8 鋼結構基礎知識

近年來，都市化進程越來越快，裝配式鋼結構建築工業取得了前所未有的發展。人們對建築的實用性和安全性的要求越來越高。在現代建築工程中，鋼結構設計具有一定的優點，在建築上的應用也越來越廣泛。結合多年的工作經驗， K-home 總結了8個關於鋼結構的專業基礎知識，內容較長，請耐心閱讀：

一、鋼結構的特點：

鋼結構具有輕質
鋼結構工作可靠度高
該鋼材具有良好的抗振（衝擊）和抗衝擊能力
鋼結構組裝準確快速
易於製作密封結構
鋼結構容易腐蝕
鋼結構防火性能差

2.常用鋼結構的牌號及性能

碳素結構鋼：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。
低合金高強度結構鋼
優質碳素結構鋼和合金結構鋼
特殊用途鋼

三、鋼結構材料選用原則

鋼結構的選材原則是確保承重結構的承載能力，防止在一定條件下發生脆性破壞。依結構的重要性、荷載特性、結構形式、受力狀態、連接方式、鋼材厚度及工作環境等綜合考量。的。

《鋼結構設計規範》GB50017-2003中提出的四種鋼型是「適當」的鋼型，在條件允許的情況下是首選。不禁止使用其他類型，只要所用鋼材符合規範要求即可。

四、鋼結構主要技術內容：

（一）高層鋼結構技術。根據建築高度和設計要求，分別採用框架、框架支撐、筒體和巨型框架結構，構件可選用型鋼、勁性鋼筋混凝土或鋼管混凝土。鋼構件質輕、延展性佳，可焊接或捲製，適用於超高層建築；剛性鋼筋混凝土構件剛度高，耐火性能好，適用於中高層建築或底層結構；鋼管混凝土施工方便，僅適用於柱狀結構。

(b) 空間鋼結構技術。空間鋼結構具有重量輕、剛性高、造型美觀、施工速度快等優點。球節平網架、多層變截面網架和以鋼管為桿件的網殼是我國空間鋼結構用量最大的結構類型。具有空間剛度大、鋼材消耗低等優點，在設計、施工、檢驗過程中可提供完整的CAD。空間結構中除網架結構外，還有大跨距懸索結構、索膜結構等。

(c)輕鋼結構技術。由牆壁和屋頂圍護結構組成的新結構形式由淺色鋼板製成。由5mm以上鋼板焊接或捲製的大斷面薄壁H型鋼牆樑和屋頂檁條、圓鋼柔性支撐系統和高強度螺栓連接組成的輕鋼結構系統。 30m以上，高度可達十幾米，可架設輕型起重機。用鋼量為20-30kg/m2。現已有標準化的設計程序和專業化的生產企業，產品品質好，安裝速度快，重量輕，投資低，施工不受季節限制，適合各類輕工業廠房。

(d)鋼-混凝土組合結構技術。由型鋼或鋼管與混凝土構件組成的梁、柱承重結構為鋼-混凝土組合結構，近年來其應用範圍不斷擴大。組合結構兼有鋼和混凝土的優點，整體強度高、剛性好、抗震性能佳。當採用外混凝土結構時，具有更好的耐火性和耐腐蝕性。組合結構構件一般可減少用鋼量15%~20%。複合樓板和鋼管混凝土構件還具有少模板或無模板、施工方便快速、推廣潛力大等優點。適用於荷載較大的多層或高層建築的框架梁、柱、樓板、工業大廈柱子、地板等

(e)高強度螺栓連接和焊接技術。高強度螺栓透過摩擦傳遞應力，由螺栓、螺帽和墊圈三部分組成。高強度螺栓連接具有施工簡單、拆卸靈活、承載能力高、抗疲勞和自鎖性好、安全性高等優點。它在工程中取代了鉚接和部分焊接，成為鋼結構製作和安裝的主要連接方法。車間製作的鋼構件及厚板，應採用自動多絲電弧埋弧焊，箱柱隔板應採用熔化噴嘴電渣焊等技術。現場安裝施工應採用半自動焊接技術、氣體保護藥芯焊絲及自保護藥芯焊絲技術。

(f)鋼結構防護技術。鋼結構的防護包括防火、防腐、防鏽。一般情況下，防火塗料處理後無需進行防銹處理，但在有腐蝕性氣體的建築物中仍需進行防腐處理。國內防火塗料的種類較多，如TN系列、MC-10等，其中MC-10防火塗料包括醇酸磁漆、氯化橡膠漆、氟橡膠漆和氯磺化漆等。施工中應依據鋼結構類型、耐火等級要求和環境要求，選擇適當的塗層和塗層厚度。

五、鋼結構的目標與措施：

鋼結構工程涉及技術困難廣泛，其推廣應用必須遵循國家和產業標準。各地建設行政主管機關要重視鋼結構工程專業化階段建設，組織品質檢驗團隊培訓，及時總結工作做法及新技術應用。高等院校、設計部門和施工企業要加速鋼結構工程技術人員的培訓，推廣鋼結構CAD技術的成熟。群眾學術團體配合鋼結構技術發展，廣泛開展國內外學術交流和培訓活動，積極提高鋼結構設計、生產、施工、安裝技術的整體水平，可在不久的將來。

六、鋼結構的連接方法

鋼結構的連接方式有焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。

(a)、焊縫連接

焊縫連接是利用電弧產生的熱量使焊條與銲件部分熔化，冷卻後凝結成焊縫，從而將銲件連接成一個整體。

優點：構件截面無弱化，節省鋼材，結構簡單，製造方便，連接剛度高，密封性能好，便於在一定條件下自動操作，生產效率高。

缺點：由於焊接溫度較高，靠近焊縫的鋼材熱影響區域部分部位可能會產生脆性；焊接過程中，鋼材受到不均勻分佈的高溫和冷卻，造成焊接殘餘應力和結構殘餘變形。對承載能力、剛度和性能有一定影響；由於焊接結構的剛度較高，局部裂紋一旦出現很容易擴展到整體，尤其是在低溫下。可能會出現降低疲勞強度的缺陷。

(b)、螺栓連接

螺栓連接是將連接件透過螺栓（如緊固件）連接成一體的連接件。螺栓連接有普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。

優點：施工流程簡單，安裝方便，特別適合現場安裝連接，且拆卸方便，適用於需要包裝和臨時連接的結構。

缺點：組裝時需要在板上開孔並對齊孔，增加了製造工作量，且製造精度要求較高；螺栓孔也削弱了部件的橫截面，連接的部件往往需要相互搭接或增加輔助連接。板材（或角鋼），因此結構較複雜，鋼材成本較高。

(c)、鉚釘連接

鉚釘連接是一端帶有半圓形預製頭的鉚釘，將釘桿燒紅後快速插入連接件的釘孔中，然後將另一端用鉚釘鉚入釘頭中槍使連接緊密。堅硬的。

優點：鉚接傳力可靠，塑性、韌性好，品質易於檢查和保證，可用於重型和直接承受動載的結構。

缺點：鉚接工藝複雜，製造成本人工和材料，勞動強度高，因此已基本被焊接和高強度螺栓連接所取代。

鋼結構連接類型

焊接是目前鋼結構中最重要的連接方式。具有不削弱構件截面、剛性佳、結構簡單、施工方便、自動化操作等優點。

7. 焊接連接

（A）焊接方式

鋼結構常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊、氣體保護焊等。

手工電弧焊是鋼結構中最常用的焊接方法，設備簡單，操作靈活方便。但勞動條件較差，生產效率比自動或半自動焊低，焊縫品質變異性大，某程度上取決於焊工的技術水準。

自動焊焊縫品質穩定，焊接內部缺陷少，塑性好，衝擊韌性好，適合焊接長直接焊接。半自動焊接適用於焊接曲線或因手動操作而形成的任何形狀的焊接。自動和半自動焊接應使用與主要金屬相適應的焊絲和焊劑，焊絲應符合國家標準的要求，焊劑應根據焊接工藝要求確定。

氣體保護焊採用惰性氣體（或CO2）氣體作為電弧的保護介質，將熔融金屬與空氣隔離，以保持焊接過程的穩定。氣體保護焊電弧加熱集中，焊接速度快，熔深大，因此焊縫強度比手工焊高。且塑性和耐腐蝕性好，適合厚鋼板的焊接。

（b），焊縫形式

焊接連接形式依被連接部件的相互位置可分為對接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭四種形式。用於這些連接的焊接有兩種基本形式：對接焊縫和角焊縫。在具體應用中，應根據連接的受力情況，結合製造、安裝和焊接條件來選擇。

（C）焊接結構

1. 對焊

對接焊縫傳遞力直接、平穩，無明顯應力集中，因此具有良好的機械性能，適用於承受靜載荷和動載荷的部件的連接。但由於接焊縫的品質要求較高，銲件之間的焊接間隙要求嚴格，一般用於工廠製作的連接。

2.角焊縫

角焊縫的形式：角焊縫依其長度方向和外力作用方向可分為平行於力作用方向的側面角焊縫和垂直於力作用方向並與力作用方向斜交的正面角焊縫。傾斜角焊縫和周圍焊縫。

角焊縫的截面形式分為普通型、平坡型和深熔焊型。圖中的hf稱為角焊縫的角焊尺寸。普通截面的腿邊比例為1：1，類似等腰直角三角形，傳力線彎曲較劇烈，因此應力集中嚴重。對於直接承受動載的結構，為使力傳遞平穩，正面角焊縫宜採用平坡型，兩角焊縫尺寸比為1：1.5（長邊應沿角焊縫方向）。焊縫宜採用1：1的深熔比例。

8.螺栓連接

（一個）。普通螺栓連接結構

普通螺栓的形式及規格

鋼結構常用的形式是大六角頭型，其代號以字母M和公稱及直徑（mm）表示。工程常用M18、M20、M22、M24。根據國際標準，螺栓統一以其性能等級來表示，如「4.6級」、「8.8級」等。小數點前的數字表示螺栓材料的最小抗拉強度，如“4”表示400N/mm2，“8”表示800N/mm2。小數點後的數字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈服比，即屈服點與最小抗拉強度的比值。

依螺栓的加工精度，一般螺栓分為A、B、C三個等級。

A、B級螺栓（精製螺栓）採用8.8級鋼材，經機床車削而成，表面光滑，尺寸準確，並配有I級孔（即在螺栓孔上鑽孔或擴孔）組裝好的部件，孔壁光滑，孔位準確）。由於其加工精度高，與孔壁接觸緊密，連接變形小，機械性能好，可用於剪切力和拉力較大的連接。但其製造和安裝成本較高，勞動強度較大，因此在鋼結構中應用較少。

C級螺栓（粗螺栓）採用4.6或4.8級鋼材，加工粗糙，尺寸不夠精確。只需要II型孔（即螺栓孔在單一零件上一次性打孔或不用鑽頭鑽出，一般孔徑比螺栓大，桿徑大1~2mm）。傳遞剪切力時，連接變形較大，但傳遞拉力的性能仍然良好，操作不需要特殊設備，成本較低。通常用於靜態或間接動態載荷結構中拉伸連接和二次剪切連接中的螺栓連接。

普通螺栓連接的佈置

螺栓的佈置應簡單、均勻、緊湊，滿足受力要求，結構合理，方便安裝。排列方式有並列式和交錯式兩種（如圖）。並聯更簡單，交錯更緊湊。