施工技术6钢结构工程

8/25/20261第六章钢结构工程〔总体介绍〕：1.何为钢结构？指用钢板、型钢和圆钢通过焊接、铆接、螺栓连接等方式制造的结构。2.使用范围：大跨度结构、重工业厂房、高层建筑、高耸结构、容器和其他构筑物、移动结构等方面。8/25/20262§6-1钢桁架3.特点：

①强度高，塑性和韧性较好；②匀质性和同向性较好；③重量轻；④具有可焊性；⑤耐腐蚀、耐火性较差。8/25/20263§6-1钢桁架（目录）一、钢桁架的几种类型51.三角形桁架52.体形桁架63.平行弦桁架74.多边形桁架8二、轻型钢屋架的应用91.圆钢、小角钢组成的屋架92.芬克式屋架103.三铰拱屋架114.梭形屋架148/25/20264§6-1钢桁架一、钢桁架的几种类型（150）1.三角形桁架8/25/20265§6-1钢桁架2.梯形桁架8/25/20266§6-1钢桁架3.平行弦桁架8/25/20267§6-1钢桁架4.多边形桁架8/25/20268§6-1钢桁架二、轻型钢屋架的应用（152）1.圆钢、小角钢组成的屋架ａ.特点：ｂ.适用于：8/25/20269§6-1钢桁架2.芬克式屋架（下图）ａ.特点：ｂ.适用于：8/25/202610§6-1钢桁架3.三铰拱屋架（下图）8/25/202611§6-1钢桁架ａ.特点：ｂ.杆件：拉杆：圆钢或角钢；吊杆：圆钢。ｃ.截面形式：平面桁架空间桁架8/25/202612§6-1钢桁架ｄ.稳定性要求：斜梁高跨比＞1/18，常用1/15；斜梁高跨比＞1/2.5，常用1/2.0。ｅ.适用情况：与芬克式相同。8/25/202613§6-1钢桁架4.梭形屋架（下图）8/25/202614§6-1钢桁架ａ.特点：截面重心位置较低，不容易倾覆，钢筋混凝土屋面板安设后，屋面刚度较好，所以，梭形屋架可以不设或少设支撑，宜在无檩屋盖中采用。8/25/202615§6-1钢桁架ｂ.适用于：屋面坡度为1/15～1/10，跨度为12ｍ～15ｍ的结构中采用。ｃ.形式：平面桁架式；空间桁架式。8/25/202616§6－2薄壁型钢屋架（目录）一、薄壁型钢屋架的概况18二、薄壁型钢屋架的计算和构造要点21三、薄壁型钢屋架的制作与维护251.制作与维护要求252.不宜采用薄壁型钢屋架的结构273.型钢的性能及其规格29

①.角钢30②.工字钢31③.槽钢33

4.焊接工艺35

①钢结构的连接方式②焊接的特点③焊条36

5.焊缝的形式与构造418/25/202617§6－2薄壁型钢屋架一、薄壁型钢屋架的概况（153）8/25/202618§6－2薄壁型钢屋架

对于不受强烈侵蚀作用的工业与民用房屋，采用薄壁型钢屋架是安全可靠又经济的，中小跨度的屋架且为轻屋面材料时，采用薄壁型钢屋架，其经济效果最好，用钢量2ｋｇ/ｍ～4ｋｇ/ｍ，结构自重只有钢筋混凝土屋架的10％～15％。8/25/202619§6－2薄壁型钢屋架

ａ.总体形式：平面桁架、刚架、网架。ｂ.单个形状：三角形、五角形、梯形。ｃ.屋面常为有檩轻屋面：石棉瓦、钢丝网波形瓦、预应力槽形瓦。8/25/202620§6－2薄壁型钢屋架二、薄壁型钢屋架的计算和构造要点（154）1.需要注意的3个要点：2.弦杆、腹杆均为方管截面时：如它们宽度相差不多，可以将腹杆的端部直接焊于弦杆上；但如果他们的宽度相差大于20ｍｍ时，则在腹杆的端部加一块垫板来增加节点刚度，避免弦杆产生局部变形，而使传力可靠。8/25/202621§6－2薄壁型钢屋架3.圆管构件：一般不会产生局部失稳现象，受压时，其截面全部有效，所以圆管屋架的用钢量最省，传力性能好，但当弦杆也采用圆管时，腹杆端部的切割比较费工，制作精度要求较高，圆管屋架的节点，一般都采用直接连接。8/25/202622§6－2薄壁型钢屋架4.开口与闭口：

闭口杆件时，在端部焊上封板或将端部打扁，避免锈蚀。

开口杆件时，应将开口朝下放置，以免积灰、积水而引起锈蚀。8/25/202623§6－2薄壁型钢屋架5.上弦杆为开口截面时，可以在弦杆的开口边焊上一块垫板，将腹杆焊于垫板上。6.压杆接长采用隔板焊接，但如果压杆偏心受力而出现拉力时，则应改用螺栓连接。8/25/202624§6－2薄壁型钢屋架三、薄壁型钢屋架的制作与维护（155）1.制作与维护要求

①.校正时，防止产生局部变形；

②.焊接时选用直径小的焊条；

③.运输和安装过程中，注意避免杆件撞瘪和防止产生过大的弯扭变形、局部变形；8/25/202625§6－2薄壁型钢屋架

④.除锈和油漆的要求比普通钢屋架高，一般采用酸洗和喷砂除锈，并涂以防锈性能较好的涂料。对于特别重要的结构或者长期处于露天环境而维护又比较困难的结构，可以考虑采用镀锌除锈。8/25/202626§6－2薄壁型钢屋架2.不宜采用薄壁型钢屋架的结构

①.薄壁型钢屋架由于型材生产不多,因而使用还受到一定的限制。特别是对于直接承受动力荷载的承重结构，例如吊车梁或设有悬挂吊车的屋架；8/25/202627§6－2薄壁型钢屋架

②.设有较大煅锤和空气压缩机的车间，目前还缺乏使用经验，试验研究经验也不多，暂时还不宜采用；

③.受有强烈侵蚀作用的建筑物中也不宜采用薄壁型钢屋架。8/25/202628§6－2薄壁型钢屋架3.型钢的性能及其规格型钢的截面形式合理，材料在截面上的分布对受力最为有利。由于其外形比较简单，种类较少，尺寸与级差不多，所以便于扎制和构件间的连接。型钢是钢结构中采用的主要钢材。钢结构中常用型钢有三个种类：

角钢、工字钢、槽钢。8/25/202629§6－2薄壁型钢屋架①.角钢：角钢可以作受力构件，也可以作连接杆件。角钢有两种：等肢角钢、不等肢角钢。

ａ.等肢角钢：表示方式：∟肢宽×肢厚，如：∟100×10。

ｂ.不等肢角钢：表示方式：∟长肢宽×短肢宽×肢厚，如：∟100×80×8。8/25/202630§6－2薄壁型钢屋架②.工字钢：

主要用于在腹板面内受弯的构件，由于它两个方向的惯性距相差较大，单独用作受压构件或斜弯构件是不适宜的。工字钢分为普通工字钢和轻型工字钢。同样高度的轻型工字钢的翼缘比普通工字钢宽而薄。8/25/202631§6－2薄壁型钢屋架

工字钢的号码以其腹板的高度来表示，工字钢按腹板厚度的不同分为ａ、ｂ、ｃ三类，一般应该尽量采用ａ类。如：Ｉ20ａ表示高度为20ｃｍ的ａ类工字钢。我国生产的工字钢最大号码为63号，轻型工字钢为70号。工字钢长度为5～19ｍ。8/25/202632§6－2薄壁型钢屋架③.槽钢：

槽钢的伸出肢比工字钢大，所以斜向弯曲的构件宜采用槽钢。槽钢安装螺栓或铆接比工字钢容易，但槽钢的腹板较厚，所以用槽钢组成的构件用钢量较大。槽钢的编号同工字钢类似。我国生产的槽钢最大号码为40号，长度为5～19ｍ。8/25/202633§6－2薄壁型钢屋架

另外，还有薄壁型钢，它用薄钢板模压或弯曲而成。由于壁薄（1.5～5ｍｍ），因而特别经济。但承重结构的受力杆件的壁厚不宜＜2ｍｍ，成型后的钢材不得有裂纹。钢结构也常用无缝钢管或水煤气输送钢管。无缝钢管的外径为70～219ｍｍ，壁厚4～30ｍｍ。由于无缝钢管的壁较厚，不经济，常用水煤气输送管。8/25/202634§6－2薄壁型钢屋架4.焊接工艺

①钢结构的连接方式：铆接、焊接、螺栓连接。

②焊接的特点：

优点：构造简单、用钢省、加工简便、密封性好、刚度大、生产效率高等。

缺点：焊件会产生残余应力和残余变形、焊接结构对裂纹敏感、局部裂纹会扩大到整个截面、焊缝附件材质变脆等。8/25/202635§6－2薄壁型钢屋架③焊条（156）ａ.光焊条（无药皮的焊条）ｂ.药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性、形成保护性气体和熔渣、脱氧以及向焊缝金属中掺入必要的合金元素成分。8/25/202636§6－2薄壁型钢屋架ｃ.钢结构中常用焊条：Ｅ43××、Ｅ55×和55××型。焊条大体分为两类：碳钢焊条、低合金钢焊条。

《钢结构设计规范》规定：焊条应该符合《碳钢焊条》（ＧＢ5117－85）或《低合金钢焊条》（ＧＢ5118－85）的规定。选择的焊条型号应该与主体金属强度相适应。8/25/202637§6－2薄壁型钢屋架ｄ.常用两类焊条型号所代表的意义（a）、碳钢焊条：比如

E43（50）××其中E——焊条；

43（50）——熔敷金属抗拉强度最小值，43mpa或者50mpa；第一个×——焊接位置；第二个×——药皮类型和焊接电流种类。8/25/202638§6－2薄壁型钢屋架（b）、低合金钢焊条：

比如E50（55）××－××其中E——焊条；

50（55）——熔敷金属抗拉强度最小值，50mpa或者55mpa；第一个×——焊接位置；第二个×——药皮类型和焊接电流种类。第三、四个××——熔敷金属化学成分分类代号。8/25/202639§6－2薄壁型钢屋架ｅ.焊条的焊接位置（下图）平焊、立焊、仰焊、横焊。药皮不同的焊条适用于不同的位置。全位置焊条——适用于上述四种位置的焊条。8/25/202640§6－2薄壁型钢屋架5.焊缝的形式与构造ａ.对接焊缝对接焊缝的表面凸出部分，能够起到弥补焊缝表面的粗糙和内部有夹渣、气泡等缺陷的作用。但对受动力荷载的构件，凸出部分反而会降低疲劳强度，所以应该顺受力方向把它加工平整。8/25/202641§6－2薄壁型钢屋架

对接焊缝的优点：用料经济，传力均匀、平顺，没有显著的应力集中，承受动力荷载的构件最适于采用对接焊缝。

对接焊缝的缺点：施焊时焊件应保持一定的间隙，板边需要加工，施工不便。8/25/202642§6－2薄壁型钢屋架ｂ.角焊缝角焊缝——在相互搭接或丁字连接构件的边缘，所焊截面为三角形的焊缝。角焊缝按受力方向可分为平行于力作用方向的侧面角焊缝和垂直于力作用方向的正面角焊缝（端焊缝），

见下页图。8/25/202643§6－2薄壁型钢屋架图片8/25/202644§6－2薄壁型钢屋架

角焊缝两边夹角为直角的称为直角角焊缝（简称角焊缝）（下图）。8/25/202645§6－2薄壁型钢屋架

夹角为锐角或钝角的称为斜角角焊缝（下图）。规范规定：斜角角焊缝不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。8/25/202646§6－2薄壁型钢屋架

钢结构中，最常用的是下图所式的普通直角角焊缝。其他如平坡、凹面或深熔等形式主要是为了改变受力状态，避免应力集中，一般多用于直接受动力荷载的结构。8/25/202647§6－2薄壁型钢屋架

杆件与节点板的连接焊缝一般宜采用两面侧焊，也可用三面围焊；对角钢杆件可采用Ｌ形围焊，但为不引起偏心，一般只适用于受力较小的杆件。所有围焊的转角处必须连续施焊。下图为杆件与节点板焊缝连接的示意图。8/25/202648§6－2薄壁型钢屋架

当角焊缝的端部在转角处作长度为2ｈｆ的绕角焊时，转角处必须连续施焊（下图）。8/25/202649§6－2薄壁型钢屋架

在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25ｍｍ。角焊缝的优点是：焊件板边不必预先加工，也不需要校正缝距，施工方便。角焊缝的缺点是：应力集中现象比较严重。由于必须有一定长度的搭接长度，角焊缝连接在材料使用上不够经济。8/25/202650§6－3网架结构（目录）一、网架结构的优越性52二、网架结构的施工541.整体安装56

ａ.整体提升法57

ｂ.整体顶升法59①上顶升法62②下顶升法642.整体吊装法653.悬吊拼装法66三、钢结构的质量要求和施工安全67

（一）、钢结构的质量要求

1.制作时的质量要求

2.安装时的质量要求（二）、质量通病与安全措施68

1.钢结构中存在的质量通病

2.钢结构施工中的安全措施8/25/202651§6－3网架结构一、网架结构的优越性网架结构——是许多杆件沿平面或立面按一定规律组成的高次超静定空间网状结构。它改变了一般桁架的受力状态，由于杆件之间互相支撑，所以，结构的稳定性好，空间刚度大能承受来自各个方向的荷载。网架结构的种类很多，按其外形可以分为曲面网壳和平面网架；按结构可以分为单层和双层的。最常用的是双层平面网架。8/25/202652§6－3网架结构

网架结构的优点：①.经济；②.安全；③.跨度大；④.有利于建筑造型和立面处理。8/25/202653§6－3网架结构二、网架结构的施工网架的制作与安装分为三个阶段：

第一阶段，制备杆件及其节点。在工厂进行，和一般钢结构的制作相同。第二阶段，基本单元体的拼装。在工厂和施工现场附近进行，单元体的大小视网格尺寸及其运输条件而定，可以是一个网格，也可以是几个网格。8/25/202654§6－3网架结构

第三阶段，现场安装。这是网架结构施工中最重要的一项。安装的方式有三种：ａ.整体安装、ｂ.悬挑拼装、ｃ.地面部分拼装然后高空总装。下面简单介绍一下：ａ.整体安装、ｂ.悬挑拼装。8/25/202655§6－3网架结构1.整体安装在地面拼装成网架整体，然后提升到设计位置。拼装时在地面先砌一些砖墩，其标高应该符合网架各相应点的高差。拼装时，从中心开始，逐渐向四周扩散。拼装好后整体安装主要有以下两种方式：ａ整体提升法；ｂ.整体顶升法。8/25/202656§6－3网架结构ａ.整体提升法整体提升法——是指在结构柱上安装提升设备直接提升网架，或在提升网架的同时用滑升模板施工的方式进行柱子的施工。适用于：支点较多的周边支承网架，利用升板、滑升模板等小型机具便可提升，但高空不能移位，并适用于场地窄小的施工条件。8/25/202657§6－3网架结构

提升点的位置和数量的选择应该与网架结构使用时的受力状况尽量接近。提升点必须同步上升，所以应使各提升点设备的负荷尽量接近。采用提升法时，应考虑风力对网架施工的影响。8/25/202658§6－3网架结构ｂ.整体顶升法整体顶升法——是在设计位置的地面上将网架拼装成整体，然后利用千斤顶和支承结构（如混凝土柱块）的轮番堵塞，将网架逐步提升到设计标高的施工方法。适用于：支承点较少的支承网架。8/25/202659§6－3网架结构

特点：施工设备简单，顶升能力大，但有时由于顶升施工的需要，使柱子断面尺寸较大。由于千斤顶起重能力大，一般可以将屋面构件放在网架上一起顶升，以减少垂直运输。整体顶升法尽量利用网架的永久性支承柱作为顶升用的支承结构。8/25/202660§6－3网架结构

顶升法在顶升过程中的同步问题比提升法更为重要。预制的混凝土柱块高度应该为千斤顶有效冲程的整倍数。顶升过程中要特别注意风力对网架及其网架支承柱的影响。顶升点的位置和数量的选择应该与网架结构的使用时的受力状况尽量接近。根据千斤顶放置位置的不同，顶升法可以分为：上顶升法和