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钢结构
Steel Structure
11.0
11.1
11.2
11.3
11.4
钢结构用材概况
钢结构的连接
钢结构构件计算
钢屋盖
钢结构施工图图识读简介
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.1 钢结构用材的力学性能
建筑用钢应符合的条件：
1、具有较高的强度
2、具有较高的塑性、韧性、耐疲劳性能
3、具有良好的工艺性
主要力学性能有：
强度、塑性、韧性、可焊性、
冷弯性能、耐久性等。
强度：
有屈服强度fy和抗拉强度fu两个指标
fy作为钢材强度标准值的取值依据；
fu作为一种安全储备，使构件在弹塑性工作阶段具有较大的承载力。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.1 钢结构用材的力学性能
塑性：
主要指标有伸长率δ和断面收缩率ψ
冷弯性能：
由冷弯试验来确定，是评价钢材力学性能和工艺性能，
钢材质量的一项综合性指标。
冲击韧性：
韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，
亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。
可焊性：
可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，要求钢材施
焊后能获得良好的焊接接头性能。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.1 钢结构用材的力学性能
耐久性---影响钢结构寿命的因素有：
（1）钢材的腐蚀，通过油漆和定期维护措施，
控制硅和锰的含量；
（2）防止过大的实效硬化；
（3）必要时测定高温和长荷载下的持久强度；
（4）防止长期连续重复荷载或交变荷载下的疲劳断裂。
小贴士：
沸腾钢为脱氧不完全的钢。冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液
在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出）。
镇静钢为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静
不沸腾。组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。
半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸
腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，碳素钢中此
类钢是值得提倡和发展的。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.2 钢种钢号
钢结构中常用普通低碳钢和普通低合金钢：
碳素钢：
按质量等级将钢分为A、B、C、D四级
A级钢最差，只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，
必要时也可附加冷弯试验的要求。
B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、
冷弯和冲击韧性(分别为+20℃，0℃，-20℃)等力
学性能。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.2 钢种钢号
钢的牌号由屈服点中屈字汉语拼音的字首Q，
屈服点数值（N/mm2）
质量等级代号（A、B、C、D）
脱氧方法代号（F、b、Z、TZ）
沸腾、半镇静、镇静、特殊镇静钢；
等四个部分按顺序组成。
镇静钢（Z）特殊镇静钢（TZ）代号Z、TZ可以省
略，C 级为镇静钢，D级为特殊镇静钢。
如：Q235A
表示屈服强度为235 N/mm2的A级镇
静碳素结构钢；
Q235D
表示屈服强度为235 N/mm2的D级特
殊镇静碳素结构钢。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.2 钢种钢号
低合金钢
分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。
A、B、C、D、E四个等级
A级 无需冲击韧性试验
B级 20 ℃的冲击韧性
C级 0 ℃的冲击韧性
D级 -20 ℃的冲击韧性
E级 -40 ℃的冲击韧性
Q345B——屈服强度为345 N/mm2，B级镇静钢；
Q390D——屈服强度为390 N/mm2，D级特殊镇静钢。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.3 钢结构常用型材
1）钢板和钢带
钢带、钢板区别在成品形状
如—500×10×2100，
—500×10
2）热轧型材（工、槽、角钢）
20号以上的工字钢分a、b
或a、b、c三类，其中a类
腹板最薄、翼缘最窄，
c类最厚最宽
如I32a、I32b、I32c
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.3 钢结构常用型材
2）热轧型材（工、槽、角钢）
从[14开始，亦有a、b
或a、b、c规格的区分
如[32a、 [32b、 [32c
2）热轧型材（工、槽、角钢）
不等边角钢
“∟长肢宽×短肢宽×厚度”
如∟100×63×8
等边角钢“∟肢宽×厚度”
如∟100×8
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.3 钢结构常用型材
3）H型钢和T型钢
H型钢和T型钢均分为三类：
宽翼缘：HW
TW；
中翼缘：HM
TM；
如HW300×300×10×15
窄翼缘：HN
TN。
H型钢与普通工字钢的区别:
1. 翼缘宽，故早期有宽翼缘工字钢一说；
2. 翼缘内表面无斜度、上下表面平行，便于与其它构件连接；
3. 从材料分布形式来看，工字钢材料主要集中在腹板附近，愈向
两侧延伸，钢材愈少，而在轧制H型钢中，材料分布侧重在翼
缘部分。
所以，H型钢的截面特性要明显优越于传统的工、
槽、角钢及它们的组合截面。
第八章 钢结构
11.0
钢结构用材概况
11.0.3 钢结构常用型材
4）冷弯薄壁型钢
其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型
钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面
的管材。
5）钢管
有热轧无缝钢管和焊接
钢管两大类，焊接钢管
分为直缝焊、螺旋焊两
种，用符号“Ф”后加
“外径×厚度”
如Ф102×5
螺旋焊管
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
11.1 钢结构的连接方法
连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种
1、焊缝连接
Welding connection
焊接连接是通过电弧产生热量，使
焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结
成焊缝，从而将焊件连接成一体。
优点：任何形式的构件一般都可直接相连，不削弱构件截
面，用料经济，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性
能好，可采用全自动或半自动作业，生产效率高。
缺点：焊缝附近钢材，在高温作用下形成热影响区，其金
相组织和力学性能发生变化，导致局部材质变脆；焊接过程
中钢材受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力
和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影
响。
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
11.1.1 焊接连接
1. 焊接原理
钢结构常用的焊接方法是电弧
焊,包括手工电弧焊、自动或
半自动埋弧焊及气体保护焊等。
手工电弧焊电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机与导线组成。
通电引弧后，在涂有焊药的焊条端与焊件间产生电弧，使焊
条熔化，熔滴滴入被电弧吹成的焊接溶池中，焊药燃烧在熔
池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属表面形成熔渣，
以隔绝熔池中液体金属与氧、氮等气体的接触，避免形成脆
性易裂化合物，焊缝金属冷却后与焊件熔成一体。
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
手工电弧焊操作及电弧焊机
直流手工电弧焊--氩弧
焊
多功能焊机
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
手工电弧焊焊条
焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。
其牌号为E43、E50和E55型等，E表示焊条，数字表示熔敷金
属抗拉强度的最小值（单位为Kgf/mm2）。
一般情况下，焊条与母材的
对应关系如下：
Q235钢材，采用E43焊条；
Q345钢材，采用E50焊条；
Q390、Q420钢材，采用E55
焊条。
上图为XWJ422是钛钙型药皮的优质低碳钢电焊条。
第八章 钢结构
11.1
自动或半自动埋弧焊
钢结构的连接
自动或半自动埋弧焊主要设备是自动电焊机，沿轨道按设定
速度移动，通电引弧后，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂
熔化，熔渣浮在熔化的焊缝金属上面，使融化金属不与空气
接触，并供给焊缝金属以必要的合金元素，随焊机的移动，
颗粒状焊剂不断从料斗漏下，电弧完全被埋在焊剂之内，同
时焊丝自动地边熔化边下降，称为自动埋弧焊。
(沿轨道推移过程由人工控制时，称为半自动埋弧焊)
手工电弧直流/直流脉冲氩弧焊两用机
第八章 钢结构
11.1
自动或半自动埋弧焊
钢结构的连接
门式全自动埋弧焊机
第八章 钢结构
H型钢柱上
的焊缝
11.1
钢结构的连接
第八章 钢结构
气体保护焊
11.1
钢结构的连接
气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体
作为保护介质的一种电弧熔焊方法。直接依
靠保护气体在电弧周围形成局部的保护层，
以防止有害气体侵入，从而保持焊接过程的
稳定，气体保护焊又称气电焊。
(最常用的惰性气体是氩气)
设备来自上海怡宾机电
二氧化碳气体保护焊
第八章 钢结构
11.1
气体保护焊现场实例
西湖国际大厦施工现场
采用二氧化碳气体保护施焊
钢结构的连接
第八章 钢结构
11.1
气体保护焊现场实例
钢结构的连接
杭州广播电视新楼施工现场
采用二氧化碳气体保护施焊
第八章 钢结构
11.1
焊缝的形式与构造
连接方式分为：
对接连接、
搭接连接、
Ｔ形连接、
角接连接四种
钢结构的连接
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
1. 对接焊缝的形式与构造（butt welds）
a）直边缝：适合板厚t  10mm
b）单边V形：适合板厚t ＝10～20mm
c）双边V形：适合板厚t ＝10～20mm
d）U形：适合板厚t > 20mm
e）K形：适合板厚t > 20mm
f）X形：适合板厚t > 20mm
对接焊缝的优缺点
优点：用料经济、传力均
匀、无明显的应力集中，利
于承受动力荷载
缺点：需剖口，焊件长度
要精确。
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
1.对接焊缝的形式与构造（butt welds）
（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，
除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。
（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避
免应力集中。
（3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，
避免应力集中。
有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质
量等级有关。
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
2.角焊缝的形式与构造（fillet welds）
第八章 钢结构
11.1
钢结构的连接
2.角焊缝的形式与构造
（fillet welds）
第八章 钢结构
11.1 钢结构的连接方式
连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种
2、螺栓连接
优点：施工工艺简单，安
装方便，特别适用于工地
安装连接，工程进度和质
量易得到保证。
缺点：因开孔对构件截面
有一定的削弱，且被连接
的板件需要相互搭接或另
加拼接板或角钢等连接件，
因而比焊接连接用材较多，
构造也较繁。
分为普通螺栓连接和高强
度螺栓连接
第八章 钢结构
11.1 钢结构的连接方式
1）普通螺栓连接
螺栓连接施工简单，固定
可靠，无需专用设备，广
泛用于临时固定构件及可
拆卸结构的安装。
A、B级螺栓加工精制，精度高
要求I类孔，孔径与栓径相同，
栓杆和螺孔间空隙仅为0.3mm
左右。在钢结构中已很少采用
分为A、B、C三级
C级螺栓由圆钢压制成，表面
粗糙，要求Ⅱ类孔，孔径比螺
栓杆径大1.5～3mm。 传递剪
力时，变形大，但传递拉力时
性能尚好，且成本低，故多用
于承受拉力的安装螺栓连接、
次要结构中。
A、B级螺栓(旧称精制螺栓)，
C级螺栓(旧称粗制螺栓)。钢
结构采用的普通螺栓形式为大
六角头型，粗牙普通螺栓，其
代号用字母M和公称直径的毫
米数表示。
建筑工程中常用M16、M20、
M22、M24等。
第八章 钢结构
11.1 钢结构的连接方式
2）高强度螺栓连接
优点是施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、工作安全可靠。
已广泛用于钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷载的结构中。
高强度螺栓连接传递剪力的机理和普通螺栓连接不同，
普通螺栓连接靠螺栓杆承压和抗剪来传递剪力，
高强度螺栓连接靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。
按传力方式分为摩擦型和承压型两种。
摩擦型高强螺栓靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力
刚被克服作为连接承载力的极限状态。
承压型高强螺栓靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺
栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。
承压型的承载力比摩擦型高，可节约螺栓。但承压型的剪切变形比摩擦
型的大，故只适用于承受静力荷载和对结构变形不敏感的结构中，不得
用于直接承受动力荷载的结构中。
第八章 钢结构
高强度螺栓连接
扭剪型螺栓特制机动扳手
10.9S 高强度扭剪型螺栓
钢结构
Steel Structure
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