《钢结构加工制作》高职校土木建筑类专业全套教学课件

项目1建筑钢材全套可编辑PPT课件项目1建筑钢材项目2典型钢结构的认识项目3钢结构焊接连接项目4钢结构紧固件连接项目5构件加工与典型钢部件制作项目6钢结构涂装建筑钢材的主要力学性能各种因素对钢材力学性能的影响钢材制品的种类、规格及选用目录任务1.1钢材的验收任务1.2任务1.3任务1.4项目导入钢结构的主要材料为钢材。钢材种类繁多,性能差异较大。要深入认识钢结构的特性,首先应了解钢材,掌握钢材的力学性能、加工工艺、破坏形态以及影响钢材性能的因素,从而在工程应用中合理选择钢材。在保证结构稳定和安全使用的前提下,应尽可能做到节约钢材、降低工程造价。本项目要求学生完成以下四个学习任务。任务1.1建筑钢材的主要力学性能任务1.2各种因素对钢材力学性能的影响任务1.3钢材制品的种类、规格及选用任务1.4钢材的验收思政卡片钢材是钢结构中的主要建筑材料,其质量与力学性能直接关系到钢结构的安全使用。在工程实践中,因钢材质量和设计计算不当而引发的工程事故屡见不鲜。加拿大魁北克大桥建于20世纪初期,是当时世界上跨度最长的悬臂桥。该桥由美国工程师西奥多·库珀主持设计,他将大桥跨度由最初的约488m增加到约549m,以期建成当时世界上跨度最大的桥梁。然而,在1907年8月29日,大桥南端在建的悬臂部分突然坍塌,导致75名工人遇难,仅11人生还。这起事故的根本原因在于对结构重量估算不足和设计计算失误。今天,加拿大工程师毕业时都会佩戴一枚象征性的“铁戒指”,这一传统源于魁北克大桥的悲剧。戒指最初由铁制成,如今多用不锈钢材质。它时刻提醒工程师应以高度的责任感开展设计与施工,确保工程安全可靠。项目资讯钢材的分类方法有多种,按化学成分和用途,可分为钢材的种类碳素结构钢低合金高强度结构钢钢丝绳平行钢丝束建筑结构用钢板耐候钢与耐火钢图1-1钢丝绳图1-2平行钢丝束的圆形断面钢结构市场发展钢结构体系因其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。随着国家经济建设的发展，长期以来混凝土和砌体结构一统天下的局面正在发生变化。钢结构产品在大跨度空间结构、轻钢门式结构、多层及小高层住宅领域的建筑日益增多，应用领域不断扩大。从西气东送、西电东输、南水北调、青藏铁路、2008年奥运会场馆设施、钢结构住宅、西部大开发等建设实践来看，一个发展建筑钢结构行业和市场的势头正在我国出现。拓展阅读淬炼成钢碳素钢是含碳量小于2.06%，且不含有特意加入的合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。为改善钢材的某些性能，而在钢中加入一种或多种合金元素，并对杂质和有害元素加以控制的钢称为合金钢。我们常说“淬炼成钢”，这对我们的青春人生，有什么启发呢？思维火花任务1.1

建筑钢材的主要力学性能01任务说明核心知识1.1.1钢材的强度图1-3钢材试件在单向均匀静力拉伸时的荷载—位移曲线

1.弹性阶段(OE段)2.屈服阶段(ECF段)钢材的拉伸性能大致可分为以下四个阶段：

核心知识3.强化阶段(FB

段)4.颈缩阶段(BD

段)

当荷载达到极限荷载时,钢材局部截面出现横向收缩,截面积明显减小,塑性变形迅速增加,钢材发生颈缩。该阶段称为颈缩阶段。颈缩后,荷载逐渐降低,但变形继续发展,直至D

点发生断裂。核心知识1.1.2钢材的塑性

图1-4伸长率试验的试件核心知识断面收缩率ψ指试件在拉断后,颈缩区的断面面积最小值与原始断面面积之比的百分数。它反映钢材在颈缩区应力状态下所能产生的最大塑性变形,是衡量钢材塑性变形能力的一个较为真实和稳定的力学指标。断面收缩率按式(1-2)计算。

核心知识1.1.3钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下经弯曲加工产生塑性变形时,抵抗裂纹产生能力的重要指标。其检测方法为冷弯试验(见图1-5)。图1-5冷弯试验冷弯试验时,根据钢材牌号和板厚,按照国家相关标准规定的弯心直径(d),在材料试验机上将试件弯曲180°。若试件内表面、外表面和侧面均未出现裂纹和分层,则判定该钢材质量合格。核心知识冷弯试验不仅可检验钢材承受规定塑性变形的能力,还能暴露其内部冶金缺陷,如非金属夹杂、裂纹、分层和偏析等。因此,冷弯性能既是衡量钢材塑性变形能力的指标,也是反映冶金质量的综合指标。在钢结构制作和安装过程中,常常需要进行冷加工,特别是在焊接结构中,焊后变形的调直和调平均要求钢材具有良好的冷弯性能。凡用于焊接承重结构及重要的非焊接承重结构的钢材,应符合冷弯试验合格的要求。核心知识1.1.4钢材的冲击韧性钢材的冲击韧性又称缺口韧性,是衡量钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性断裂能力的重要力学指标。通常在冲击试验机上对标准试件进行冲击韧性试验。

核心知识图1-6冲击韧性试验示意冲击韧性试验示意如图1-6所示。核心知识0203

钢材的冲击韧性与钢材质量、缺口形状、加载速度、加载时间和温度等因素有关,其中温度的影响最大。试验表明,钢材的冲击韧性随温度降低而下降,但不同牌号和质量等级钢材的下降规律存在明显差异。因此,在寒冷地区承受动荷载的重要承重结构中,应根据工作温度和所用钢材的牌号,提出相应的冲击韧性指标要求,以避免钢材发生脆性破坏。核心知识钢材的韧性钢的韧性通常是指钢材在受到外力作用时，能够吸收能量而不发生断裂的能力。韧性好的钢材在受到冲击或拉伸时，可以发生较大的形变而不断裂，这使得它们在工程应用中非常受欢迎，尤其是在需要承受冲击负荷或反复载荷的场合。钢的韧性，可以比作是一种“弹性橡皮筋”。想象一下，当你拉伸一根橡皮筋时，它会伸长而不会断裂，当你释放它时，它会恢复原状。韧性好的钢材就像这种橡皮筋，它们在受到拉伸或冲击时能够伸展并吸收能量，然后在力被移除后恢复其形状，而不会留下永久性的损伤或断裂。钢材的韧性，对于青春的你，在为人处世上有什么启示呢？思维火花职业技能低碳钢的拉伸试验

图1-7试件4.试验原理低碳钢属塑性材料,其拉伸过程中P-Δl曲线如图1-8所示。拉伸过程大致可分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段。图1-8P-Δl曲线职业技能

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职业技能图1-9低碳钢试件标距及断口移中

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职业技能鸟巢国家体育场，被称为“鸟巢”，是北京2008年奥运会的主会场。建筑造型呈椭圆的马鞍形，外壳由钢结构有序编织成“鸟巢”状独特的建筑造型，可容纳观众9.1万人。国家体育场（鸟巢）钢结构工程具有十分强烈的挑战性和视觉冲击，气势恢宏的钢铁建筑实际用钢5.3万吨；特殊独到的重型钢构高空大跨度马鞍型设计造型，不仅使结构变为十分复杂，而且带来难以控制的应力应变状态，这是全世界目前最复杂的钢结构工程，整个工程没有一颗螺丝和铆钉，100％全焊钢结构，所有构件的自重和作用力全都由焊缝承担，作为影响结构体系安全运营的焊接工序质量要求之高是显而易见的。工程实例“鸟巢”在建设过程中诞生了太多的奇迹，“鸟巢”本身自然也是一个奇迹。尚未正式竣工时，它便在世界上获得了诸多荣誉：《泰晤士报》评出全球建设中的“最强悍”工程，“鸟巢”跻身全球十强；美国《时代》周刊选出世界100个最具影响力的设计，“鸟巢”夺得建筑类最具影响力设计的桂冠。工程实例任务1.2

各种因素对钢材力学性能的影响02任务说明1.2.1化学成分核心知识1.碳(C)碳是钢材中除铁以外的主要元素。随着碳含量的增加,钢材的强度和硬度提高,但塑性和韧性(特别是低温冲击韧性)明显降低,同时耐蚀性、疲劳性能和冷弯性能下降,可焊性变差,低温脆性断裂的可能性增大。一般建筑钢材要求碳含量不超过0.22%,焊接钢结构用钢通常要求碳含量不超过0.20%。2.硅(Si)硅通常作为脱氧剂加入普通碳素钢中。适量的硅可提高钢材强度,而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性的影响较小。但硅含量过高会降低钢材的塑性、冲击韧性、耐蚀性和可焊性。镇静钢(killedsteel)的硅含量一般0.10%~0.30%。3.锰(Mn)锰是一种常用的脱氧和脱硫元素。适量的锰可有效提高钢材强度,减弱硫对钢材热脆性的影响,改善钢材的热加工性能和冷弯性能,同时对塑性和冲击韧性的影响较小。但锰含量过高会使钢材变脆、变硬,并降低耐蚀性和可焊性。普通碳素钢中锰的含量一般为0.30%~0.80%。4.硫(S)硫属于有害元素。硫含量过高会导致钢材产生热脆(hotshortness),显著降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳性能和耐蚀性等。一般建筑钢材要求硫含量不超过0.055%,焊接钢结构用钢通常要求含硫量不超过0.050%。核心知识5.磷(P)磷可在一定程度上提高钢材的强度和耐蚀性,但会显著降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,尤其在低温条件下易引起冷脆(coldshortness)。因此,磷含量需严格控制。一般建筑钢材要求磷含量不超过0.050%,焊接钢结构用钢通常要求磷含量不超过0.045%。6.氧(O)和氮(N)

氧的作用与硫类似,易使钢材产生热脆,一般建筑钢材要求氧含量不超过0.05%。氮的作用与磷相似,易导致钢材产生冷脆,一般建筑钢材要求氮含量不超过0.008%。

为改善钢材的力学性能,可在钢中适量加入铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)等合金元素,形成合金钢。钢结构工程中常用的合金钢中合金元素含量较低,属于普通低合金钢。核心知识1.2.2生产工艺021.冶炼钢材按冶炼方法主要分为三类:电炉钢、平炉钢和氧气转炉钢。电炉钢质量较好,但生产成本较高,目前在普通建筑钢材中应用较少;平炉钢和氧气转炉钢质量相近,但由于氧气转炉钢具有投资较少、建设周期短、生产效率高等优点,已成为钢铁生产中广泛采用的冶炼方法。核心知识2.浇铸根据脱氧程度的不同,钢材可分为沸腾钢(rimmingsteel)、镇静钢(killedsteel)和特殊镇静钢(specialkilledsteel)。(1)沸腾钢。沸腾钢采用弱脱氧方式进行脱氧,在浇注过程中,钢液中的氧与碳反应生成一氧化碳气体逸出,产生明显的“沸腾”现象,故称为沸腾钢。沸腾钢的时效稳定性较差,塑性和可焊性较低,易发生时效硬化和脆化现象。但其生产成本较低,常用于制造板材、管材和线材。(2)镇静钢。在钢液中加入硅、锰等元素进行彻底脱氧,钢液在凝固过程中较为平稳,故称为镇静钢。镇静钢的综合力学性能较好,但生产成本较高,常用于重要工程结构。(3)特殊镇静钢。特殊镇静钢是在硅脱氧的基础上,再加入铝进行补充脱氧。该类钢材具有较高的低温冲击韧性和较好的质量稳定性,适用于特别重要或低温条件下工作的结构工程。核心知识3.轧制钢材的轧制是在高温(1200~1300℃)和高压作用下,将钢锭或钢坯加工成钢板或型钢的过程。轧制不仅改变了钢材的形状和尺寸,还改善了钢的内部组织,从而影响其力学性能。轧制可细化钢材的晶粒,减少或消除内部气孔、裂纹和疏松等缺陷,使金属组织更加致密。试验表明,轧制次数增加,有利于晶粒细化和缺陷越少。因此,与厚型钢相比,薄型钢和薄钢板通常具有较高的强度以及较好的塑性和韧性。核心知识1.2.3钢材硬化0203钢材在一定条件下随时间推移,其强度提高而塑性逐渐降低的现象称为时效硬化。其主要原因是钢材中含有一定数量的间隙原子(如碳、氮等),这些原子在使用或存放过程中由固溶状态逐渐析出,形成细小的碳化物或氮化物弥散相,并在晶格缺陷或位错附近聚集,从而阻碍位错运动,使钢材的塑性降低、强度提高,力学性能随时间发生变化。1.时效硬化核心知识2.应变硬化钢材经冷加工(如冷拉、冷弯等)产生塑性变形后,若继续施加外力,其屈服强度将提高,而塑性和韧性明显降低,这种现象称为应变硬化。应变硬化会使钢材发生脆性破坏的可能性增加,对钢结构的安全性不利,因此在工程应用中应加以控制。3.应变时效硬化

钢材在发生应变硬化之后,其时效硬化过程明显加快,在较短时间内即出现显著的时效硬化现象,这种现象称为应变时效硬化。核心知识1.2.4温度

钢材的力学性能受温度影响较大。当温度不超过200℃时,钢材的力学性能变化不大。当温度升至约250℃时,钢材的抗拉强度略有提高,而塑性和韧性均有所下降,此时若对钢材进行加工,容易产生裂纹。由于钢材表面氧化膜呈蓝色,这种现象称为蓝脆现象。当温度超过300℃后,钢材的屈服强度和抗拉强度均明显下降;当温度升至600℃时,钢材的强度几乎降为零。当温度由常温逐渐降低至某一数值时,钢材的冲击韧性会突然急剧下降,断口呈现脆性断裂特征,这种现象称为冷脆现象。钢材由韧性状态向脆性状态转变的温度称为冷脆转变温度。冷脆转变温度与钢材的韧性密切相关,冷脆转变温度越低的钢材,其低温韧性越好。核心知识1.2.5截面变化当钢结构构件的截面发生变化,出现几何不连续现象时(如构件上存在孔洞、槽口、凹角、裂纹、厚度变化、形状变化或内部缺陷等),构件在受力后,截面变化处附近会产生局部应力显著增大的现象,即应力集中现象。应力集中越严重,钢材的塑性表现越差。

因此,在钢结构设计中,应尽量避免构件截面发生突变,尤其是在低温地区应更加严格控制,以防止构件发生脆性破坏。核心知识职业技能钢材的疲劳破坏及其防治措施钢材在连续反复荷载作用下,即使应力远低于极限强度,甚至低于屈服强度,也可能发生破坏,这种破坏称为疲劳破坏。钢材发生疲劳破坏前通常无明显塑性变形,属于一种突然发生的断裂。其断口表面一般呈现两个截然不同的区域:一部分为光滑区,另一部分为呈晶粒状的粗糙区。疲劳破坏是在连续反复荷载作用下产生的一种脆性破坏,其后果严重,应尽量避免。工程中提高钢结构抗疲劳性能的常用措施如下。(1)在低温地区的焊接结构中,应合理选择钢材的牌号、质量等级和厚度;如需对钢材进行冷加工,应将冷加工硬化部分削除。(2)严格控制焊接质量,合理布置焊缝,尽量避免焊缝缺陷。(3)在结构设计中尽量避免产生应力集中现象。(4)保证结构受力均匀,减少荷载冲击,降低应力作用水平。拓展阅读世界上最早的铁索桥钢结构的应用和发展，在我国已有悠久的历史。我国云南省景东地区澜沧江上的兰津桥，建于公元58—75年，比欧洲出现的铁索桥早70年，是世界上最早的一座铁索桥。任务1.3

钢材制品的种类、规格及选用03任务说明1.3.1钢板与钢带的种类、规格及选用根据轧制方法,建筑钢结构中使用的钢板(钢带)主要有冷轧板和热轧板两种,其中热轧钢板是建筑钢结构中应用较广泛的一类钢材。

钢板与钢带的主要区别体现在成品形状上。钢板是指平板状、矩形的板材,可直接轧制,也可由宽钢带剪切而成。一般来说,钢板是指宽厚比和表面积相对较大的扁平钢材。钢带通常为长卷状,是成品钢板的原材料或供应形式之一。

根据钢板厚度,钢板大致分为薄钢板(厚度≤4mm)、中板(厚度>4~20mm)、厚板(厚度>20~60mm)和特厚板(厚度>60mm)四类。在实际工作中,中板、厚板和特厚板统称为中厚钢板。成张钢板的规格通常以厚度×宽度×长度(mm)表示。

钢带根据宽度分为宽钢带(宽度≥600mm)和窄钢带(宽度<600mm)。钢带的规格通常以厚度×宽度(mm)表示。核心知识1.3.2型钢的分类、规格及选用(1)按材质分类。(2)按成型方法分类。1.分类型钢按材质可分为普通型钢和优质型钢。普通型钢由碳素结构钢和低合金高强度结构钢制成,主要用于建筑结构和工程结构。优质型钢由优质钢制成,也称特殊型钢。其原料包括优质碳素结构钢、合金结构钢、易切削结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢等。优质型钢主要用于各种机械结构、工具以及具有特殊性能要求的结构。

型钢按成型方法可分为热轧(锻)型钢、冷弯型钢、冷拉型钢、挤压型钢和焊接型钢。其中,热轧型钢采用热轧方法生产,具有生产规模大、效率高、能耗低、成本低等优点,是型钢生产的主要方法。焊接型钢由矫直后的钢板或钢带剪裁、组合并焊接而成,不仅节约金属,还可生产超大尺寸的型材。目前生产工字钢的最大尺寸已达到2000mm×508mm×76mm。核心知识(3)按截面形状分类。①简单截面型钢(棒钢):圆钢、方钢、扁钢、六角钢、等边角钢、不等边角钢等,其截面无明显的凸凹部分,成型较为简单。在该类型钢中,优质钢和具有特殊性能的钢材占有相当比例。②复杂截面型钢(型钢):工字钢、槽钢和异型钢,其截面具有明显的凸凹分枝部分,成型工艺较为复杂,通常所指的“型钢”即此类。③异型钢:专门用途的、截面形状较为复杂的型钢,如窗框钢、汽车车轮辋钢、履带板型钢等。④周期截面型钢:截面形状沿长度方向呈周期性变化的型钢,如周期型锥钢、纹杆钢等。核心知识

常用型钢的标记方法见表1-1。核心知识核心知识核心知识2.常用型钢的规格及选用(1)角钢的规格(2)工字钢的规格常用热轧角钢有等边角钢和不等边角钢两种,其长度一般为3~19m。热轧等边角钢的型号用符号“∟”和肢宽×肢厚(mm)表示,如∟100×10表示肢宽为100mm、肢厚为10mm的等边角钢,其截面特性见附表1-4。热轧不等边角钢的型号用符号“∟”和长肢宽×短肢宽×肢厚(mm)表示,如∟100×80×8表示长肢宽为100mm、短肢宽为80mm、肢厚为8mm的不等边角钢,其截面特性见附表1-5。热轧工字钢由于宽度方向的惯性矩和回转半径远小于高度方向,因此在应用上具有一定的局限性,一般宜用于单向受弯构件。工字钢分为普通工字钢和轻型工字钢,分别用符号“I”和“QI”及号数表示,号数代表截面高度的厘米数。核心知识

①I20及I32以上的普通工字钢,同一号数又分为a、b和c类型,其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2mm。

②轻型工字钢的翼缘相较普通工字钢更宽而薄,因此其回转半径较大,在满足强度要求的前提下可节省钢材用量。然而,由于工字钢宽度方向的惯性矩和回转半径均远小于高度方向,使其受力性能具有明显的方向性限制,通常仅适用于单向受弯构件。

③热轧工字钢的截面特性和理论线密度见附表1-1。核心知识(3)槽钢的规格槽钢分为普通槽钢和轻型槽钢两种,型号用符号“[”和“Q[”及号数表示,号数代表截面高度的厘米数。[14和[25号以上的普通槽钢,同一号数又分为a、b和c类型,其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2mm。例如,[36a表示截面高度360mm、腹板厚度为a型的普通槽钢。轻型槽钢的翼缘相较普通槽钢更宽而薄,因此较为经济。热轧槽钢的规格和截面特性见附表1-3。核心知识常用作柱及支撑,翼缘较宽,截面宽高比为1∶1,回转半径较大,具有良好的受压承载力。截面规格为100mm×100mm~400mm×400mm。①宽翼缘H型钢(HW)常用于柱和梁,翼缘宽度较HW略窄,截面宽高比为1：1.3~1∶2。截面规格为150mm×100mm~600mm×300mm。②中翼缘H型钢(HM)常用于梁,尤其适用于H型钢梁,其翼缘较窄,截面宽高比为1∶2~1∶3,具有良好的受弯承载力。截面高度为100~900mm。③窄翼缘H型钢(HN)常用作钢桩,宽高比1∶1,截面规格为200mm×200mm~500mm×500mm,多数此类H型钢的翼缘厚度与腹板相同。轧制H型钢的规格及截面特性见附表1-2。④桩用H型

钢(HP)(4)H型钢的规格核心知识(5)冷弯型钢和压型钢板建筑中使用的冷弯型钢一般由厚度为1.5~5mm的薄钢板或钢带,经冷轧(弯)或模压成型,也称冷弯薄壁型钢,其截面形式如图1-10所示。

方钢管结构是近年来在国内发展较快的一种新型钢结构,因其外形简洁、连接方便,在大跨度钢结构中应用较广。图1-10冷弯薄壁型钢的截面形式核心知识压型钢板是冷弯型钢的另一种形式,是用厚度为0.4~2mm的钢板、镀锌钢板或彩色涂层钢板(表面覆盖彩色涂层)经冷轧(压)成型的各种波形板材。目前,我国已制定多种压型钢板型号,常用波形如图1-11所示。大跨度钢结构中应用较广。图1-11压型钢板常用波形核心知识0203(6)钢管钢管是一种具有中空截面的长条形钢材。与圆钢等实心钢材相比,在相同抗弯、抗扭强度条件下,钢管质量较轻,属于经济截面钢材,因此广泛用于制造结构构件和各种机械零件。钢管按横截面形状分为圆管和异型管。核心知识职业技能钢材的选用1.钢材的选用标准钢材的选用标准应在保证结构安全可靠、满足使用要求的前提下,尽可能节约用钢,从而降低工程造价。不同使用要求的钢结构对钢材质量的要求不同:一般结构不宜选用优质钢材,而重要结构不宜选用质量较差的钢材。从钢材的力学性能来看,屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性等指标,均为衡量钢材质量的重要依据。2.选用钢材时应考虑的结构特点钢材的选用不仅涉及经济问题,更与结构的安全性和耐久性直接相关。选用钢材时,可结合以下结构特点进行考虑。(1)结构的类型和重要性。根据使用条件和所处部位,结构可分为重要结构、一般结构和次要结构。职业技能(2)荷载的性质。按所受荷载的性质,结构可分为承受静力荷载和承受动力荷载

两类;在承受动力荷载的结构和构件中,又有经常满载与不经常满载之分。因此,荷载性质不同,应选用相应牌号的钢材。(3)连接方法。不同连接方法对钢材的要求不同。焊接钢结构在焊接过程中可能产生焊接应力、焊接变形和焊缝缺陷,在受力性质改变或温度变化条件下,易产生缺口敏感性,从而导致裂纹甚至脆性破坏。因此,焊接钢结构对钢材的化学成分、力学性能和可焊性要求较高。钢材中的碳、硫、磷含量宜低,塑性和韧性指标宜高。对非焊接钢结构,上述要求可适当放宽。(4)结构所处的环境和工作温度。结构所处环境和工作温度对钢材影响较大。例如,室内与室外温差、腐蚀环境等均会影响钢材性能。钢材的塑性和冲击韧性随温度降低而下降;当工作温度低于其冷脆转变温度时,钢材处于冷脆状态,易发生突然破坏。因此,在低温环境下工作的焊接结构,应谨慎选择钢材牌号。职业技能(5)构件的受力性质。构件的受力状态可分为受拉、受弯和受压等。由于构造原因,构件截面上产生应力集中时,集中部位往往处在承受单向或双向应力状态下,易发生脆性破坏,此类破坏多出现在受拉区,危险性较大。因此,受拉构件对钢材质量要求高于受弯构件。同时,低温脆性破坏多发生在局部缺陷处;对同一缺陷,材料对拉应力的敏感性大于对压应力的敏感性,因此经常承受拉力的构件宜选用质量较好的钢材。(6)结构形式和钢材厚度。格构式结构在缀件与肢件连接处可能出现应力集中,同时该处需进行焊接,因此对钢材质量要求高于实腹式构件。对重要的受拉焊接构件和受弯焊接构件,由于可能存在焊接残余拉应力,易形成多向拉应力场。当构件厚度较大时,由于轧制次数相对较少,易存在气孔、夹渣等缺陷,因此厚钢板制作的受拉、受弯焊接构件对钢材质量要求更高。任务1.4钢材的验收04任务说明1.4.1一般规定

(1)钢结构工程所用的材料应符合设计文件和国家现行有关标准的规定,应有质量合格证明文件,并应经进场检验合格后使用。(2)施工单位应制定材料的管理制度,并应做到订货、存放、使用规范化。核心知识1.4.2钢材验收与复验的标准

(1)钢材订货时,其品种、规格、性能等均应符合设计文件和国家现行有关钢材标准的规定,常用钢材产品标准宜按表1-2采用。核心知识核心知识核心知识核心知识

(2)钢材订货合同应对材料牌号、规格尺寸、性能指标、检验要求、尺寸偏差等有明确的约定。定尺钢材应留有复验取样的余量;钢材的交货状态,宜按设计文件对钢材的性能要求与供货厂家商定。(3)钢材的进场验收,除应符合《钢结构工程施工规范》(GB50755—2012)的规定外,尚应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收标准》(GB50205—2020)的有关规定。对属于下列情况之一的钢材,应进行抽样复验:国外进口钢材;钢材混批;板厚等于或大于40mm,且设计有Z向性能要求的厚板;建筑结构安全等级为一级,大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材;设计有复验要求的钢材;对质量有疑义的钢材。点击图标可观看标准规范:《钢结构工程施工质量验收标准》(4)钢材复验内容应包括力学性能试验和化学成分分析,其取样、制样及试验方法可按表1-3中所列的标准执行。

核心知识核心知识(5)当设计文件无特殊要求时,钢结构工程中常用牌号钢材的抽样复验检验批宜按下列规定执行。①牌号为Q235、Q345且板厚小于40mm的钢材,应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批,每批重量不应大于150t;同一生产厂家、同一牌号的钢材供货重量超过600t且全部复验合格时,每批的组批重量可扩大至400t。②牌号为Q235、Q345且板厚大于或等于40mm的钢材,应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批,每批重量不应大于60t;同一生产厂家、同一牌号的钢材供货重量超过600t且全部复验合格时,每批的组批重量可扩大至400t。③牌号为Q390的钢材,应按同一生产厂家、同一质量等级的钢材组成检验批,每批重量不应大于60t;同一生产厂家的钢材供货重量超过600t且全部复验合格时,每批的组批重量可扩大至300t。④牌号为Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ的钢板,应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批,每批重量不应大于60t;同一生产厂家、同一牌号的钢材供货重量超过600t且全部复验合格时,每批的组批重量可扩大至300t。⑤牌号为Q420、Q460、Q420GJ、Q460GJ的钢材,每个检验批应由同一牌号、同一质量等级、同一炉号、同一厚度、同一交货状态的钢材组成,每批重量不应大于60t。⑥有厚度方向要求的钢板,宜附加逐张超声波无损探伤复验。核心知识

(6)进口钢材复验的取样、制样及试验方法应按设计文件和合同规定执行。海关商检结果经监理工程师认可后,可作为有效的材料复验结果。核心知识职业技能钢材品种检测本部分内容选自《钢结构现场检测技术标准》(GB/T50621—2010)。本检测方法适用于采用化学成分分析方法判断国产结构钢钢材的品种。1.钢材取样与分析(1)取样所用工具、机械、容器等应预先进行清洗。(2)钢材取样时,应避开钢结构在制作、安装过程中有可能受切割火焰、焊接等热影响的部位。(3)在取样部位可用钢锉打磨构件表面,除去表面油漆、锈斑,直至露出金属光泽。(4)屑状试样宜采用电钻钻取。同一构件钢材宜选取3个不同部位进行取样,每个部位的试样重量不宜少于5g。取样过程中应避免过热而引起屑状试样发蓝、发黑的现象,也不得使用水、油或其他滑油剂。取样时,宜去掉钢材表面1mm以内的浅层试样。职业技能(5)宜采用化学分析法测定试样中C、Mn、Si、S、P五元素的含量。对于低合金高强度结构钢,必要时,可进一步测定试样中V、Nb、Ti三元素的含量。(6)采用化学分析法测定钢材中C、Mn、Si、S、P、V、Nb、Ti等元素的含量时,其操作与测定应符合现行国家标准《钢铁

总碳硫含量的测定

高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》(GB/T20123—2006)和《钢铁及合金化学分析方法》(GB/T223)中相应元素化学分析方法的有关规定。2.钢材品种的判别钢材的品种应根据钢材中C、Mn、Si、S、P五元素或C、Mn、Si、S、P、V、Nb、Ti八元素的含量,对照现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700—2006)、《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—2018)中的化学成分含量进行判别。项目拓展原材料质量控制1.原材料质量控制的要点(1)为保证采购的原材料符合规定要求,采购方应选择合格的供货方。(2)用于工程的主要材料进场时,必须具备正式的出厂合格证和材质证明书。若缺少相关证明资料或对证明资料有疑义,应进行抽样复验,试验结果达到国家标准和技术文件要求后方可使用。(3)对标志不清或怀疑质量有问题的材料,必须进行抽检;对进口材料应进行商检。(4)材料抽样和检验方法应符合国家有关标准和设计要求,并能反映该批材料的质量特性。对重要材料应按合同或设计规定增加抽样数量。(5)必须充分了解材料的性能、质量标准、适用范围和加工要求,慎重选择与使用。例如,焊条的选用应符合母材等级,防腐、防火涂料应注意其相容性。(6)材料代用必须经设计单位认可。原材料质量控制2.原材料的质量标准(1)钢材。①钢结构工程所用钢材应符合现行相关国家标准的规定。②承重结构选用的钢材应具备抗拉强度、屈服强度、伸长率及硫、磷含量的合格保证;焊接结构用钢还应具备碳当量的合格保证。重要承重结构用钢材,还应有冷弯试验的合格保证。③对于重级工作制和吊车起重量大于或等于50t的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构所用钢材,除应具备上述性能的合格保证外,还应有常温冲击韧性的合格保证。设计有要求时,还须进行-20℃和-40℃冲击韧性试验并达到合格标准。其他重要工作制的类似钢结构钢材在必要时,也应具备冲击韧性的合格保证。④钢结构工程所采用钢材应附有质量证明书,各项指标应满足设计文件要求。项目拓展原材料质量控制⑤钢材表面的质量除应符合国家现行有关标准的规定外,还应符合下列规定。a.钢材表面若有锈蚀、麻点、划伤、压痕,其深度不得大于该钢材厚度负偏差值的1/2。b.钢材表面锈蚀等级按现行相关国家标准评定,实际工程中宜优先选用A级和B级,若使用C级钢材,必须彻底除锈。c.若钢材断口发现分层、夹渣缺陷,应会同有关单位研究处理。⑥凡进口的钢材,均应以供货国家标准或根据订货合同条款进行检验,商检不合格者不得使用。⑦用于钢结构工程的钢板、型钢和管材的外形、尺寸、重量及允许偏差应符合现行相关国家及行业标准的要求。项目拓展原材料质量控制(2)连接材料。①钢结构工程所使用的连接材料应符合现行相关国家标准的要求。②所用的连接材料均应附有产品质量合格证书,并符合设计文件和国家标准的要求。③钢结构工程所使用的焊条药皮不得脱落,焊芯不得生锈,所使用的焊剂不得受潮结块或有熔烧过的渣壳。④保护气体的纯度应符合工艺要求。采用二氧化碳气体保护焊时,二氧化碳的纯度不应低于99.5%,其含水量不应大于0.05%;当焊接重要结构时,其含水量不应大于0.02%(质量分数)。⑤高强度大六角头螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数,其平均值和标准偏差应符合现行相关标准的规定。扭剪型高强度螺栓连接副应按出厂批号复验预拉力,其平均值和变异系数应符合现行相关标准的规定。项目拓展原材料质量控制(3)涂装材料。①钢结构工程所采用的涂装材料应具有出厂质量证明书和混合配料说明书、并符合现行有关国家标准和设计的要求;涂料的色泽应满足设计或业主的要求,必要时可制作样板封存对比。②超过使用期限的涂料须经质量检测合格后方可使用。③钢结构防火涂料的品种和技术性能应符合设计要求,并经国家检测机构检测符合现行有关国家标准的规定。④钢结构防火涂料在使用时应抽检黏结强度和抗压强度,并符合现行有关国家标准的规定。项目拓展原材料质量控制3.原材料的质量检验(1)目的。原材料质量检验的目的在于通过一系列检测手段,将取得的原材料质量数据与相应的质量标准进行对照,以判断原材料质量的可靠性,且便于掌握材料的质量信息。项目拓展原材料质量控制(2)方法。由质检人员对采购材料的质量保证资料、试验报告等进行审核,符合要求后方可使用。①资料检查对材料的品种、规格、标志、外形尺寸等进行直观检查。②外观检验借助试验设备和仪器,对材料样品的力学性能、化学成分等进行试验分析。③理化试验在不破坏材料的前提下,采用超声检测、射线检测、表面探伤等方法对材料进行检验。④无损检测项目拓展原材料质量控制(3)内容。原材料质量检验的具体内容见表1-4。项目拓展原材料质量控制(4)原材料取样检验。当混炉批号、混批号的钢材为不同强度等级时,应逐个进行光谱或力学性能试验,确定强度等级。对质量有疑义的钢材或合同有特殊要求需做跟踪追溯的材料,应进行抽样检查;抽样检查必须分批、分规格并按标准进行。当质量证明书的保证项目少于设计要求时,质检人员在征得设计单位同意后,可对所缺项目(不多于两项)的钢材按每批抽样补做所缺项目试验,合格后亦可使用。②③①项目拓展原材料质量控制材料的无损检测应按合同和设计要求规定的抽样比例进行检验。高强度螺栓连接副抗滑移系数试验应每批、每种工艺单独检验,每批取三组试件。在防火涂料涂装中,每使用100t薄涂膨胀型钢结构防火涂料应抽检一次黏结强度;每使用500t厚涂型钢结构防火涂料应抽检一次黏结强度和抗压强度。⑤⑥④项目拓展原材料质量控制4.原材料的选用(1)对于混炉号、批号的钢材,当为同一强度等级时,应按质量证明书中质量等级较低者使用。(2)材料代用须征得设计单位的许可。(3)首次使用的钢材、焊接材料等,均应进行焊接工艺评定,合格后方可选用。(4)选用的焊条型号应与构件钢材的强度相适应,药皮类型应按构件的重要性选用,重要构件宜采用低氢型焊条。项目拓展原材料质量控制5.原材料的储存管理加强对原材料的质量控制。原材料进场必须按规定的技术条件进行检验,合格后方可入库和使用。(1)钢材应按种类、材质、炉号(批号)、规格等分类平整堆放,并做好标识。（2）焊材必须分类堆放并有明显标志,不得混放;焊材仓库应保持干燥、通风,严格控制库内温度和湿度。（3）项目拓展原材料质量控制高强度螺栓存放应防潮、防雨、防尘,并按类型、规格、批号分类保管。因长期存放或保管不善造成生锈、污染脏物等可能改变扭矩系数或性能的螺栓,应视情况进行清洗、除锈和润滑等处理,并对螺栓进行扭矩系数或预拉力检验,合格后方可使用。(4)防腐涂料和防火涂料属于时效性材料,库存积压易过期失效,应遵循先进先用的原则,做好时效管理。对存放过久、超过使用期限的涂料,应取样进行质量检测,检测项目按产品标准或设计要求确定。（5）企业应建立严格的进料验证、入库、保管、标记、发放和回收制度,使材料处于受控状态。（6）项目拓展党的二十大报告强调绿色发展习近平总书记在报告中反复提及和再次明确了“绿水青山就是金山银山”的指导性理论，并为生态环境产业未来发展指明方向。大力发展钢结构有利于保护环境、节约资源。党的二十大报告指出：大自然是人类赖以生存发展的基本条件。尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。我们要推进美丽中国建设，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。拓展阅读我们要加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。深入推进环境污染防治，持续深入打好蓝天、碧水、净土保卫战，基本消除重污染天气，基本消除城市黑臭水体，加强土壤污染源头防控，提升环境基础设施建设水平，推进城乡人居环境整治。提升生态系统多样性、稳定性、持续性，加快实施重要生态系统保护和修复重大工程，实施生物多样性保护重大工程，推行草原森林河流湖泊湿地休养生息，实施好长江十年禁渔，健全耕地休耕轮作制度，防治外来物种侵害。积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。拓展阅读谢谢观看项目2典型钢结构的

认识门式刚架结构钢桁架屋架结构网架结构目录任务2.1任务2.2任务2.3思政卡片八冶中原公司第二党支部书记、第二项目部经理王发亮,秉持“要做就做最好”的工作信条,扎根施工一线17年,创造出一系列亮点业绩,荣获八冶建设集团“劳动模范”称号。他始终把工作放在第一位,坚持“公司无小事,公司的事就是我自己的事,越是困难越要迎难而上”。在工作中,他主动提高标准,做到“干就干好、干就干漂亮”,并将这种要求贯穿于各环节,充分体现出较强的责任意识、服务意识和协调能力。他长期奋战在项目一线,先后参与并主持十多项工程的施工管理与结算工作:累计参与结算项目造价约3.5亿元,组织或参与施工项目造价约5亿元。无论是砖混结构、框剪结构,还是工业建筑构筑物结构,他都具备丰富的管理与成本控制经验。近两年,他先后参与或主持铜川海螺固废项目、礼泉海螺、凤凰山新建塑品厂房等工程的施工管理及尾款回收工作。自2023年8月起,他主持河南华天热电项目建设。该项目工期紧、难度大。为满足业主与工期要求,他以身作则,带领项目部优化施工方法,降低施工成本,提高管理水平,确保工程顺利推进。思政卡片项目先后获得当地政府感谢信与锦旗,在业主组织的“安全生产月”活动中取得第一名,充分彰显“八冶铁军”精神,为公司赢得荣誉并树立良好形象。“没有轰轰烈烈的事迹,只有点点滴滴的奉献。”面对荣誉,王发亮表示:“我只是做了一个普通职工、一个共产党员应该做的事情。未来将继续在平凡岗位上苦干实干、精益求精,为公司的高质量发展与建设征程贡献力量。项目资讯初识钢结构1.钢结构的发展与典型工程概述(1)我国古代钢结构建筑。(2)现代钢结构建筑。图2-1上海金茂大厦①铁链桥。

②铁塔。①钢桥建筑。

②工业建筑。

③公共建筑。项目资讯图2-3国家体育场“鸟巢”图2-2中国中央电视台总部大楼中国中央电视台总部大楼(CCTV总部大楼)于2004年开工,主体工程于2012年完成,是具有环形结构特征的标志性钢结构建筑,如图2-2所示。随着新结构、新材料、新工艺的应用,我国大跨度空间钢结构(如体育馆、车站、展馆等)进入快速发展阶段,代表性工程包括国家体育场“鸟巢”(见图2-3)、国家游泳中心“水立方”等建筑。项目资讯2.钢结构的特点(1)质量轻、强度高、材质均匀,塑性与韧性好。(4)耐热性较好,但耐火性差。(2)密封性能好。(5)抗腐蚀性较差。(3)装配性强。项目资讯3.钢结构的应用建筑钢结构的应用范围与钢材供应条件密切相关。随着钢产量的增加和钢材品种的不断丰富,钢结构在以下领域得到广泛应用。(2)大跨度结构。(4)高耸建筑物。(3)多层与高层结构。(1)厂房结构。点击图标可观看视频:单层钢结构厂房安装图2-4法国巴黎的埃菲尔铁塔项目资讯(6)移动结构。(5)密闭压力容器。(9)住宅钢结构。(7)中大跨度桥梁结构。(8)轻钢结构。图2-5典型的钢结构斜拉桥(a)上海南浦大桥(b)上海杨浦大桥钢结构建筑示例广州新电视塔

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拓展阅读任务2.1门式刚架结构02任务说明2.1.1门式刚架的构造门式刚架(又称山形门式刚架)按跨度组合可分为单跨[见图2-6(a)、(b)]、双跨[见图2-6(c)、(d)、(e)、(f)]和多跨[见图2-6(g)、(h)],按屋面坡脊数可分为单脊单坡[见图2-6(a)]、单脊双坡[见图2-6(b)、(g)、(h)、(e)、(i)]以及多脊多坡[见图2-6(c)],其中部分不等高门式刚架[见图2-6(d)、(f)]在工程中单独作为一类结构形式加以考虑。核心知识点击图标可观看三维图：门式刚架图2-6门式刚架的结构形式核心知识在多跨刚架中,在跨度相同的条件下,多脊多坡与单脊双坡的用钢量大致相当,工程中常采用单脊的大双坡屋面。对于不等高门式刚架[见图2-6(d)、(f)],上述问题更为突出,工程实践中应尽量避免采用该类形式。当单脊双坡多跨刚架用于无桥式吊车、房屋且刚架高度不大、风荷载不高时,中柱宜采用两端铰接的摇摆柱[见图2-6(g)、(e)]。此时,中柱与梁的连接构造简单,制作与安装较为方便;中柱不参与侧向受力,截面可相对减小。若为无桥式吊车的房屋,中柱亦可采用两端刚接[见图2-6(h)],以提高刚架的侧向刚度。中柱采用摇摆柱的方案体现了“材料集中使用”原则:由边柱和梁共同组成刚架,承担全部抗侧力(包括传递水平荷载及防止门架侧移失稳);由于边柱高度相对较小(长细比较小),材料受力效率较高,能够充分发挥其承载作用。2.1.2门式刚架的构造门式刚架轻型钢结构：屋盖宜用压型钢板与冷弯薄壁型钢檩条组合，主钢架可用变截面实腹钢架；外墙宜用压型钢板与冷弯薄壁型钢墙梁，也可采用砌体或下部砌体、上部轻质材料的组合外墙。门式刚架本体为平面受力体系。门式刚架轻型房屋的构造如图2-7所示。工程实践中,有檩体系应用较为广泛,是目前较常采用的屋盖构造形式。核心知识点击图标可观看效果图：门式刚架厂房2.1.3门式刚架的设计要素门式刚架的跨度宜取横向刚架柱轴线间的距离。门式刚架的高度宜取柱脚至柱与斜梁上翼缘交点处的高度,并应根据使用要求的室内净高确定;当厂房设有桥式吊车时,应根据轨顶标高和吊车所需净高确定。柱的轴线可取通过柱下端(截面较小端)中心的竖向直线,工业建筑边柱的定位轴线宜取外侧柱外皮。斜梁的轴线宜取与斜梁上表面平行的轴线。门式刚架的跨度宜为9~36m,并宜以3m为模数;当边柱宽度不相等时,其外侧宜对齐。门式刚架的高度宜为4.5~9.0m,必要时可适当增大。门式刚架的间距(柱网轴线纵向距离)宜为6m,也可采用7.5~9m,最大可采用12m;当跨度较小时,亦可采用4.5m。核心知识1.建筑尺寸门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度宜不大于300m,横向温度区段长度宜不大于150m。核心知识2.结构平面布置墙梁主要承受墙板传递的水平风荷载。当抗震设防烈度不大于6度时,可采用砌体外墙;抗震设防烈度为7~8度时,不宜采用嵌砖砌体;抗震设防烈度为9度时,宜采用与柱柔性连接的轻质墙板。3.墙梁(墙檩)布置在每个温度区段或分期建设区段内,均应分别设置能够独立形成空间稳定体系的支撑。4.支撑布置门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度宜不大于300m,横向温度区段长度宜不大于150m。2.1.4门式刚架的围护结构单层彩钢板(见图2-8)由彩色涂层钢板经辊压冷弯成型为各类波形压型板,适用于工业与民用建筑、仓库、特种建筑及大跨度钢结构房屋的屋面、墙面和内外墙装饰等。特点是质量轻、强度高、色泽丰富、施工快捷,并具有较好的抗震性能和耐久性,维护工作量小,已得到广泛应用。核心知识1.单层彩钢板门式刚架围护结构按是否设置保温层,可分为单层彩色压型钢板(简称单层彩钢板)和复合彩色压型钢板。复合彩色压型钢板常见形式包括聚苯乙烯泡沫夹芯板(简称EPS夹芯板)、彩色钢板玻璃棉夹芯板和彩色岩棉夹芯板。核心知识2.复合彩色压型钢板(1)聚苯乙烯泡沫夹芯板(见图2-9)。其主要适用于公共建筑、工业厂房的屋面与墙面、洁净厂房、组合冷库、楼房接层、商亭等。其特点是保温与防水可一次完成,施工速度快,外观整洁,并具有一定的耐久性。现行产品形式包括拼接式、插接式、隐藏式、咬口式、阶梯式等。其保温性能可通过芯材厚度、容重等指标进行控制。按用途可分为屋面板与墙面板两类。挂网式玻璃棉夹芯板是一种现场复合做法,通常以不锈钢丝网替代下层彩色压型钢板,多用于保温屋面构造。玻璃棉夹芯板在合理构造与节点处理条件下具有良好的防火性能,广泛适用于大型公共建筑和工业厂房的墙面及屋面。核心知识(2)彩色钢板玻璃棉夹芯板(见图2-10)。核心知识(3)彩色岩棉夹芯板(见图2-11)。除板材本体外,安装时尚需配套若干构造与连接件(见图2-12、图2-13),如彩板泛水、屋脊盖板等。门式刚架围护结构的选用应综合考虑造价因素,其造价与面板厚度、芯材厚度与容重以及板型选用等密切相关,应结合工程实际合理确定。职业技能门式刚架关键节点的做法与设计要点1.柱脚节点(1)铰接柱脚。锚栓直径应按计算确定,工程中常采用M20~M24,并宜设置双螺帽;柱脚底板厚度应按计算确定,且不宜小于16mm。铰接柱脚节点如图2-14(a)所示。(2)刚接柱脚。柱脚底板厚度应按计算确定,且不宜小于16mm。2.梁柱连接(端板连接)(1)端板布置形式。(2)螺栓与端板。(3)焊接与安装。3.梁—梁拼接梁—梁拼接通常采用端板连接形式,翼缘接口宜采用全熔透焊缝,腹板宜采用角焊缝,并可通过设置加劲肋控制局部翘曲变形。点击图标可观看拓展链接:“门式刚架”建筑如何深化设计?职业技能4.支撑与系杆节点(1)柱间支撑。柱间支撑节点的典型构造形式如图2-15所示。(2)屋面水平支撑。屋面水平支撑宜采用圆钢,并可穿过梁腹板设置;其安装宜与屋架同步进行,节点位置宜布置在跨中约1/3处。(3)系杆。柱间系杆和屋面水平系杆宜与主体结构同步安装,以形成稳定的空间受力体系。C型檩条隅撑节点及刚性系杆节点的典型构造如图2-16所示。5.抗风柱与摇摆柱(1)抗风柱。抗风柱主要用于承受墙面风荷载,其上端宜与屋面梁铰接,下端宜与基础连接,一般在屋面梁就位后安装。(2)摇摆柱。摇摆柱柱顶铰接,不承受侧向力,主要承受竖向荷载。其与梁的连接构造相对简单,有利于缩短施工周期。职业技能职业技能职业技能职业技能6.吊车梁与牛腿(1)牛腿与柱连接。牛腿与柱宜按轴力、剪力与弯矩组合进行设计,并通过设置加劲肋及合理焊缝形式以减小应力集中。牛腿与柱翼缘通常采用焊接连接。(2)吊车梁连接。吊车梁与牛腿多采用高强螺栓连接,必要时可设置长圆孔以适应温度变形与安装误差。制动梁、桁架与吊车梁的连接宜采用摩擦型高强螺栓或焊接连接。7.檩条与围护节点(1)屋面檩条。屋面檩条常用C型或Z型镀锌檩条;通过檩托板与梁采用普通螺栓连接(见图2-17)。屋面板宜自高侧向低侧铺设。(2)隅撑与拉条。隅撑常采用∟50角钢稳定檩条;拉条或斜拉条常采用12圆钢或套管形式,以保证檩条侧向稳定。(3)檐口与天沟。天沟多采用镀锌钢板或不锈钢板制作,对接处宜焊接;天沟与檩条宜采用螺钉连接,与女儿墙或柱宜采用断续焊。当檐口宽度大于1.5m时宜设置撑杆;完成面距屋面最低点的高度不宜小于250mm。职业技能人民大会堂与新中国钢结构事业奠基人李瑞骅1942年，李瑞骅考入交通大学土木工程系。1948年远赴加拿大，先是进入加拿大位于魁北克省蒙特利尔市郊的子邦桥梁公司，获得实习工程师资格，这成为李瑞骅毕生从事建筑钢结构设计的起点。50年代开始，李瑞骅先生开始根据国家建设的需要，研究塔桅钢结构。他一生共设计了包括当时名噪全国的广州电视塔在内的1000多座塔桅钢结构，为新中国广播、电视、通讯、测绘、气象等的设施修建做出了独一无二的贡献。1958年底，他受命负责人民大会堂的钢结构项目。工程难度是世界级的：60米跨度大礼堂屋盖、出挑16.5米的悬臂看台、48米跨度148吨重的宴会厅钢结构桁架。他组建了当时国内唯一的钢结构专业研究队伍，编制我国钢结构建筑领域奠基性的钢结构规范，两次承担我国钢结构十年规划编订工作。拓展阅读任务2.2钢桁架屋架结构02任务说明2.2.1普通钢桁架屋架结构核心知识1.普通钢桁架屋架的外形及选择普通钢桁架屋架按外形可分为三角形、梯形、平行弦和人字形等。确定桁架外形时,应综合考虑以下因素。按用途与屋面做法考虑一般地,采用波形板材屋面等材料时,排水坡度要求较陡,常选三角形屋架;采用大型混凝土屋面板时,排水坡度可较缓,常用梯形屋架。按受力与刚度要求考虑屋架中部应具有足够高度以满足刚度要求;对梯形屋架,端部亦应具有一定高度,以便在屋架与柱刚接时有效传递支座弯矩,并避免端部弦杆内力过大。(1)(2)核心知识2.普通钢桁架屋架的特征及适用范围

腹杆与弦杆夹角腹杆与弦杆轴线的夹角一般取30°~60°,以约45°为宜。(3)

核心知识

核心知识(3)平行弦屋架。平行弦屋架的上、下弦相互平行(见图2-20),具有杆件规格统一、节点构造较为一致、便于制造与安装等特点,并可通过调整腹杆布置或支承条件形成不同的屋面坡度。该形式一般用于托架或支撑体系。(4)人字形屋架。人字形屋架多用于跨度较大的屋盖结构。其上、下弦坡度可相同[见图2-21(a)、(b)],坡度常取1/20~1/10,节点构造较为统一;也可采用上下弦坡度不同,或在下弦设置水平段[见图2-21(c)、(d)]的形式,以改善屋架的受力性能。核心知识3.普通钢桁架屋架的主要尺寸普通钢桁架屋架的主要尺寸包括屋架跨度和屋架高度。(1)屋架跨度。屋架的标志跨度一般指柱网轴线之间的横向距离。

核心知识(2)屋架高度。屋架高度应根据经济性、刚度要求及建筑使用条件综合确定,并应考虑屋面坡度、运输条件等因素。屋架的最大高度受运输条件限制,最小高度由结构刚度和构造要求控制;经济高度通常以屋架杆件总用钢量最小为原则确定。建筑总高度也可能对屋架高度形成约束。一般情况下,各类屋架的高度可按表2-1的规定取值。核心知识对于梯形桁架的端部高度,当屋架与柱铰接时宜取1.6~2.2m;当屋架与柱刚接时宜取1.8~2.4m。端部高度可根据端弯矩大小进行调整,端弯矩较大时宜取较大值,端弯矩较小时可取较小值。核心知识

核心知识4.天窗架、托架和挡风板(1)天窗架。为满足采光和通风等使用要求,屋盖上常设置天窗。天窗架的形式主要有纵向天窗架、横向天窗架和井式天窗架三种,后两种构造较复杂、应用较少;工程中常采用沿房架纵向布置天窗架(见图2-23)的做法,形成纵向天窗。核心知识(2)托架。在工业厂房的局部区域内,受设备布置或运输工艺要求影响,常需减少或取消一根或数根柱子。此时,该区域内的屋架(称为中间屋架)需通过专门设置的托架进行支承(见图2-24)。核心知识(3)挡风板。为改善纵向天窗的通风效果、减少外部气流对天窗的干扰,常在天窗上部设置挡风板。挡风板主要有三种布置形式:竖直式、侧斜式和外包式,如图2-25所示。2.2.2管桁架屋架结构核心知识1.管桁架的特点、材料及规格(1)管桁架的特点。①优点。节点构造相对简洁，整体刚度较大，几何性能较好；施工较为方便；构件表面不易积灰积水，有利于防锈处理与清洁维护；流体动力特性较好。②缺点。材料强度利用率不易充分发挥，用钢量相对较大；相关节点的放样与加工较为复杂；焊接质量要求较高，焊接工作量较大。管桁架屋架结构在大跨度空间结构中应用较为广泛,其体系可采用平面桁架或空间桁架形式。管桁架屋架结构受力路径清晰,构件线条简洁,视觉效果连续,造型适应性较强,已在门厅、航站楼、体育馆、会议中心、展览中心等建筑中得到较多应用。核心知识(2)管桁架的材料及其规格。常用材料包括碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。在重要部位或钢板较厚时,可选用Z向性能钢(抗层状撕裂钢)、铸钢等,以改善节点区及厚板厚度方向的性能。①管桁架材料。钢管按成型方式主要分为无缝钢管与焊接钢管。国产热轧无缝钢管的最大外径可达约630mm,供货长度一般为3~12m。焊接钢管的外径可制作得更大,工程中常根据需要采用卷制成型等方式满足尺寸要求。焊接钢管可分为高频焊接钢管和普通焊接钢管;普通焊接钢管又分为直缝焊管和螺旋焊管。较小口径焊接钢管多采用直缝焊,大口径焊接钢管多采用螺旋焊。②管桁架钢材规格。核心知识2.管桁架的分类(1)按受力特点和杆件布置方式分类。管桁架按受力特点和杆件布置方式可分为平面管桁架和空间管桁架两类,其中空间管桁架的截面形式多为三角形。管桁架的结构形式与普通钢桁架基本相同,可根据受力特点和使用要求选取不同外形。①平面管桁架（见图2-26）。核心知识②空间管桁架。空间管桁架的截面形式通常为三角形,其截面可分为倒三角形(见图2-27)和正三角形(见图2-28)两种。核心知识(2)按连接构件截面分类。①C-C型桁架(见图2-29)。C-C型桁架的主管与支管均采用圆管,相贯线为空间马鞍形曲线。该类型桁架在国内工程中应用最为广泛,技术较为成熟。相贯线的制造难度相对较高,但随着数控管材相贯自动切割设备的推广应用,其加工质量与效率已得到显著提高。核心知识②R-R型桁架(见图2-30)。R-R型桁架的主管与支管均采用方钢管或矩形钢管相贯连接。方、矩形钢管具有较好的抗压与抗扭性能,在国外工程中应用较为广泛,国内亦已有工程实例采用。核心知识③R-C型桁架(见图2-31)。R-C型桁架采用矩形截面钢管作为主管,与圆形截面钢管支管相贯连接。该杂交型管桁架形式构造较为新颖,可充分发挥圆管在轴心受力方面的优势,同时使矩形钢管作为受压或受弯构件。核心知识(3)按桁架外形分类。管桁架按桁架外形可分为直线形管桁架和曲线形管桁架,如图2-32所示。当管桁架外形为曲线时,若需控制加工成本,可采用多段直杆折线近似曲线;当建筑造型效果要求较高时,可采用弯管成型的杆件形成曲线桁架,以获得较为圆润、统一的建筑形态。核心知识3.管桁架屋架的杆件(1)杆件截面形式。截面形式主要有方钢管和圆钢管两种。方钢管截面一般采用正方形,必要时亦可采用长方形。长方形钢管用于上、下弦杆平放布置时,有利于同时满足构件宽度与刚度的要求。屋架弦杆宜在全长范围内采用相同截面规格的型材。当屋架跨度大于24m时,可根据弦杆内力分布变化情况,在部分节点处适当改变截面尺寸。一般应通过调整壁厚而非改变外形尺寸来实现,并应保证节点两侧弦杆的几何中心线位于同一直线上;若无法满足,应考虑由此产生的附加弯矩对结构受力的不利影响。核心知识(2)管桁架杆件连接。钢管构件的连接宜采用对接焊缝连接,其典型形式如图2-33(a)所示。当连接的两根钢管直径不同时,可采用锥形过渡段以平顺衔接,如图2-33(b)所示。当遇到直径较大或受力较为重要的连接时,可在管内设置短管以增强局部强度与刚度,如图2-33(c)所示。对于轴心受压构件或受力较小的压弯构件,可采用设置隔板的方法改善受力性能,如图2-33(d)所示。若需进行可拆卸或现场装配式连接,可采用法兰盘加螺栓连接,常见形式如图2-33(e)、(f)所示。核心知识4.管桁架屋架的节点(1)节点形式。管桁架屋架常用的节点形式如图2-34所示。图2-34管桁架屋架常用的节点形式核心知识(2)基本要求。①管桁架屋架节点通常不采用节点板,而由杆件在节点处直接相贯焊接,如图2-35(a)、(b)所示,为顶接形式。该类节点虽然端部切割较为复杂,但构造简洁、制造方便。为防止管内锈蚀,钢管屋架杆件端部应进行封闭焊接。②当方钢管屋架需要加强节点承载力或刚度时,可在节点处加设垫板并进行焊接连接,其形式如图2-35(c)所示。图2-35钢管屋架节点核心知识⑥对于存在间隙的K形或N形节点(见图2-37),支管之间的间隙a不应小于两支管壁厚之和,以保证焊接操作空间并满足焊缝施工质量要求。核心知识

图2-38在屋架上弦节点设置加强垫板核心知识⑨对于受力较大的管桁架节点,应采取加强措施,以防止产生过大的局部变形。常用的节点加强做法包括主管加套管、主管加垫板、主管加内隔板、主管加节点板、主管加肋环等,如图2-39所示。核心知识(3)节点构造。①中间节点构造。a.方钢管屋架中间节点。当腹杆内力较小时,腹杆可与弦杆直接顶接,如图2-40(a)、(b)所示;当腹杆内力较大时,宜采用加垫板的顶接连接形式,如图2-40(c)、(d)所示,垫板厚度一般不应小于6mm。当腹杆与弦杆边缘间距大于30mm时,宜在腹杆上设置加劲肋,如图2-40(e)所示。为进一步提高节点刚度,也可在弦杆两侧设置加垫板,如图2-40(f)所示。图2-40方钢管屋架中间节点核心知识b.圆钢管屋架中间节点。圆钢管屋架中,腹杆与弦杆的连接通常采用直接顶接形式。图2-41(a)、(b)为圆钢管屋架弦杆与腹杆直接顶接的节点示意。图2-41(a)中,上弦杆表面平板用于铺设檩条与屋面板,并通过加劲肋与圆钢管相连。圆钢管屋架亦可采用插接式(节点板)连接,如图2-41(c)所示。此法需将钢管端部切开并插入节点板内进行焊接,构造较为复杂。图2-41(d)为将钢管压扁后直接连接的做法,该节点整体刚度较小,一般仅适用于中小跨度屋架。图2-41圆钢管屋架中间节点核心知识②屋脊节点构造。钢管屋架的屋脊节点可采用顶接焊接或螺栓连接两种形式。对整体制作、跨度较小的屋架,宜采用图2-42(a)所示做法,该节点构造简单、施工方便。对跨度较大或需分段制作的屋架,宜按图2-42(b)在屋脊处分段,并在工地进行拼装。核心知识③支座节点构造。常用的支座节点形式有顶接式和插接式两种。a.顶接式。图2-43给出了顶接式支座节点的两种典型做法。如图2-43(a)所示,屋架支座底板直接搁置于柱顶。该形式适用于跨度较小且下弦杆不加高的屋架,具有构造简单、受力明确