摩擦型螺栓孔径d0应比螺杆直径d大1.5~2.0mm；承压型螺栓孔径d0

应比螺杆直径d大1.0~1.5mm。高强度螺栓连接的缺点是在扳手、材料、制造和安装方面有一些特殊的技术要求，价格较贵。10.1钢结构连接的种类及其特点铆钉连接有热铆和冷铆两种，热铆是将烧红的钉坯插入构件的钉孔中，然后用铆钉枪或压铆机挤压铆合而成的。冷铆是在常温下铆合而成的。在建筑结构中一般采用热铆。铆钉连接在受力和计算上与普通螺栓连接相仿，其特点是传力可靠，塑性、韧性均较好，但其制造费工费料，且劳动强度高，施工麻烦，打铆时噪音大，劳动条件差，目前已极少采用。10.1.3铆钉连接的种类及特点10.1钢结构连接的种类及其特点“作用”在冷弯薄壁轻型钢结构中经常采用射钉、自攻螺钉、钢拉铆钉等机械式连接方法，主要用于压型钢板之间及压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接。10.1.4轻型钢结构的紧固件连接的种类及特点1010.2焊缝连接10.2

焊缝连接“作用”钢结构常用的焊接方法是电弧焊，根据操作的自动化程度和焊接时用以保护熔融金属的物质种类，电弧焊分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。1.手工电弧焊手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单，操作灵活方便，适用于任意空间位置的焊接，应用极为广泛。但生产效率比自动或半自动埋弧焊低，质量较差，且变异性大，焊缝质量在一定程度上取决于焊工的技术水平，劳动条件差。10.2.1焊接方法10.2

焊缝连接“作用”手工电弧焊由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成电路。通电后，在涂有药皮的焊条与焊件间产生电弧。电弧的温度可高达3000°C。在高温作用下，焊条熔化，滴入在焊件上被电弧吹成的熔池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后形成焊缝。同时焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气中的氧、氮等气体与熔池中的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物，如图10-2所示。10.2.1焊接方法图10-2手工电弧焊10.2

焊缝连接“作用”手工电弧焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条，其牌号有E43型、E50型和E55

型等。手工电弧焊所用的焊条应与焊件钢材相适应。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钢和Q420钢采用E55型焊条。当不同强度的两种钢材连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。10.2.1焊接方法10.2

焊缝连接“作用”2.自动或半自动埋弧焊自动或半自动埋弧焊的原理是电焊机可沿轨道按规定的速度移动，外表裸露、不涂焊药的焊丝成卷装置在焊丝转盘上，焊剂呈散状颗粒装在漏斗中，焊剂从漏斗中流下来覆盖在焊件上的焊剂层中。通电引弧后，因电弧的作用，焊丝、焊件和焊剂熔化，焊剂熔渣浮在熔融焊缝金属上面，阻止熔融金属与空气的接触，并供给焊缝金属必要的合金元素。10.2.1焊接方法10.2

焊缝连接“作用”随着焊机的自动移动，颗粒状的焊剂不断地由漏斗流下，电弧完全埋在焊剂之内，同时焊丝也自动下降，所以称其为自动埋弧焊，如图10

-3所示。自动埋弧焊焊缝的质量稳定，焊缝内部缺陷很少，所以质量比手工电弧焊高。半自动埋弧焊是人工移动焊机，它的焊缝质量介于自动埋弧焊与手工电弧焊之间。自动或半自动埋弧焊应采用与被连接件金属强度相匹配的焊丝与焊剂。10.2.1焊接方法图10-3自动埋弧焊10.2

焊缝连接“作用”3.气体保护焊气体保护焊的原理是在焊接时用喷枪喷出的惰性气体和二氧化碳气体在电弧周围形成局部保护层，防止有害气体侵入焊缝并保证了焊接过程的稳定。操作时可用自动或半自动方式，如图10-4所示。10.2.1焊接方法图10-4气体保护焊10.2

焊缝连接“作用”气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣形成，能够清楚地看到焊缝的成形过程；又由于热量集中，焊接速度较快，焊件熔深大，所能形成的焊缝强度比手工电弧焊高，且具有较高的抗腐蚀性，适于全方位的焊接。但气体保护焊操作时须在室内避风处，若在工地施焊，则须搭设防风棚。10.2.1焊接方法②理解钢结构的连接10.2

焊缝连接“作用”1.焊缝连接的形式焊缝连接按被连接构件的相对位置可分为对接、搭接、T形连接和角连接四种形式，这些连接所用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝两种焊缝形式，如图10

-5所示。在具体应用时，应根据连接的受力情况、结构制造、安装和焊接条件进行适当的选择。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接“作用”对接连接主要用于厚度相同或相近的两构件间的相互连接。如图10-5

(

a

)所示为采用对接焊缝的对接连接，由于被连接的两构件在同一平面内，因而传力较均匀平顺，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，对所连接的两块板的间隙和坡口尺寸有严格要求。如图10-5

(

b

)所示为用双层盖板和角焊缝的对接连接，这种连接受力情况复杂、传力不均匀、费料；但因不需要开坡口，所以施工简便，且所连接的两块板的间隙大小不需要严格控制。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接“作用”如图10-5

(

c

)所示为用角焊缝的搭接连接，特别适用于不同厚度构件的连接。其传力不均匀、材料较费，但构造简单、施工方便，目前还广泛应用。如图10-5

(

d

)所示为用角焊缝的T形连接，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于承受静力荷载或间接动力荷载结构的连接中。如图10-5

(

e

)所示为用K形坡口焊缝的

T形连接，用于直接承受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁的上翼缘与腹板的连接。如图10-5

(

f

)所示为用角焊缝的角连接，主要用于制作箱形截面。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接“作用”10.2.2焊缝连接与焊缝的形式图10-5焊缝连接的形式10.2

焊缝连接“作用”2.焊缝的形式按照焊缝与所受力方向的关系，对接焊缝分为正对接焊缝和斜对接焊缝，如图10

-6

(

a

)和图10

-6

(

b

)所示。角焊缝又分为正面角焊缝(

端缝

)、侧面角焊缝(侧缝)和斜焊缝(斜缝)，如图10

-6

(

c

)所示。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接“作用”10.2.2焊缝连接与焊缝的形式图10-6焊缝的形式10.2

焊缝连接“作用”角焊缝按沿长度方向的布置分为连续角焊缝和断续角焊缝两种，如图10

-7所示。连续角焊缝的受力性能较好，断续角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。断续角焊缝焊段的长度

l1≥10hf(

hf为角焊缝的焊脚尺寸)或50mm，其净距应满足：对受压构件，l≤15t；对受拉构件，l≤30t(t为较薄焊件的厚度)。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接10.2.2焊缝连接与焊缝的形式图10-7连续角焊缝和断续角焊缝10.2

焊缝连接“作用”焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊和仰焊，如图10

-8所示。平焊也称俯焊，施焊方便，质量易保证；横焊、立焊施焊要求焊工的操作水平较平焊要高一些，质量较平焊低；仰焊的操作条件最差，焊缝质量最不易保证，因此设计和制造时应尽量避免采用仰焊。10.2.2焊缝连接与焊缝的形式10.2

焊缝连接10.2.2焊缝连接与焊缝的形式图10-8焊缝施焊位置10.2

焊缝连接“作用”1.焊缝缺陷焊缝缺陷是指在焊接过程中产生于焊缝金属或其附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的焊缝缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透，以及焊缝尺寸不符合要求，焊缝成形不良等，如图10

-9所示。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接“作用”10.2.3焊缝质量级别图10-9焊缝缺陷10.2

焊缝连接“作用”2.焊缝质量验收焊缝缺陷的存在使焊缝的受力面积削弱，并在缺陷处引起应力集中，所以对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。因此，焊缝质量验收非常重要。焊缝质量验收一般可采用外观检查和内部无损检验，前者检查外观缺检查内部缺陷。内部无损检验目前广泛采用超声波检验。此外,还可采用X射线和γ射线透视或拍片。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接焊缝质量级别按《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)分为三级:三级焊缝只要求对全部焊缝进行外观检查;二级焊缝除要求对全部焊缝进行外观检查外,还对部分焊缝进行超声波等内部无损检验;一级焊缝除要求对全部焊缝进行外观检查和内部无损检验外,这些检查还都应符合相应级别质量标准。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接“作用”3.焊缝质量等级的规定《钢结构设计标准》(GB50017—2017)根据钢结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，对焊缝质量等级进行了具体规定。(1)在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质量等级为：作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接(2)不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透，其质量等级为：受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。(3)重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头要求焊透，焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接(4)不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝,以及搭接连接采用的角焊缝,其质量等级为:对直接承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构和吊车起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁,焊缝的外观质量标准应符合二级;对其他结构,焊缝的外观质量标准可为三级。10.2.3焊缝质量级别10.2

焊缝连接在钢结构施工图上,要用焊缝符号标明焊缝的形式、尺寸和辅助要求。根据国家标准《焊缝符号表示法》(GB/T324—2008)和《建筑结构制图标准》(GB/T50105—2010)的规定，焊缝符号主要由引出线和基本符号组成，必要时还可加上辅助符号、补充符号和栅线符号，见表10-1。10.2.4焊缝符号及标注方法表

10-110.2

焊缝连接1.对接焊缝的形式和构造对接焊缝的焊件边缘常需加工成坡口，故又称坡口焊缝。其坡口形式和尺寸应根据焊件厚度和施焊条件来确定。按照保证焊缝质量、便于施焊和减小焊缝截面的原则，根据《钢结构焊接规范》(GB50661—2011)中推荐的焊接接头基本形式和尺寸，常见的坡口形式有I形、单边V形、V形、J形、U形、K形和X形等，如图10-10所示。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-10对接焊缝常见的坡口形式10.2

焊缝连接焊件较薄(手工电弧焊t

=3~6mm；自动埋弧焊t=6~10mm)时，不开坡口，即采用I形坡口，如图10

-10(a)所示；中等厚度焊件(手工电弧焊t=6~16mm；自动埋弧焊t=10~20mm)宜采用有适当斜度的单边V形、V形或J形坡口，如图10-10(b)~图10-10(d)所示；较厚焊件(手工电弧焊t>16mm;自动埋弧焊t>20mm)宜采用U形、K形或X形坡口焊，如图10-10(e)~图10

-

10(g)所示。U形、K形或

X形坡口与V形坡口相比，截面面积小，但加工费工。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接V形和U形坡口焊缝主要为正面焊，对反面焊时应清根补焊，以达到焊透。若不具备补焊条件，或因装配条件限制间隙过大时，应在坡口下面预设垫板，来阻止熔融金属流淌和使根部焊透，如图10-10(

h)所示。K形和X形坡口焊缝均应清根并双面施焊。图10

-10中p为钝边(手工焊为0~3mm，自动埋弧焊一般为2~6mm)，可起托住熔融金属的作用；b为间隙(手工焊一般为0~3mm，自动埋弧焊一般为0

)，可使焊缝有收缩余地，并使各斜坡口组成一个施焊空间，确保焊条得以运转，焊缝能够焊透。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接当用对接焊缝拼接不同宽度或厚度的焊件且差值超过4mm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∶2.5的斜坡，如图10

-11所示，使截面平缓过渡，减少应力集中。直接承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，变宽、变厚处的斜角坡度不应大于1∶4。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-11不同宽度或厚度钢板的拼接10.2

焊缝连接钢板的拼接当采用纵、横两个方向的对接焊缝时，可采用十字形交叉(图10-12(a))或

T

形交叉(图10-12(b))。当为T形交叉时，交叉点的间距a不得小于200mm。对接焊缝两端因起弧和灭弧影响，常不易焊透而出现凹陷的弧坑，此处极易产生应力集中和裂纹现象。为消除以上不利影响，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，如图10

-13所示，材质与被焊母材相同，焊接完毕后用火焰切除，并修磨平整。当某些情况下无法采用引弧板时，每条焊缝计算长度应为实际长度减2t(t为较薄焊件厚度

)。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-12交叉焊缝图10-13引弧板10.2

焊缝连接2.角焊缝的形式和构造(

1

)角焊缝的形式角焊缝是沿着被连接板件之一的边缘施焊而成的，角焊缝根据两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝(图10

-14(a)~图10-14(c)

)和斜角角焊缝(图10

-14(d)~图10-14(f)

)，在钢结构中，最常用的是直角角焊缝，斜角角焊缝主要用于钢管结构中。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接直角角焊缝按其截面形式可分为普通型(图10-14(a))、平坦型(图10-14(b))和凹面型(图10-14(c))三种，钢结构一般采用普通型角焊缝，但其力线弯折较多，应力集中严重。对直接承受动力荷载的结构，为使传力平顺，正面角焊缝宜采用平坦型，侧面角焊缝宜采用凹面型。普通型角焊缝截面的两个直角边长hf称为焊脚尺寸。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在45°喉部截面，通常认为直角角焊缝以45°方向的最小截面作为有效截面(或称计算截面)。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接其截面厚度称为有效厚度或计算厚度he，直角角焊缝的计算厚度，当焊件间隙b≤1.5mm时，he=0.7hf

；当1.5mm<b≤5mm时，he=0.7(hf-b)，凹面型和平坦型焊缝的hf和he分别按图10

-14(b)和图10-14(c)采用。角焊缝按其长度方向和外力作用方向的不同可分为垂直于力作用方向的正面角焊缝和平行于力作用方向的侧面角焊缝，以及与力作用方向成斜交的斜向角焊缝，如图10

-15所示。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-14角焊缝的形式10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-15角焊缝截面1—正面角焊缝；2—侧面角焊接；3—斜向角焊缝10.2

焊缝连接(2)角焊缝的构造要求①

最小焊脚尺寸角焊缝最小焊脚尺寸见表。10.2.5焊缝的构造角焊缝最小焊脚尺寸10.2

焊缝连接②

最大焊脚尺寸焊件较薄，角焊缝的焊脚尺寸过大，焊接时热量输入过大，焊件将产生较大的焊接残余应力和残余变形，较薄焊件易烧穿。板件边缘的角焊缝与板件边缘等厚时，施焊时易产生咬边现象。《钢结构设计标准》(GB50017—2017

)规定

h

fmax≤1.2tmin式中tmin———

较薄焊件厚度(钢管结构除外)，mm，如图10-16(a)所示。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接对图10

-16(b)所示板件(厚度为t1)边缘的角焊缝hfmax还应符合：当t1>6mm时，hfmax≤t1-(1~2)mm；当t1≤6mm时，hfmax≤t1。10.2.5焊缝的构造图10-16角焊缝的焊脚尺寸10.2

焊缝连接③不等焊脚尺寸当焊件厚度相差较大，且采用等焊脚尺寸无法满足最大和最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸，即与较薄焊件接触的焊脚尺寸满足hf≤1.2t1

，与较厚焊件接触的焊脚尺寸满足hf≥1.5t2

，其中t2>t1

，如图10

-16(c)所示。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接④侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小，且随焊缝长度与其焊脚尺寸之比的增大而差别增大。当焊缝过长时，焊缝两端应力可能达到极限，两端首先出现裂缝，而焊缝中部还未充分发挥其承载力。因而，《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定，侧面角焊缝的最大计算长度取lw≤60hf。当实际长度大于上述规定数值时，其超过部分在计算中不予考虑；当内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。如工字形截面柱或梁的翼缘与腹板的连接焊缝等。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接⑤最小计算长度角焊缝焊脚大而长度过小时，将使焊件局部加热严重，并且起弧、灭弧的弧坑相距太近，以及可能产生的其他缺陷，使焊缝不够可靠。因此，《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定，lw≥8hf且lw≥40mm。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接⑥当板件端部仅用两侧面角焊缝连接时，为避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均匀，《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定，侧面角焊缝长度l≥b，如图10

-17(a)所示；为避免焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，如图10

-17(b)所示，《钢结构设计标准》(GB50017—2017）规定，b≤16t（t>12mm）或190mm（t≤12mm)(t为较薄焊件厚度)。当宽度b不满足上述规定时，应加正面角焊缝。10.2.5焊缝的构造10.2

焊缝连接10.2.5焊缝的构造图10-17仅用两侧焊缝连接构造要求10.2

焊缝连接⑦在搭接连接中，为了减少焊缝收缩产生的残余应力以及偏心产生的附加弯矩，规定搭接长度ld≥5tmin

，且不得小于25mm，如图10

-18所示。10.2.5焊缝的构造图10-18搭接长度要求10.2

焊缝连接⑧当角焊缝的端部在构件的转角处时，为了避免起弧、灭弧的缺陷发生在应力集中较严重的转角处。规定在转角处做长度为

2

hf的绕角焊，且在施焊时必须在转角处连续焊(不能断弧)，如图10

-19所示。10.2.5焊缝的构造图10-19角焊缝的绕角焊1010.3普通螺栓连接1.螺栓的规格钢结构工程中采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字母M与公称直径的毫米数表示，建筑工程常用M16、M20、M24等螺栓。钢结构施工图采用的螺栓及孔的图例见表10

-3。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接钢结构施工图采用的螺栓及孔的图例表10

-

32.螺栓的排列螺栓的排列应简单紧凑、整齐划一并便于安装紧固，通常采用并列和错列两种形式，如图10

-20所示。其特点是：并列简单，但螺栓孔对截面削弱较大；错列紧凑，减少截面削弱，但排列较繁。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接10.3.1普通螺栓连接的构造图10-20螺栓的排列10.3普通螺栓连接不论采用哪种排列方法，螺栓间距及螺栓到构件边缘的距离应满足下列要求:(1)受力要求：螺栓间距及螺栓到构件边缘的距离不应太小，以免螺栓之间的钢板截面削弱过大造成钢板被拉断，或边缘处螺栓孔前的钢板被冲剪断。对于受压构件，平行于力方向的栓距不应过大，否则螺栓间钢板可能鼓曲。(2)构造要求：螺栓中距及边距不应过大，否则被连接的钢板不能紧密贴合，潮气容易侵入缝隙，引起钢板锈蚀。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接(3)施工要求：螺栓间距应有足够的空间，以便于转动扳手，拧紧螺母。《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定了螺栓中心间距、端距及边距的最大、最小限值，见表10-4。型钢(普通工字钢、角钢和槽钢)上的螺栓排列，除了要满足表10

-4的要求外，还应注意不要在靠近截面倒角和圆角处打孔，并应分别符合表10

-5

~表10

-7的要求。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接螺栓或铆钉的最大、最小限值表10

-4

角钢上螺栓线距表mm表10

-5

普通工字钢上螺栓线距表mm表10

-6

普通槽钢上螺栓线距表mm表10

-73.螺栓连接的构造要求螺栓连接除了应满足上述螺栓排列的限值要求外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：(1)为使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，不宜少于两个永久性螺栓。对于组合构件的缀条,其端部连接可采用一个螺栓。(2)直接承受动力荷载的普通受拉螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。如采用弹簧垫圈，或将螺帽和螺杆焊死等方法。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接(3)C级螺栓与孔壁的间隙较大，宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接、承受静力荷载的可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：吊车梁或制动梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用,所以不得采用C级螺栓。制动梁与吊车梁上翼缘的连接，承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接柱间支撑与柱的连接,以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘与柱的连接等承受剪力较大的部位，均不得采用C级螺栓承受剪力。(4)由于型钢的抗弯刚度较大,采用高强度螺栓时不易使摩擦面紧密贴合,故其拼接件宜采用钢板。10.3.1普通螺栓连接的构造10.3普通螺栓连接螺栓连接按螺栓传力方式可分为受剪螺栓连接、抗拉螺栓连接和同时受拉受剪螺栓连接，如图10-21所示。受剪螺栓连接是连接受力后使被连接件的接触面产生相对滑移倾向的螺栓连接，它依靠螺杆的受剪和螺杆对孔壁挤压来传递垂直于螺杆方向的外力；受拉螺栓连接是连接受力后使被连接件的接触面产生相互脱离倾向的螺栓连接，它由螺杆直接承受拉力来传递平行于螺杆的外力；连接受力后产生相对滑移和脱离倾向的螺栓连接是同时受拉受剪螺栓连接，它依靠螺杆的承压、受剪和直接承受拉力来传递外力。10.3.2普通螺栓连接的受力性能10.3普通螺栓连接10.3.2普通螺栓连接的受力性能图10-21普通螺栓按传力方式分类10.3普通螺栓连接1.

受剪螺栓连接受剪螺栓受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。当连接处于弹性阶段时，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。如图10-22

所示。10.3.2普通螺栓连接的受力性能10.3普通螺栓连接10.3.2普通螺栓连接的受力性能图10-22螺栓的内力分布10.3普通螺栓连接连接工作经历了三个阶段：弹性阶段；相对滑移阶段；弹塑性阶段。受剪螺栓连接在荷载的作用下，可能有五种破坏形式：①螺杆被剪断；②板件被挤压破坏或螺栓承压破坏；③板件被拉断；④板件端部被冲剪破坏；⑤螺杆弯曲破坏。如图10-23所示。为保证螺栓连接能安全承载，对第①、②种破坏，通过计算单个螺栓的承载力来控制；对第③种破坏，通过验算构件净截面强度来控制；对第④⑤种破坏，通过采取一定构造措施来控制，保证螺栓间距及边距不小于表10-4的规定，可避免构件端部板被剪坏，限制板叠厚度不超过螺杆直径的5倍，可防止螺杆弯曲破坏。10.3.2普通螺栓连接的受力性能10.3普通螺栓连接10.3.2普通螺栓连接的受力性能图10-23受剪螺栓连接的破坏形式10.3普通螺栓连接2.

受拉螺栓连接受拉螺栓的破坏形式一般表现为螺杆被拉断，拉断的部位通常在螺纹削弱的截面处。如图10-24(a)所示为柱翼缘与牛腿用螺栓连接。螺栓群在弯矩作用下，连接的上部牛腿与翼缘有分离的趋势，使螺栓群的旋转中心下移。通常近似假定螺栓群绕最底排螺栓旋转，各排螺栓所受拉力的大小与该排螺栓到转动轴线的距离

y成正比。因此顶排螺栓(1号)所受拉力最大，如图10-24(b)所示。10.3.2普通螺栓连接的受力性能10.3普通螺栓连接10.3普通螺栓连接10.3.2普通螺栓连接的受力性能图10-24弯矩作用下的受拉螺栓10.3普通螺栓连接3.

同时受拉受剪螺栓连接如图10-25所示，螺栓群承受偏心力F的作用，将F向螺栓群简化，可知螺栓群同时承受剪力V=F和弯矩M=Fe的作用。同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓连接，应考虑两种可能的破坏形式：①螺杆受剪力兼受拉力破坏；②孔壁承压破坏。对于C级螺栓，一般不允许受剪(承受静力荷载的次要连接或临时安装连接除外)，可设置承托受剪力，螺栓只承受弯矩产生的拉力。10.3.2普通螺栓连接的受力性能10.3普通螺栓连接10.3.2普通螺栓连接的受力性能图10-25螺栓同时承受拉力和剪力作用1010.4高强度螺栓连接高强度螺栓连接有摩擦型和承压型两种。摩擦型高强度螺栓的连接较承压型高强度螺栓的变形小，承载力小，耐疲劳、抗动力荷载性能好；而承压型高强度螺栓连接承载力大，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受静力荷载和间接动力荷载结构中的连接。高强度螺栓的构造和排列要求，除螺杆与孔径的差值较小外，与普通螺栓相同。高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。10.4高强度螺栓连接目前我国采用的高强度螺栓性能等级，按热处理后的强度分为8.8级和10.9级。8.8级的高强度螺栓采用中碳钢中的45钢和35钢制成。10.9级的高强度螺栓采用20MnTiB

钢(20锰钛硼)、40B(40硼)钢和35VB(35钒硼)钢制成；螺母常用45钢、35钢和15MnVB(15锰钒硼)钢制成。垫圈常用45钢和35钢制成。螺栓、螺母、垫圈制成品均应经过热处理，以达到规定的指标要求。10.4.1高强度螺栓的材料和性能等级10.4高强度螺栓连接1.高强度螺栓的紧固方法高强度螺栓和与之配套的螺母和垫圈合称连接副。我国现有的高强度螺栓有大六角头型和扭剪型两种，如图10-26所示。这两种高强度螺栓都是通过拧紧螺帽，使螺杆受到拉伸，产生预拉力，从而使被连接板件间产生压紧力。但具体控制方法不同，大六角头型采用转角法和扭矩法；扭剪型采用扭掉螺栓尾部的梅花卡头法。10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接图10-26高强度螺栓(1)转角法。转角法先用普通扳手初拧，使被连接板件相互紧密贴合，再以初拧位置为起点，用长扳手或风动扳手旋转螺母至终拧角度。终拧角度与螺栓直径和连接件厚度有关。这种方法无需专用扳手，工具简单，但不够精确。(2)扭矩法。扭矩法用一种可直接显示扭矩大小的特制扳手来实现。先用普通扳手初拧(不小于终拧扭矩值的50%)，使连接件紧贴，然后用定扭矩测力扳手终拧。终拧扭矩值按预先测定的扭矩与螺栓拉力之间的关系确定。施拧时偏差不得超过±10%。10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接(3)扭掉螺栓尾部的梅花卡头法这种方法紧固时用特制的电动扳手，这种扳手有两个套筒，外套筒套在螺母六角体上，内套筒套在螺栓的梅花卡头上。接通电源后，两个套筒按相反方向转动，螺母逐步拧紧，梅花卡头的环形槽沟受到越来越大的剪力，当达到所需要的紧固力时，环形槽沟处剪断，梅花卡头掉下，这时螺栓预拉力达到设计值,安装结束。安装后一般不拆卸。10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接2.高强度螺栓的预拉力高强度螺栓的预拉力值应尽量高些，但必须保证螺栓在拧紧过程中不会屈服或断裂，因此，控制预拉力是保证连接质量的关键因素之一。预拉力值与螺栓的材料强度和有效截面等因素有关，《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定其计算公式为10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接式中

Ae———

螺纹处的有效面积；

fu———

螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，对于8.8级螺栓，fu=830N/mm2

；对于10.9级螺栓，fu=1040N/mm

2。式中系数1.2是考虑拧紧螺栓时螺杆内产生的剪应力的影响，三个系数0.9是分别考虑：螺栓材质的不均匀性；补偿螺栓紧固后因有一定松弛而引起的预拉力损失；以螺栓的抗拉强度为准，为了安全引入的附加安全系数。各种规格高强度螺栓预拉力取值见表10-8。10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接

高强度螺栓的预拉力P值kN表10

-83.高强度螺栓摩擦面抗滑移系数提高摩擦面抗滑移系数μ，是提高高强度螺栓连接承载力的有效措施。摩擦面抗滑移系数μ的大小与连接处构件接触面的处理方法和钢材的品种有关。《钢结构设计标准》(

GB50017—2017

)推荐采用的接触面处理方法有：喷砂(丸)、喷砂(丸)后涂无机富锌漆、喷砂(丸)后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不加处理等，各种处理方法相应的μ值详见表10-9。10.4.2高强度螺栓的紧固方法和预拉力10.4高强度螺栓连接

摩擦面抗滑移系数μ值

表10

-9THANKYOU建筑结构模块四钢结构目录页了解钢结构材料理解钢结构的连接设计钢基本构件设计钢屋盖了解门式刚架轻型钢结构知识目标

掌握轴心受力构件的强度和刚度计算方法;熟悉轴压构件的整体稳定和局部稳定计算;掌握实腹式轴心受压构件的构造要求;了解钢梁的强度、刚度的计算方法;掌握梁整体稳定概念;熟悉梁的拼接和连接。能力目标能够根据力学性能判别梁柱连接形式。素质目标培养学生具有吃苦耐劳精神和不断进取的精神。1111.1轴心受力构件11.1轴心受力构件“作用”轴心受力构件是指只承受通过构件截面形心的轴向力作用的构件。它分为轴心受拉构件和轴心受压构件两类，广泛应用于网架、网壳、桁架、屋架、托架和塔架等各类承重体系以及支撑体系中。轴心受力构件按其截面形式，可分为实腹式构件和格构式构件两种。如图11-1所示为轴心受压柱的截面形式。11.1.1轴心受力构件的截面形式11.1轴心受力构件“作用”实腹式截面具有整体连通的截面，常见的有三种截面形式。第一种是热轧型钢截面，有圆钢、圆管、方管、角钢、槽钢、工字钢、宽翼缘H型钢、T型钢等，其中最常用的是工字形或H形截面；第二种是冷弯型钢截面，有卷边和不卷边的方管、角钢和槽钢；第三种是型钢或钢板连接而成的组合截面。格构式构件一般由两个或多个分肢用缀件连接而成，常用的是双肢格构式构件。11.1.1轴心受力构件的截面形式11.1轴心受力构件“作用”通过分肢腹板的主轴称为实轴，通过分肢缀件的主轴称为虚轴。分肢通常采用轧制槽钢或工字钢，承受荷载较大时可采用焊接工字形截面或槽形组合截面。缀件设置在分肢翼缘两侧平面内，其作用是将各分肢连成整体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。实腹式构件比格构式构件构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸较大时耗钢量多；而格构式构件容易实现两个主轴方向的等稳定性，刚度较大，抗扭性能较好，用料较省。11.1.1轴心受力构件的截面形式“作用”图11-1

轴心受压柱的截面形式11.1轴心受力构件“作用”轴心受力构件的设计要满足两种极限状态的要求。对承载能力极限状态，轴心受拉构件只需要满足强度的要求；而轴心受压构件既需要满足强度的要求，也需要满足稳定性的要求。对正常使用极限状态，两类构件都需要满足刚度的要求。一、轴心受力构件的强度轴心受拉构件，当端部连接及中部拼接处组成截面的各板件都由连接件直接传力时，其截面强度计算应符合下列规定:11.1.2轴心受力构件的强度及刚度11.1轴心受力构件除采用高强度螺栓摩擦型连接者外,其截面强度应采用下列公式计算:毛截面屈服净截面断裂11.1.2轴心受力构件的强度及刚度11.1轴心受力构件式中

N———所计算截面处的拉力设计值(N)；

A———构件的毛截面面积(mm2)；

An———构件的净截面面积(mm2)，当构件多个截面有孔时，取最

不利的截面；

f———钢材的抗拉、抗压强度设计值(N/mm2)，见附表B

-1；

fu———钢材的抗拉强度最小值(N/mm2)，见附表B

-1。11.1.2轴心受力构件的强度及刚度11.1轴心受力构件二、轴心受力构件的刚度为满足正常使用要求，必须保证轴心受力构件具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度是通过限制构件长细比来保证的,《钢结构设计标准》(GB50017—2017)对刚度的要求是11.1.2轴心受力构件的强度及刚度11.1轴心受力构件“作用”一、轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的受力性能与轴心受拉构件差别很大，轴心受压构件除了较为短粗或截面有很大削弱时，可能因其净截面的平均应力达到屈服强度而丧失承载能力破坏外，一般情况下，轴心受压构件的承载能力是由稳定条件决定的。国内外因压杆突然失稳而导致结构物倒塌的重大事故屡有发生，需要加以重视。11.1.3实腹式轴心受压构件的稳定11.1轴心受力构件1.实际轴心受压构件的受力性能实际轴心受压构件的屈曲(失稳)性能受到初始缺陷和杆端约束的影响，初始缺陷主要有初弯曲、初偏心、残余应力等，它们使轴心受压构件的稳定承载能力降低；杆端约束使轴心受压构件的稳定承载能力提高。不同杆端约束的轴心受压构件同样可以按二阶弹性分析计算。为计算