钢结构基本知识

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　钢结构的材料
　　钢结构的计算原理
　　（一） 钢结构的连接（二） 钢材的强度设计值 焊缝的强度设计值 螺栓的强度设计值 钢板上螺栓的容许距离 型钢上螺栓的容许距离 高强螺栓的属性 螺栓的有效面积
　　受弯构件（一） 受弯构件（二） 受弯构件（三）受弯构件（四） 受弯构件（五）
　　轴心受力构件（一） 轴心受力构件（二） 轴心受力构件（三） 轴心受力构件（四） 轴心受力构件（五） 拉弯和压弯构件 屋盖结构 钢结构施工及防腐蚀
　　1. 钢结构制作依据 （按工序分类）
　　（1） 主体材料标准
　　《碳素结构钢》（GB700-88）
　　《低合金结构钢》（GB1591-88）
　　（2） 辅助材料标准
　　《碳素焊条》（GB5117-85）
　　《低合金钢焊条》（GB5118-85）
　　《焊接用钢丝》（GB1300-77）
　　《钢结构用高强度大六角头螺栓型式与尺寸》（GB1228-84）
　　《钢结构用高强度大六角头螺母型式与尺寸》（GB1229-84）
　　《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》（GB1231-84）
　　《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件型式与尺寸》（GB3632-83）
　　《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件技术条件》（GB3633-83）
　　（3） 加工标准
　　除焊接外，国内尚无钢结构的加工的专门具体标准，一般可参照《钢结构工程施工及验收规范》中的有关
　　条文。
　　（4） 焊接标准
　　《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-91）
　　（5） 检验标准
　　《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》（GB3323）
　　《钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》（JB1152）
　　2. 钢结构制作依据（按工程分类的标准）
　　（1） 轻钢结构标准
　　《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：98）
　　《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）
　　（2） 网架结构标准
　　《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91）
　　（3） 塔桅结构标准
　　《塔桅钢结构施工及验收规程》（CECS80：96）
　　3. 钢结构加工制作流程
　　（1） 钢材力学指标：结构用钢的力学指标包括屈服点、抗拉强度、延伸率、低温冲击韧性。这些指标应
　　符合《钢结构设计规范》的要求，但其中低温冲击韧性仅在结构可能处于低温环境下工作时才要检验。钢
　　材力学指标的测定须符合《钢材力学及工艺性能试验取样规定》（GB2975-82）
　　（2） 钢材化学成分：与钢材的可加工性、韧性、耐久性等有关。其中主要是碳的含量，合金元素的含量
　　及硫、磷等杂质元素的限制含量应符合规范（GB222-84）要求。
　　（3） 工艺性能：工艺性能主要包括可焊性和加工性能。可焊性与含碳量或碳当量（低合金钢）有关，可
　　用可焊性试验鉴定。加工性能则通过冷弯试验来确定。按（GB232-88）为标准。
　　（4） 几何尺寸偏差：钢材（钢板、型钢、圆钢、钢管）的外形尺寸与理论尺寸的偏差必须在允许范围内
　　。允许偏差值可参考国家标准GB709-88、GB706-88、GB787-88、GB978-88，GB707-88、GB816-87等。
　　（5） 钢材外形缺陷：钢材表面不得有气泡、结疤、拉裂、裂纹、褶皱、夹杂和压入的氧化铁皮。这些缺
　　陷必须清除，清除后该处的凹陷深度不得大于钢材厚度负偏差值。另外，当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕
　　等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度负偏差值的1/2.
　　（6） 机械切割：使用机械力（剪切、锯割、磨削）切割，相应的机械有剪板机、锯床、砂轮机等，较适
　　合于厚度在12～16mm以下钢板或型材的直线性切割。
　　（7） 气割：使用氧-乙炔、丙烷、液化石油气等火焰加热融化金属，并用压缩空气吹去融蚀的金属液，
　　从而使金属割离，适合于曲线切割和多头切割。 ）
　　（8） 等离子切割：利用等离子弧线流实现切割，适用于不锈钢等高熔点材料的切割。
　　（9） 热成形加工：是指将钢材加热到一定温度后再进行加工。这种方法适于成形、弯曲和矫正在常温下
　　不能做的工件。热加工终止温度不得低于700℃。加热温度在200～300℃时钢材产生蓝脆，严禁锤打和弯
　　曲。含碳量超出低碳钢范围的钢材一般不能进行热加工。
　　（10）冷成形加工：是在常温下进行的。由于外力超出材料的屈服强度而使材料产生要求的永久变形，或
　　由于外力超出了材料的极限强度而使材料的某些部分按要求与材料脱离。冷加工都有使材料变硬变脆的趋
　　势，因而可通过热处理使钢材恢复正常状态或刨削掉硬化较严重的边缘部分。环境温度低于-16℃时不得
　　冷加工碳素钢。低于-12℃时，不得加工低合金钢。
　　（11）弯曲加工：根据设计要求，利用加工设备和一定的工装模具把板材或型钢弯制成一定形状的工艺方
　　法。冷弯适合于薄板、小型钢；热弯适合于较厚的板及较复杂的构件、型钢，热弯温度在950～1100℃。
　　（12）卷板加工：在外力作用下使平钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形的方法。卷板由
　　卷板机完成。根据材料温度的不同，又分为冷卷和热卷。卷板主要用于焊接圆管柱、管道、气包等。
　　（13）折边：把钢结构构件的边缘压弯成一定角度或一定形状的工艺过程称为折边。折边一般用于薄板构
　　件。折边常用折边机，配合适当的模具进行。
　　（14）模压：模压是在压力设备上利用模具使钢材成型的一种方法。具体作法有落料成形、冲切成形、压
　　弯、卷圆、拉伸、压延等。
　　（15） 铲边：铲边是通过对铲头的锤击作用而铲除金属的边缘多余部分而形成坡口。铲边有手工和风动
　　之分，风动用风铲。铲边的精度较低，一般用于要求不高、少量坡口的加工。
　　（16） 刨边：刨边时工件被压紧，刨刀沿所加工边缘作往复运动，刨出坡口。刨边可刨直边或斜边。
　　（17） 铣边：铣边与刨边类似，只是刨边机走刀箱的刀架和刨刀用盘形铣刀代替，即铣刀在沿边缘作直
　　线运动的同时还作旋转运动，加工工效较高。
　　（18） 碳弧气刨：将碳棒作电极，与被刨削的金属间产生电弧将金属加热到融化状态，然后用压缩空气
　　把融化的金属吹掉。工效较高。
　　（19） 地样法：在装配平台上按1：1放构件实样，然后根据零件在实样上的位置，分别组装起来成为构
　　件。
　　（20） 仿型复制法：先用地样法组装成单面结构，并加定位焊，然后翻身作为复制胎膜，在其上面装配
　　另一单面结构。适用于横断面互为对称的桁架结构。
　　（21） 立装：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装配，适于放置平稳、
　　高度不大的结构。
　　（22） 卧装：构件放置平卧位置装配。用于断面不大但长度较大的细长构件。
　　（23） 胎膜装配法：把构件的零件用胎膜定位在其装配位置上组装。用于制造构件批量大精度高的产品
　　。
　　（24） 电弧焊：利用焊条与工件间产生的电弧热将金属熔合的过程称为电弧焊。电弧焊有手工焊、自动
　　焊、半自动焊和气体保护焊之分。
　　（25） 电阻焊：以电流通过接触的两个焊件，在接触处电阻最大，电流通过产生高温，使材料呈半熔化
　　状态，在加压力而熔合起来。一般用于对焊圆钢或点焊钢板。
　　（26） 电渣焊：借电流通过熔渣所产生的电阻热来熔化金属进行焊接。如用于箱形柱与梁刚接时柱内连
　　接梁上下翼缘处加劲板的熔透焊。
　　（27） 手工焊：全部用人工操作的电弧焊，工效低，质量靠自己，稳定性差，但灵活，适于较短而复杂
　　的焊缝或工地焊。
　　（28） 埋弧自动焊：焊接时电弧埋在粉状焊剂下面，由机械自动撒焊剂并送出移动焊丝。适用于较长焊
　　缝。焊缝质量好，效率高。
　　（29） 气体保护焊：用CO2或氩气等保护电弧焊熔化的金属，其焊丝和气体的送出均为自动，仅需手工移
　　动焊枪。属半自动焊，焊接质量好，效率高。
　　（30） 抛丸：抛丸将粒径为0.8～2.0mm的钢丸经抛射机叶轮中心吸入，在叶轮尖定向高速抛出，射向需要
　　作防锈处理的钢结构表面，达到机械除锈的目的.这种方法除锈效率高，费用低，污染少。
　　4. 钢结构的防腐蚀措施
　　（1） 耐候钢：耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，一般含有磷、铜、镍、铬、钛等金属，
　　使金属表面形成保护层，以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的结构用钢好。标准为《焊接结构用
　　耐候钢》（GB4172-84）。
　　（2） 热浸锌：热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，
　　锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm.从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点
　　是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定。因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结
　　构中。如大量输电塔、通讯塔等。近年来大量出现的轻钢结构体系中的压型钢板等。也较多采用热浸锌防
　　腐蚀。热浸锌的首道工序是酸洗除锈，然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患。所以必须
　　处理彻底。对于钢结构设计者，应该避免设计出具有相贴合面的构件，以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或
　　酸液洗不净。造成镀锌表面流黄水的现象。热浸锌是在高温下进行的。对于管形构件应该让其两端开敞。
　　若两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂，从而造成安全事故。若一端封闭则锌液流通不畅，易在
　　管内积存。
　　（3） 热喷铝（锌）复合涂层：这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢
　　构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并
　　用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷涂层（厚度约80μm~100μm）。最后用环氧树
　　脂或氯丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。此法无法在管状构件的内壁施工，因而管状构件两
　　端必须做气密性封闭，以使内壁不会腐蚀。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不
　　受限制。大到如葛洲坝的船闸也是用这种方法施工的。另一个优点则是这种工艺的热影响是局部的，受约
　　束的，因而不会产生热变形。与热浸锌相比，这种方法的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大
　　，质量也易受操作者的情绪变化影响。
　　（4） 涂层法：涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐蚀方法（但目前氟碳涂料防腐蚀年限甚至可达50年）。
　　所以用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构较多。它一次成本低，但用于户外时维护成本较高。涂
　　层法的施工的第一步是除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈。所以要求高的涂层一般多用喷砂喷丸除锈，
　　露出金属的光泽，除去所有的锈迹和油污。现场施工的涂层可用手工除锈。涂层的选择要考虑周围的环境
　　。不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆（层）和面漆（层）之分。底漆含粉料
　　多，基料少。成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。面漆则基料多，成膜有光泽，能保护底漆不
　　受大气腐蚀，并能抗风化。不同的涂料之间有相容与否的问题，前后选用不同涂料时要注意它们的相容性
　　。涂层的施工要有适当的温度（5~38℃之间）和湿度（相对湿度不大于85%）。涂层的施工环境粉尘要少
　　，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4~5遍。干漆膜总厚度室外工程为150μm
　　，室内工程为125μm，允许偏差为25μm.在海边或海上或是在有强烈腐蚀性的大气中，干漆膜总厚度可
　　加厚为200~220μm.
　　（5） 阴极保护法：在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。
　　5. 钢结构的安装要点
　　（1） 摩擦系数： ，其中F为抗滑移试验所测得的使试件产生初始
　　滑移的力，nf为摩擦面数， 为与F对应的高强螺栓拧紧预拉力实测
　　值之和。
　　（2） 扭矩系数： ，其中d为高强螺栓公称直径（mm），M为施加扭矩值（N﹒M ），P为螺栓预紧力。10.9
　　级高强度大六角螺栓连接必须保证扭矩系数K的平均值为0.110～0.150.其标准偏差应小于等于0.010.
　　（3） 初拧扭矩：为了缩小螺栓紧固过程中钢板变形的影响，可用二次拧紧来减小先后拧紧螺栓之间的相
　　互影响。高强螺栓第一次拧为初拧，使其轴力宜达到标准轴力的60%～80%.
　　（4） 终拧扭矩：高强螺栓最后紧固用的扭矩为终拧扭矩。考虑各种预应力的损失，终拧扭矩一般比按设
　　计预拉力作理论计算的扭矩值大5%～10%.
　　6. 钢结构的验收
　　（1） 保证项目：保证项目是保证工程安全或使用功能的重要检查项目。无论质
　　量等级评定合格或优良，均必须全部满足规定指标要求。对于不同的分项
　　工程GB5021-95明确规定了保证项目内容，保证项目只要求满足，无优良、合格之分。
　　（2） 基本项目：基本项目是保证工程安全或使用功能的基本检验项目，其指标分“合格”和“优良”两
　　级，是评定分项工程质量等级的条件之一。
　　（3） 允许偏差项目：允许偏差项目是分项工程实测检验中规定有允许偏差范围的项目。检验评定时允许
　　有少量抽检点的测量值略超过允许偏差范围。
　　（4） 观感质量评分：观感质量由三人以上共同检验评定。钢结构加工和安装的检验项目及标准如下表。
　　观感质量评定时对每个项目抽10个点进行评定，按合格率评级，标准见观感质量评定标准表。
　　解答：
　　【漆前表面处理相关知识】
　　工件在加工、运输、存放等过程中，表面往往带有氧化皮、铁锈制模残留的型砂、焊渣、尘土以及油
　　和其他污物。要使深层能牢固地附着在工件的表面上，在涂装前就必须对工件表面进行清理，否则，不仅
　　影响涂层与基体金属的结合力和抗腐蚀性能，而且还会使基体金属在即使有涂层防护下也能继续腐蚀，使
　　涂层剥落，影响工件的机械性能和使用寿命。因此工件涂漆前的表面处理是获得质量优良的防护层，延长
　　产品使用寿命的重要保证和措施。
　　为提供良好的工件表面，涂漆前对工件表面的处理有以下几点：
　　1.无油污及水分2.无锈迹及氧化物3.无粘附性杂质4.无酸碱等残留物5.工件表面有一定的粗糙度
　　常用的表面处理方法有：：：：
　　手工处理：如刮刀、钢丝刷或砂轮等。用手工可以除去工件表面的锈迹和氧化皮，但手工处理劳动强度大
　　，生产效率低，质量差，清理不彻底。
　　化学处理：主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性
　　的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污的目的。化学处理适应于对薄板件清理，但缺点是：若
　　时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件，经酸性溶
　　液酸洗后，浸入缝隙或孔穴中的余酸难以彻底清除，若处理不当，将成为工件以后腐蚀的隐患，且化学物
　　易挥发，成本高，处理后的化学排放工作难度大，若处理不当，将对环境造成严重的污染。随着人们环保
　　意识的提高，此种处理方法正被机械处理法取代。
　　机械处理法：主要包括抛丸法和喷丸法。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理
　　的方法。但抛丸灵活性差，受场地限制，清理工件时有些盲目性，在工件内表面易产生清理不到的死角。
　　设备结构复杂，易损件多，特别是叶片等零件磨损快，维修工时多，费用高，一次性投入大。
　　喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸对薄板工件的处理
　　，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面（无论抛丸或喷丸）使金属基材产生变形，由于Fe3o4和Fe2o3
　　没有塑性，破碎后剥离，而油膜与基材一同变形，所以对带有油污的工件，抛丸、喷丸无法彻底清除油污
　　。在现有的工件表面处理方法中，清理效果最佳的还数喷砂清理。喷砂适用于工件表面要求较高的清理。
　　但是我国目前通用喷砂设备中多由铰龙、刮板、斗式提升机等原始笨重输砂机械组成。用户需要施建一个
　　深地坑及做防水层来装置机械，建设费用高，维修工作量及维修费用极大，喷砂过程中产生大量的矽尘无
　　法清除，严重影响操作工人的健康并污染环境。
　　随着科学技术不断的提高，随着人们对产品质量的不断要求，随着高科技的设备不断在企业中产生应
　　用，随着人们环境意识的提高，环保部门的严格要求，治理扬尘污染及噪声环境已是刻不容缓。企业的竞
　　争越来越激烈，那么如何在激烈的竞争中获得优势，就成为决定企业发展的关键。事实告诉我们，严把生
　　产环节，是保证企业产品质量的前提，控制环境污染是我们每个人的责任。