鋼結構構件的截面形式、連接方式及制作

                                                                                    ——廣東梯井電梯配套工程有限公司

一、鋼結構構件的截面形式
★ 1、受拉構件的截面形式
    受拉構件的截面形式有許多種，鋼結構構件的選用也可以從受力方面考慮。當受力較小時，可選用熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼。當受力較大時，可選用由型鋼或鋼板組成的實腹式截面形式。當構件較長且受力較大時，可選用型鋼組成的格構式截面形式。

★ 2、受彎構件的截面形式
    只受彎矩作用或受彎矩與剪力共同作用的構件稱為受彎構件。實際工程中，以受彎受剪為主但作用著很小的軸力的構件，也常稱為受彎構件。結構中的受彎構件主要以梁的形式出現，通常受彎構件和廣義的梁是指同一對象。按彎曲變形情況不同，構件可能在一個主軸平面內受彎，也可能在兩個主軸平面內受彎。前者稱為單向彎曲構件（梁），后者稱為雙向彎曲或斜彎曲構件（梁）。按支承條件的不同，受彎構件可分為簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等。按在結構體系傳力系統(tǒng)中的作用不同，受彎構件分為主梁、次梁等。按截面形式和尺寸沿構件軸線是否變化，有等截面受彎構件和變截面受彎構件之分。在一些情況下，使用變截面梁可以節(jié)省鋼材；但也可能會增加制作成本。按截面構成方式的不同，受彎構件可分實腹式截面和空腹式截面，前者又分為型鋼截面與焊接組合截面。
采用型鋼的受彎構件，通常使用工字鋼（也稱為I形鋼）或截面寬高比較大（0.5～1.0）的寬翼緣工字鋼（以下稱H形鋼）和槽鋼等（如圖a示）。工字鋼與H形鋼的材料在截面上的分布比較符合構件受彎的特點，用鋼較省，因此應用普遍。槽鋼翼緣較小，而且截面單軸對稱，剪力中心在腹板外側，繞截面對稱軸彎曲時容易發(fā)生扭轉，使用時常采用一定的措施，或使外力通過剪力中心，或者加強約束條件。

       冷彎薄壁型鋼（如圖b示）也是經常用于受彎構件的型鋼截面。在室溫條件下加工成型的冷彎薄壁型鋼，板壁都較薄，國內目前生產的主要在1.5～3.0mm的范圍內，所以多用在承受較小荷載的場合下。例如房屋建筑中的屋面檁條和墻梁。

       由于受到軋制設備的限制，當型鋼規(guī)格不能滿足受彎構件的要求、或考慮最大限度地節(jié)省鋼材時，可采用焊接組合截面（如圖c示）。焊接組合截面由若干鋼板、或鋼板與型鋼連接而成。它的截面比較靈活，有的情況下可使材料的分布更容易滿足工程上的各種需要。從而節(jié)省用鋼。用3塊鋼板組成的工字形截面、4塊鋼板組成的箱形截面，以及由若于個箱室組成的多室箱形截面。在工程中應用也很廣泛。

       空腹式截面（下圖（d））可以減輕構件的自重。在建筑結構中也方便了管道的通行，對外露的結構構件，有時還能起到空間韻律變化的作用。
除了鋼構件外。有用鋼筋混凝土和軋制型鋼或焊接型鋼構成的組合梁，其中作為建筑物樓面、橋梁橋面等的混凝土板。也作為梁的組成部分參與抵抗彎矩。

★ 3、壓彎構件的類型與截面形式
    構件受到沿桿軸方向的壓力（軸力）和繞截面形心主軸的彎矩作用，稱為壓彎構件。如果只有繞截面一個形心主軸的彎矩，稱為單向壓彎構件；繞兩個形心主軸都有彎矩時，稱為雙向壓彎構件。彎矩可以由偏心軸力引起時，這種情況稱為偏壓構件。建筑框架中的鋼柱大多是典型的壓彎構件；鋼桁架中的弦桿和腹桿若比較粗短，加上端部有很強的轉動約束時，也是壓彎構件。壓彎構件的截面形式按其組成方式區(qū)分，可以有型鋼、鋼板焊接組合截面或型鋼與型鋼、型鋼與鋼板的組合截面；以幾何特征分，可以有開口截面，也可以有閉口截面，有雙軸對稱也有單軸對稱截面；除了實腹式截面外，為了提高截面的抗彎剛度，還常常采用格構式截面。（如下圖9-3示）

二、鋼結構構件的連接方式
       鋼結構構件間的連接方式主要有高強螺栓連接、焊接等。
★ 1、柱與柱的連接——柱與柱的連接因柱的截面不同而采用的連接方式不同，如柱為H型鋼柱可用高強螺栓連接或高強螺栓與焊接共同使用的混合連接，箱形截面柱多采用焊接。

★ 2、柱與梁的連接——由梁截面多為H型鋼梁，其與柱的連接可用高強螺栓連接、焊接和混合連接。（圖9-5）。

★ 3、梁與梁的連接——梁與梁的連接可采用高強螺栓連接和焊接。
 
三、鋼構件的制作
       鋼結構工程與混凝土結構工程的最大不同在于其構件的絕大部分是在加工廠完成的，因此，鋼構件的制作質量特別是尺寸精度直接影響鋼結構的現場安裝。
鋼構件在加工廠制作的流程為：編制構件制作指示書→原材料矯正→放樣、號料、切割→制孔、邊緣加工→組裝和焊接→端部加工和摩擦面處理→除銹和涂裝→驗收和發(fā)運。

★ 1、編制構件制作指示書
    鋼構件的制作，是鋼結構工程中的一項十分重要的作業(yè)過程，在制作前應根據設計文件和施工圖以及制作條件，編制構件制作施工指示書。其主要內容有：
  （1）施工中所依據的標準和規(guī)范；
  （2）成品的技術要求，其中包括工序的技術要求和各技術工種的技術要求；
  （3）采用的加工、焊接設備和工藝裝備；
  （4）焊工和檢驗人員的資格證明；
  （5）制作廠家的管理和質量保證體系；
  （6）各類檢查表格。 

★ 2、矯正
    型材在軋制、運輸、裝卸、堆放過程中，可能會產生表面不平、彎曲、波浪形等缺陷。這些缺陷有的需要在劃線下料之前矯丘，有的則需在切割之后進行矯正。在矯正時，應注意下述幾點：
  （1）碳素結構鋼和低合金結構鋼應注意矯正的環(huán)境溫度和加熱溫度，碳素結構鋼在環(huán)境溫度低于-16℃、低合金結構鋼在環(huán)境溫度低于-l2℃時，不得進行冷矯正和冷彎曲。
  （2）在加熱矯正時，加熱溫度應根據鋼材性能選定，但不得超過900℃。低合金結構鋼在加熱矯證后應緩慢冷卻。
  （3）矯正后的鋼材表面，不應有明顯的凹面域損傷，劃痕深度不得大于0.5mm，且應符合國家現行有關規(guī)范對表面質量的要求。鋼材矯正后的允許偏差，應符合有關鋼結構規(guī)范或其它設計資料的規(guī)定。

★ 3、放樣、號料和切割
    放樣和樣板（樣桿）是號料的依據，應根據批準的施工圖進行放樣，制作樣板或樣桿，并規(guī)定其允許偏差，便于工序檢查，對于平行線距離和分段尺寸、寬度、長度、孔距，其允許偏差為±0.5mm；對角線差1.0mm；加工樣板的角度允許偏差為±20ˊ。放樣應采用經過計量檢定的鋼尺，并將標定的偏差值計入量測尺寸。尺寸劃法應先量全長后分尺寸，不得分段丈量相加，避免誤差積累。
號料應使用經過檢驗合格的樣板（樣桿），避免直接用鋼尺所造成的過大偏差或看錯尺寸而引起的不必要損失。號孔應使用與孔徑相等的圓規(guī)號孔，并打上樣沖作出標記，便于鉆孔后檢查孔位是否正確。號料的允許偏差為：零件外形尺寸±1.0mm，孔距±0.5mm。切割分為機械剪切、氣割、鋸切類型。機械剪切用于切割厚度小于12mm的鋼板；氣割則用于切割厚度大于l2mm鋼板；鋸切用切割寬翼緣型鋼。

★ 4、邊緣加工和制孔
    切割后的鋼板或型鋼在焊接組裝前需作邊緣加工，形成焊接坡口。焊縫坡口加工可采用氣割、鏟削、坡口機切削等方法，邊緣加工需用樣板控制坡口角度和各部尺寸，當采用氣割或機械剪切的零件，其邊緣加工的刨削量不應小于2.0mm。制孔時，應注意孔的類型及其制作要求。對于A、B級螺栓孔應保證孔距精度和孔壁表面粗糙度；對于C級螺栓孔應保證摩擦型高強度螺栓孔徑比桿徑大1.5～2.0mm承壓型高強度螺栓孔徑比桿徑大1.0～1.5mm。

★ 5、組裝和焊接
      板材、型材由于長度（板材包括寬度）受到限制，往往需要在工廠進行拼接；一個較復雜的構件由很多零件或部件 （組合牛腿等）組成。為減少構件的焊接殘余應力，應先進行材料拼接和部件組裝，待焊接、矯正后再進行構件的組裝、焊接。通常，焊接H型鋼和柱均先在拼裝臺座上進行焊接小組裝，框架短梁與柱身再進行焊接大組裝，形成梁柱的框架節(jié)點。
焊接工藝評定是保證鋼結構焊縫質量的前提，通過焊接工藝評定選擇最佳的焊接材料、焊接方法、焊接工藝參數、焊后熱處理等，以保證焊接接點的力學性能達到設計要求。對于任何施工單位首次使用的鋼材、焊材及改變焊接方法、焊后熱處理等，必須進行焊接工藝評定，工藝評定合格后寫出正式的焊接工藝評定報告和焊接工藝指導書；用以指導構件的焊接組裝。焊工應經過考試并取得合格證后方可從事焊接工作，焊工停焊時間超過6個月，應重新考試。
       鋼構件的板件間焊接接頭形式主要有對接接頭、T形接頭、角接接頭、十字接頭等。對接焊縫及對接和角接組合焊縫，應在焊縫的兩端設置引弧和引出板，其材料和坡口形式應與焊件相同。引弧和引出的焊縫長度：埋弧焊應大于50mm；手工電弧焊及氣體保護焊應大于20mm焊接完畢后應采用氣割切除引弧和引出板，并修磨平整。
角焊縫轉角處宜連續(xù)繞角施焊，起落弧點距焊縫端部宜大于l0mm，角焊縫端部不設置引弧和引出板的連續(xù)焊縫，起落弧點距焊縫端部宜大于l0mm，且弧坑應填滿。
 焊接厚度大于50mm的碳素結構鋼和厚度大于36mm的低合金結構鋼，施焊前應進行預熱，焊后應進行后熱。預熱溫度宜控制在100～150℃；后熱溫度應由試驗確定。預熱區(qū)在焊道兩側，每側寬度均應大于焊接厚度的兩倍，且不應小于100mm。
       在工廠進行焊接時，除采用常規(guī)的手工電弧焊外，可采用CO2氣體保護電弧焊，該方法用已為氣體對焊縫進行保護，其焊接效率為手工電弧焊的4倍，且可減少夾渣、氣泡等缺陷。對于H型鋼的翼緣與腹板、箱形柱的四個角區(qū)還可采用自動埋弧焊進行焊接組裝。
       碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環(huán)境溫度、低合金結構鋼應在完成焊接24h以后，方可進行焊縫探傷檢驗。局部探傷的焊縫，有不允許的缺陷時，應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加的長度不應小于該焊縫長度的10%，且不應小于200mm；當仍有不允許的缺陷時，應對該焊縫進行百分之百探傷檢查。
栓釘焊焊后應進行彎曲試驗檢查，檢查數量不應少于1%；當用錘擊焊釘（螺柱）頭、使其彎曲至30o時，焊縫和焊熱影響區(qū)不得有肉眼可見裂紋。

★ 6、端部銑平和摩擦面處理
       鋼構件的端部銑平應在矯正合格后進行，兩端銑平時，構件長度的允許偏差為 2.0mm；零件長度的允許偏差為 0.5mm；銑平面的平面度允許偏差為0.3mm；銑平面對軸線的垂直度允許偏差為1/500。
鋼構件摩擦面處理是指使用高強螺栓連接時構件接觸面的鋼材表面加工，經過加工使其接觸處表面的抗滑移系數達到設計要求額定值，一般取0.45～0.55。在施工條件受限制時，局部摩擦面可采用角向磨光機打磨，打磨方向宜與構件受力方向垂直，范圍不應小于螺栓孔徑的4倍。通常摩擦面采用噴砂后生赤銹的處理方法，按此法處理后的摩擦面在出廠前應按批作抗滑移試驗，最小值應符合設計要求。

★ 7、涂裝和編號
      在鋼材表面涂刷防護涂層，是防止腐蝕的主要手段。其涂料、涂裝遍數、涂層厚度均應符合設計要求。當設計對涂層厚度無要求時，宜涂裝4～5遍，涂層干漆膜總厚度：室外應為150μm，室內應為125μm，其允許偏差為-25μm。涂裝工程由工廠和安裝單位共同承擔時，每遍涂層干漆膜厚度的允許偏差為-5μm。當設計對涂層厚度有要求時，設計最低涂層干漆膜厚度加允許偏差的絕對值即為涂層的要求厚度，其允許偏差應符合設計對涂層厚度無要求時的規(guī)定。涂裝時環(huán)境溫度宜在5～38℃之間，相對濕度不應大于85%，構件表面有結露時不得涂裝，涂裝后4h內不得淋雨。施工圖中注明不涂裝的部位不得涂裝。安裝焊縫處應留出30～50mm暫不涂裝。鋼構件涂裝完畢后，應在構件上標注構件的原編號。大型構件還應標明質量、重心位置和定位標記。

★ 8、驗收和發(fā)運
       鋼構件制作完成后需按施工圖、編制的制作施工指導書以及 《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定進行驗收。鋼構件出廠時，應提交下列資料：產品合格證；施工圖和設計變更文件，設計變更內容應在施工圖中相應部位注明；制作中對技術問題處理的協(xié)議文件；鋼材、連接材料和涂裝材料的質量證明書或試驗報告；焊接工藝評定報告；高強螺栓摩擦面抗滑移系數試驗報告、焊縫無損檢驗報告及涂層檢驗資料；主要構件驗收及預拼裝記錄等。
      包裝應在涂層干燥后進行；包裝應保護構件涂層不受損傷，保證構件、零件不變形、不損壞、不散失；包裝應符合運輸的有關規(guī)定。包裝箱上應標注構件、零件的名稱、編號、質量、重心和吊點位置等，并應填寫包裝清單。

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