钢结构连接方式的选择.docx

钢结构连接形式介绍与选择在设计钢结构工程时，构件与构件之间需要进行有效的连接，以形成一个整体，对于构件之间连接的形式，则有很多的方式可以选择。如何在各种连接节点中选择合理的连接方式，这通常是一个容易模糊的设计盲点，因此在此作一些介绍，以强化钢结构设计概念。一、连接形式钢结构中连接节点可分为刚性节点、半刚性节点与铰接节点三种形式，设计时应根据节点的位置及其所要求的强度与刚度，合理确定节点的形式、连接方式、细部构造及其计算方法。连接形式刚性节点半刚性节点铰接节点设计中不考虑此种节点在工程实践中，如何判别一个节点属于刚性、半刚性或铰接连接主要是看其转动刚度，刚性连接应不会产生明显的连接夹角变形，即连接夹角变形对结构抗力的减低应不超过5%。通常定义，连接对于转动约束达到理想刚接的90%以上的连接，可视为刚接；在外力作用下，柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上的连接视为铰接。采用理想较接的假定，意味着梁与柱之间没有弯矩的传递，用较连在一起的梁与柱将互相独立的转动。这里用柱脚来具体解释下刚接与铰接的区别。能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚性柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩，从实际看，如果锚栓在翼缘外侧，就是刚接，如果在翼缘内侧，就是铰接。这两种柱脚的区别就是对侧移的控制，也就是有吊车荷载的单层工业厂房，因为吊车对侧移比较敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨的现象，且门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）中3.4.2条规定，刚架柱顶位移设计值的限值，无吊车且采用轻型钢墙板时是h/60，有吊车且吊车仅由地面操作时是h/180，所以把柱脚设计成刚性柱脚，抵抗其侧位移。在设计中为简化计算，一般均按完全刚接或理想铰接来考虑，因此，半刚性节点在此不做赘述。二、连接方式连接根据使用材质不同可分为铆接、螺栓连接与焊接三种方式。连接方式铆接螺栓连接焊接普通螺栓高强度螺栓C级A、B级摩擦型承压型1. 铆接铆接是通过在构件上打孔，然后用铆钉、铆板将构件连接，因其构造复杂，用钢量多，现在已极少采用，因此铆接在此不做详细赘述。2. 螺栓连接螺栓连接根据螺栓不同，可分为普通螺栓与高强度螺栓。普通螺栓分为C级螺栓与A、B级螺栓。高强度螺栓分为摩擦型螺栓与承压性螺栓普通螺栓用于临时固定的安装连接及可拆卸静载结构的连接，其中A、B级螺栓目前很少采用，多用高强度螺栓所取代。所以一般所说的普通螺栓均指C级螺栓。高强度摩擦型螺栓目前广泛使用于工业民用建筑钢结构连接；是各种连接中最适用于承受动力荷载的连接方式；常用于现场拼接与安装连接的重要部位；凡不宜采用焊接连接的结构，均可用高强度螺栓代替。高强度摩擦型螺栓是钢结构设计中最常见的螺栓形式。高强度承压型螺栓连接紧密，承载能力较摩擦型螺栓高，其与摩擦型螺栓的区别是在螺栓达到最大承载力时，连接可产生少量的滑移，且施工的费用较高。因为其在承受荷载作用时的变形远大于摩擦型，所以高强度承压型螺栓主要用于非抗震构件的连接、非承受动荷载构件的连接及非反复作用构建连接，其余连接均为摩擦型螺栓。3. 焊接一般构件的连接均采用焊接，其构造简单，便于施工，连接与密封性能好，不会削弱构件的截面，但采用焊接连接，会对构件本身产生残余热应力，对结构产生不利影响，这也是在构件连接角部焊缝处都留有切角的原因。3.1 焊接的位置焊接根据焊接位置的不同，分为横焊、立焊、平焊与仰焊。位置分类详见图1.1.1。图1.1.13.2 焊接的方式焊接根据焊接方式不同，可分为手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、电阻焊与气焊等。对于焊接现场环境及焊接构件位置的不同，相应的各种焊接方式的选择也是不同的。在实际钢结构生产与施工中，最常见的焊接形式是手工电弧焊与埋弧焊。手工电弧焊是最常见的一种焊接方法，由手工操作，适用于建筑钢结构中长、短焊缝及形状复杂的焊缝，其施焊灵活，操作简单，适用于不同位置的焊接（平、立、仰、横焊等）埋弧焊有自动与半自动之分，一般钢结构加工工厂采用的 图1.1.2均为自动埋弧焊接，适用于有规则的较长焊缝，局部不连续不规 则的焊缝可用半自动埋弧焊，人工移动电弧。其大部分由机械自动操作，生产效率高，焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高，抗腐蚀性能强，焊件变形小。施工过程图见图1.1.2，图1.1.3。 气体保护焊除了仰焊外， 适用于其它各种方位的操作，适 图1.1.3用于较薄焊件的焊接，其过程是利用焊枪喷出的惰性气体与自动送入的焊丝进行焊接，不需要焊剂，可以手工操作，也可自动焊接，优点是焊接较快，生产率高。（不适用于仰焊）电阻焊常用于冷弯薄壁型钢的接触点焊，主要承受剪力，其抗 拉能力较弱。3.3 焊缝的连接形式 图1.1.43.4 为减少焊接应力与应力集中，应注意以下几点：1. 焊缝间应有一定的距离，应避免在一处集中大量的焊缝。2. 在采用拼接板的对接接头中，侧面角焊缝的起点至拼缝边的距离不宜小于25mm。3. 在接头处，不要使截面有突变，应尽量使应力平缓过渡。4. 应尽量避免三向焊缝相交，可使次要焊缝中断，主要焊缝贯通。三. 小结第 6 页