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钢结构教程


学习情景4 钢结构加工制作
知识点: 钢结构施工详图的识读以及钢结构加工前的准备, 钢零件及部件机具和方法,钢构件的焊接工艺和 方法,钢构件的预拼装,钢结构成品检验、管理 和包装。 教学目标:通过学习,使学生掌握钢结构加工制作的程序和方

法,熟悉钢零件及部件加工的机具和具体方法,掌
握钢结构焊接和预拼装,熟悉成品的检验与管理, 以便以后在

现场进行管理。

学习情景4 钢结构加工制作
综合任务一 钢结构设计图与施工详图 综合任务二 钢结构加工前的生产准备 综合任务三 钢零件及钢部件加工

综合任务四 钢结构焊接
综合任务五 螺栓连接

综合任务六 钢结构构件的防腐与涂饰
综合任务七 钢构件的拼装 综合任务八 钢构件成品检验、管理 和包装

综合任务一 钢结构设计图与施工详图 钢结构构件的制作、加工必须以施工详图为依据,而详图 则应根据设计图编制。 一、设计图与施工详图的区别 1、设计图具有以下特征:

(1)根据工艺、建筑要求及初步设计等,并经施工设计方案
与计算等工作而编制的施工设计图; (2)目的、深度及内容仅为编制详图提供依据; (3)由设计单位编制;(4)图纸表示简明,数量少: (5)图纸内容一般包括:设计总说明与布置图、构件图、节

点图、钢材订货表。

2、施工详图具有以下特征:
(1)直接根据设计图编制的工厂施工及安装详图,只对设计 进行深化; (2)目的为直接供制造、加工及安装的施工用图; (3)一般应由制造厂或施工单位编制;

(4)图纸表示详细,数量多;
(5)图纸内容包括:构件安装布置图及构件详图。 二、施工详图设计的内容 1、详图的构造设计与计算

1、详图的构造设计与计算
详图的构造设计,应按设计图给出的节点图或连接条件, 并按设计规范的要求进行,是对设计图的深化和补充,一般应 包括以下内容: ①桁架、支撑等节点板构造与计算

②连接板与托板的构造与计算
③柱、梁支座加劲肋的构造与计算 ④焊接、螺栓连接的构造与计算 ⑤桁架或大跨度实腹梁起拱构造与计算 ⑥现场组装的定位、细部构造等。

2、详图图纸绘制的内容 ①图纸目录 ②设计总说明,应根据设计图总说明编写

③供现场安装用布置图,一般应按构件系统分别绘制平面
和剖面布置图,如屋盖、钢架、吊车梁。 ④构件详图、按设计图及布置图中的构件编制,带材料表 ⑤安装节点图。 三、施工详图的识读

(一)基本知识
1、图幅 2、图线 3、尺寸线 4、符号及投影

(二)钢结构详图的标注方法 (三)布置图的识读方法 1、结构的平面、立面布置图中,构件以粗单线或简单外 形图表示,并在其旁注明标号;

2、构件编号一般在平、剖面图上,编号由字首代号,一
般采用拼音字母; 3、图中剖面利用对称关系简化图形。 (四)构件图的识图方法 1、构件图以粗实线绘制

2、图形一般选用比例为1:20、1:15、1:50,对于构件

较长、较高的,长度、高度与截面尺寸比例可能不相同。
3、构件中每一零件均有编号,其规格、数量、重量等在 材料表中查找。 4、图中尺寸以mm为单位,写尺寸有斜度标注,多弧形构 件表明每一户型尺寸对应的曲率半径。

5、较复杂零件或交汇尺寸应由放大样或展开图查找。

综合任务二 钢结构加工前的生产准备 一、审查图纸 一般设计院提供的设计图,不能直接用来加工制作钢结 构,而是要考虑加工工艺,如公差配合、加工余量、焊接控 制等因素后,在原设计图的基础上绘制加工制作图(又称施

工详图)。详图设计一般由加工单位负责进行,应根据建设
单位的技术设计图纸以及发包文件中所规定的规范、标准和 要求进行。加工制作图是最后沟通设计人员及施工人员意图 的详图,是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、制孔、弯制、 拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、发送等各项作业的指

示书。

图纸审核的主要内容包括以下项目:①设计文件是否齐全,
设计文件包括设计图、施工图、图纸说明和设计变更通知单等。 ②构件的几何尺寸是否标注齐全。③相关构件的尺寸是否正确。 ④节点是否清楚,是否符合国家标准。⑤标题栏内构件的数量 是否符合工程和总数量。⑥构件之间的连接形式是否合理。⑦

加工符号、焊接符号是否齐全。⑧结合本单位的设备和技术条
件考虑,能否满足图纸上的技术要求。⑨图纸的标准化是否符 合国家规定等。

图纸审查后要做技术交底准备,其内容主要有:①根据构 件尺寸考虑原材料对接方案和接头在构件中的位置。②考虑总 体的加工工艺方案及重要的工装方案。③对构件的结构不合理

处或施工有困难的地方,要与需方或者设计单位做好变更签证
的手续。④列出图纸中的关键部位或者有特殊要求的地方,加 以重点说明。审查图纸的目的,首先是检查图纸设计的深度能 否满足施工的要求,如检查构件之间有无矛盾,尺寸是否全面 等;其次是对工艺进行审核,如审查技术上是否合理,是否满

足技术要求等。如果是加工单位自己设计施工详图,又经过审
批就可简化审图程序。

图纸审核过程中发现的问题应报原设计单位处理,需要 修改设计的应有书面设计变更文件。

二、采购和核对
1、采购 为了尽快采购钢材,一股应在详图设计的同时进行,这 样就能不因材料原因耽误施工应根据图纸材料表计算出各种材 质、规格的材料净用量,再加上一定数量的损耗,提出材料需

用量计划。工程预算一般可按实际用量所需数值再增加10%进
行提料。

2、核对 核对来料的规格、尺寸和重量,并仔细核对材质。如进 行材料代用,必须经设计部门同意,同时应按下列原则进行: (1)当钢号满足设计要求,而生产厂商提供的材质保证书

中缺少设计提出的部分性能要求时,应做补充试验,合格后方
可使用。每炉钢材,每种型号规格一般不宜少于3个试件。 (2)当钢材性能满足设计要求,而钢号的质量优于设计提 出的要求时,应注意节约,避免以优代劣。 (3)当钢材性能满足设计要求,而钢号的质量低于设计提

出的要求时,一般不允许代用,如代用必须经设计单位同意。

(4)当钢材的钢号和技术性能都与设计提出的要求不符时, 首先检查钢材,然后按设计重新计算,改变结构截面、焊缝尺 寸和节点构造。 (5)对于成批混合的钢材,如用于主要承重结构时,必须

逐根进行化学成分和机械性能试验。
(6)当钢材的化学成分允许偏差在规定的范围内可以使用。 (7)当采用进口钢材时,应验证其化学成分和机械性能是 否满足相应钢号的标准 (8)当钢材规格与设计要求不符时,不能随意以大代小, 须经计算后才能代用。

(9)当钢材规格、品种供应不全时,可根据钢材选用原则 灵活调整。建筑结构对材质要求一般是:受拉高于受压构件; 焊接高于螺栓或铆接连接的结构;厚钢板高于薄钢板结构;低

温高于高温结构;受动力荷载高于受静力荷载的结构。
(10)能所需保证项目仅有一项不合格时,当冷弯合格时, 抗拉强度的上限值可以不限;伸长率比规定的数值低1%时允 许使用,但不宜用于塑性变形构件;冲击功值一组三个试样, 允许其中一个单值低于规定值,但不得低于规定值的70%。

三、有关试验与工艺规程的编制

1、有关试验
(1)钢材复验 当钢材属于下列情况之一时,加工下料前应进行复验: ①国外进口钢材; ②不同批次的钢材混合

③对质量有疑议的钢材:
④板厚大于等于40mm,并承受沿板厚方向拉力作用,且 设计有要求的厚板;

⑤建筑结构安全等级为一级,大跨度钢结构、钢网架和

钢桁架结构中主要受力构件所采用的钢材;
⑥现行设计规范中未含的钢材品种及设计有复验要求的 钢材。 (2)连接材料的复验 1)焊接材料:在大型、重型及特种钢结构上采用的焊接材

料应进行抽样检验,其结果应符合设计要求和国家现行有关标
准的规定。 2)扭剪型高强度螺栓:采用扭剪型高强度螺栓的连接幅应 按规定进行预拉力复验,其结果应符合相关的规定。

3)高强度大六角头螺栓:采用高强度大六角头螺栓的连接 幅应按规定进行扭矩系数复验,其结果应符合相关的规定。 (3)工艺试验一般可分为三类: 1)焊接试验

钢材可焊性试验、焊接工艺性试验、焊接工艺评定试验
等均属于焊接性试验,而焊接工艺评定试验是各工程制作时最 常遇到的试验。焊接工艺评定是焊接工艺的验证,是衡量制造 单位是否具备生产能力的一个重要的基础技术资料,未经焊接 工艺评定的焊接方法、技术系数不能用于工程施工。

2)摩擦面的抗滑移系数试验
当钢结构构件的连接采用摩擦型高强螺栓连接时,应对 连接面进行处理,使其连接面的范渭移系数能达列设计规定的 数值。连接面的技术处理万云何:唢炒或喷丸、酸洗、砂轮打 磨、综合处理等。

3)工艺性试验
对构造复杂的构件,必要时应在正式投产前进行工艺性 试验。工艺性试验可以是单工序,也可以是几个工序或全部工 序;可以是个别零件,也可以是整个构件,甚至是一个安装单 元或全部安装构件。

2、编制工艺规程
原则是操作能以最快的速度、最少的劳动量和最低的费 用,可靠地加工出符合图纸设计要求的产品。内容包括:1) 成品技术要求2)具体措施:关键零件的加工方法、精度要求、 检查方法和检查工具;主要构件的工艺流程、工序质量标准、

工艺措施(如组装次序、焊接方法等);采用的加工设备和
工艺设备。

编制工艺流程表(或工艺过程卡)基本内容包括零件名称、
件号、材料牌号、规格、件数、工序名称和内容、所用设备和 工艺装备名称及编号、工时定额等。关键零件还要标注加工尺 寸和公差,重要工序要画出工序图。 钢结构工程施工前,制作单位应按施工图纸把技术文件的

要求编制出完全、正确的施工工艺规程,用于指导、控制施工
过程。

(1)编制工艺规程的依据:
①工程设计图纸及施工详图; ②图纸设计总说明和相关技术文件; ③图纸和合同中规定的国家标准、技术规范等; ④制作单位实际能力情况等。

(2)制定工艺规程的原则是在一定的生产条件下,操作时
能以最快的速度、最少的劳动量和最低的费用,可靠地加工出 符合图纸设计要求的产品,其要体现出技术上的先进、经济的、 合理和良好的劳动条件及安全性。

(3)工艺规程的内容包括: ①根据执行的标准编写成品技术要求; ②为保证成品达到规定的标准而制订的措施:关键零件

的精度要求,检查方法和检查具;主要构件的工艺流程、工序
质量标准、工艺措施;采用的加工设备和工艺装备。 (4)工艺规程是钢结构制造中主要的和根本性的指导性文 件,也是生产制作中最可靠的质量保证措施。工艺规程必须经 过审批,一经制订就必须严格执行,不得随意更改。

3、组织技术交底

上岗操作人员应进行培训和考核,特殊工种应进行资格确
认,充分做好各项工序的技术交底工作。技术交底按工程的实 施阶段可分为两个层次。

第一个层次是开工前的技术交底会,参加的人员主要有: 工程图纸的设计单位,工程建设单位,工程监理单位及制作单

位的有关部门和有关人员。
技术交底主要内容有:1)工程概况;2)工程结构件的 类型和数量;3)图纸中关键部位的说明和要求;4)设计图纸 的节点情况介绍;5)对钢材、辅料的要求和原材料对接的质 量要求;6)工程验收的技术标准说明;7)交货期限、交货方

式的说明;8)构件包装和运输要求;9)涂层质量要求;10)
其他需要说明的技术要求。

第二个层次是在投料加工前进行的本工厂施工人员交底

会,参加的人员主要有:制作单位的技术、质量负责人,技术
部门和质检部门的技术人员、质检人员,生产部门的负责人、 施工员及相关工序的代表人员等。 此类技术交底主要内容除上述10点外,还应增加工艺方 案、工艺规程、施工要点、主要工序的控制方法、检查方法等

与实际施工相关的内容。

四、其他工艺准备 除了上述准备工作外,还有工号划分、编制工艺流程表、 工艺卡和流水卡、配料与材料拼接、确定余量、工艺装备、加

工工具准备等工艺准备工作。
1、工号划分 根据产品特点、工程量的大小和安装施工速度,将整个 工程划分成若干个生产工号(生产单元),以便分批投料,配套 加工,配套出成品。

生产工号(生产单元)的划分应注意以下几点: (1)条件允许情况下,同一张图纸上的构件宜安排在同一 生产工号中加工;

(2)相同构件或加工方法相同的构件宜放在同一生产工号
中加工; (3)工程量较大工程划分生产工号时要考虑施工顺序,先 安装的构件要优先安排加工; (4)同一生产工号中的构件数量不要过多。

2、编制工艺流程表 从施工详图中摘出零件,编制出工艺流程表(或工艺过程 卡)。加工工艺过程由若干工序所组成,工序内容根据零件加

工性质确定,工艺流程表就是反应这个过程的文件。工艺流程
表的内容包括零件名称、件号、材料编号、规格、工序顺序号、 工序名称和向容、所用设备和工艺装备名称及编号、工时定额 等。关键零件还需标注加工尺寸和公差,重要工序还需要画出 工序图等。

3、零件流水卡 根据工程设计图纸和技术文件提出的成品要求,确定各 工序的精度要求和质量要求,结合制作单位的设备和实际加工

能力,确定各个零件下料、加工的流水程序,即编制出零件流
水卡。零件流水卡是编制工艺卡和配料的限据。 4、配料与材料拼接位置 根据来料尺寸和用料要求,统筹安排合理配料。当零件 尺寸过长或过大无法运输、现场材料的拼接,都需确定材料拼

接位置。

材料拼接应注意以下几点: (1)拼接位置应避开安装孔和复杂部位; (2)双角钢断面的构件,两角钢应在同一处拼接; (3)一般接头属于等强度连接,应尽量布置在受力较小的

部位;
(4)焊接H型钢的翼、腹板拼接缝应尽量避免在同一断面处, 上下翼缘板拼接位置应与腹板错开200mm以上。 5、确定焊接收缩量和加工余量 焊接收缩量由于受焊肉大小、气候条件、施焊工艺和结

构断面等因素影响,其值变化较大。

由于铣刨加工时常常成叠进行操作,尤其长度较大时, 材料不易对齐,在编制加工工艺时要对加工边预留加工余量, 一般为5mm为宜。

6、工艺装备
钢结构制作工程中的工艺装备一般分两类,即原材料加 工过程中所需的工艺装备和拼装焊接所需的工艺装备。前者主 要能保证构件符合图纸的尺寸要求,如定位靠山、模具等;后 者主要保证构件的整体几何尺寸和减少变形量,如夹紧器、拼 装胎等。因为工艺装备的生产周期较长,要根据工艺要求提前 准备,争取先行安排加工。

7、设备和工具 根据产品加工需要来确定加工设备和操作工具,有时还 需要调拨或添置必要的设备和工具,这些都应提前做好准备工

作。
8、钢结构制作的安全工作 钢结构生产效率很高,工件在空间大量、频繁地移动, 各个工序中大量采用的机械设备都须作必要的防护和保护。因 此,生产过程中的安全措施极为重要,特别是在制作大型、超 大型钢结构时,更必须十分重视安全事故的防范。

五、生产场地布置

生产场地布置的原则:
(1)根据流水顺序安排生产场地,尽量减少运输量,避免 倒流水; (2)根据生产需要合理安排操作面积,以保证操作安全并 要保证材料和零件的堆放场地: (3)保证成品能顺利运出 (4)有利供电、供气、照明线路的布置;

(5)加工设备布置要考虑留有一定间距,以便操作和堆放
材料等,见图4.1所示。

图4.1 设备之间的最小间距(m)

综合任务三 钢零件及钢部件加工

根据专业化程度和生产规模,钢结构的生产有三种生产 组织方式:专业分工的大流水作业生产;一包到底的混合组 织方式;扩大放样室的业务范围。

钢结构制作的工序较多,对加工顺序要周密安排,避免
或减少工作倒流,以减少往返运输和周转时间。图4.2之为大 流水作业生产的工艺流程。

图4.2 大流水作业生产的工艺流程

一、钢结构加工制作的工艺流程 1、样杆、样板的制作 放样是钢结构制作工艺中的第一道工序,只有放样尺寸 准确,才能避免以后各道加工工序的累计误差,才能保证整个

工程的质量。
放样的内容包括:核对图纸的安装尺寸和孔距;以1:1 的大样放出节点;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。放样时以1:1的比例 在放样台上利用几何作图方法弹出大样。放样经检查无误后,

用0.50~0.75mm的铁皮或塑料板制作样板,用木杆、钢皮或扁
铁制作样杆,当长度较短时可用木尺杆。

样板、样杆上应注明工号、图号、零件号、数量及加工 边、坡口部位、弯折线和弯折方向、孔径和滚圆半径等。然后 用样板、样杆进行号料,见图4.3。样杆、样板应妥善保存, 直至工程结束后方可销毁。

(a)样杆号孔;

(b)样板号料

1-角钢;2-样杆;3-划针;4-样板 图4.3 样板号料

2、号料

①号料的工作内容包括:
检查核对材料;在材料上划出切割、铣、刨、弯曲、钻 孔等加工位置;打冲孔;标出零件编号等。钢材如有较大弯曲 等问题时应先矫正,根据配料表和样板进行套裁,尽可能节约 材料。当工艺有规定时,应按规定的方向进行取料,号料应有

利于切割和保证零件质量。

②放样号料用工具及设备有: 划针、冲子、手锤、粉线、弯尺、直尺、钢卷尺、大钢 卷尺、剪子、小型剪板机、折弯机。用作计量长度的钢盘尺, 必须经授权的计量单位计量,且附有偏差卡片,使用时按偏主

卡片的记录数值核对其误差数。钢结构制作、安装、验收及土
建施工用的量具,必须用同一标准进行鉴定,且应具有相同的 精度等级。

③放样号料应注意的问题
a)放样时,铣、刨的工作要考虑加工余量,焊接构件要按 工艺要求放出焊接收缩量,高层钢结构的框架柱尚应预留弹性 压缩量; b)号料时要根据切割方法留出适当的切割余量;

c)如果图纸要求桁架起拱,放样时上、下弦应同时起拱,
起拱后垂直杆的方向仍然垂直于水平线,而不与下弧杆垂直; d)样板的允许偏差见表4.1,号料的允许偏差见表4.2和表 4.3。

表4.1 放样和样板(样杆)的允许偏差
项 目 平行线距离和分段尺寸 允许偏差 ±0.5mm

对角线差
宽度、长度 孔距 加工样板的角度

1.0mm
±0.5mm ±0.5mm ±20′

表4.2 气割的允许偏差(mm)
项 目 零件宽度,长度 切割面平面度 割纹深度 局部缺口深度 允许偏差 ±3.0 0.05t,且不大于2.0 0.3 1.0

表4.3机械剪切的允许偏差(mm)
项 目 零件宽度,长度 边缘缺棱 型钢端部垂直度 允许偏差 ±3.0 1.0 2.0

3、划线 利用加工制作图、样杆、样板及钢卷尺进行划线。目前

已有一些先进的钢结构加工厂采用程控自动划线机,不仅效率
高,而且精确、省料。划线的要领有二条: ①划线作业场地要在不直接受日光及外界气温影响的室 内,最好是开阔、明亮的场所。 ②用划针划线比用墨尺及划线用绳的划线精度高。划针

可用砂轮磨尖,粗细度可达0.3mm左右。划线有三种办法:先划
线、后划线、一般先划线及他端后划线。当进行下料部分划线 时要考虑剪切余量、切削余量。

4、切割 钢材的切割包括气割、等离子切割类高温热源的方法,也 有使用剪切、切削、摩擦热等机械力的方法。要考虑切割能力、

切割精度、切剖面的质量及经济性。
①气割 氧割或气割是以氧气与燃料燃烧时产生的高温来熔化钢 材,并借喷射压力将溶渣吹去,造成割缝达到切割金属的目的。 但熔点高于火焰温度或难于氧化的材料,则不宜采用气割,氧

与各种燃料燃烧时的火焰温度大约在2000-3200℃。

②机械切割 a)带锯机床 割精度高。 b)砂轮锯 砂轮锯适用于切割薄壁型钢及小型钢管,其切 适用于切断型钢及型钢构件,其效率高,切

口光滑、生刺较薄易清除,噪声大、粉尘多。

c) 无齿锯 无齿锯是依靠高速摩擦而使工件熔化,形成切
口,适用于精度要求低的构件。其切割速度快,噪声大。 d)剪板机、型钢冲剪机 此法适用于薄钢板、压型钢板等, 其具有切割速度快、切口整齐,效率高等特点,剪刀必须锋利, 剪切时调整刀片问隙

③等离子切割 等离子切割适用于不锈钢、铝、铜及其合 金等,在一些尖端技术上应用广泛。其具有切割温度高、冲刷 力大、切割边质量好、变形小、可以切割任何高熔点金属等特 点。 5、边缘加工和端部加工

钢吊车梁翼缘板的边缘、钢柱脚和肩梁承压支承面以及
其他图纸要求的加工面,焊接对接口、坡口的边缘,尺寸要求 严格的加劲肋、隔板、腹板和有孔眼的节点板,以及由于切割 方法产生硬化等缺陷的边缘,一般需要边缘加工,采用精密切 割就可代替刨铣加工。

①铲边:有手工铲边和机械铲边两种。铲边后的棱角垂 直误差不得超过弦长的ι/3000,且不得大于2mm。 ②刨边:使用的设备是刨边机。刨边加工有刨直边和刨 斜边两种。一般的刨边加工余量2~4mm。

③铣边:使用的设备是铣边机,工效高,能耗少。
④碳弧气刨:使用的设备是气刨枪。效率高,无噪音, 灵活方便。 ⑤坡口加工:一般可用气体加工和机械加工,在特殊的情 况下采用手动气体切割的方法,但必须进行事后处理,如打磨等。

6、制孔 高强度螺栓的采用,使孔加工在钢结构制造中占有很大 比重,在精度上要求也越来越高。 ①制孔的质量

a)精制螺栓孔。精制螺栓孔(A、B级螺栓孔-I类孔)的直
径应与螺栓公称直径相等,孔应具有H12的精度,孔壁表面粗 糙度Ra≤12.5μm。其孔径允许偏差应符合规定。 b)普通螺栓孔。普通螺栓孔(C级螺栓孔-Ⅱ类孔)包括高 强度螺栓(大六角头螺栓、扭剪型螺栓等)、普通螺钉孔、半圆 头铆钉等的孔。孔的允许偏差应符合规定。

c)孔距。螺栓孔孔距的允许偏差应符合规定。 ②制孔方法 在焊接结构中,不可避免地将会产生焊接收缩和变形,因此 在制作过程中,把握好什么时候开孔将在很大程度上影响产品

精度,特别是对于柱及梁的工程现场连接部位的孔群的尺寸精
度直接影响钢结构安装的精度。一般有四种情况: 第一种:在构件加工时顶先划上孔位,待拼装、焊接及变 形矫正完成后,再划线确认进行打孔加工。 第二种:在构件一端先进行打孔加工,待拼装、焊接及变

形矫正完成后,再对另一端进行打孔加工。

第三种:待构件焊接及变形矫正后,对端面进行精加工,然
后以精加工面为基准,划线、打孔。 第四种:在划线时,考虑了焊接收缩量、变形的余量、允 许公差等,直接进行打孔。 机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻床、桁式摇

臂钻床、多轴钻床、NC开孔机。
气体开孔,最简单的方法是在气割喷嘴上安装一个简单的 附属装置,可打出φ30的孔。

钻模和板叠套钻制孔。这是目前国内尚未流行的一种制
孔方法,应用夹具固定,钻套应采用碳素钢或合金钢,热处理后 钻套硬度应高于钻头硬度HRC2~3。 钻模板上下两平面应平行,其偏差不得大于0.2mm,钻孔套 中心与钻模板平面应保持垂直,其偏差不得大于0.15mm,整体钻

模制作允许偏差符合有关规定。
数控钻孔:近年来数控钻孔的发展更新了传统的钻孔方法, 无需在工件上划线,打样冲眼,整个加工过程自动进行,高速数控 定位,钻头行程数字控制, 钻孔效率高,精度高。 制孔后应用磨光机清除孔边毛刺,并不得损伤母材。

7、组装

组装,也称拼装、装配、组立,是按照施工图的要求,
把已加工完成的各零件和半成品构件装配成独立的成品。钢结 构组装的方法包括地样法、仿形复制装配法、立装法、卧装法、 胎模装配法。 ①地样法:用1:1的比例在装配平台上放出构件实样, 然后根据零件在实样上的位置,分别组装起来成为构件。此装 配方法适用于桁架、构架等小批量结构的组装。

②仿形复制装配法:先用地样法组装成单面(单片)的

结构,然后定位点焊牢固,将其翻身,作为复制胎模,在其上
面装配另一单面结构,往返两次组装。此种装配方法适用于横 断面互为对称的桁架结构。 ③立装法:根据构件的特点及其零件的稳定位置,选择 自上而下或自下而上的顺序装配。此装配方法适用于放置平稳, 高度不大的结构或者大直径的圆筒。 ④卧装法:将构件放置于卧的位置进行的装配。适用于

断面不大,但长度较大的细长构件。

⑤胎模装配法:将构件的零件用胎模定位在其装配位置

上的组装方法。此种装配方法适用于制造构件批量大、精度高
的产品。 组装要求: ①必须按工艺要求的次序进行,当有隐蔽焊缝时,必须 先予施焊,经检验合格方可覆盖。为减少变形,尽量采用小件

组焊,经矫正后再大件组装。
②组装的零件、部件应经检查合格,零件、部件连接接触 面和沿焊缝边缘约30~50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢、冰 雪、油迹等应清除干净。

③布置拼装胎具时,其定位必须考虑预放出焊接收缩量 及加工余量。 ④为减少大件组装焊接的变形,一般应先采取小件组焊, 经矫正后,再组装大部件。胎具及组装的首件必须经过检验方

可大批进行组装。
⑤板材、型材的拼接应在组装前进行;构件的组装应在 部件组装、焊接、矫正后进行,以便减少构件的残余应力,保 证产品的制作质量。构件的隐蔽部位应提前进行涂装。 ⑥组装时要求磨光顶紧的部位,其顶紧接触面应有75% 以上的面积紧贴。

⑦组装好的构件应立即用油漆在明显部位编号,写明图 号、构件号、件数等,以便查找。 钢构件组装的允许偏差见GB50205-2001有关规定。 8、焊接

焊接是钢结构加工制作中的关键步骤,具体内容见综合
任务4。 9、摩擦面的处理 高强度螺栓摩擦面处理后的抗滑移系数值应符合设计的 要求(一般为0.45~0.55)。摩擦面的处理可采用喷砂、喷丸、

酸洗、砂轮打磨等方法,一般应按设计要求进行,设计无要求
时施工单位可采用适当的方法进行施工。

10、涂装、编号 涂装环境温度应符合涂料产品说明书的规定,无规定时,环 境温度应在5~38℃之间,相对湿度不应大于85%,构件表面没有

结露和油污等,涂装后4h内应保护免受淋雨。
钢构件表面的除锈方法和除锈等级应符合规范的规定,其

质量要求应符合国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等
级》的规定。构件表面除锈方法和除锈等级应与设计采用的涂 料相适应。

施工图中注明不涂装的部位和安装焊缝处的30~50mm宽

范围内以及高强度螺栓摩擦连接面不得涂装。涂料、涂装遍数、
涂层厚度均应符合设计的要求。 构件涂装后,应按设计图纸进行编号,编号的位置应符合便 于堆放、便于安装、便于检查的原则。对于大型或重要的构件 还应标注重量、重心、吊装位置和定位标记等记号。编号的汇

总资料与运输文件、施工组织设计的文件、质检文件等统一起
来,编号可在竣工验收后加以复涂。

加工制作图的绘制、号料、放线、切割、坡口加工、开 制孔、组装(包括矫正)、焊接、摩擦面的处理、涂装与编号是 钢结构加工制作的主要工艺。 二、钢结构构件的验收、运输、堆放

1、钢结构构件的验收
钢构件加工制作完成后,应按照施工图和国标《钢结构工 程施工及验收规范》(GB50205-2001)的规定进行验收,有的还 分工厂验收、工地验收,因工地验收还增加了运输的因素,钢构 件出厂时,应提供下列资料:

①产品合格证及技术文件。 ②施工图和设计变更文件。 ③制作中技术问题处理的协议文件。

④钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试验报告。
⑤焊接工艺评定报告。 ⑥高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告,焊缝无损检验 报告及涂层检测资料。 ⑦主要构件检验记录。

⑧预拼装记录,由于受运输、吊装条件的限制,另外设计的 复杂性,有时构件要分二段或若干段出厂,为了保证工地安装的

顺利进行,在出厂前进行预拼装(需预拼装时)。
⑨构件发运和包装清单。 2、构件的运输 发运的构件,单件超过3t的,宜在易见部位用油漆标上重量 及重心位置的标志,以免在装、卸车和起吊过程中损坏构件; 节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施, 零星的部件等都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束或包装发

运。

大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输车辆的性
能、码头状况、运输船只来编制运输方案。在运输方案中要着 重考虑吊装工程的堆放条件、工期要求来编制构件的运输顺序。 运输构件时,应根据构件的长度、重量断面形状选用车辆; 构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保

证构件不产生永久变形、不损伤涂层。构件起吊必须按设计吊
点起吊,不得随意。 公路运输装运的高度极限4.5m,如需通过隧道时,则高度极 限4m,构件长出车身不得超过2m。

3、构件的堆放

构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场的堆放场。构件
堆放扬地应平整坚实,无水坑、冰层,地面平整干燥,并应排水通 畅,有较好的排水设施,同时有车辆进出的回路。 构件应按种类、型号、安装顺序划分区域,插竖标志牌。 构件底层垫块要有足够的支承面,不允许垫块有大的沉降量,堆

放的高度应有计算依据,以最下面的构件不产生永久变形为准,
不得随意堆高。钢结构产品不得直接置于地上,要垫高200mm。

在堆放中,发现有变形不合格的构件,则严格检查,进行矫正, 然后再堆放。不得把不合格的变形构件堆放在合格的构件中, 否则会大大地影响安装进度。

对于已堆放好的构件,要派专人汇总资料,建立完善的进出
厂的动态管理,严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件进行 适当保护,避免风吹雨打、日晒夜露。 不同类型的钢构件一般不堆放在一起。同一工程的钢构 件应分类堆放在同一地区,便于装车发运。

综合任务四 钢结构焊接

一、钢结构构件的焊接
1、电弧焊接施工: a 焊接准备工作 ①检验焊条、垫板和引弧板焊条必须符合设计要求的规 格,应存放在仓库内并保持干燥。焊条的药皮如有剥落、变质、

污垢、受潮、生锈等均不准使用。垫板和引弧板均用低碳钢
板制作,间隙过大的焊缝宜使用紫铜板处理。垫板尺寸为:厚 6~8mm,宽50mm,长度应与引弧板板长度相适应。引弧板长 50mm左右,引弧长30mm。

②焊接工具、设备、电源准备焊机型号正确且工作正常, 必要的工具应配备齐全,放在设备平台上的设备排列应符合安

全规定,电源线路要合理且安全可靠,要装配稳压电源,事先放好
设备平台,确保能焊接到所有部位。 ③焊条预热使用焊条前应熟悉焊条的技术标准,了解焊条 的使用说明书及焊条标签中的内容,以便合理地、正确地使用 各类焊条。为保证焊接质量,在焊接以前应将焊条进行烘焰。

酸性焊条的烘熔温度为75~150℃,时间为1~2h;碱性低氢型焊
条的烘熔温度为350~400℃,时间为1~2h;烘干的焊条应放在 100℃的保温筒(箱)内保存。

④焊缝剖口检查柱与柱柱弛下翼线的剖口焊接,电焊前应
对坡口组装的质量进行检查,若误差允许范围,则应返修后再焊 接。同时,焊前需对坡口进行清理,去除对焊接有妨碍的水分、 油污、锈迹等。⑤气象条件气象条件对焊接质量有较大影响。 原则上雨雪天气应停止焊接作业(除非采取相应措施),当风速

超过10m/s时,不准焊接。若有防雨雪及挡风措施,确认可保证
焊接质量时,方可进行焊接。在-10℃气温条件下,焊接应采取 保温措施并延长降温时间。

b 焊接顺序
钢结构焊接顺序的正确与否,对焊接质量关系重大。一般 情况下应从中心向四周扩展,采用结构对称、节点对称的焊接 顺序。 柱与柱、柱与梁之间的焊接多为坡口焊,常用坡口的构造

要求应满足,当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时,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1/4的 斜角,形成平缓过渡,当厚度不同时,焊缝坡口形式应根据较薄焊 件厚度按要求取用。

b 焊接顺序
钢结构焊接顺序的正确与否,对焊接质量关系重大。一般 情况下应从中心向四周扩展,采用结构对称、节点对称的焊接 顺序。 柱与柱、柱与梁之间的焊接多为坡口焊,常用坡口的构造

要求应满足,当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时,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1/4的 斜角,形成平缓过渡,当厚度不同时,焊缝坡口形式应根据较薄焊 件厚度按要求取用。

(1)焊接方法概述
焊接是借助于能源,使两个分离的物体产生原子(分子)间 结合而连接成整体的过程。用焊接方法不仅可以连接金属材 料,如钢材、铝、铜、钛等,还能连接非金属,如塑料、陶瓷,甚 至还可以解决金属和非金属之间的连接,我们统称为工程焊接。

用焊接方法制造的结构称为焊接结构,又称工程焊接结构。根
据对象和用途大致可分为建筑焊接结构、贮罐和容器焊接结 构、管道焊接结构、导电性焊接结构四类,我们所称的钢结构 包含了这四类焊接结构。

选用的结构材料是钢材,而且大多为普通碳素钢和低合金
结 构 钢 , 常 用 的 钢 号 有 Q235 、 16Mn 、 16Mnq 、 15MnV 、 15MnVq等,主要的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、自 保护电弧焊、埋弧焊、电渣焊、等离子焊、激光焊、电子束 焊、栓焊等。

在钢结构制作和安装领域中,广泛使用的是电弧焊。在
电弧焊中又以药皮焊条手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动与 自动CO2气体保护焊和自保护电弧焊为主。在某些特殊应用 场合,则必须使用电渣焊和栓焊。

(2)手工电弧焊 手工电弧焊是利用电弧产生的热量熔化被焊金属的一种 手工操作焊接方法。由于它所需的设备简单,操作灵活,对

空间不同位置、不同接头形成的焊缝均能方便地进行焊接,
因此,目前它仍被广泛使用,见图4.1。

1. 工件 2-焊缝 3-熔池 4-电弧 5-焊条 6-焊钳 7-电焊机 图4.1 手工电弧焊焊接过程

(3)气体保护电弧焊
又称为熔化极气体电弧焊,以焊丝和焊件作为两个极,两极 之间产生电弧热来溶化焊丝和焊件母材,同时向焊接区域送人 保护气体,使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的 空气隔开,焊丝自动送进,在电弧作用下不断熔化,与熔化的母材

一起融合,形成焊缝金属。这种焊接法简称GMAW(Gas Metal
Arc Welding)由于保护气体的不同,又可分为:CO2气体保护电 弧焊,是目前最广泛使用的焊接法,特点是使用大电流和细焊丝, 焊接速度快、熔深大、作业效率高。

M1G(Metal-Inert-Gas)电弧焊,是将CO2 气体保护焊的保护 气体变成Ar或He等惰性气体;MAG(Metal-Active-Gas)电弧焊, 使用CO2和Ar的混合气体作为保护气体(80%Ar+20%CO2),这种 方法既经济又有MIG的好性能。

(4)自保护电弧焊
自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护电 弧焊相比抗风性好,风速达10m/s时仍能得到无气孔而且力学性 能优越的焊缝。由于自动焊接,因此焊接效率极高。焊枪轻,不 用气瓶,因此操作十分方便,但焊丝价格比CO2保护焊的要高。

(5)埋弧焊

埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一种
电弧焊。原理如下:向熔池连续不断送进的裸焊丝,既是金属 电极,也是填充材料,电弧在焊剂层下燃烧,将焊丝、母材熔化而 形成熔池。熔融的焊剂成为熔渣,覆盖在液态金属熔池的表面, 使高温熔池金属与空气隔开。焊剂形成熔渣除了起保护作用

外,还与熔化金属参与冶金反应,从而影响焊缝金属的化学成分。

1-工件 2-焊剂 3-焊剂漏斗 4-焊丝

1-焊剂 2-焊丝 3-电弧 4-熔池金属

5-送丝滚轮 6-导电嘴 7-焊缝8-渣壳
图4.2 埋弧自动焊焊接过程

5-熔渣 6-焊缝 7-工件 8-渣壳
图4.3埋弧焊时焊缝的形成过程

焊剂2由漏斗3流出后,均匀地堆敷在装配好的工件1上, 焊丝4由送丝机构经送丝滚轮5和导电嘴6送入焊接电弧区。焊

接电源的两端分别接在导电嘴和工件上。送丝机构、焊剂漏
斗及控制盘通常都装在一台小车上以实现焊接电弧的移动。

3、手工电弧焊用焊接材料 手工焊的焊接材料为电焊条,它由钢芯和包在钢芯外的

药皮组成。
(1)钢芯 钢芯(焊芯)的作用主要是导电,并在焊条端部形成具 有一定成分的熔敷金属。焊芯可用各种不同的钢材制造。焊 芯的成分直接影响熔敷金属的成分和性能,因此,要求焊芯

尽量减少有害元素的含量,除了限制S、P外,有些焊条已要
求焊芯控制As 、Sb、Sn等元素。

(2)药皮 焊条药皮又可称为涂料,把它涂在焊芯上主要是为了便 于焊接操作,以及保证熔敷金属具有一定的成分和性能。焊 条药皮可以采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、

铁合金及化工产品等上百种原料粉末,按照一定的配方比例
混合而成。各种原料根据其在焊条药皮中的作用,可分成下 列几类: a.稳定剂 使焊条容易引弧及在焊接过程中能保持电弧稳 定燃烧。凡易电离的物质均能稳弧。一般采用碱金属及碱土

金属的化合物,如碳酸钾、碳酸钠、大理石等。

b.造渣剂 焊接时能形成具有一定物理化学性能的溶渣, 覆盖在熔化金属表面,保护焊接熔池及改善焊缝成形。

c.脱氧剂 通过焊接过程中进行的冶金化学反应,以降低
焊缝金属中的含氧量,提高焊缝机械性能。主要脱氧剂有锰 铁、硅铁、钛铁等。 d.造气剂 在电弧高温作用下,能进行分解放出气体,以 保护电弧及熔池,防止周围空气中的氧和氮的侵入。 e.合金剂 用来补偿焊接过程中合金元素的烧损及向焊缝 过渡合金元素,以保证焊缝金属获得必要的化学成分及性能

等。

f.增塑润滑剂 增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑
性及流动性,以提高焊条的压涂质量,减小偏心度。 g.粘接剂 使药皮粉料在压涂过程中具有一定的粘性,能 与焊芯牢固地粘接,并使焊条药皮在烘干后具有一定的强度。 (3)电焊条的分类

a.按焊条的用途分类 通常焊条按用途可分为十大类,如
表4.6所示。

表4.6 焊条大类的划分 代 号 拼音 J 汉字 结

序号 1

焊条大类 结构钢焊条

2
3 4 5 6 7 8 9 10

钼及铬钼耐热钢焊条
铬不锈钢焊条 铬镍不锈钢焊条 堆焊焊条 低温钢焊条 铸铁焊条 镍及镍合金焊条 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条 特殊用途焊条

R
G A D W Z Ni T L TS


铬 奥 堆 温 铸 镍 铜 铝 特

注:焊条牌号的标注以拼音为主,如J422。

b.按熔渣的碱度分类 通常可分为两大类-酸性焊条和碱性 焊条。酸性焊条焊接工艺性能好,成形整洁,去渣容易,不易 产生气孔和夹渣等缺陷。但由于药皮的氧化性较强,致使合 金元素的烧损也大,焊缝金属的机械性能(尤其是冲击韧性)

比较低。酸性焊条一般均可用交直流电源。典型的酸性焊条
是J422。 碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好,特别是冲击韧性比 较高,因此主要用于重要结构的焊接。必须注意,由于氟化 物的粉尘有害于焊工身体健康,应加强现场的通风排气,以

改善劳动条件。典型的碱性焊条有J507。

c.按焊条药皮的主要成分分类

焊条药皮由多种原料组成,按照药皮的主要成分可以确
定焊条的药皮类型。例如,当药皮中含有30%以上的二氧化 钛及20%以下的钙、镁的碳酸盐时,就称为钛钙型。药皮类 型分类见表4.7。

表4.7 焊条牌号中末位数字的意义
数字 1 2 3 药皮类型 氧化钛型 (酸性) 钛钙型 (酸性) 钛铁矿型 (酸性) 氧化铁型 (酸性) 纤维素型 (酸性) 低氢型 (碱性) 特点 焊接工艺性好,适用于各种位置焊接,特别适用于 薄板焊接;焊缝金属塑性和抗裂性能较差。 焊接工艺性好,适用于各种位置焊接。 焊接工艺性好,适用于各种位置焊接。 焊接工艺性较差,焊缝金属抗裂性能较好,适宜 中厚板平焊,立焊及仰焊操作性能较差。 焊接工艺性较差,焊缝金属抗裂性能良好,适用 于含碳量较高的中厚板焊接,立焊及仰焊操作性 能较差。 焊接工艺性一般,焊缝金属具有特别良好的抗热 裂性能和机械性能,适宜于焊接重要结构。 电源

交流或 直流

4

5 6 7

直流

(4)电焊条牌号与型号 ①焊条牌号

焊条牌号是对焊条产品的具体命名。它是根据焊条的主
要用途及性能特点来命名的。每种焊条产品只有一个牌号, 但多种牌号的焊条可以同时对应于一种型号。焊条牌号通常 以一个汉语拼音字母(或汉字)与三位数字表示。 a 结构钢焊条 焊条牌号如J422,其中“J”表示结构钢焊

条,第一、二位数字“42”则表示焊缝金属的抗拉强度等级(用 MPa值的1/10表示),末位数字“2”表示药皮类型及焊接电源

的种类,见表4.7。

b奥氏体铬镍不锈钢焊条 焊条牌号如A132,其中“A”表 示奥氏体不锈钢焊条;第一位数字表示焊缝金属主要化学成

分组成等级,“1”等级表示含Cr量约为19%,含Ni量约为10
%;第二位数字表示同一焊缝金属主要化学成分组成等级中 的不同牌号、品种,以此来区别镍铬之外的其他成分的不同; 末位数字表示药皮类型和焊接电源种类,见表4.7。 ②焊条型号 焊条型号是以焊条国家标准为依据、反映焊

条主要特性的一种表示方法。焊条型号根据焊缝金属的力学
性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。

碳钢焊条 型号如E4315,其中“E”表示焊条;前两位数 字表示熔敷金属抗拉强度的最小值,单位为MPa值的1/10;第 三位数字表示焊条的焊接位置,“0”及“1”表示焊条适用于 全位置焊接(平、立、仰、横),“2”表示焊条适用于平焊

及平角焊,“4”适用于向下立焊;第三位和第四位数字组合
时表示焊接电流种类及药皮类型。举例如下:

a.E4303、E5003焊条

这类焊条为钛钙型。药皮中含30%以上的氧化钛和20
%以下的钙或镁的碳酸盐矿,熔渣流动性良好,脱渣容易, 电弧稳定,溶深适中,飞溅少,焊波整齐。这类焊条适用于 全位置焊接,焊接电流为交流或直流正、反接,主要用于焊 接较重要的碳钢结构。

b. E4315、E5015 焊条

这两类焊条为低氢钠型,药皮的主要组成物是碳酸盐矿
和萤石。其碱度较高,熔渣流动性好,焊接工艺性能一般, 焊波较粗,角焊缝略凸,熔深适中,脱渣性较好,焊接时要 求焊条干燥,并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接,焊接 电源为直流反接,其熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。

主要用于焊接重要的低碳钢结构及与焊条强度相当的低合金
钢结构,也被用于焊接高硫钢和涂漆钢。

c. E4316、E5016型焊条 这两类焊条为低氢钾型,药皮在E4315和E5015型的基础 上添加了稳弧剂,如铝镁合金或钾水玻璃等,其电弧稳定,

工艺性能好,焊接位置与E4315和E5015型焊条相似,焊接电
源为交流或直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂

性和力学性能。主要用于焊接重要的低碳钢结构,也可焊接
与焊条强度相当的低合金钢结构。

低合金钢焊条 焊条型号如E5018-A1,低合金钢型号编

制方法与碳钢焊条基本相同,但后缀字母为熔敷金属的化学
成分分类代号,并以短划“-”与前面数字分开。如还具有附加 化学成分时,附加化学成分直接用元素符号表示,并用短划 “-”与前面后缀字母分开,举例如下:

不锈钢焊条 焊条型号如E308-15,字母E表示焊条,“E”

后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号,如有特殊要求
的化学成分,该化学成分用元素符号表示放在数字的后面, 短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊 接电流种类,见表4.8。
表4.8 不锈钢焊条类型分类
焊条类型 EXXX(X)-17 EXXX(X)-26 EXXX(X)-16 EXXX(X)-15 EXXX(X)-25 焊接电流 直流反接 焊接位置 全位置 平焊、横焊 全位置 交流或直流反接 平焊、横焊

4、埋弧焊用焊丝和焊剂 埋弧焊用焊丝的作用相当于手工电弧焊焊条的钢芯。焊 丝牌号的表示方法与钢号的表示方法类似,只是在牌号的前 面加上“H”。强度钢用焊丝牌号如H08、H08A、H10Mn2等,

H后面的头两个数字表示焊丝平均含碳量的万分之几,焊丝中
如果有合金元素,则将它们用元素符号依次写在碳含量的后 面。当元素的含量在1%左右时,只写元素名称,不注含量; 若元素含量达到或超过2%时,则依次将含量的百分数写在该 元素的后面。若牌号最后带有A字,表示为S、P含量较少的优

质焊丝。

埋弧焊用焊剂的作用相当于手工焊焊条的药皮。国产焊
剂主要依据化学成分分类,其编号方法是在牌号前面加HJ (焊剂),如HJ431。牌号后面的第一位数字表示氧化锰的平 均含量,如“4”表示含MnO>30%;第二位数字表示二氧化 硅、氟化钙的平均含量,如“3”表示高硅低氟型(SiO2> 30% , CaF2<10%);末位数字表示同类焊剂的不同序号。 国家标准(GB5293-85)规定了焊剂型号的表示方法。焊

剂的型号既告诉了我们应配用哪种焊丝,又向我们提供了焊
缝金属的机械性能指标。

5、焊条、焊丝及焊剂的选用 选用电焊条时考虑的因素较多,其最基本的要求是要能

够形成机械性能与基体金属一致的焊缝;其次,在化学成分
方面,如基体金属有一定合金成分的钢种,那么焊条也应符 合或接近该钢种的要求;还应根据焊接位置及板厚确定药皮 类型。 埋弧焊用焊丝及焊剂的选用同样应当考虑上述问题。

6、焊接变形的种类 焊接变形可分为线性缩短、角变形、弯曲变形、扭曲变 形、波浪形失稳变形等。 线性缩短:是指焊件收缩引起的长度缩短和宽度变窄的

变形,分为纵向缩短和横向缩短。
角变形:是由于焊缝截面形状在厚度方向上不对称所引 起的,在厚度方向上产生的变形。 波浪变形:大面积薄板拼焊时,在内应力作用下产生失稳 而使板面产生翘曲成为波浪形变形。

扭曲变形:焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同
及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致,综合而形成的变形形态。 扭曲变形一旦产生则难以矫正。主要由于装配质量不好,工件 搁置不正,焊接顺序和方向安排不当造成的,在施工中特别要引 起注意。

构件和结构的变形使其外形不符合设计图纸和验收要求
不仅影响最后装配工序的正常进行,而且还有可能降低结构的 承载能力。如已产生角变形的对接和搭接构件在受拉时将引起 附加弯矩,其附加应力严重时可导致结构的超载破坏。

7、焊接残余变形量的影响因素 主要影响因素包括: ①焊缝截面积的影响:焊缝面积越大,冷却时引起的塑

性变形量越大。焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是
一致的,而且起主要的影响。 ②焊接热输入的影响:一般情况下,热输入大时,加热 的高温区范围大,冷却速度慢,使接头塑性变形区增大。对纵 向、横向及角变形都有变形增大的影响。

③工件的预热、层间温度影响:预热、层间温度越高,
相当于热输入增大,使冷却速度慢,收缩变形增大。

④焊接方法的影响:各种焊接方法的热输入差别较大, 在其他条件相同情况下,收缩变形值不同。 ⑤接头形式的影响:焊接热输入、焊缝截面积、焊接方 法等因素条件相同时,不同的接头形式对纵向、横向及角变形

量有不同的影响。
⑥焊接层数的影响:横向收缩在对接接头多层焊时,第 一道焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律,第一 层以后相当于无间隙对接焊,接近于盖面焊时已与堆焊的条件 和变形规律相似,因此收缩变形相对较小;纵向变形,多层焊

时的纵向收缩变形比单层焊时小得多,而且焊的层数越多,纵
向变形越小。

8、焊接的主要缺陷 国标《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》将焊缝缺陷分 为六类,裂纹、孔穴、固体夹杂,未熔合和末焊透、形状缺陷和 上述以外的其他缺陷。每一缺陷大类用一个三位阿拉伯数字标

记,每一缺陷小类用一个四位阿拉伯数字标记,同时采用国际焊
接学会“参考射线底片汇编”中字母代号来对缺陷进行简化标 记。 (1)裂纹缺陷以焊缝冷却结晶时出现裂纹的时间阶段区 分有热裂纹(高温裂纹)、冷裂纹、延迟裂纹、再热裂纹。

①热裂纹 热裂纹是由于焊缝金属结晶时造成严重偏析,存在低熔点 杂质,另外是由于焊接拉伸应力的作用而产生的。 ②冷裂纹 冷裂纹发生于焊缝冷却过程中较低温度时,或沿晶或穿 晶形成,视焊接接头所受的应力状态和金相组织而定。冷裂纹

也可以在焊后经过一段时间(几小时或几天)才出现,称之为
延迟裂纹。

③延迟裂纹
焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂 纹是冷裂纹的一种常见缺陷,它不在焊后立即产生,而在焊后 延迟几小时、几天或更长时间才出现。 ④再热裂纹 a再热裂纹-焊接完成后,焊接接头在一定温度范围内再 次加热(消除应力热处理或其它加热过程)而产生的裂纹为再

热裂纹。在消除应力热处理过程中产生的再热裂纹又称消除应
力处理裂纹,也叫SR裂纹。

b再热裂纹的产生原因-产生再热裂纹的原因有二:一是 与钢中所含碳化物形成元素(Cr、Mo、V、Ti及B等)有关。 如珠光体耐热钢中的V元素,会使SR裂纹敏感性显著增加;二 是与加热速度和加热时间有关,不同的钢种存在不同的易产生

再热裂纹的敏感温度范围。
2)孔穴缺陷分为气孔和弧坑缩孔两种。 气孔造成的主要原因:焊条、焊剂潮湿,药皮剥落;坡口 表面有油、水、锈污等未清理干净;电弧过长,熔池面积过大; 保护气体流量小,纯度低;焊矩摆动大,焊丝搅拌熔池不充分; 焊接环境湿度大,焊工操作不熟练。

弧坑缩孔是由于焊接电流过大,灭弧时间短而造成的,因此 要选用合适的焊接参数,焊接时填满弧坑或采用电流衰减灭弧。 (3)固体夹杂缺陷有夹渣和金属夹杂两种缺陷

造成夹渣的原因有:多道焊层清理不干净;电流过小,焊
接速度快,熔渣来不及浮出;焊条或焊矩角度不当,焊工操作不 熟练,坡口设计不合理,焊条形状不良。 (4)未熔合缺陷主要是由于运条速度过快,焊条焊矩角度 不对,电弧偏吹;坡口设计不良,电流过小,电弧过长,坡口

或夹层清理不干净造成的。

(5)形状缺陷分为咬边、焊瘤、下塌、根部收缩、错边、 角度偏差、焊缝超高、表面不规则等。 (6)其他缺陷

其他缺陷主要有电弧擦伤、飞溅、表面撕裂等。
电弧擦伤是由于焊把与工件无意接触,焊接电缆破损;未 在坡口内引弧,而是在母材上任意引弧而造成的。飞溅是由于 焊接电流过大,或没有采取防护措施,也有因CO2气体保护焊焊 接回路电感量不合适造成的。可采用涂白垩粉调整CO2气体保

护焊焊接回路的电感。

二、焊接缺陷与焊接质量检验

1、焊接缺陷
(1)焊接变形 工件焊后一般都会产生变形,如果变形量超过允许值, 就会影响使用。焊接变形的几个例子如图4.4所示。

(a)V形坡口

(b)筒体纵焊缝 图4.4 焊接变形示意图

(c)筒体环焊缝

(2)焊缝的外部缺陷 a.焊缝增强过高 如图4.5所示,当焊接坡口的角度开得太小 或焊接电流过小时,均会出现这种现象。焊件焊缝的危险平面 已从M-M平面过渡到熔合区的N-N平面,由于应力集中易发生

破坏,
b.焊缝过凹 如图4.6所示,因焊缝工作截面的减小而使接 头处的强度降低。 c.焊缝咬边 在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边,如 图4.7所示。它不仅减少了接头工作截面,而且在咬边处造成 严重的应力集中。

图4.5 焊缝增高过强

图4.6焊缝过凹

图4.7焊缝的咬边

图4.8 焊瘤

图4.9 烧穿

d.焊瘤 熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上,堆积形 成焊瘤,它与工件没有熔合,见图4.8。焊瘤对静载强度无影

响,但会引起应力集中,使动载强度降低。
e.烧穿 如图4.9所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面 漏出,甚至烧穿成洞,它使接头强度下降。 以上五种缺陷存在于焊缝的外表,肉眼就能发现,并可 及时补焊。如果操作熟练,一般是可以避免的。

(3)焊缝的内部缺陷 a.未焊透 未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔 合的一种缺陷。未焊透减弱了焊缝工作截面,造成严重的应力

集中,大大降低接头强度,它往往成为焊缝开裂的根源。
b.夹渣 焊缝中夹有非金属熔渣,即称夹渣。夹渣减少了 焊缝工作截面,造成应力集中,会降低焊缝强度和冲击韧性。

c.气孔 焊缝金属在高温时,吸收了过多的气体(如H2) 或由于溶池内部冶金反应产生的气体(如CO),在溶池冷却 凝固时来不及排出,而在焊缝内部或表面形成孔穴,即为气孔。 气孔的存在减少了焊缝有效工作截面,降低接头的机械强度。

若有穿透性或连续性气孔存在,会严重影响焊件的密封性。
d.裂纹 焊接过程中或焊接以后,在焊接接头区域内所出 现的金属局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上,也可能产 生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面,有时产生在 金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同,可分为热裂纹和冷 裂纹两类。

2、焊接的检验 工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验,

凡不符合技术要求所允许的缺陷,需及时进行返修。焊接质量
的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这 三者是互相补充的,而以无损探伤为主。 (1)外观检查 外观检查一般以肉眼观察为主,有时用5-20倍的放大镜 进行观察。通过外观检查,可发现焊缝表面缺陷,如咬边、焊 瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采

用焊口检测器或样板进行测量。

(2)无损探伤

隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前
使用最普遍的是采用X射线检验,还有超声波探伤和磁力探伤。 (3)水压试验和气压试验 对于要求密封性的受压容器,须进行水压试验和(或)进 行气压试验,以检查焊缝的密封性和承压能力。

(4)焊接试板的机械性能试验
无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷,但不能说明焊缝热影 响区的金属的机械性能如何,因此有时对焊接接头要作拉力、 冲击、弯曲等试验。

三、对接焊缝的构造 对接焊缝包括焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊接 (以下简称对接焊缝),以及部分焊透的对接焊缝和T形对接 与角接组合焊缝。由于部分焊透的对接焊缝的受力与角焊缝相

似,将在下节中介绍。
对接焊缝的焊件常需做成坡口,故又叫坡口焊缝。对接焊 缝坡口形式的选用,应根据板厚和施工条件按现行标准《手工 电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》和《埋弧焊焊接接头的基 本型式与尺寸》的要求进行。

图 4.11 坡口形式

图4.12焊件的宽厚度不同时的连接

图4.13 引弧板和引出板

2、对接焊缝的强度 对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量 的检验标准等因素有关。 如果焊缝中不存在任何缺陷,焊缝金属的强度是高于母材

的。由于三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多,故其抗拉强度
为母材强度的85%,而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为 与母材强度相等。 当直焊缝不能满足强度要求时,可采用斜对接焊缝。当斜 焊缝倾角θ≤56.3°,即tgθ≤1.5时,可认为与母材等强,不用计

算。

综合任务五 螺栓连接
螺栓作为钢结构主要连接紧固件,通常用于钢结构中构 件间的连接、固定、定位等,钢结构中使用的连接螺栓一般 分为普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓通常采用Q235钢 材制成,安装时使用普通扳手拧紧;高强度螺栓则采用高强 度钢材经热处理后制成,用能控制扭矩或螺栓拉力的特制扳 手拧到规定的预拉力值,把被连接件高度夹紧。

一、普通螺栓连接 钢结构普通螺栓连接即将螺栓、螺母、垫圈机械地和连

接件连接在一起形成的一种连接方式。一般受力较大的结构
或承受动荷载的结构,当采用普通螺栓连接时,螺栓应采用 精制螺栓以减小接头的变形量。精制螺栓连接是一种紧配合 连接,即螺栓孔径和螺栓直径差一般在0.2~0.5mm,有的要 求螺栓孔径和螺栓直径相等,施工时需要强行打入。精制螺

栓连接加工费用高、施工难度大,工程上已极少使用,逐渐
被高强度螺栓连接所替代。

1、普通螺栓的材性和规格 普通螺栓分为A、B、C三个等级。常用的螺栓有M16、

M20、M24、M30,M为螺栓符号。螺栓按照性能等级分3.6、
4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9十个等级,其 中8.8级以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经过热处理(淬 火、回火),通称为高强度螺栓,8.8级以下(不含8.8级)通称 为普通螺栓。

螺栓性能等级标号由两部分数字组成,分别表示螺栓的 公称抗拉强度和材质的屈强比。如性能等级分4.6级的螺栓其 含义为:第一部分数字(4.6中的“4”)为螺栓材质公称抗拉 强度(N/mm2)的1/100;第二部分数字(4.6中的“6”)为螺

栓材质的屈强比的10倍;两部分数字的乘积(4×6=“24”)为
螺栓材质公称屈服点的(N/mm2)的1/10。 普通螺栓按照形式可分为六角头螺栓、双头螺栓、沉头 螺栓等;按制作精度可分为A、B、C级三个等级,A、B级为 精制螺栓,C级为粗制螺栓,钢结构用连接螺栓,除特殊说明 外,一般即为普通粗制C级螺栓。

2、螺母 其公称高度h大于或等于0.8D(D为与其相匹配的螺栓直径), 螺母强度设计应选用与之其相匹配螺栓中最高性能等级的螺栓 强度,当螺母拧紧到螺栓保证荷载时,必须不发生螺纹脱扣。 螺母性能等级分4、5、6、8、9、10、12等,其中8级(含

8级)以上螺母与高强度螺栓匹配,8级以下螺母与高强度螺栓
匹配。 螺母的螺纹应和螺栓相一致,一般应为粗牙螺纹(除非特 殊说明用细牙螺纹),螺母的机械性能主要是螺母的保证应力 和强度,其值应符合GB3098.2的规定。

3、垫圈
常用钢结构连接的垫圈,按形状及其使用功能可以分成以 下几类: 圆平垫圈—一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承面下面, 用以增加螺栓头及螺母的支承面,同时防止被连接件表面损伤; 方型垫圈—一般置于地脚螺栓头及螺母的支承面下,用以 增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼;

斜垫圈—主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫平,使螺 母支承面垂直于螺杆,避免紧固时造成螺母支承面和被连接的 倾斜面局部接触; 弹簧垫圈—防止螺栓拧紧后在动载作用下的振动和松动, 依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓的松动,一般用于

有动荷载(振动)或经常拆卸的结构连接处。
4、普通螺栓的施工 1)一般要求 普通螺栓作为永久性连接螺栓时,应符合下列要求:

①对一般的螺栓连接,螺栓头和螺母下面应放置平垫圈, 以增大承压面积。 ②螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于2个,螺母头下的

垫圈一般应多于1个。
③对于设计有要求放松的螺栓、锚固螺栓应采用有放松装 置的螺母或弹簧垫圈,或用人工方法采取放松措施。 ④对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接,应按设计要求 放置弹簧垫圈,弹簧垫圈必须设置在螺母一侧。

⑤对于工字钢、槽钢类型钢应尽量使用斜垫圈,使螺母和
螺栓头部的支承面垂直于螺杆。

2)螺栓直径及长度的选择 螺栓直径:原则上应由设计人员按等强原则通过计算确定, 但对一个工程来讲,螺栓直径规格应尽可能少,有的还需要适 当归类,便于施工和管理。

螺栓长度:通常是指螺栓螺头内侧面到螺杆端头的长度,
一般都是以5mm进制;从螺栓的标准规格上可以看出,螺纹的 长度基本不变,显而易见,影响螺栓长度的因素主要有:被连 接件的厚度、螺母高度、垫圈的数量及厚度等,一般可按下列 公式计算:

L=δ + H + nh + C

(4.1)

式中 δ——被连接件总厚度,mm;

H— 螺母高度,mm,一般为0.8D(D为与其相匹配的螺
栓直径);n— 垫圈个数;h— 垫圈的厚度,mm; C— 螺纹外露部分长度(mm)(2~3扣为宜,一般为 5mm)。 3)常用螺栓连接形式

常用螺栓连接形式主要有:平接连接、搭接连接、T型
连接等连接方式。

4)螺栓的布置 螺栓的连接接头中螺栓的排列布置主要有并列和交错排列 两种形式,螺栓间的间距确定既要考虑连接效果(连接强度和

变形),同时要考虑螺栓的施工要求。
5)螺栓孔 对于精制螺栓(A、B级螺栓),螺栓孔必须是Ⅰ类孔,应 具有H12的精度,孔壁表面粗糙度Ra不应大于12.5μm,为保证 上述精度要求必须钻孔成型。

对于粗制螺栓(C级螺栓),螺栓孔为Ⅱ类孔,孔壁表面
粗糙度Ra不应大于25μm,其允许偏差为:直径— 0~+1.0mm; 圆度— 2.0mm ;垂直度— 0.03t且不大于2.0mm(t为连接板的 厚度)。 6)螺栓的紧固及其检验

普通螺栓连接对螺栓紧固轴力没有要求,因此螺栓的紧固
施工以操作者的手感及连接接头的外形控制为准,保证被连接 接触面能密贴,无明显的间隙。螺栓的紧固次序应从中间开始, 对称向两边进行;对大型接头应采用复拧,即两次紧固方法, 保证接头内各个螺栓能均匀受力。

普通螺栓连接螺栓紧固检验比较简单,即用3公斤小锤, 一手扶螺栓(或螺母)头,另一手用锤敲,要求螺栓头(或螺 母)不偏移、不颤动、不松动,锤声比较干脆,否则说明螺栓

紧固质量不好,需要重新紧固施工。
5、普通螺栓的构造 (1)螺栓的排列和其他构造要求 1)螺栓的排列 螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑,通常分为

并列和错列两种形式(图4.14)。

并列比较简单整齐,所用连接板尺寸小,但由于螺栓孔的

存在,对构件截面削弱较大。错列可以减小螺栓孔对截面的削
弱,但螺栓孔排列不如并列紧凑,连接板尺寸较大。

图4.14 钢板上的螺栓(铆钉)排列

螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求: (1)受力要求:在受力方向螺栓的端距过小时,钢材有 剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时,构件有沿折线

或直线破坏的可能。对受压构件,当沿作用方向螺栓距过大时,
被连板间易发生鼓曲和张口现象。 (2)构造要求:螺栓的中矩及边距不宜过大,否则钢板 间不能紧密贴合,潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。 (3)施工要求:要保证一定的空间,便于转动螺栓板手

拧紧螺帽。

2)螺栓的其他构造要求 螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外,根据不同 情况尚应满足下列构造要求:

(1)为了使连接可靠,每一杆件在节点上以及拼接接头
的一端,永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验,对于 组合构件的缀条,其端部连接可采用一个螺栓。 (2)对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽 或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈,或将螺

帽或螺杆焊死等方法。

(3)由于C级螺栓与孔壁有较大间隙,只宜用于沿其杆轴 方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、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:制动梁或吊车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,
不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接,以及在柱间支撑处 吊车梁下翼缘的连接,应优先采用高强度螺栓。 (4)沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板(法兰板), 应适当加强其刚度(如加设加劲肋),以减少撬力对螺栓抗拉 承载力的不利影响。

(2)普通螺栓的受剪连接
普通螺栓连接按受力情况可分为三类:螺栓只承受剪力; 螺栓只承受拉力;螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介 绍螺栓受剪时的工作性能和计算方法。 抗剪连接是最常见的螺栓连接。如果以图4.15(a)所示的 螺栓连接试件作抗剪试验,可得出试件上a、b两点之间的相对 位移δ与作用力N的关系曲线(图4.15b)。该曲线给出了试件由

零载一直加载至连接破坏的全过程,经历了以下四个阶段:

图4.15 单个螺栓抗剪试验结果

(1)摩擦传力的弹性阶段 在施加荷载之初,荷载较小, 荷载靠构件间接触面的摩擦力传递,螺栓杆与孔壁之间的间隙

保持不变,连接工作处于弹性阶段,在N-δ图上呈现出0,1斜
直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆 中的初始拉力,一般说来,普通螺栓的初拉力很小,故此阶段 很短。 (2)滑移阶段 当荷载增大,连接中的剪力达到构件间摩 擦力的最大值,板件间产生相对滑移,其最大滑移量为螺栓杆 与孔壁之间的间隙,直至螺栓与孔壁接触,相应于N-δ曲线上

的1,2水平段。

(3)栓杆传力的弹性阶段 荷载继续增加,连接所承受的 外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外,还有 弯矩和轴向拉力,而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺 帽的约束,增大了板件间的压紧力,使板件间的摩擦力也随之

增大,所以N-δ曲线呈上升状态。达到“3”点时,曲线开始明显
弯曲,表明螺栓或连接板达到弹性极限,此阶段结束。

受剪螺栓连接达到极限承载力时,可能的破坏形式有:①

当栓杆直径较小,板件较厚时,栓杆可能先被剪断(图4.16a);
② 当 栓 杆 直 径 较 大 , 板 件 较薄 时 , 板件 可 能 先被 挤 坏 (图 4.16b),由于栓杆和板件的挤压是相对的,故也可把这种破坏 叫做螺栓承压破坏;③端距太小,端距范围内的板件有可能被 栓杆冲剪破坏(图4.16c);④板件可能因螺栓孔削弱太多而被

拉断(图4.16d)。

图4.16 受剪螺栓连接的破坏形式

上述第③种破坏形式由螺栓端距l1≥2d保证;第④种破坏属

于构件的强度验算。因此,普通螺栓的受剪连接只考虑①、②
两种破坏形式。 (3)普通螺栓的受拉连接 沿螺栓杆轴方向受拉时,一般很难做到拉力正好作用在螺 杆轴线上,而是通过水平板件传递,如图4.17所示。若与螺栓

直接相连的翼缘板的刚度不是很大,由于翼缘的弯曲,使螺栓
受到撬力的附加作用,杆力增加到:Nt=N+Q 式中Q称为撬力。撬力的大小与翼缘板厚度、螺杆直径、 螺栓位置、连接总厚度等因素有关,准确求值非常困难。

图4.17 受拉螺栓的撬力

为了简化计算,我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低

20%来考虑撬力影响。例如4.6级普通螺栓(3号钢做成),取
抗拉强度设计值为:

ft b ? 0.8 f ? 0.8? 215 ? 170N / mm2

这相当于考虑了撬力Q=0.25N。一般来说,只要按构造要 求取翼缘板厚度t≥20mm,而且螺栓距离b不要过大,这样简化 处理是可靠的。如果翼缘板太薄时,可采用加劲肋加强翼缘,

如图4.18所示。

图4.18 翼缘加强措施

二、高强螺栓连接

高强度螺栓连接已经发展成为与焊接并举的钢结构主要连
接形式之一,它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接 刚度高,施工简便等优点,被广泛应用在建筑钢结构和桥梁钢 结构的工地连接中,成为钢结构安装的主要手段之一。 高强度螺栓连接按其受力状况,可分为摩擦型连接、摩擦-

承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型,其中摩擦
型连接是目前广泛采用的基本连接形式。 (一)高强螺栓连接 1、高强度螺栓种类

高强度螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型两种;按性 能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级等,目前我国使用的大六 角头高强度螺栓有8.8级和10.9级两种,扭剪型高强度螺栓只有 10.9级一种。

大六角头高强度螺栓连接副:含一个螺栓、一个螺母、两
个垫圈(螺头和螺母两侧各一个垫圈)。螺栓、螺母、垫圈在 组成一个连接副时,其性能等级要匹配。 扭剪型高强度螺栓连接副:含一个螺栓、一个螺母、一个 垫圈。螺栓、螺母、垫圈在组成一个连接副时,其性能等级要 匹配。

高强度螺栓连接副实物的机械性能主要包括螺栓的抗拉荷

载、螺母的保证荷载、及实物硬度等。对于高强度螺栓连接副,
不论是10.9级和8.8级螺栓,所采用的垫圈是一致的,其硬度要 求都是HV30 329~436(HRC35~45)。 2、高强度螺栓施工 (1)一般规定

①高强度螺栓连接在施工前应对连接副实物和磨擦面进行
检验和复验,合格后才能进入安装施工。

②对每一个连接接头,应先用临时螺栓或冲钉定位,为防 止损伤螺纹引起扭矩系数的变化,严禁把高强度螺栓作为临时 螺栓使用。对一个接头来说,临时螺栓和冲钉的数量原则上应 根据该接头可能承担的荷载计算确定,并应符合下列规定:

不得少于安装螺栓总数的1/3;不得少于两个临时螺栓;冲
钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%。 ③高强度螺栓的穿入,应在结构中心位置调整后进行,其 穿入方向应以施工方便为准,力求一致;安装时要注意垫圈的 正反面。

④高强度螺栓的安装应能自由穿入孔,严禁强行穿入,如
不能自由穿入时,该孔应用铰刀进行修整,修整后孔的最大直 径应小于1.2倍螺栓直径。修孔时,为了防止铁屑落入板迭缝中, 铰孔前应将四周螺栓全部拧紧,使板迭密贴后再进行,严禁气 割扩孔。

⑤高强度螺栓连接中连接钢板的孔径略大于螺栓直径,并
必须采取钻孔成型方法,钻孔后的钢板表面应平整、孔边无飞 边和毛刺,连接板表面应无焊接飞溅物、油污等,螺栓孔径及 允许偏差应符合规定。

⑥高强度螺栓连接板螺栓孔的孔距及边距除应符合规范要 求外,还应考虑专用施工机具的可操作空间。 ⑦高强度螺栓在终拧以后,螺栓丝扣外露应为2至3扣,其 中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。

(2)大六角头高强度螺栓连接施工
①扭矩法施工:对大六角头高强度螺栓连接副来说,当扭 矩系数k确定之后,由于螺栓的轴力(预拉力)P是由设计规定的, 则螺栓应施加的扭矩值M就很容易地计算确定,根据计算确定的 施工扭矩值,使用扭矩扳手(手支、电动、风动)按施工扭矩值

进行终拧,这就是扭矩法施工的原理。

扭矩值M与轴力(预拉力)P之间对应关系:
M = K?D?P (4.2)

式中 D—螺栓公称直径(mm); P—螺栓轴力,KN; M—施加于螺母上扭矩值,KN?m;

K—扭矩系数
在确定螺栓的轴力P时应根据设计预拉力值,一般考虑螺栓 的施工预拉力损失10%,即螺栓施工预拉力(轴力)P按1.1倍的 设计预拉力取值。

在采用扭矩法终拧前,应首先进行初拧,对螺栓多的大接
头,还需进行复拧。初拧的目的就是使连接接触面密贴,螺栓 “吃上劲”,一般常用规格螺栓(M20、M22、M24)的初拧扭 矩在200-300N?m,螺栓轴力达到10-50kN即可,在实际操作中, 可以让一个操作工作用普通板手用自己的手力拧紧即可。

初拧、复拧及终拧的次序,一般地讲都是从中间向两边或
四周对称进行,初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记,避免漏 拧、超拧等不安全隐患,同时也便于检查人员检查紧固质量。

②转角法施工。因扭矩系数的离散性,特别是螺栓制造质 量或施工管理不善,扭矩系数超过标准值(平均值和变异系 数),在这种情况下采用扭矩法施工,即用扭矩值控制螺栓轴 力的方法就会出现较大的误差,欠拧或超拧问题突出。为解决

这一问题,引入转角法施工,即利用螺母旋转角度以控制螺杆
弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。

高强度螺栓转角法施工分初拧和终拧两步进行(必要时需 增加复拧),初拧的要求比扭矩法施工要严,因为起初连接板 间隙的影响,螺母的转角大都消耗于板缝,转角与螺栓轴力关 系极不稳定,初拧的目的是为消除板缝影响,给终拧创造一个

大体一致的基础。转角法施工在我国已有30多年的历史,但对
初拧扭矩的大小没有标准,各个工程根据具体情况确定,一般 地讲,对于常用螺栓(M20、M22、M24),初拧扭矩定在 200~300 N?m比较合适,原则上应该使连接板缝密贴为准。终 拧是在初拧的基础上,再将螺母拧转一定的角度,使螺栓轴向 力达到施工预拉力。

转角法施工次序如下:

初拧:采用定扭扳手,从栓群中心顺序向外拧紧螺栓。
初拧检查:一般采用敲击法,即用小锤逐个检查,目的是 防止螺栓漏拧。 划线:初拧后对螺栓逐个进行划线。 终拧:用专用扳手使螺母再旋转一下额定角度,螺栓群坚 固的顺序同初拧。 终拧检查:对终拧后的螺栓逐个检查螺母旋转角度是否符

合要求,可用量角器检查螺栓与螺母上划线的相对转角。
作标记:对终拧完的螺栓用不同颜色笔作出明显的标记, 以防漏拧和重拧,并供质检人员检查。

(3)扭剪型高强度螺栓连接施工 扭剪型高强度螺栓连接副紧固施工相对于大六角头高强度 螺栓连接副紧固施工要简便得多,正常的情况采用专用的电动

扳手进行终拧,梅花头拧掉标志着终拧的结束,对检查人员来
说也很直观明了,只要检查梅花头掉没掉就可以了。

为了减少接头中螺栓群间相互影响及消除连接板面间的缝
隙,坚固要分初拧和终拧两个步骤进行,对于超大型的接头还 要进行复拧。

(4)扭剪型高强度螺栓终拧过程如下:
①先将扳手内套筒套入梅花头上,再轻压扳手,再将外套 筒套在螺母上。完成本项操后最好晃动一下扳手,确认内、外 套筒均已套好,且调整套筒与连接板面垂直。 ②按下扳手开关,外套筒旋转,直至切口拧断。

③切口断裂,扳手开关关闭,将外套筒从螺母上卸下,此
时注意拿稳扳手,特别是高空作业。 ④启动顶杆开关,将内套筒中已拧掉的梅花头顶出,梅花 头应收集在专用容器内,禁止随便丢弃,特别是高空坠落伤人。

3、高强度螺栓连接摩擦面

(1)影响摩擦面抗滑移系数的因素
①摩擦面处理方法及生锈时间; ②摩擦面状态; ③连接母材钢种; ④连接板厚度;

⑤环境温度;
⑥摩擦面重复使用。

(2)摩擦面的处理方法 ①喷砂(丸)法

利用压缩空气为动力,将砂(丸)直接喷射到钢材表面,
使钢材表面达到一定的粗糙度,铁锈除掉,经喷砂(丸)后的 钢材表面呈铁灰色。 ②化学处理—酸洗法 一般将加工完的构件浸入酸洗槽中,停留一段时间,然后

放入石灰槽中,中和及清水清洗,酸洗后钢板表面应无轧制铁
皮,呈银灰色。

③砂轮打磨法 对于小型工程或已有建筑物加固改造工程,常常采用手工 方法进行摩擦面处理,砂轮打磨是最直接,最简便的方法。在 用砂轮机打磨钢材表面时,砂轮打磨方向垂直于受力方向,打

磨范围应为4倍螺栓直径。打磨时应注意钢材表面不能有明显
的打磨凹坑。 ④钢丝刷人工除锈 用钢丝刷将摩擦面处的铁磷、浮锈、尘埃、油污等污物刷 掉,使钢材表面露出金属光泽,保留原轧制表面,此方法一般

用在不重要的结构或受力不大的连接处。

4、高强度螺栓连接施工的主要检验项目 (1)主要检验项目 包括:螺栓实物最小荷载检验;扭剪型高强度螺栓连接副 预拉力复验;高强度螺栓连接副扭矩检验;高强度大六角头螺

栓连接副扭矩系数复验;高强度螺栓连接摩擦面的抗滑系数检
验。 (2)主控项目 ①钢结构制作和安装应按GB50205—2001附B的有关规定 分别进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑系数试验和复验,现场

处理的构件摩擦面应单独进行摩擦面的抗滑系数试验,其结果
应符合设计要求。

②高强度大六角头螺栓连接副终拧完成1h后、48h内应进 行终拧扭矩检查,检查结果应符合规范规定。检查数量:按节 点数抽查10%,且不应少于10个节点;每个被抽查节点按螺栓 数抽查10%,且不应少于2个。 ③扭剪型高强度螺栓连接副终拧后,除因构造原因无法使

用专用扳手拧掉梅花头者外,未在终拧中拧掉梅花头的螺栓数
不应大于该节点螺栓数5%。对所有梅花头未拧掉的扭剪型高 强度螺栓连接副应采用扭矩法或转角法进行终拧并作标记,且 按上述②条中的规定进行终拧扭矩检查。

检查数量:按节点数抽查10%,但不应少于10个节点,被 抽查点中梅花头未拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副全数进行终 拧扭矩检查。 (3)一般项目

①高强度螺栓连接副的施拧顺序和初拧、复拧扭矩应符合
设计要求和国家现行行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计 施工及验收规程》JGJ82的规定。 ②高强度螺栓连接副终拧后,螺栓丝扣外露应为2~3扣, 其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。检查数量:按节点

数抽查5%,且不应少于10个。

③高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁,不应有飞边、 毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢等,除设计要求外 摩擦面不应涂漆。

④高强度螺栓应自由穿入螺栓孔。高强度螺栓孔不应采用
气割扩孔,扩孔数量应征得设计同意,扩孔后的孔径不应超过 1.2d(d为螺栓直径)。 ⑤螺栓球节点网架总拼完成后,高强度螺栓与球节点应紧 固连接,高强度螺栓拧入螺栓球内的螺纹长度不应小于1.0d(d

为螺栓直径),连接处不应出现有间隙、松动等未拧紧情况。

(二)高强度螺栓连接的构造

1、高强度螺栓连接的工作性能
(1)高强度螺栓的抗剪性能 (2)高强度螺栓的抗拉性能 高强度螺栓在承受外拉力前,螺杆中已有很高的预拉力P, 板层之间则有压力C,而P与C维持平衡(图4.19a)。当对螺栓

施加外拉力Nt,则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长,
此时螺杆中拉力增量为ΔP,同时把压紧的板件拉松,使压力C 减少ΔC(图4.19b)。

图4.19 高强度螺栓受拉

图4.20 高强度螺栓的撬力影响

2 高强度螺栓连接的构造要求

(1)高强度螺栓预拉力的建立方法
为了保证通过摩擦力传递剪力,高强度螺栓的预拉力P的 准确控制非常重要。针对不同类型的高强度螺栓,其预拉力的 建立方法不尽相同。 1)大六角头螺栓的预拉力控制方法有:

①力矩法

一般采用指针式扭力(测力)扳手或预置式扭

力(定力)扳手。目前用得多的是电动扭矩扳手。力矩法是通 过控制拧紧力矩来实现控制预拉力。

②转角法

先用普通扳手进行初拧,使被连接板件相互紧

密贴合,再以初拧位置为起点,按终拧角度,用长扳手或风动 扳手旋转螺母,拧至该角度值时,螺栓的拉力即达到施工控制

预拉力。
2)扭剪型高强度螺栓是我国60年代开始研制,80年代制 订出标准的新型连接件之一。它具有强度高、安装简单和质量 易于保证、可以单面拧紧、对操作人员没有特殊要求等优点。 扭剪型高强度螺栓螺栓头为盘头,螺纹段端部有一个承受拧紧

反力矩的十二角体和一个能在规定力矩下剪断的断颈槽。

(2)预拉力值的确定

高强度螺栓的预拉力设计值P由下式计算得到:
P? 0.9 ? 0.9 ? 0.9 Ae f u 1.2

(4.4)

式中 Ae — 螺栓的有效截面面积; fu — 螺栓材料经热处理后的最低抗菌素拉强度,对 于8.8级螺栓,fu=830mm2 ;10.9级螺栓 fu=1040mm2 。

(3)高强度螺栓摩擦面抗滑移系数

高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与连接处构件接触面
的处理方法和构件的钢号有关。试验表明,此系数值有随连接 构件接触面间的压紧力减小而降低的现象,故与物理学中的摩 擦系数有区别。 我国规范推荐采用的接触面处理方法有:喷砂、喷砂后涂 无机富锌漆、喷砂后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表 面不作处理等,各种处理方法相应的μ值详见规范规定。

(4)其他构造要求
高强度螺栓连接除需满足与普通螺栓连接相同之排列布置 要求外,尚须注意以下二点: (1)当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时,其拼接件 宜采用钢板。以使被连接部分能紧密贴合,保证预拉力的建立。

(2)在高强度螺栓连接范围内,构件接触面的处理方法
应在施工图中说明。

综合任务六 钢结构构件的防腐与涂饰 钢结构工程所处的工作环境不同,自然界中酸雨介质或 温度、湿度的作用可能使钢结构产生不同的物理和化学作用 而受到腐蚀破坏,严重的将影响其强度、安全性和使用年限, 为了减轻并防止钢结构的腐蚀,目前国内外主要采用涂装方

法进行防腐。
一、钢结构构件除锈的工艺、操作方法及质量控制 从钢结构的零、部件到结构整体的防腐和涂膜的质量, 主要决定于基层的除锈质量。钢结构的防腐与除锈采用的工 艺、技术要求及质量控制,均应符合以下要求:

1、钢结构的除锈是构件在施涂之前的一道关键工序,除 锈干净可提高底防锈涂料的附着力,确保构件的防腐质量。

(1) 除锈及施涂工序要协调一致。金属表面经除锈处理后
应及时施涂防锈涂料,一般应在6h以内施涂完毕。如金属表 面经磷化处理,须经确认钢材表面生成稳定的磷化膜后,方 可施涂防腐涂料。 (2) 施工现场拼装的零部件,在下料、切割及矫正之后,

均可进行除锈;并应严格控制施涂防锈涂料的涂层。
对于拼装的组合(包括拼合和箱合空间构件)零件,在 组装前应对其内面进行除锈并施涂防腐涂料。

(3) 拼装后的钢结构构件,经质量检查合格后,除安装连 接部位不准涂刷涂料外,其余部位均可进行除锈和施涂。 2、除锈的工艺和技术应符合以下要求:

手工和动力工具除锈。用钢丝刷或风动、电动等设备配
以砂轮片、圆形钢丝刷头,将零部件表面锈蚀全部除去。 (1)酸洗除锈。将构件放入酸洗槽内除去构件上的油污和 铁锈,并应将酸洗液清洗干净。酸洗后应进行磷化处理,使其 金属表面产生一层具有不溶性的磷酸铁和磷酸锰保护膜,增加

涂膜的附着力。

(2)喷射或抛射除锈。用喷砂机将砂(石英砂、铁砂或铁 丸)喷击在从属表面除去铁锈并将表面清除干净;喷砂过程 中的机械粉尘应有自动处理的装置,防止粉末飞扬,确保环

境卫生。
3、钢结构防腐的除锈等级应符合设计要求 二、施涂的工艺、操作方法及质量控制要点 (1)施涂方法及顺序 1)施涂方法,主要根据涂料的性质和结构形状等特点确

定,一般采用刷涂法和喷涂法。刷涂法适用于油性基料的涂
料,喷涂法适用于快干性和挥发性强的涂料。

(2)涂顺序一般是先上后下、先难后易、先左后右、先 内后外,以保持涂层的厚度均匀一致,不漏涂、不流坠为准。 在第一道防锈涂料涂膜干燥后应进行打磨、刮腻子、再打磨

并除去表面浮粉,然后施涂第一道防腐底涂料。施涂饰面涂
料,应按设计要求的品种、颜色施涂,面层涂层的施涂方法 与防锈涂料施涂方法相同。 2、施涂的环境与温度湿度 (1)施涂作业宜在晴天和通风良好的环境下进行,环境

温度规定宜为15~30℃,还应按涂料的产品说明书的规定执
行;

(2)涂料施工环境的湿度一般宜在相对湿度小于80%的
条件下进行; (3)钢材表面的温度必须高于空气露点温度3℃以上, 方能进行施工; (4)在有雨、雾、雪和较大灰尘的环境下,涂层可能受

到油污、腐蚀介质、盐分等污染的环境下,没有安全措施和
防火、防爆工具条件下均需有可靠的防护措施。 施工前应对涂料型号、名称、颜色进行校对,同时检查 制造日期,如超过储存期,重新取样检验,质量合格后才能 使用,否则禁止使用。涂料及辅助材料不允许露天存放,严

禁用敞口容器储存和运输。

3、涂膜的遍数及厚度、验收要求 涂料、涂装遍数、涂层厚度均应符合设计要求。当设计 对涂层厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度,室外应为150μm,

室内应为125μm;其允许偏差为—25μm。每遍涂层干漆膜厚
度的合格质量偏差为—5μm。抽查数量按构件数抽查10%。且 同类构件不应少于3件。 构件表面不应误涂、漏涂,涂层不应脱皮和返锈等。涂 层应均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。

4、钢结构防火涂料涂装要求 (1)防火涂料涂装前钢材表面除锈及防锈底漆涂装应符 合设计要求和国家现行有关标准的规定; (2)钢结构防火涂料的粘结强度、抗压强度应符合国家

现行标准《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS24:90的规
定;

(3)薄涂型防火涂料的涂层厚度应符合有关耐火等级的 设计要求。厚涂防火涂料涂层的厚度,80%及以上面积应符合

有关耐火等级的设计要求,且最薄处厚度不应低于设计要求
的85%。 (4)涂料涂装基层不应有油污、灰尘和泥沙等污垢;防 火涂料不应有误涂、漏涂,涂层应闭合无脱层、空鼓、明显 凹陷、粉化松散和浮浆等外观缺陷,乳突已剔除。

综合任务七 钢构件的拼装

拼装工序亦称装配、组装,是把制备完成的半成品和零件
按图纸规定的运输单元,装成构件或其部件,然后连接成为整体。 拼装必须按工艺要求的次序进行,当有隐藏焊缝时,必须先 预施焊,经检验合格方可覆盖。当复杂部位不易施焊时,亦须按 工艺规定分别先后拼装和施焊。为减少变形,尽量采取小件组

焊,经矫正后再大件组装。胎具及装出的首件必须经过严格检
验,方可大批进行装配工作。 拼装好的构件应立即用油漆在明显部位编号,写明图号、 构件号和件数,以便查找。

一、预拼装的允许偏差
预拼装的允许偏差应符合规范的规定。 预拼装检查合格后,对上、下定位中心线、标高基准线、 交线中心点等应标注清楚、准确;对管结构、工地焊接连接 处,除应标注上述标记外,还应焊接一定数量的卡具、角钢

或钢板定位器等,以便按预拼装结果进行安装。
二、钢结构构件组装的一般规定 钢结构构件的组装是遵照施工图的要求,把已加工完成 的各零件或半成品构件,用装配的手段组合成为独立的成品, 这种装配的方法通常称为组装。

组装根据装构件的特性及组装程度,可分为部件组装、 组装、预总装。 1、概念 (1)部件组装是装配的最小单元的组合,它由两个或两

个以上零件按施工图的要求装配成为半成品的结构部件。
(2)组装是把零件或半成品按施工图的要求装配成为独 立的成品构件。 (3)预总装是根据施工总图把相关的两个以上成品构件, 在工厂制作场地上,按其各构件空间位置总装起来。

2、钢结构构件的组装一般规定: (1)组装前,施工人员必须熟悉构件施工图及有关的技 术要求。并且根据施工图要求复核其需组装零件质量。 (2)由于原材料的尺寸不够,或技术要求需拼接的零件,

一般必须在组装前拼接完成。
(3)在采用胎模装配时必须遵照下列规定: ①选择的场地必须平整,而且,还具有足够的刚度。 ②布置装配胎模时必须根据其钢结构构件特点考虑预放 焊接收缩余量及其他各种加工余量。

③组装出首批构件后,必须由质量检查部门进行全面检 查,经合格认可后方可进行继续组装。 ④构件在组装过程中必须严格按工艺规定装配,当有隐 蔽焊缝时,必须先行预施焊,并经检验合格方可覆盖。当有

复杂装配部件不易施焊时,亦可采用边装配施焊的方法来完
成其装配工作。 ⑤为了减少变形和装配顺序,尽量可采取先组装焊接成 小件,并进行矫正,使尽可能消除施焊产生的内应力,再将 小件组装成整体构件。

⑥高层建筑钢结构和框架钢结构构件必须在工厂进行预
拼装。

三、钢结构构件拼装方法
(1)平装法 平装法操作方便,不需稳定加固措施;不需搭设脚手架; 焊缝焊接大多数为平焊缝,焊接操作简易,不需技术很高的 焊接工人,焊缝质量易于保证;校正及起拱方便、准确。

适于拼装跨度较小,构件相对刚度较大的钢结构,如长
18m以内钢柱、跨度6m以内天窗架及跨度21m以内的钢屋架的 拼装。

(2)立拼拼装法 立拼拼装法可一次拼装多拼;块体占地面积小;不用铺 设或搭设专用拼装操作平台或枕木墩,节省材料和工时;省

却翻身工序,质量易于保证,不用增设专供块体翻身、倒运、
就位、堆放的起重设备,缩短工期;块体拼装连接件或节点 的拼接焊缝可两边对称施焊,可防止预制构件连接件或钢构 件因节点焊接变形而使整个块体产生侧弯。 但需搭设一定数量稳定支架;块体校正、起拱较难;钢

构件的连接节点及预制构件的连接件的焊接立缝较多,增加
焊接操作的难度。

(3)利用模具拼装法 模具是指符合工件几何形状或轮廓的模型(内模或外模)。

用模具来拼装组焊钢结构,具有产品质量好、生产效率高等
许多优点。对成批的板材结构、型钢结构,应当考虑采用模 具耕组装。 桁架结构的装配模,往往是以两点连直线的方法制成, 其结构简单,使用效果好。图4.21为构架装配模示意图。

图4.21 构架装配模示意图

四、典型梁、柱拼装 根据设计要求的梁和柱的结构形式,有的用型钢与型钢 连接和型钢与钢板混合连接,所以梁和柱的结构拼装操作方

法也就不同。

(1) ⊥形梁拼装
⊥ 形梁的结构多是用相同厚度的钢板,以设计图纸标注

的尺寸而制成的上形梁,见图4.22。

(a)垂直梁

(b)倾斜梁

图4.22 形梁的构造

(2)工字钢梁、槽钢梁拼装 工字钢和槽钢分别由钢板组合的工程结构梁,它们的组

合连接形式基本相同,仅是型钢的种类和组合成型的形状不
同,见图4.23所示。

(a)工字钢梁

(b)槽钢梁

1-撬杠;2-面板;3-工字钢;4-槽钢;5-龙门架;6-压紧工具 图4.23工字钢梁、槽钢梁拼装

(3)箱形梁拼装
箱形拼装的结构有钢板组成的,也有型钢与钢板组成的, 但大多数箱形梁的结构是采用钢板结构成型的。箱形梁是由 上下面板、中间隔板及左右侧板组成,如图4.24所示。

(a)箱形梁底板 (b)装定向隔板 (c)加侧立板 (d)装好的箱形梁 图4.24箱形梁拼装

(4)柱底座板和柱身组合拼装 钢柱的底座板和柱身组合拼装工作 一般分为两步进行:

①先将柱身按设计尺寸规定先拼装
焊接,使柱身达到横平竖直,符合设计 和验收标准的要求。如果不符合质量要 求,可进行矫正以达到质量要求。 ②将事先准备好的柱底板按设计规 定尺寸,分清内外方向画结构线并焊挡 铁定位,以防在拼装时位移。
1-定位角钢;2-柱底板; 3-柱身;4-水平垫基 图4.25钢柱拼装示意图

五、屋架拼装 (1)拼装准备

①按设计尺寸,并按长、高尺寸,以其1/1000预留焊接的
收缩量,在拼装平台上放出拼装底样,见图4.26、图4.27。因 为屋架在设计图纸的上、下弦处不标注起拱量,所以才放底 样,按跨度比例画出起拱。 ②在底样上一定按图画好角钢面宽度、立面厚度,作为

拼装时的依据。如果在拼装时角钢的位置和方向能记牢,其
立面的厚度可省略不画,只画出角钢面的宽度即可。

(a)拼装底样 (b)屋架拼装 1-上弦;2-下弦;3-立撑;4-斜撑 图4.26 屋架拼装示意图

(a)36m钢屋架立拼装;(b)多榀钢屋架立拼装 1-36m钢屋架块体;2-枕木或砖墩;3-木人字架;4-横档木铁丝绑牢;

5-8号铁丝绑牢;6-斜撑木;7-木方;8-柱
图4.27屋架的立拼装

拼装时,应给下一步运输和安装工序创造有种条件。除 按设计规定的技术说明外,还应结合屋架的跨度(长度),做整 体或按节点分段进行拼装。 ③屋架拼装一定要注意平台的水平度,如果平台不平,

可在拼装前用仪器或拉粉线调整垫平,否则拼装成的屋架,
会在上、下弦及中间位置产生侧向弯曲。 (2)拼装作业 放好底样后,将底样上各位置上的连接板用电焊点牢, 并用挡铁定位,作为第一次单片屋架拼装基准的底模,如图

4.27所示。

接着就可将大小连接板按位置放在底模上。屋架的上、 下弦及所有的立、斜撑,限位板放到连接板上面,进行找正 对齐,用卡具夹紧点焊。待全都点焊牢固,可用吊车作180°

翻身,这样就可用该扇单片屋架为基准仿效组合拼装,如图
4.28 所示。

(a)仿形过程;(b)复制的实物结果示意图 图4.28 屋架仿形拼装示意图

(3)拼装方法 a钢构件出厂前,先验收钢构件,尽量做到把问题消灭在 加工厂内。 b现场拼装地基坚硬,并做相应的拼装台必要时加约束处

理,并找平。
c首先检查拼装节点处的角钢或钢管变形,如有变形用机 械矫正或火焰矫正,达到标准再拼装。 d将两半榀屋架放在拼装平台上,每榀至少有个点或个点 进行找平,拉通线尺寸无误,进行点焊,按焊接顺序焊好。

e对侧向刚性较小的屋架,焊完一面要进行加固,构件翻

身后继续找平,复核尺寸焊接。
f屋架拼装后扭曲或折线弯曲调整。屋架上下弦杆扭曲或 折线变形,主要是焊接或运输堆放压弯。矫正方法有机械矫 正法、火焰矫正和火工矫正等几种方法。 g碳素结构钢和低合金高强度结构钢允许加热矫正。其加

热温度严禁超过正火温度,用火焰矫正时,对钢材的牌号
Q345、Q390、35、45号的焊件,不准浇水冷却,一定要在自 然状态下缓慢冷却。 h矫正后的杆件表面上不应有凹陷、凹痕及其他损伤。

i屋架起拱与跨度。起拱与跨度有矛盾时,要以起拱数值
为准。这是从力学观点出发,很多工程不重视设计起拱数值, 只重跨距,忽略起拱数值,造成质量事故时有发生,屋架加 荷后下挠,超过允许值,严重者造成坍塌事故。 屋架拼装节点处,构件制作角度及总尺寸不符合要求时

应及时修理。屋架拼装有立拼和卧拼,尤其是立拼,如果支
架搭的不牢,由于屋架自重引起支架易下沉,起拱数值不易 保证。如果采取小拼到中拼办法,会出现累积偏差,造成跨 度加大或变小,为保证跨度值,而起拱数值不能保证。

六、钢柱拼装 (1)平拼拼装

先在柱的适当位置用枕木搭设3~4个支点,见图4.29(a)。
各支承点高度应拉通线,使柱轴线中心线成一水平线,先吊 下节柱找平,再吊上节柱,使两端头对准,然后找中心线, 并把安装螺栓或夹具上紧,最后进行接头焊接,采取对称施 焊,焊完一面再翻身焊另一面。

(a)平拼拼装法

(b)立拼拼装法

1-拼接点;2-枕木
图4.29 钢柱的拼装

(2)立拼拼装

在下节柱适当位置设2~3个支点,上节柱设1~2个支点,
见图4.29 (b),各支点用水平仪测平垫平。

拼装时先吊下节,使牛腿向下,并找平中心,再吊上节,
使两节的节头端相对准,然后找正中心线,并将安装螺栓拧 紧,最后进行接头焊接。 (3)拼装方法 a用于需要多节柱拼装在一起安装,比如曼谷帝国大厦,

地下层,逆打工法柱,需在地面将节或节钢柱拼在一起,一
次吊装就位。 b还有为便于保证钢柱拼按质量,减少高空作业,在地面 卧拼,起重机起重能力能满足一次起吊。 c根据钢柱断面不同,采取相应的钢平台及胎具。

d每节钢柱都弹好中线,在断面处成互相垂直,如图4.30

所示。多节柱拼装时,三面都要拉通线,注意拉通线时,防
止线的垂度。

图4.30 钢柱定位示意

e每个节点最容易出现问题是 翼缘板错口。如发现翼缘板制作 构件时发生变形,采用方便的机

械矫正或火工矫正,达到允许误
差继续拼接。拼接一般采用倒链, 在两接口处焊耳板,进行校正对 接。 f节点必须采用连接板做拘束

度,当焊接冷却后再拆除,如图
4.31所示。

图4.31 钢柱拼接示意

g焊接冷却将柱翻身,焊另一面前进行找平,继续量测通 线-找标高-点焊-焊好-拘束板-焊接-冷却-割掉拘束 板及耳板-复核尺寸。

七、托架拼装
(1)平装 搭设简易钢平台或枕木支墩平台,见图4.32。进行找平放 线,在托架四周设定位角钢或钢挡板,将两半榀托架吊到平 台上。拼缝处装上安装螺栓,检查并找正托架的跨距和起拱

值,安上拼接处连接角钢。用卡具将托架和定位钢板书紧,
拧紧螺栓并对拼装连接焊缝。

(a)简易平台拼装 (b)枕木平台拼装 (c)钢木混合平台拼装 1-枕木;2-工字钢;3-钢板;4-拼接点 图4.32天窗架平拼装

(2)立拼 拼装采用人字架稳住托架进行合缝,校正调整好跨距、 垂直度、侧向弯曲和拱度后,安装节点拼接角钢;并用卡具

和钢楔使其与上下弦角钢卡紧,复查后用电焊进行定位焊,
并按先后顺序进行对称焊接,至达到要求为止。当托架平行 并紧靠柱列排放;可以3~4榀为一组进行立拼装,用方木将 托架与柱子连接稳定。焊接粱的工地对接缝拼接处,上、下 翼缘的拼接边缘均宜做成向上的V形坡口,以便融焊。为了使

焊缝收缩比较自由,减小焊接残余应力,应留一段(长度
500mm左右)翼缘焊缝在工地焊接,并采用合适的施焊程序。

对于较重要的或受动力荷载作用的大型组合梁,考虑到

现场施焊条件较差,焊缝质量难以保证,其工地拼接宜用高
强度螺栓摩擦型连接,图4.33。

图4.33 采用拼接板的螺栓连接

八、粱的拼接 梁的拼接有工厂拼接和工地拼接两种形式。由于钢材尺寸 的限制,梁的翼缘或腹板的接长或拼大,这种拼接在工厂中进 行,故称工厂拼接。由于运输或安装条件的限制,梁需分段制

作和运输,然后在工地拼装,这种拼接称工地拼接。工厂拼接
多为焊接拼接,由钢材尺寸确定其拼接位置。拼接时,翼缘拼 接与腹板拼接最好不要在一个剖面上,以防止焊缝密集与交叉, 见图4.34。拼接焊缝可用直缝或斜缝,腹板的拼接焊缝与平行 于它的加劲肋间至少应相距10tw。

图4.34 梁用对接焊缝的拼接

腹板和翼缘通常都采用对接焊缝拼接,如图4.35所示。用 直焊缝拼接比较省料,但如焊缝的抗拉强度低于钢板的强度, 则可将拼接位置布置在应力较小的区域,或采用斜焊缝。斜焊

缝可布置在任何区域,但较费料,尤其是在腹板中。此外也可
以用拼接板拼接,如图4.35所示。

图4.35腹板和翼缘的拼接

工地拼接的位置主要由运输和安装条件确定,一般布置在 弯曲应力较低处。翼缘和腹板应基本上在同一截面处断开,以

便于分段运输。拼接构造端部平齐,如图4.36(a)所示,防止运
输时碰损,但其缺点是上、下翼缘及腹板在同一截面拼接会形 成薄弱部位。翼缘和腹板的拼接位置略为错开一些,如图4.36 (b)所示,这样受力情况较好,但运输时端部突出部分应加以 保护,以免碰损。

(a)端部平齐
图4.36翼缘和腹板的拼接

(b)端部错开

a钢梁拼装用于较大跨度桁架、轻型钢结构,端面I、H、 口型居多,连接方法有高强度螺栓、栓焊组合和焊接三种形 式。 门式刚架、变截面斜梁或多截面、实腹焊接工字形截面

或轻型形截面,门式刚架斜梁根据运输条件划分为若干个单
元,单元之间可通过端板以高强度螺栓连接。 b拼装方法,根据不同结构形式,杆件连接方法不同,采 取不同方法,起重设备起重能力能满足,吊装方法可行,就 先考虑卧拼,卧拼程序同屋架卧拼程序相同,其次考虑立拼

方法。

图4.37 梁的拼接连接

图4.37 梁的拼接连接

九、门式刚架斜梁拼接 斜梁拼接时,宜使端板与 构件外边缘垂直,如图4.38所

示。
将要拼的单元放在人字凳 的拼装平台上,找平-接通线 -安装普通螺栓定位-安装高 强度螺栓-按拧高强度螺栓顺
图4.38 斜梁拼接示意

序由内外扩展-初拧-终拧-
复核尺寸。

十、框架横梁与柱连接

框架横梁与柱直接连接可采用柱到顶与梁连接、梁延伸
与柱连接和梁柱在角中线连凑,见图4.39。

(a)柱延伸到上部与梁连接

(b) 梁延伸与柱连接

(c)梁柱角接

图4.39 梁柱螺栓连接节点示意图

对于跨度较大的实腹式框架,常需在屋脊处做一个工地 拼接,可用工地焊缝或螺栓连接。工地焊缝需用内外加强板, 横梁之间的连接用突缘结合。螺栓连接则宜在节点处变截面,

以加强节点刚度。拼接板放在受拉的内角翼缘处,变截面处
的腹板设有加劲肋,见图4.40。

(a)柱延伸到上部与梁连接

(b) 梁延伸与柱连接

(c)梁柱角接

图4.40 梁柱螺栓连接节点示意图

综合任务八 钢构件成品检验、管理和包装

一、钢构件成品检验
1、钢结构制造的允许偏差见相关规定。 2、成品检查 钢结构成品的检查项目各不相同,要依据各工程具体情 况而定。若工程无特殊要求,一般检查项目可按该产品的标

准、技术图纸规定、设计文件要求和使用情况而确定。成品
检查I [作应在材料质量保证书、工艺措施、各道工序的自检、 专检等前期工作无误后进行。钢构件因其位置、受力等的不 同,其检查的侧重点也有所区别。

3、修整 构件的各项技术数据经检验合格后,对加工过程中造成 的焊疤、凹坑应予补焊并磨平。对临时支撑、夹具应予割除。 铲磨后零件表面的缺陷深度不得大于材料厚度负偏差值

的1/2,对于吊车梁的受拉翼缘尤其应注意其光滑过渡。
在较大平面上磨平焊疤或磨光长条焊缝边缘,常用高速 直柄风动手砂轮。 4、验收资科 产品经过检验部门签收后进行涂底,并对涂底的质量进

行验收。

钢结构制造单位在成品出厂时应提供钢结构出厂合格证

书及技术文件,其中应包括:
(1)施工图和设计变更文件,设计变更的内容应在施工图 中相应部位注明; (2)制作中对技术问题处理的协议文件; (3)钢材、连接材料和涂装材料的质量证明书和试验报告; (4)焊接工艺评定报告; (5)高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告、焊缝无损检

验报告及涂层检测资料;

(6)主要构件验收记录; (7)构件发运和包装清单; (8)需要进行预拼装时的预拼装记录。 此类证书、文件作为建设单位的工程技术档案的一部分。 上述内容并非所有工程都具备,而是根据工程的实际情况提

供。
二、钢构件成品管理和包装 1、标识 (1)构件重心和吊点的标注

1)构件重心的标注:重量在5t以上的复杂构件,一般要标

出重心,重心的标注用鲜红色扫漆标出,再加上一个箭头向
下。

2)吊点的标注:在通常情况下,吊点的标注是由吊耳来
实现的。吊耳也称眼板),在制作厂内加工、安装好。眼板及 其连接焊缝要做无损探伤,以保证吊运构件时的安全性。 (2)钢结构构件标记 钢结构构件包装完毕,要对其进行标记。标记一般由承

包商在制作厂成品库装运时标明。

对于国内的钢结构用户,其标记可用标签方式带在构件 上,也可用油漆直接写在钢结构产品或包装箱上。对于出口 的钢结构产品,必须按海运要求和国际通用标准标明标记。 标记通常包括下列内容:工程名称、构件编号、外廓尺 寸(长、宽、高,以米为单位)、净重、毛重、始发地点、到达

港口、收货单位、制造厂商、发运日期等,必要时要标明重
心和吊点位置。 2、堆放 成品验收后,在装运或包装以前堆放在成品仓库。

成品堆放时应注意下述事项: (1)堆放场地的地基要坚实,地面平整干燥,排水良好, 不得有积水。 (2)堆放场地内备有足够的垫木或垫块,使构件得以放平

稳,以防构件因堆放方法不正睹而产生变形。
(3)钢结构产品不得直接置于地上,要垫高200mm以上。 (4)侧向刚度较大的构件可水平堆放,当多层叠放时,必 须使各层垫木在同一垂线上,堆放高度应根据构件来决定 (5)大型构件的小零件应放在构件的空当内,用螺栓或铁

丝固定在构件上。

(6)不同类型的钢构件一般不堆放在一起。同一工程的构

件应分类堆放在同一地区内,以便于装车发运。
(7)构件编号要在醒目处,构件之间堆放应有一定距离。 (8)钢构件的堆放应尽量靠近公路、铁路,以便运输。 3、包装 钢结构的包装方法应视运输形式而定,并应满足工程合 同提出的包装要求。 (1)包装工作应在涂层干燥后进行,并应注意保护构件涂

层不受损伤。包装方式应符合运输的有关规定。

(2)每个包装的重量一般不超过3~5t,包装的外形尺寸则 根据货运能力而定。如通过汽车运输,一般长度不大于12m, 个别件不应超过18m,宽度不超过2.5m,高度不超过3.5,超 长、超宽、超高时要做特殊处理。

(3)包装时应填写包装清单,并核实数量。
(4)包装和捆扎均应注意密实和紧凑,以减少运输时的失 散、变形,而且还可以降低运输的费用。 (5)钢结构的加工面、轴孔和螺纹,均应涂以润滑脂和贴 上油纸,或用塑料布包裹,螺孔应用木楔塞住。

(6)包装时要注意外伸的连接板等物要尽量置于内侧,以 防造成钩刮事故,不得不外漏时要做好明显标记。 (7)经过油漆的构件,在包装时应该用木材、塑料等垫衬

加以隔离保护。
(8)单件超过1.5t的构件单独运输时,应用垫木做外部包裹。 (9)细长构件可打捆发运,一般用小槽钢在外侧用长螺丝 夹紧,其空隙处填以木条。 (10)有孔的板形零件,可穿长螺栓,或用铁丝打捆。

(11)较小零件应装箱,已涂底又无特殊要求者不另做防水

包装,否则应考虑防水措施。包装用木箱,其箱体要牢固、
防雨,下方要留有铲车孔以及能承受箱体总重的枕木,枕木 两端要切成斜面,以便捆吊或捆运。铁箱的箱体外壳要焊上 吊耳,以便运输过程中吊运。 (12)一些不装箱的小件和零配件可直接捆扎或用螺栓扎在

钢构件主体的需要部位上,但要捆扎、固定牢固,且不影响
运输和安装。

(13)片状构件,如屋架、托架等,平运时易造成变形,单 件竖运又不稳定,一般可将几片构件装夹成近似一个框架, 其整体性能好,各单件之间互相制约而稳定。用活络拖斗车 运输时,装夹包装的宽度要控制在1.6~2.2m之间,太窄了容

易失稳。装夹时一般是同一规格的构件。装夹时要考虑整体
性能,防止在装卸和运输过程中产生变形和失稳。 (14)需海运的构件,除大型构件外,均需打捆或装箱。螺 栓、螺纹杆以及连接板要用防水材料外套封装。每个包装箱、 裸装件及捆装件的两边都要有标明船运的所需标志,标明包 装件的重量、数量、中心和起吊点。

4、发运
多构件运输时应根据钢构件的长度、重量选用车辆,钢 构件在运输车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均应 保证钢构件不产生变形、不损伤涂层。 钢结构产品一般是陆路车辆运输或者铁路包车皮运输。 陆路车辆运输现场拼装散件时,使用一般货运车即可。散件 运输一般不需装夹,但要能满足在运输过程中不产生过大的

变形。对于成型大件的运输,可根据产品不同而选用不同车
型的运输货车。

由于制作厂对大构件的运输能力有限,有些大构件的运

输则由专业化大件运输公司承担。对于特大件钢结构产品的
运输,则应在加工制造以前就与运输有关的各个方面取得联 系,并得到批准后方可运输;如果不允许就采用分段制造分 段运输方式。在一般情况下,框架钢结构产品的运输多用活 络拖斗车,实腹类构件或容器类产品多用大平板车运辆。

公路运输装运的高度极限为4.5m,如需通过隧道时,则
高度极限为4m,构件长出车身不得超过2m。

钢结构构件的铁路运输,一般由生产厂负责向车站提出 车皮计划,经由车站调拨车皮装运。铁路运输应遵守国家火

车装车限界。
海轮运输时,在到达港口后由海港负责装船,所以要根 据离岸码头和到岸港口的装卸能力,来确定钢结构产品运输 的外形尺寸、单件重量—即每夹或每箱的总量。根据构件的 具体情况,有时也可考虑采用集装箱运输。内河运输时,则 必须考虑每件构件的重量和尺寸,使其不超过当地的起重能 力和船体尺寸。国内船只规格参差不齐,装卸能力较差,钢

结构产品有时也只能散装,捆扎多数不用装夹。


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