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鋼結構(gòu)設計與檢(jiǎn)測八大基礎知識(shí)
更新時間:2021-04-10 17:51
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隨著鋼結構建築越來越頻繁,需求越來越多,鋼結(jié)構設計和安全檢測(cè)需求也在逐漸增加,那麽在設計和檢測的時(shí)候,我們需要注意哪些(xiē)地方呢?

一、鋼結構的特點(diǎn)

 

1、鋼結構自重較(jiào)輕

2、鋼結構工作的可靠性較高

3、鋼材的抗振(震)性、抗衝擊性好

4、鋼結構製造的工業化程度較(jiào)高

5、鋼結構可以準確快速地裝配

6、容易做成密封(fēng)結構

7、鋼結構易腐蝕

8、鋼結構耐火(huǒ)性差

 

二、常用鋼結構用鋼的牌號及性能

 

1、炭素結(jié)構(gòu)鋼(gāng):Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等

2、低合金高強度(dù)結構鋼

3、優質碳(tàn)素結構鋼及合金結構鋼(gāng)

4、專門用途鋼

 

三、鋼結構的材料選用原則

 

鋼結構的材料選用原則是保證承重結構的承載能力和防止在一(yī)定條件下出現脆性破(pò)壞,根據結構的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀(zhuàng)態、連接方法、鋼材厚度和工作環境等因素綜合考慮的。

 

《鋼結構設計規範》GB50017-2003提出的四種鋼(gāng)材型號是“宜”使用的型號,是在條件許可時的首先選擇,並不禁(jìn)止其它型號的使用,隻要(yào)使用的鋼材滿足(zú)規範的要求即可。

 

四、主要鋼結構技術內容

 

(1)高層鋼結構技術。根據建築高度(dù)和設計要求分別采用框架、框架支撐、筒體和巨型框架結構(gòu),其構件可采用鋼、勁性鋼筋混凝(níng)土或鋼(gāng)管混凝(níng)土。鋼構件質輕延性好,可采用焊接型鋼或軋製型鋼,適用於超高建層建築;勁性鋼筋混凝土構件剛度大,防火性能好,適用於中高(gāo)層(céng)建築或底部結構;鋼管混凝土施工簡便,僅用(yòng)於柱結構。

 

(2)空間鋼結構(gòu)技術。空間鋼結構自重輕(qīng)、剛度(dù)大、造(zào)型美觀,施工速度快。以鋼管為杆件的球節點平板網架、多(duō)層變截麵網架及網殼等是(shì)我國空間鋼結構用量最大的結構型式。具有空(kōng)間剛度大,用鋼量低的優點,在設計(jì)、施工和檢驗規程,並可提供完備的CAD。除(chú)網架結構外,空間結構尚有大跨懸索結構、索膜結構等。

 

(3)輕鋼結構技術。伴隨著輕型彩色鋼板製(zhì)成(chéng)牆體和屋麵圍護(hù)結構組成的新結構形式。由5mm以上鋼板(bǎn)焊接或軋(zhá)製的大斷麵薄壁(bì)H型鋼牆梁和屋麵檁條,圓鋼製成柔性支持係統和高強螺栓連接構成的輕鋼結構體係,柱距可從6m到9m,跨度可達(dá)30m或更(gèng)大,高(gāo)度可(kě)達十幾米,並可設輕型吊四。用鋼量(liàng)20~30kg/m2。現已有標準化的設計程序和專業(yè)化生產企業(yè),產品質量好,安裝速度快,重量輕,投資少,施工不(bú)受季節限製(zhì),適用於各種輕型工業廠房。

 

(4)鋼(gāng)混凝土組合結(jié)構技術。以型鋼或鋼管理與混凝土構件組成的梁、柱承重結構為(wéi)鋼混(hún)組合結構,近年來應用(yòng)範圍日(rì)益擴大(dà)。組合(hé)結(jié)構兼有鋼與混凝土兩者的優點,整體強度大、剛(gāng)性好、抗(kàng)震性能良好,當采(cǎi)用外包混(hún)凝(níng)土構造時,更具有良好的耐火和耐腐蝕性能。組合結構構件一般可降低(dī)用鋼量15~20%。組合樓蓋及鋼管(guǎn)混凝土構件,還具有少支模或不支模(mó)、施(shī)工(gōng)方便快速的優點,推廣潛力較大。適用於隨較大荷載的多(duō)層或高層建築的框架梁、柱及樓蓋,工業建築柱(zhù)和樓蓋等。

 

(5)高強度螺栓連接與焊接技術。高強螺栓是通過磨(mó)擦力來傳遞應力,由螺栓、螺母和墊圈三部分組成。高強螺栓連接施工簡(jiǎn)便、拆除靈活、承(chéng)載力高、抗疲勞性能和自鎖性好、安(ān)全性高等(děng)優點,工程中(zhōng)已(yǐ)取代了鉚(mǎo)接和部分焊接,成為鋼結構製作(zuò)及安裝(zhuāng)中的主要連(lián)接(jiē)手段(duàn)。在車間內製作的鋼構件,厚板(bǎn)應采用自動多絲弧埋焊,箱形(xíng)柱隔板應采用熔咀(jǔ)電(diàn)渣焊等(děng)技術。現場(chǎng)安裝施工中,應采用半自動焊技術和(hé)氣體保護焊藥芯焊絲及自保護藥芯焊絲技術(shù)。

 

(6)鋼結(jié)構防護技術。鋼結構防護包括防火、防腐、防鏽,一般是采用在防火塗料處理(lǐ)後無需再作防鏽處理,但在有腐蝕氣(qì)體的建築中尚需作防腐處理。國內防(fáng)火塗料種類較(jiào)多,如TN係列(liè)、MC-10等,其中MC-10防(fáng)火塗料有醇酸磁漆(qī)、氯化橡膠漆、氟橡膠塗料及氯磺化塗料等。在施工中應根據鋼結構型(xíng)式、耐火(huǒ)等級要(yào)求及環境要求選用合適的塗料及塗層厚度(dù)。

 

五、鋼結構(gòu)的目標與措施

 

鋼結構工程涉及麵廣,技術難度大(dà),在推廣應用(yòng)中必須遵循國家及行業標(biāo)準規(guī)範。各地建設行政主管部門應重(chóng)視鋼結構工程專業化階(jiē)段的建設,組織好質檢隊伍(wǔ)培訓(xùn)工(gōng)作,並及時總結工作實踐(jiàn)和新技術應用。大專(zhuān)院校、設(shè)計部門和施工企業應加(jiā)速鋼結(jié)構工(gōng)程技術人員培養,推廣技術成熟的鋼結構CAD。群眾學術團體應(yīng)配(pèi)合鋼(gāng)結構技術的發(fā)展,廣泛開(kāi)展國內外學術交流和培(péi)訓(xùn)活動,積極把鋼(gāng)結構的設計、製作與施工安裝技術的總體水平,在近期內能有獎勵的提高。

 

六、鋼結構(gòu)的連接方法

 

鋼結構的連接方法有焊縫連接、螺(luó)栓連接和鉚釘連接三(sān)種。

 

(一)、焊縫連接

 

焊(hàn)縫(féng)連接是通過電弧產生的熱量使焊條(tiáo)和焊件局部熔化,經冷卻凝結成焊縫,從而將焊件連接成為一體。

 

優點:不削弱構件截麵,節約鋼材,構造簡單,製造(zào)方便,連(lián)接剛度大,密封性能好,在一(yī)定條件(jiàn)下(xià)易於采用自動化作業(yè),生產效率高。

 

缺點:焊縫附近鋼材因(yīn)焊接高溫作用(yòng)形成的熱影響區可能是某些部(bù)位材(cái)質變脆;焊接過程(chéng)中(zhōng)鋼材受到分布不均勻的高溫和冷卻(què),使結構產生焊接殘餘應力和殘餘變形,對結構(gòu)的承載力(lì)、剛度和使用性(xìng)能有一定(dìng)影響;焊接結構由於剛度大,局部裂紋一經發生很容易(yì)擴展到整體,尤其是在低溫下易發生脆斷;焊縫連接的塑(sù)性(xìng)和韌(rèn)性較差,施焊時可能產生缺陷,使疲勞(láo)強度降低。

 

(二)、螺栓連接

 

螺栓連接是(shì)通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一(yī)體。 螺栓連接(jiē)分普通螺栓連接和高強度螺(luó)栓連接兩種。

優點:施工工藝簡單、安(ān)裝方便,特別適用於工地安裝連接,也便(biàn)於拆卸,適用於需要裝拆結構和臨時性連(lián)接。

 

缺點:需要在板(bǎn)件上開孔和拚裝時對(duì)孔(kǒng),增加製造工作量,且對製造的精度要求較高;螺栓孔(kǒng)還使構(gòu)件(jiàn)截麵(miàn)削弱,且(qiě)被連接件常需相互搭接或增設輔助連接板(或角鋼),因而構造較繁且多費鋼材。

 

(三)、 鉚釘連接

 

鉚釘連接是將(jiāng)一端帶有半圓形預製釘頭的鉚釘,將(jiāng)釘(dìng)杆燒紅後迅速插入連接件的釘孔中,然(rán)後用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭,以使連接達(dá)到緊固。

 

優點:鉚接(jiē)傳力可靠,塑性、韌性均較好,質量易於檢查和保證,可用於重型和直接承(chéng)受動力荷載(zǎi)的結構。

 

缺點:鉚接工(gōng)藝複雜、製造費工費料,且勞動強(qiáng)度高,故已基本被焊接和高強度螺栓連接所取代。

 

七、焊接連接(jiē)

 

(一)焊接方法(fǎ)

 

鋼結構常用的焊接方法是電弧焊,包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊以及氣體保護焊等。

 

手工電弧焊是鋼(gāng)結構中最常用的焊接方法,其設備(bèi)簡單,操(cāo)作靈活方便。但勞動條件差,生產效率比(bǐ)自動或半自動焊低,焊(hàn)縫質量的變異性大(dà),在一定程(chéng)度上取決於焊工的技術水平。

 

自動焊的焊縫質量穩定,焊縫內部缺陷較少,塑性好,衝擊韌性好,適(shì)合於焊接較長的(de)直接焊縫(féng)。半自動焊因人工操(cāo)作,適(shì)用於焊曲線或任(rèn)意形狀(zhuàng)的焊縫(féng)。自動和半自動焊應采(cǎi)用與主體金屬(shǔ)相適(shì)應的(de)焊絲和焊(hàn)劑,焊絲應(yīng)符合國家標準的規定,焊劑應根據焊接工藝要求確定(dìng)。

 

氣體保護焊是用惰性氣體(或CO2)氣體作為電弧的保護介質(zhì),使熔化金(jīn)屬與空氣隔絕,以保持焊接過程穩定。氣體(tǐ)保護焊電弧加熱集中,焊接(jiē)速度快,熔深大,故焊縫強(qiáng)度比(bǐ)手工焊的高。且塑性和抗腐(fǔ)蝕性好,適合於厚鋼板的焊接。

 

(二)、焊縫形式

 

焊縫連接形式根據被連接構件間的相互位置可分為對接、搭接(jiē)、T形連接和角接等四種(zhǒng)形式。這些(xiē)連接所(suǒ)用的焊縫(féng)有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。在具體應用時,應根據連接的受力情況,結合製造、安裝和焊接條件進行選擇。

 

(三)焊縫構造

 

1、對接焊縫

 

對接焊縫傳(chuán)力直接、平順、沒有顯(xiǎn)著的應力(lì)集中現象(xiàng),因而受力性能良好,對於承受靜、動(dòng)荷載的構件連接都(dōu)適用。但由於對(duì)接焊縫的質量要求較高,焊件之間施焊間隙要求較嚴,一般多用於工廠製(zhì)造的連接中(zhōng)。

 

2、角(jiǎo)焊縫

 

角焊縫的形式:角焊縫按其長度方向和外力作用方向(xiàng)的不同,可分為平行於力作用方向(xiàng)的(de)側麵角焊縫、垂直於力作用方向的正麵角焊縫與力作用方向斜交的斜向角焊縫以及圍焊縫(féng)。

 

角焊縫截麵形式又分為普通式、平坡式和深(shēn)熔式。普(pǔ)通式截麵焊腳邊(biān)比例為1:1,近似(sì)於等腰(yāo)直角三角形,其(qí)傳力線彎(wān)折較劇烈,故應力集(jí)中嚴重。對直接承受動力荷載的結構,為使傳力平順,正麵角焊縫宜采用兩焊(hàn)角邊尺寸比例1:1.5的平坡式(長(zhǎng)邊順內力方向),側麵角焊縫宜(yí)采用比例為(wéi)1:1的深(shēn)熔式。

 

八、螺栓連接

 

(一(yī))普通螺栓連接的構造

 

1、普通螺(luó)栓的(de)形式和規格

 

鋼結構采(cǎi)用的(de)普通形式為大六角(jiǎo)頭型,其代號用字母M與公稱和直徑(mm)表示(shì)。工程中常用M18,M20,M22,M24。按國際標(biāo)準,螺栓統(tǒng)一用螺栓的性(xìng)能等級來表示,如“4.6級”、“8.8級”等。小數點前數字表示螺栓材(cái)料的最低抗拉強度,如“4”表示(shì)400N/mm2,“8”表示800N/mm2。小數點後的數字(zì)(0.6、0.8)表示螺栓材料的屈強比(bǐ),即屈服點與最低抗拉強度的比值。

根據(jù)螺栓的加工精度,普通螺栓又分為A、B、C三級。

 

A、B級螺栓(精製螺栓)采用8.8級(jí)鋼材製作,經機床車削加工而成,表麵光滑,尺寸準確,且配用Ⅰ類孔(即螺栓孔在裝配(pèi)好的構件上鑽成(chéng)或擴(kuò)鑽成,孔壁光滑,對孔準確)。由於其加工精度(dù)高,與孔壁接觸緊密,其連接(jiē)變形小,受力性能好,可用於承受較大剪力和拉力的連接。但製造和安裝較費工,成本高,故在鋼結構(gòu)中較少采用(yòng)。

 

C級螺栓(粗製螺栓(shuān))用4.6或4.8級鋼製作,加工粗糙,尺(chǐ)寸不夠準確,隻(zhī)要求Ⅱ類孔(即(jí)螺栓孔在單個零件上一次衝成或不用鑽模(mó)鑽成。一般孔徑比螺栓杆徑大1~2mm)。在傳遞剪力時,連接變形大,但傳(chuán)遞(dì)拉力的性能尚好(hǎo),操作無需特殊設備,成本低。常用於承受拉(lā)力的(de)螺栓連接和承受靜(jìng)力荷載或間接承受動力荷載結構中(zhōng)的次要受剪連接(jiē)。

 

2、普通螺栓連接的排列

 

螺栓的排列應(yīng)簡單(dān)、統一而緊湊,滿足受力要求,構造合理又便於安裝。排列方式有並(bìng)列和錯列兩種排列。並列較簡單,錯列較緊湊。

 

(二)普通(tōng)螺栓連接的受力特點

 

1、受剪螺栓連接

2、受拉螺栓(shuān)連(lián)接

3、拉剪螺栓連接

 

(三)高強度螺栓的受力特(tè)點

 

高強度螺栓連接(jiē)按設計和受力(lì)要求可分為摩擦型和承壓型兩種。摩(mó)擦型連接在承受剪(jiǎn)切(qiē)時,以外剪力達到板件間(jiān)可能發生的最大摩阻力為極(jí)限狀態;當超過時板件(jiàn)間發生相對滑移,即認為連接已失(shī)效而破(pò)壞。承壓型連接在受剪時,則允許(xǔ)摩擦力被克服並發生板件間相對(duì)滑移,然後外力可以繼續增加(jiā),並以此後發生的螺杆剪切或(huò)孔壁承壓的最終(zhōng)破壞為(wéi)極限狀態。

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