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钢结构的连接与节点:焊缝等级、螺栓类型与构造要求

发布时间:2017-12-01 16:38:51 | 浏览次数:

钢结构连接方式与节点构造

钢结构由构件拼起来,拼的地方叫节点。构件很少坏,节点经常坏。所以入门的第二课不是「钢材有多强」,而是「节点怎么连、连得对不对」。

这篇讲连接的三种方式、焊缝的等级、螺栓的类型,以及节点构造里几条不能破的规矩。

一、三种连接方式的分工

方式原理优点缺点用在哪
焊接金属熔化连接刚度大、省料、密封好有残余应力、需探伤、不可拆厂内加工、重要受力节点
普通螺栓靠螺栓抗剪与承压可拆、安装简单承载力低、易松动次要构件、临时连接
高强螺栓摩擦型靠板间摩擦,承压型靠栓杆承载力高、疲劳性能好需摩擦面处理、扭矩控制现场主要连接
铆接铆钉镦粗夹紧韧性好、抗疲劳工艺落后、噪声大历史结构、特殊场合

现代钢结构的实际分工很清楚:厂内尽量焊(质量可控、效率高),现场尽量栓(无需动火、施工快、可调整)。这也是「工厂预制 + 现场装配」的技术基础。

二、焊缝等级:一、二、三级的区别

焊缝质量等级不是焊工自己定的,由设计按构件受力重要性指定。

等级探伤要求外观要求典型部位
一级100% 超声波(或射线)不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、咬边直接承受动力荷载的重要对接焊缝
二级20%,且不少于 200mm不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣一般承重构件的对接与组合焊缝
三级不要求探伤不得有裂纹、焊瘤次要构件、非受力焊缝

「一级焊缝」不是「焊得好」,是「要求探伤 100%」。焊缝质量取决于工艺、材料、焊工,等级只是检验的严格程度。把三级焊缝当一级验收,是常见的概念混淆。

焊缝符号:图纸上三角形表示角焊缝,旁边的数字是焊脚尺寸(如 6 表示 6mm);V 形表示坡口对接焊;圆圈表示围焊;小旗表示现场焊。看懂这些符号,才能知道「这条缝到底要焊多厚、焊几道」。

三、高强螺栓:两种类型不能混

摩擦型:靠板间摩擦力传力,螺栓预拉力把板夹紧。要求摩擦面处理(喷砂、涂无机富锌漆),抗滑移系数 0.35–0.50。破坏形式是滑动,属于延性破坏,有预警。

承压型:靠螺栓杆抗剪与孔壁承压传力,承载力更高,但变形大。允许用在承受静力荷载的结构,不得用于直接承受动力荷载的重要连接。

10.9S 与 8.8S:数字是螺栓的性能等级,10.9 表示抗拉强度 1000MPa、屈强比 0.9。高强螺栓常用 8.8S 与 10.9S,前者用于一般结构,后者用于重要结构。

不能重复使用。高强螺栓拧紧后螺纹产生塑性变形,扭矩系数改变,二次使用无法保证预拉力。拆下来的必须报废,不能堆在工地等「下次用」。

四、节点构造的六条硬规矩

1、传力路径要直。力从梁传到柱,宜走直线。绕弯、偏心、突然变截面都会产生附加弯矩,节点就成了薄弱点。

2、避免三向交汇。三条构件在一个点交汇,焊缝会重叠,热影响区叠加,材质劣化。做法是错开、加节点板过渡。

3、加劲肋对应。梁翼缘对应的位置,柱腹板要设横向加劲肋,否则柱腹板会局部屈曲。这一条在图上常被漏画。

4、螺栓孔边距。孔中心到板边不小于 1.5d(d 为孔径),到相邻孔不小于 3d。边距不足,板会被撕裂。

5、焊缝避让。两条焊缝的交点是最容易开裂的地方,应避免十字交叉;必须交叉时,让一条焊缝连续、另一条断开。

6、防腐连续。节点处的涂层要在安装后补涂,且要与原涂层相容。节点是锈蚀的起点,因为这里最容易漏涂、积水。

五、识别节点图的三步

第一步看符号:焊缝符号、螺栓符号、材料表编号。

第二步看尺寸:板厚、螺栓规格与数量、孔径、边距、焊脚尺寸。

第三步看受力:这个节点传的是弯矩、剪力还是轴力?传弯矩的节点(刚接)要有足够的翼缘连接;传剪力的节点(铰接)只需腹板连接。看懂了受力,才知道图纸为什么这么画。

刚接与铰接的区别,是钢结构入门最重要的一道分水岭:刚接能传弯矩,结构整体刚度大但节点复杂;铰接只传剪力,构造简单但需要支撑体系保证稳定。混用会导致计算模型与实际受力不符——这是很多事故的根源。

埃菲尔钢结构的节点按受力类型深化,梁柱刚接与铰接分图表达,加劲肋与螺栓边距在深化阶段校核,现场连接以高强螺栓为主。需要节点深化,可打 0311-85523085。

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