钢结构基础知识

钢结构基础知识中国中铁三局集团运输工程分公司宁波项目经理部123456建筑钢材的主要钢种钢结构用钢钢材的力学性能钢结构构件的制作加工钢结构构件的连接钢结构安装与安装目录7钢结构涂装绪论绪论第一节钢结构的发展第二节钢结构的特点与应用第三节钢结构常见术语及分类第一节钢结构的发展1、新中国成立后，随着经济建设的发展，钢结构曾起过重要作用，如第一个五年计划期间，建设了一大批钢结构厂房、桥梁。但由于受到钢产量的制约，在其后的很长一段时间内，钢结构被限制使用在其他结构不能代替的重大工程项目中，在一定程度上，影响了钢结构的发展。2、96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。3、当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。第二节钢结构的特点及应用1、钢结构的特点①.强度高、强重比大；塑性、韧性好；②.材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；③.工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；④.钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。2、钢结构的应用①.重型结构及大跨度钢结构；②.多层、高层及超高层钢结构；③.轻钢结构；④.塔桅等高耸结构。第三节钢结构常见术语■零件：组成部件或构件的最小单元，如节点板、翼缘板等。■部件：由若干零件组成的单元，如焊接H型钢、牛腿等。■构件：由零件或由零件和部件组成的钢结构基本单元，如梁、柱、支撑等。■小拼单元：钢网架结构安装工程中，除散件之外的最小安装单元，一般分平面桁架和锥体两种类型。■中拼单元：钢网架结构安装工程中，由散件之外的最小安装单元组成的安装单元，一般分条状和块状两种类型。■高强度螺栓连接副：高强度螺栓和与之配套的螺母、垫圈的总称。■抗滑移系数：高强度螺栓连接中，使连接件摩擦面产生滑动时的外力与垂直于摩擦面的高强度螺栓预拉力之和的比值。■预拼装：为检验构件是否满足安装质量要求而进行的拼装。■空间刚度单元：由构件构成的基本的稳定空间的体系。■焊钉（栓钉）焊接：将焊钉（栓钉）一端与板件（或管件）表面接触通电引弧，待接触面熔化后，给焊钉（栓钉）一定压力完成焊接的方法。■环境温度：制作或安装时现场的温度。节点板是一种将钢梁结合在一起的零件。钢结构培训教材翼缘板是焊接不同规格尺寸的轻型H型钢专用材料，此产品优化了焊接H型钢的生产工艺，代替板材，节省了剪切的费用，节省工时，节省钢材消耗从而大大降低了焊接H型钢的成本。钢结构培训教材牛腿也叫支撑座,它对钢结构起到支撑作用。钢结构培训教材工程中由杆件通过焊接、铆接或螺栓连接而成的结构，称为“桁架”。特点：各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。钢结构厂房主框架，一般分为六类：•1、门式钢结构厂房门式钢结构厂房直称为门式框架系统，其厂房主轴垂直于程度面，一度直径很大的人字形结构台，用于装夹作件。这类工程重要用来加工径向分寸大、轴向分寸绝对于较小的重型简单整机。•2、单跨架钢结构厂房钢结构厂房正常都配置有各族方式的单跨架，如四工位卧动转位刀架或者多工位转塔式主动转位梁架。•3、双跨架钢结构厂房双跨架钢结构厂房的双刀架配置平行散布，也能够是彼此垂直散布。•4、卧式钢结构厂房卧式钢结构厂房又分成钢结构程度路轨卧式厂房和钢结构歪斜路轨卧式厂房。其歪斜路轨结构能够使厂房拥有更大的刚刚性，并易于扫除切屑。•5、顶尖式钢结构厂房顶尖式钢结构厂房配有一般尾座或者钢结构尾座，适宜车削较长的整机及直径没有太大的盘类整机。•6、卡盘式钢结构厂房卡盘式钢结构厂房没有尾座，适宜车削盘类(含短轴类)整机。夹紧形式多为自动或者液动掌握，卡盘结构多拥有可调卡爪或者没有淬火卡爪(即软卡爪)。一、建筑钢材的主要钢种•钢材是以铁为主要元素，含碳量为0.02%～2.06%，并含有其他元素的合金材料。•钢材按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢根据含碳量又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%～0.6%）和高碳钢（含碳量大于0.6%）。合金钢是在炼钢过程中加入一种或多种合金元素，如硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)等而得的钢种。按合金元素的总含量合金钢又可分为低合金钢（总含量小于5%）、中合金钢（总含量s%～10%）和高合金钢（总含量大于10%）。•根据钢中有害杂质硫、磷的多少，工业用钢可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据用途的不同，工业用钢常分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。•建筑钢材的主要钢种有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢。•优质碳素结构钢钢材按冶金质量等级分为优质钢、高级优质钢（牌号后加“A”）和特级优质钢（牌号后加“E”）。优质碳素结构钢一般用于生产预应力混凝土用钢丝、钢绞线、锚具，以及高强度螺栓、重要结构的钢铸件等。低合金高强度结构钢的牌号与碳素结构钢类似，不逋其质量等级分为A、B、C、D、E五级，牌号有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460几种。主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。二、钢结构用钢钢结构用钢主要有型钢、钢板和钢索等，其中型钢是钢结构中采用的主要钢材。型钢又分热轧型钢和冷弯薄壁型钢，常用热轧型钢主要有工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。薄壁型钢是薄钢板经模压或冷弯而制成，其截面形式多样，壁厚一般为1.5~5mm，能充分利用钢材的强度，节约钢材。薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢。钢板材包括钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和彩色涂层钢板等。钢板规格表示方法为宽度×厚度×长度(单位为mm)。钢板分厚板(厚度4mm)和薄板(厚度≤4mm)两种。厚板主要用于结构，薄板主要用于屋面板、楼板和墙板等。在钢结构中，单块钢板一般较少使用，而是用几块板组合成工字形、箱形等结构形式来承受荷载。扁钢角钢槽钢工字钢H型钢注:工字钢和H型钢的区别工字钢翼缘是变戴面靠腹板部厚,外部薄;H型钢的翼缘是等戴面。工字钢的边长小，高度大，只能承受单方向的力。而H型钢槽深，厚度大，可以承受两个方向的力。工字钢主要用于横梁，而H型钢主要用于结构的承重柱。三、建筑钢材的力学性能钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。其中力学性能是钢材最重要的使用性能，包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。•（一）拉伸性能反映建筑钢材拉伸性能的指标包括屈服强度、抗控强度和伸长率。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性。在工程应用中，钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率是钢材发生断裂时所能承受永久变形的能力。伸长率越大，说明钢材的塑性越大。试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为断后伸长率。对常用的热轧钢筋而言，还有一个最大力总伸长率的指标要求。•（二）冲击性能冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击性能有明显的影响。除此以外，钢的冲击性能受温度的影响较大，冲击性能随温度的下降而减小；当降到一定温度范围时，冲击值急剧下降，从而可使钢材出现膪陛断裂，这种性质称为钢的冷脆性，这时的温度称为膪陛临界温度。膪陛临界温度的数值愈低，钢材的低温冲击性能愈好。所以，在负温下使用的结构，应当选用膪陛临界温度较使用温度为低的钢材。•（三）疲劳性能受交变荷载反复作用时，钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发主脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。四、钢结构构件的制作加工•（一）准备工作进行详图设计、审查图纸、提料、备料、相关试验和工艺规程的编制、拄术交底等工作。施工详图应根据结构设计文件和有关技术文件进行编制，并应经原设计单位确认；当需进行节点设计时，节点设计文件也应经原设计单位确认。•（二）钢结构构件生产的工艺流程放样→号料→切割下料→平直矫正→边缘及端部加工→滚圆→煨弯→制孔→钢结构组装→焊接→摩擦面的处理→涂装。(1)放祥:包括核对图纸的安装尺寸和孔距，以1：1大样放出节点，核对各部分的尺寸，制作样板和样杆作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据。(2)号料:包括检查核对材料，在材料上画出切割、铣、刨、制孔等加工位置。打冲孔，标出零件编号等。（3）切割下料:包括氧割〔气割)、等离子切害等高温热源的方法和使用机切、冲模落料和锯切等机械力的方法。(4)平直矫正:包括型钢矫正机的机械矫正和火焰矫正等。（5）边缘及端部加工:方法有铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、半自动和自动气割机、坡口机加工等。(6)滚圆:可选用对称三轴滚圆机、不对称三轴滚圆机和四轴滚圆机等机械进行加工。(7)煨弯:根据不同规格材料可选用型钢滚圆机、弯管机、折弯压力机等机械进行加工。当采用热加工成型时，一定要控制好温度，满足规定要求。(8)制孔:包括铆钉孔、普通连接螺栓孔、高强度螺栓孔、地脚螺栓孔等。制孔通常采用钻孔的方法，有时在较薄的不重要的节点板、垫板、加强板等制孔时也可采用冲孔。钻孔通常在钻床上进行，不便用钻床时，可用电钻、风钻和磁座钻加工。（9）钢结构组装：可采用地样法、仿形复制装配法、专用设备装配法、胎模装配法等。（10）焊接:是钢结构加工制作中的关键步骤，要选择合理的焊接工艺和方法，严格按要求操作。(11)摩擦面的处理:可采用喷砂、喷丸、酸洗、打磨等方法，严格按设计要求和有关规定进行施工。(12)涂装:严格按设计要求和有关规定进行施工。（3）钢材进场验收钢材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求。检查数量：全数检查检验方法：检查质量合格证明文件、中文标志及检验报告等。五、钢结构构件的连接钢结构的连接方法有焊接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接和铆接，具体如下：•（一）焊接1、建筑工程中钢结构常用的焊接方法：按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接和自动化焊接三种。2、根据焊接接头的连接部位，可以将熔化焊接头分为：对接接头、角接接头、T形及十字接头、搭接接头和塞焊接头等。3、在焊接时应合理选择焊接方法、条件、顺序和预热等工艺措施，尽可能把焊接应力和焊接变形控制到最小。必要时，应取合理措施消除焊接残余应力和变形。4、焊缝缺陷通常分为：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合、未焊透、形状缺陷和上述以外的其他缺陷。其主要产生原因和处理方法为：(1)裂纹：通常有热裂纹和冷裂纹之分。产生热裂纹的主要原因是母材抗裂性能差、焊接材料质量不好、焊接工艺参数选择不当、焊接内应力过大等；产生冷裂纹的主要原因是焊接结构设计不合理、焊缝布置不当、焊接工艺措施不合理，如焊前未预热、焊后冷却快等。处理办法是在裂纹两端钻止裂孔或铲除裂纹处的焊缝金属，进行补焊。(2)孔穴：通常分为气孔和弧坑缩孔两种。产生气孔的主要原因是焊条药皮损坏严重、焊条和焊剂未烘烤、母材有油污或锈和氧化物、焊接电流过小、弧长过长、焊接速度太快等，其处理方法是铲去气孔处的焊缝金属，然后补焊。产生弧坑缩孔的主要原因是焊接电流太大且焊接速度太快、熄弧太快，未反复向熄弧处补充填充金属等，其处理方法是在弧坑处补焊。(3)固体夹杂：有夹渣和夹钨两种缺陷。产生夹渣的主要原因是焊接材料质量不好、焊接电流太小、焊接速度太快、熔渣密度太大、阻碍熔渣上浮、多层焊时熔渣未清除干净等，其处理方法是铲除夹渣处的焊缝金属，然后焊补。产生夹钨的主要原因是氩弧缝金属，重新焊补。(4)未熔合、未焊透：产生的主要原因是焊接电流太小、焊接速度太快、坡口角度间