关于钢结构的8个基本知识

近年来，城镇化进程不断加快，装配式钢结构建筑工业取得了前所未有的发展，人们对建筑的实用性和安全性的要求也越来越高。在现代建筑工程中，钢结构设计具有一定的优势，在建筑施工中的应用也越来越广泛。结合多年的工作经验， K-home 总结了8个关于钢结构的专业基础知识，内容较长，请耐心看完：

1.钢结构的特点：

钢结构重量轻
钢结构工程可靠性高
该钢具有良好的抗振动（冲击）和抗冲击性能
钢结构组装准确、快捷
易于制作密封结构
钢结构容易腐蚀
钢结构耐火性能差

2.常用结构用钢牌号及性能

碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。
低合金高强度结构钢
优质碳素结构钢和合金结构钢
特殊用途钢

3.钢结构材料选择原则

钢结构材料的选择原则是在一定条件下，保证承重结构的承载能力和防止发生脆性破坏，是根据结构的重要性、荷载特点、结构形式、受力状态、连接方式、钢材厚度以及工作环境等综合考虑的。

《钢结构设计规范》GB50017-2003中提出的四种钢材类型是“合适”的，在条件允许的情况下是首选。只要所用钢材符合规范的要求，使用其他类型并不被禁止。

四、钢结构主要技术内容：

（a）高层钢结构技术。根据建筑高度和设计要求，分别采用框架、框架支撑、筒体和巨型框架结构，构件可采用型钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件重量轻、延性好，可采用焊接或轧制，适用于超高层建筑；劲性钢筋混凝土构件刚度大、耐火性能好，适用于中高层建筑或底层结构；钢管混凝土施工方便，仅适用于柱式结构。

（b）空间钢结构技术。空间钢结构具有自重轻、刚度大、外形美观、施工速度快等优点。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架、网壳等是我国空间钢结构用量最大的结构类型，具有空间刚度大、用钢量少等优点，在设计、施工、验收环节可提供完整的CAD。空间结构中除网架结构外，还有大跨度悬索结构、索膜结构等。

（c）轻钢结构技术。用浅色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新型结构形式。用5mm以上钢板焊接或轧制的大截面薄壁H型钢墙梁、屋面檩条、圆钢制成柔性支撑体系、高强度螺栓连接构成的轻钢结构体系。高度可达30m以上，高度可达十几米，可设轻型起重机。用钢量为20-30kg/m2。现已有规范化的设计程序和专业化生产企业，产品质量好，安装速度快，重量轻，投资少，施工不受季节限制，适用于各类轻型工业厂房。

（四）钢-混凝土组合结构技术。由型钢或钢管与混凝土构件组成的梁柱承重结构即为钢-混凝土组合结构，近年来其应用范围不断扩大。组合结构兼有钢和混凝土的优点，整体强度高、刚度好，抗震性能好，当采用外层混凝土结构时，防火性能、耐腐蚀性能更好。组合结构构件一般可减少用钢量15～20%。组合楼板与钢管混凝土构件还具有少用或不用模板、施工方便快捷等优点，具有很大的推广潜力。适用于荷载较大的多层或高层建筑的框架梁、柱、楼板，工业建筑柱子、地板等

（五）高强度螺栓连接及焊接技术。高强度螺栓通过摩擦传递应力，由螺栓、螺母和垫圈三部分组成。高强度螺栓连接具有施工简单、拆卸灵活、承载力高、抗疲劳自锁性能好、安全性高等优点，在工程中已取代铆接和局部焊接，成为钢结构生产安装中的主要连接方法。对于工厂化制造的钢构件及厚板，宜采用自动多丝电弧埋弧焊，箱形柱隔板宜采用熔化嘴电渣焊等技术。在现场安装施工中，宜采用半自动焊技术、气体保护药芯焊丝和自保护药芯焊丝技术。

（六）钢结构防护技术。钢结构的防护包括防火、防腐、防锈。一般防火涂料处理后不必再做防锈处理，但在有腐蚀性气体的建筑中仍需做防腐处理。国内防火涂料种类较多，如TN系列、MC-10等，其中MC-10防火涂料有醇酸磁漆、氯化橡胶漆、氟橡胶漆和氯磺化漆等。施工中应根据钢结构类型、耐火等级要求及环保要求，选择合适的涂料及涂层厚度。

5.钢结构的目标和措施：

钢结构工程涉及面广，技术难度大，推广应用必须遵循国家和行业标准。地方建设行政主管部门应重视钢结构工程专业化阶段建设，组织开展质检队伍培训，及时总结工作做法和新技术应用。大专院校、设计部门、施工企业应加快培养钢结构工程技术人员，推广成熟的钢结构CAD技术。群众性学术团体应配合钢结构技术的发展，广泛开展国内外学术交流和培训活动，积极提高钢结构设计、生产、施工安装技术的整体水平，并可在近期得到奖励。

6.钢结构的连接方法

钢结构的连接方式有三种：焊接连接、螺栓连接和铆钉连接。

(a)、焊缝连接

焊缝连接是利用电弧产生的热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却后凝结成焊缝，使焊件连接成一个整体。

优点：不削弱构件截面，节省钢材，结构简单，制造方便，连接刚度大，密封性能好，在一定条件下易于采用自动化操作，生产效率高。

缺点：由于焊接温度较高，焊缝附近的钢材热影响区可能部分部位产生脆性；焊接过程中，钢材受到不均匀分布的高温和冷却，产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力、刚度和性能造成一定影响；由于焊接结构刚度较大，一旦出现局部裂纹，特别在低温下，可能出现降低疲劳强度的缺陷。

(b)、螺栓连接

螺栓连接就是通过螺栓等紧固件将连接件连接成一体，螺栓连接有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种类型。

优点：施工工艺简单，安装方便，特别适合现场安装连接，且拆卸方便，适用于需要装拆和临时连接的结构物。

缺点：装配时需在板上开孔、找正孔位，增加了制造工作量，且对制造精度要求较高；螺栓孔还会削弱构件截面强度，连接件之间往往需相互搭接或增加辅助连接件，连接件多为钢板(或角钢)，因此结构较复杂，耗用钢材较多。

(c), 铆钉连接

铆钉连接是将一端带有半圆形预制头的铆钉，将钉杆烧红后迅速插入连接件的钉孔内，再用拉铆枪将另一端铆入钉头，使连接紧固。

优点：铆接传力可靠，塑性和韧性较好，质量容易检查和保证，可用于较重的、直接承受动载荷的结构。

缺点：铆接工艺复杂，制造成本费工费料，劳动强度大，故目前已基本被焊接、高强度螺栓连接等取代。

钢结构连接类型

焊接是目前钢结构中最主要的连接方式，具有不削弱构件截面、刚度好、构造简单、施工方便、可实现自动化操作等优点…。

7.焊接连接

（一个）焊接方式

钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊、自动或半自动电弧焊、气体保护焊等。

手工电弧焊是钢结构最常用的焊接方法，设备简单，操作灵活方便。但劳动条件差，生产效率比自动或半自动焊低，焊缝质量变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。

自动焊的焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性好，冲击韧性好，适用于焊接较长的直接焊缝。半自动焊由于手工操作，适用于焊接曲线或任意形状的焊缝。自动、半自动焊应采用与主体金属相适应的焊丝和焊剂，焊丝应符合国家标准要求，焊剂应根据焊接工艺要求确定。

气保焊采用惰性气体（或CO2）气体作为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝，保持焊接过程稳定。气保焊电弧加热集中，焊接速度快，熔深大，因此焊缝强度比手工焊高。且塑性和耐腐蚀性好，适用于厚钢板的焊接。

（b），焊缝形式

焊缝连接形式按被连接构件相互位置不同可分为对接接头、搭接接头、T形接头和角接接头四种形式。这些连接所采用的焊缝有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。在具体应用中，应根据连接的受力情况，结合制造、安装和焊接条件进行选用。

（C）焊接结构

1. 对接焊

对接焊缝传力直接、平稳，无明显的应力集中，因而具有良好的力学性能，适用于承受静、动载荷的构件连接。但由于对接焊缝质量要求较高，对焊件间的焊接间隙要求严格，一般用于工厂化连接。

2. 角焊缝

角焊缝的形式：角焊缝按其长度方向和外力作用方向可分为：平行于力作用方向的侧面角焊缝、垂直于力作用方向且与力作用方向斜交的正面角焊缝、斜角焊缝和环向焊缝。

角焊缝的截面形式分为普通型、平坡型和深熔型。图中的hf称为角焊缝的角尺寸。普通截面的腿边比为1：1，类似等腰直角三角形，力传递线弯曲较剧烈，因而应力集中严重。对于直接承受动荷载的结构，为使力传递平稳，正面角焊缝应采用两角边尺寸比为1：1.5的平坡型（长边应顺着内力方向），侧面角焊缝宜采用比值为1：1的深熔型。

8.螺栓连接

(a). 普通螺栓连接结构

普通螺栓形式及规格

钢结构常用的形式为大六角头型，其代号用字母M加公称通径（mm）表示。工程上常用M18、M20、M22、M24等。国际标准对螺栓统一用其性能等级表示，如“4.6级”、“8.8级”等。小数点前的数字表示螺栓材料的最小抗拉强度，如“4”表示400N/mm2，“8”表示800N/mm2。小数点后的数字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈服比，即屈服点与最小抗拉强度之比。

根据螺栓的加工精度，普通螺栓分为A、B、C三个级别。

A、B级螺栓（精制螺栓）采用8.8级钢材，经机床车削而成，表面光洁，尺寸准确，配用I级孔（即在装配构件上钻孔或扩孔成螺栓孔，孔壁光滑，孔位准确）。因其加工精度高，与孔壁接触紧密，连接变形小，受力性能好，可用于剪力、拉力较大的连接。但其制造安装劳动强度较大，成本较高，因此在钢结构中较少采用。

C级螺栓（毛螺栓）采用4.6级或4.8级钢材，加工粗糙，尺寸不够精确，只需打Ⅱ型孔（即螺栓孔在单个零件上一次性打孔或不用钻头钻孔，一般孔径比螺栓杆径大1~2mm）。传递剪力时，连接变形较大，但传递拉力的性能尚好，操作不需要专用设备，成本较低。常用于受静力或间接受动力载荷的结构中受拉螺栓连接和二次剪切连接。

普通螺栓连接的布置

螺栓的排列应简单、均匀、紧凑，满足受力要求，结构合理，安装方便。螺栓的排列有并列和交错两种形式（如图所示），并列形式较简单，交错形式较紧凑。