1、建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图2009年年10月月 机械工业出版社机械工业出版社建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识第9章 钢结构基础知识9-1 9-1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法9-2 9-2 钢结构构件钢结构构件建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识9-1 9-1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 一、钢结构的连接方法 钢结构的连接方法有钢结构
2、的连接方法有焊缝连接焊缝连接、螺栓连接螺栓连接和和铆钉连接铆钉连接三种。三种。铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接 焊缝连接焊缝连接 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（一）焊缝连接（一）焊缝连接 焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成为一体。熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成为一体。 优点：优点：不削弱构件截面，节约钢材，构造简单，制不削弱构件截面，节约钢材，构造简单，制造方便，连接刚度大，密封性能好，在一定条件下易于造方便，连接刚度大，密封性能好，在一定
3、条件下易于采用自动化作业，生产效率高。采用自动化作业，生产效率高。 缺点：缺点：焊缝附近钢材因焊接高温作用形成的热影响焊缝附近钢材因焊接高温作用形成的热影响区可能是某些部位材质变脆；焊接过程中钢材受到分布区可能是某些部位材质变脆；焊接过程中钢材受到分布不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响；变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响；焊接结构由于刚度大，局部裂纹一经发生很容易扩展到焊接结构由于刚度大，局部裂纹一经发生很容易扩展到整体，尤其是在低温下易发生脆断；焊缝连接的塑性和整体，尤其是
4、在低温下易发生脆断；焊缝连接的塑性和韧性较差，施焊时可能产生缺陷，使疲劳强度降低。韧性较差，施焊时可能产生缺陷，使疲劳强度降低。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （二）螺栓连接（二）螺栓连接 螺栓连接是通过螺栓这种紧固件把连接件螺栓连接是通过螺栓这种紧固件把连接件连接成为一体。连接成为一体。 螺栓连接分螺栓连接分普通螺栓连接普通螺栓连接和和高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种。两种。 优点：优点：施工工艺简单、安装方便，特别适施工工艺简单、安装方便，特别适用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要装拆结构和临时性连
5、接。装拆结构和临时性连接。 缺点：缺点：需要在板件上开孔和拼装时对孔，需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量，且对制造的精度要求较高；增加制造工作量，且对制造的精度要求较高；螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接件常需相螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接件常需相互搭接或增设辅助连接板（或角钢），因而构互搭接或增设辅助连接板（或角钢），因而构造较繁且多费钢材。造较繁且多费钢材。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （三）（三） 铆钉连接铆钉连接 铆钉连接是将一端带有半圆形预制钉头的铆铆钉连接是将一端带有半圆形预制钉头的铆钉，将钉杆烧红后迅速插入连接件的钉孔
6、中，然钉，将钉杆烧红后迅速插入连接件的钉孔中，然后用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，以使连接达后用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，以使连接达到紧固。到紧固。 优点：优点：铆接传力可靠，塑性、韧性均较好，铆接传力可靠，塑性、韧性均较好，质量易于检查和保证，可用于重型和直接承受动质量易于检查和保证，可用于重型和直接承受动力荷载的结构。力荷载的结构。 缺点：缺点：铆接工艺复杂、制造费工费料，且铆接工艺复杂、制造费工费料，且劳动强度高，故已基本被焊接和高强度螺栓连接劳动强度高，故已基本被焊接和高强度螺栓连接所取代。所取代。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识二、焊接连
7、接二、焊接连接（一）焊接方法 钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊手工电弧焊、自动或半自自动或半自动电弧焊动电弧焊以及以及气体保护焊气体保护焊等。等。 手工电弧焊手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单，操作灵是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单，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，焊缝质量的活方便。但劳动条件差，生产效率比自动或半自动焊低，焊缝质量的变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。导线导线建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识
8、 自动焊自动焊的焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷较少，塑性好，冲击韧性好，适的焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷较少，塑性好，冲击韧性好，适合于焊接较长的直接焊缝。半自动焊因人工操作，适用于焊曲线或任意形状合于焊接较长的直接焊缝。半自动焊因人工操作，适用于焊曲线或任意形状的焊缝。自动和半自动焊应采用与主体金属相适应的焊丝和焊剂，焊丝应符的焊缝。自动和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的规定，焊剂应根据焊接工艺要求确定。合国家标准的规定，焊剂应根据焊接工艺要求确定。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 气体保护焊气体保护焊是用惰性气体（或是
9、用惰性气体（或CO2）气体作为电弧的保护介质，）气体作为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝，以保持焊接过程稳定。气体保护焊电弧加热使熔化金属与空气隔绝，以保持焊接过程稳定。气体保护焊电弧加热集中，焊接速度快，熔深大，故焊缝强度比手工焊的高。且塑性和抗集中，焊接速度快，熔深大，故焊缝强度比手工焊的高。且塑性和抗腐蚀性好，适合于厚钢板的焊接。腐蚀性好，适合于厚钢板的焊接。焊丝焊丝建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （二）焊缝形式（二）焊缝形式 焊缝连接形式根据被连接构件间的相互位置可分为焊缝连接形式根据被连接构件间的相互位置可分为对接对接、搭接搭接、T
10、形连接形连接和和角接角接等四种形式。这些连接所用的焊缝有等四种形式。这些连接所用的焊缝有对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝两种基本形式。在两种基本形式。在具体应用时，应根据连接的受力情况，结合制造、安装和焊接条件进行选择。具体应用时，应根据连接的受力情况，结合制造、安装和焊接条件进行选择。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （a）对接连接；（）对接连接；（b）用拼接盖板的对接连接；（）用拼接盖板的对接连接；（c）搭接连接；）搭接连接； （d）、（）、（e）T形连接；（形连接；（f）、（）、（g）角部连接）角部连接建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知
11、识钢结构基础知识 焊缝按其焊缝按其工作性质来工作性质来分有强度焊缝和密强焊缝两种。强度焊缝只作为传分有强度焊缝和密强焊缝两种。强度焊缝只作为传递内力之用，密强焊缝除传递内力外，还必须保证不使气体或液体渗漏。递内力之用，密强焊缝除传递内力外，还必须保证不使气体或液体渗漏。 焊缝按焊缝按施焊位置施焊位置分，有平焊、立焊、横焊和仰焊四种。平焊的施焊工作分，有平焊、立焊、横焊和仰焊四种。平焊的施焊工作方便，质量好，效率高；立焊和横焊是在立面上施焊的竖向和水平焊缝，生方便，质量好，效率高；立焊和横焊是在立面上施焊的竖向和水平焊缝，生产效率和焊接质量比俯焊的差一些；仰焊是仰面向上施焊，操作条件最差，产效率
12、和焊接质量比俯焊的差一些；仰焊是仰面向上施焊，操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用。焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用。 俯焊俯焊横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 根据焊缝截面、构造焊缝截面、构造可分为对接焊缝和角焊缝两种基本形式。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（三）焊缝构造（三）焊缝构造 1.对接焊缝对接焊缝 对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中现象，因而受力性能良好，对于对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中现象，因而受力性能良好，对于 承承受静、动荷载的构件连接都适用。但由于对接焊缝的质量要求较高，焊件之间施焊间受静、
13、动荷载的构件连接都适用。但由于对接焊缝的质量要求较高，焊件之间施焊间隙要求较严，一般多用于工厂制造的连接中。隙要求较严，一般多用于工厂制造的连接中。 对接焊缝又称坡口焊缝，因为在施焊时应对板件边缘加工成适当形式和尺寸的坡对接焊缝又称坡口焊缝，因为在施焊时应对板件边缘加工成适当形式和尺寸的坡口口（如后图所示）（如后图所示）以便焊接时有焊条运转的必要空间，保证对接焊缝内部有足够的熔以便焊接时有焊条运转的必要空间，保证对接焊缝内部有足够的熔透深度。坡口基本形式可分为透深度。坡口基本形式可分为I形、单边形、单边V形、形、V形、形、X形、形、U形和形和K形等。坡口形式随形等。坡口形式随板厚和焊接方法而不
14、同。采用手工焊时，当板厚板厚和焊接方法而不同。采用手工焊时，当板厚t10mm，可采用不切坡口的，可采用不切坡口的I形缝，形缝，只需保持间隙只需保持间隙0.52mm，t5mm时可单面焊；当板厚时可单面焊；当板厚t=1020mm时，采用时，采用V形或半形或半V形坡口；对于较厚的板件形坡口；对于较厚的板件t20mm时，采用时，采用X形、形、U形或形或K形。对于形。对于V形和形和U形缝的根部形缝的根部还需要清除焊根，并进行补焊。还需要清除焊根，并进行补焊。 没有条件清根和补焊者，要事先加垫板。当采用自动焊时，因所用电流强、熔深大，没有条件清根和补焊者，要事先加垫板。当采用自动焊时，因所用电流强、熔深大
15、，只在只在t16mm时，才采用时，才采用V形坡口。形坡口。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式 （a）I形缝；（形缝；（b）单边）单边V形坡口；（形坡口；（c）V形坡口；形坡口； （d）U形坡口；（形坡口；（e）K形坡口；（形坡口；（f）X形坡口形坡口建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 在焊件宽度或厚度有变化的连接中，为了减缓应力集中，应从板在焊件宽度或厚度有变化的连接中，为了减缓应力集中，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于的
16、一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜坡如图所示，形成平缓过渡。的斜坡如图所示，形成平缓过渡。如板厚相差不大于如板厚相差不大于4mm时，可不做斜坡。时，可不做斜坡。 （a） （b） 变截面板的拼接变截面板的拼接 （a）改变宽度；（）改变宽度；（b）改变厚度）改变厚度1:2.51:2.51:2.5建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 2.角焊缝角焊缝（1）角焊缝的形式）角焊缝的形式 角焊缝按其长度方向和外力作用方向的不同，可分为平行于力作用方向的侧面角焊缝、垂直于角焊缝按其长度方向和外力作用方向的不同，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
17、的正面角焊缝与力作用方向斜交的斜向角焊缝以及围焊缝。力作用方向的正面角焊缝与力作用方向斜交的斜向角焊缝以及围焊缝。 角焊缝截面形式又分为普通式、平坡式和深熔式。图中角焊缝截面形式又分为普通式、平坡式和深熔式。图中hf称为角焊缝的焊脚尺寸。普通式截面称为角焊缝的焊脚尺寸。普通式截面焊脚边比例为焊脚边比例为1：1，近似于等腰直角三角形，其传力线弯折较剧烈，故应力集中严重。对直接承受，近似于等腰直角三角形，其传力线弯折较剧烈，故应力集中严重。对直接承受动力荷载的结构，为使传力平顺，正面角焊缝宜采用两焊角边尺寸比例动力荷载的结构，为使传力平顺，正面角焊缝宜采用两焊角边尺寸比例1：1.5的平坡式（长边顺
18、内的平坡式（长边顺内力方向），侧面角焊缝宜采用比例为力方向），侧面角焊缝宜采用比例为1：1的深熔式。的深熔式。 （a） （b） （c） 角焊缝截面形式角焊缝截面形式 （a）普通式；（）普通式；（b）平坡式；（）平坡式；（c）深熔式）深熔式建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（2）角焊缝的构造要求）角焊缝的构造要求 1）最小角焊脚尺寸 角焊缝的焊脚尺寸与焊件的厚度有关，当焊件较厚而焊脚尺寸又过小时，焊缝内部将因冷却过快而产生淬硬组织，降低塑性，容易形成裂纹。因此，角焊缝的最小焊脚尺寸应满足，为较厚焊件厚度（单位mm）。对自动焊因热量集中，熔深较大，可减小
19、1mm；T形连接的单面焊缝的性能较差，应增加1mm；当焊件厚度等于或小于4mm时，应与焊件厚度相同。 2）大焊脚尺寸 角焊缝的焊脚尺寸过大，易使焊件形成烧伤、烧穿等“过烧”现象，且使焊件产生较大的焊接残余应力和焊接变形。因此，角焊缝的最大焊脚尺寸应符合的要求，为较薄焊件的厚度。对焊件边缘的角焊缝，为防止施焊时产生“咬边”， 还应符合下列要求：当 时， ；当 时， 3）不等焊脚尺寸 当两焊件的厚度相差较大，且采用等焊脚尺寸无法满足最大和最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸，即与较厚焊件接触的焊脚符合 ，与较薄焊件接触的焊脚满足 的要求。 4）最小焊缝计算长度 当角焊缝焊脚尺寸大而长度过小时，
20、将使焊件局部受热严重，且焊缝起灭弧的弧坑相距太近，加上可能出现的其他缺陷，也使焊缝不够可靠。因此，角焊缝的计算长度应满足 和40mm。mmt6mmthf)21 (maxmmt6thfmaxmaxmin5 . 1thfminmax2 . 1 thffwhl8建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 5）侧面角焊缝最大计算长度 侧面角焊缝沿长度方向的剪应力分布很不均匀，两端大中间小，且随焊缝长度与其焊脚尺寸之比增大而差别愈大。当此比值过大时，焊缝两端将会首先出现裂纹，而此时焊缝中部还未充分发挥其承载能力，在动力荷载作用下这种应力集中现象更为不利。因此，侧面角焊
21、缝的计算长度不宜大于60hf（承受静载或间接承受动载时）或40hf（直接承受动载时）。当大于上述限制时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制，如工字形截面梁或柱的翼缘与腹板连接焊缝等。6）当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时（如图所示），为了避免应力传递过分弯折而使构件中应力过分不均，应使每条侧焊缝长度大于它们之间的距离， 。另外为了避免焊缝收缩时引起板件的拱曲过大，还应使 （当 ）或190mm（当 ）。当不满足此规定时，则应加正面角焊缝。blwtb16mmt12mmt12侧面角焊缝引起焊件拱曲建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识
22、钢结构基础知识7）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍并不得小于倍并不得小于25mm，以减小因焊缝收缩而产生的残余应力及因传力偏心而产生的，以减小因焊缝收缩而产生的残余应力及因传力偏心而产生的附加应力。附加应力。8）在次要构件或次要焊缝连接中，若焊缝受力很小，采用连续焊缝其计）在次要构件或次要焊缝连接中，若焊缝受力很小，采用连续焊缝其计算焊脚尺寸算焊脚尺寸hf小于最小容许值时，可采用间断角焊缝。间断角焊缝焊小于最小容许值时，可采用间断角焊缝。间断角焊缝焊段的长度不得小于段的长度不得小于10hf或或500mm。各段之间净距。各段之间净距
23、（受压构件）（受压构件）或或 （受拉构件），以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮（受拉构件），以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮气侵入而引起锈蚀。气侵入而引起锈蚀。9）当角焊缝的端部在构件转角处时，为比避免起落弧的缺陷发生在此应）当角焊缝的端部在构件转角处时，为比避免起落弧的缺陷发生在此应力集中较大部位，宜作长度为力集中较大部位，宜作长度为2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊，的绕角焊，且转角处必须连续施焊，不能断弧。不能断弧。min15te min30t建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（四）焊缝符号集及标注方法（四）焊缝符号集及标注方法 焊
24、缝符号表示法规定：焊缝符号一般由基本符号与指引线组成，必要时还可加上补充符号和焊缝尺寸。 基本符号：基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表示角焊缝,用“V”表示V形坡口的对接焊缝； 补充符号：补充符号：补充说明焊缝的某些特征，用“ ”表示现场安装焊缝，用“ ” 表示焊件三面带有焊缝； 指引线指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符号和焊缝尺寸等。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 焊缝符号焊缝符号 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 焊缝符号焊缝符号
25、 续表续表 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时,在标注焊缝符号在标注焊缝符号的同时的同时,可在图形上加栅线表示。可在图形上加栅线表示。 用栅线表示焊缝用栅线表示焊缝 (a)正面焊缝；正面焊缝；(b)背面焊缝；背面焊缝；(c)安装焊缝安装焊缝建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 当焊缝中存在气孔，夹渣、咬边等缺陷时，它们不但使焊缝受力面积削弱，而且当焊缝中存在气孔，夹渣、咬边等缺陷时，它们不但使焊缝受力面积削弱，而且还在缺陷处引起应力集中，易于形成裂纹。在受拉连接中，裂纹更易扩展延伸，从而还在
26、缺陷处引起应力集中，易于形成裂纹。在受拉连接中，裂纹更易扩展延伸，从而使焊缝在低于母材强度的情况下破坏。同样，缺陷也降低连接的疲劳强度。因此，使焊缝在低于母材强度的情况下破坏。同样，缺陷也降低连接的疲劳强度。因此，对对焊缝质量应按其受力性质和所处部位进行分级。焊缝质量应按其受力性质和所处部位进行分级。 根据结构类型和重要性，根据结构类型和重要性，钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范将将焊缝质量检验级别焊缝质量检验级别分为三级分为三级。级检验项目规定只对全部焊缝做外观检查级检验项目规定只对全部焊缝做外观检查，即检验焊缝实际尺寸是否符，即检验焊缝实际尺寸是否符合要求和有无外观缺陷；
27、合要求和有无外观缺陷；级、级、级焊缝除对全部焊缝作相应等级的外观缺陷检查外，级焊缝除对全部焊缝作相应等级的外观缺陷检查外，还应还应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，当超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应，当超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤采用射线探伤。级焊缝超声波和射线探伤的比例均为级焊缝超声波和射线探伤的比例均为100%，级焊缝超声波和射级焊缝超声波和射线探伤的比例均为线探伤的比例均为20%，且均不小于，且均不小于200mm。当焊缝长度小于。当焊缝长度小于200mm时，应对整条时，应对整条焊缝探伤。焊缝探伤。 钢结构中一般采用钢结构中一般采用级焊缝
28、即可满足的强度要求级焊缝即可满足的强度要求，但对接焊缝的抗拉强度有较大，但对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性，的变异性，钢结构设计规范钢结构设计规范规定，其设计值仅为主体钢材的规定，其设计值仅为主体钢材的85%左右。因而对有左右。因而对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的焊缝，可部分采用较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的焊缝，可部分采用级级焊缝，对抗动力和疲劳性能有较高要求处可采用焊缝，对抗动力和疲劳性能有较高要求处可采用级焊缝。焊缝质量等级必须在施工级焊缝。焊缝质量等级必须在施工图中标注，但图中标注，但级焊缝不需要标注。级焊缝不需要标注。（五）焊缝质量检
29、验和焊缝质量级别（五）焊缝质量检验和焊缝质量级别建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识三、螺栓连接（一）普通螺栓连接的构造（一）普通螺栓连接的构造1.普通螺栓的形式和规格普通螺栓的形式和规格 钢结构采用的普通形式为大六角头型，其代号用字母钢结构采用的普通形式为大六角头型，其代号用字母M与公称和与公称和直径（直径（mm）表示。工程中常用）表示。工程中常用M18，M20，M22，M24。按国际标准，。按国际标准，螺栓统一用螺栓的性能等级来表示，如螺栓统一用螺栓的性能等级来表示，如“4.6级级”、“8.8级级”等。小数等。小数点前数字表示螺栓材料的最低抗拉强度
30、，如点前数字表示螺栓材料的最低抗拉强度，如“4”表示表示400N/mm2，“8”表示表示800N/mm2。小数点后的数字（。小数点后的数字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈强比，）表示螺栓材料的屈强比，即屈服点与最低抗拉强度的比值。即屈服点与最低抗拉强度的比值。 根据螺栓的加工精度，普通螺栓又分为根据螺栓的加工精度，普通螺栓又分为A、B、C三级。三级。A、B级螺栓级螺栓（精制螺栓）采用（精制螺栓）采用8.8级钢材制作，经机床车削加工而成，表面光级钢材制作，经机床车削加工而成，表面光滑，尺寸准确，且配用滑，尺寸准确，且配用类孔（即螺栓孔在装配好的构件上钻成或扩钻成，孔类孔（即螺栓孔在装配好的构件
31、上钻成或扩钻成，孔壁光滑，对孔准确）。由于其加工精度高，与孔壁接触紧密，其连接变形小，壁光滑，对孔准确）。由于其加工精度高，与孔壁接触紧密，其连接变形小，受力性能好，可用于承受较大剪力和拉力的连接。但制造和安装较费工，成本受力性能好，可用于承受较大剪力和拉力的连接。但制造和安装较费工，成本高，故在钢结构中较少采用。高，故在钢结构中较少采用。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 C级螺栓级螺栓（粗制螺栓）用（粗制螺栓）用4.6或或4.8级钢制作，加工粗糙，级钢制作，加工粗糙，尺寸不够准确，只要求尺寸不够准确，只要求类孔（即螺栓孔在单个零件上一类孔（即螺栓
32、孔在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成。一般孔径比螺栓杆径大次冲成或不用钻模钻成。一般孔径比螺栓杆径大12mm）。）。在传递剪力时，连接变形大，但传递拉力的性能尚好，操在传递剪力时，连接变形大，但传递拉力的性能尚好，操作无需特殊设备，成本低。常用于承受拉力的螺栓连接和作无需特殊设备，成本低。常用于承受拉力的螺栓连接和承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要受剪连接。承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要受剪连接。 螺栓及其孔眼图例螺栓及其孔眼图例建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安螺栓的
33、排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列方式有并列和错列两种排列（如图所示）。并列较简单，错列装。排列方式有并列和错列两种排列（如图所示）。并列较简单，错列较紧凑。较紧凑。 （a） （b） 螺栓的排列及间距螺栓的排列及间距 （a）并列排列；（）并列排列；（b）错列排列）错列排列 2.普通螺栓连接的排列普通螺栓连接的排列建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （1）受力要求）受力要求 螺栓孔（螺栓孔（d0）的最小端距（沿受力方向）为）的最小端距（沿受力方向）为2 d0，以免板端被剪，以免板端被剪掉；螺栓孔的最小边距（垂直于受力方向）为
34、掉；螺栓孔的最小边距（垂直于受力方向）为1.5 d0（切割边）或（切割边）或1.2 d0（轧成边）。（轧成边）。中间螺孔的最小间距（栓距和线距）为中间螺孔的最小间距（栓距和线距）为3 d0，否则螺孔周围应力集中的相互影响较，否则螺孔周围应力集中的相互影响较大，且对钢板的截面削弱过多，从而降低其承载力。大，且对钢板的截面削弱过多，从而降低其承载力。 （2）构造要求）构造要求 螺栓的间距也不宜过大，尤其是受压板件当栓距过大时，容易螺栓的间距也不宜过大，尤其是受压板件当栓距过大时，容易发生凸曲现象。板和刚性构件（如槽钢、角钢等）连接时，栓距过大不易紧密接触，发生凸曲现象。板和刚性构件（如槽钢、角钢等
35、）连接时，栓距过大不易紧密接触，潮气易于侵入缝隙而锈蚀。按规范规定，栓孔中心最大间距受压时为潮气易于侵入缝隙而锈蚀。按规范规定，栓孔中心最大间距受压时为12 d0或或18tmin（tmin为外层较薄板件的厚度），受拉时为为外层较薄板件的厚度），受拉时为16 d0或或24 tmin，中心至构件边缘最大距，中心至构件边缘最大距离为离为4d0或或8tmin。 （3）施工要求）施工要求 螺栓间应有足够距离，以便转动扳手，拧紧螺母。螺栓间应有足够距离，以便转动扳手，拧紧螺母。 根据上述螺栓的最大、最小容许距离，排列螺栓时宜按最小容许距离取用，且根据上述螺栓的最大、最小容许距离，排列螺栓时宜按最小容许距离
36、取用，且宜取宜取5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大的容许距离一般只在的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大的容许距离一般只在起联系作用的构造连接中采用。起联系作用的构造连接中采用。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（二）普通螺栓连接的受力特点（二）普通螺栓连接的受力特点 1.受剪螺栓连接受剪螺栓连接 （a） （b） （c） 单个受剪螺栓的受力情况单个受剪螺栓的受力情况 （a）单剪；（）单剪；（b）双剪；（）双剪；（c）四剪）四剪受拉螺栓连接受拉螺栓连接栓杆受剪和孔壁承压传力栓杆受剪和孔壁承压传力沿栓杆轴方向受拉传力沿栓杆轴方
37、向受拉传力受剪螺栓连接受剪螺栓连接拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接螺栓传力方式螺栓传力方式建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现如下五种破坏形式：能出现如下五种破坏形式：（1）栓杆剪断栓杆剪断（如图（如图9-10（a）所示）所示） 当螺栓当螺栓直径较小钢板相对较厚时，可能发生。直径较小钢板相对较厚时，可能发生。（2）孔壁挤压坏孔壁挤压坏（如图（如图9-10（b）所示）所示） 当螺当螺栓直径较大钢板相对较薄时，可能发生。栓直径较大钢板相对较薄时，可能发生。（3）钢板拉断钢板拉断（如图（如图
38、9-10（c）所示）所示） 当钢板当钢板因螺孔削弱过多时，可能发生。因螺孔削弱过多时，可能发生。（4）端部钢板剪断端部钢板剪断（如图（如图9-10（d）所示）所示） 当当顺受力方向的端距过小时，可能发生。顺受力方向的端距过小时，可能发生。（5）栓杆受剪破坏栓杆受剪破坏（如图（如图9-10（e）所示）所示） 当当螺栓过于细长时，可能发生。螺栓过于细长时，可能发生。 上述破坏形式中的后两种在选用最小容上述破坏形式中的后两种在选用最小容许端距许端距2d0和使螺栓的夹紧长度不超过和使螺栓的夹紧长度不超过5 d0的的条件下，均不会发生。前三种形式的破坏，条件下，均不会发生。前三种形式的破坏，则需要通过计
39、算来防止。则需要通过计算来防止。（a）（d） 1-1 （b）（c）（e）建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识2.受拉螺栓连接受拉螺栓连接 如图所示受拉螺栓连接中，在外力如图所示受拉螺栓连接中，在外力N作用下，构件相互间有分离趋势，从而使作用下，构件相互间有分离趋势，从而使螺栓沿杆轴方向受拉。受拉螺栓的破坏形螺栓沿杆轴方向受拉。受拉螺栓的破坏形式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。的截面处。3.拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接 由于由于C级螺栓的抗剪能力差，故对重级螺栓的抗剪能力差，故对重要连接一般均应在端板下设置支托
40、，以承要连接一般均应在端板下设置支托，以承受剪力（如图所示）。对次要连接，若端受剪力（如图所示）。对次要连接，若端板下不设支托，则螺栓将同时承受剪力和板下不设支托，则螺栓将同时承受剪力和沿杆轴方向的拉力的作用。沿杆轴方向的拉力的作用。N受拉螺栓连接受拉螺栓连接拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 （三）高强度螺栓的受力特点（三）高强度螺栓的受力特点 高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为摩擦型摩擦型和和承压型承压型两种。两种。 摩擦型连接摩擦型连接在承受剪切时，以外剪力达到板件间可能发生的最大摩
41、阻力为在承受剪切时，以外剪力达到板件间可能发生的最大摩阻力为极限状态；当超过时板件间发生相对滑移，即认为连接已失效而破坏。极限状态；当超过时板件间发生相对滑移，即认为连接已失效而破坏。 承压型连接承压型连接在受剪时，则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移，然后在受剪时，则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移，然后外力可以继续增加，并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状外力可以继续增加，并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状态。态。 两种形式螺栓在受拉时没有区别。两种形式螺栓在受拉时没有区别。 高强度螺栓和普通螺栓连接受力的主要区别是：普通螺栓连接的螺母拧紧的高强度螺栓和
42、普通螺栓连接受力的主要区别是：普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。而高强度螺栓时靠拧紧预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。而高强度螺栓时靠拧紧螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，此预拉力将被连接的构件夹紧。靠螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，此预拉力将被连接的构件夹紧。靠构件夹紧而由接触面间的摩阻力来承受连接内力是高强度螺栓连接受力的特点。构件夹紧而由接触面间的摩阻力来承受连接内力是高强度螺栓连接受力的特点。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识9-2 9-2 钢结构构件钢结构构件 一、轴心受力构件一
43、、轴心受力构件 轴心受力构件是指承受通过截面形心的轴向力作用的构件轴心受力构件是指承受通过截面形心的轴向力作用的构件，分为轴心受拉构件和，分为轴心受拉构件和轴心受压构件。它们广泛的应用于柱、桁架、网架、塔架和支撑等结构中轴心受压构件。它们广泛的应用于柱、桁架、网架、塔架和支撑等结构中。（一）轴心受力构件的受力特点（一）轴心受力构件的受力特点 轴心受拉构件设计时，应满足轴心受拉构件设计时，应满足强度强度和和刚度刚度的要求。按承载力极限状态的要求，轴的要求。按承载力极限状态的要求，轴心受拉构件净截面的平均应力不应超过钢材的屈服强度；按正常使用极限状态的要求，心受拉构件净截面的平均应力不应超过钢材的
44、屈服强度；按正常使用极限状态的要求，应具有必要的刚度，否则在制造、运输和安装过程中容易弯扭变形，在自重的作用下应具有必要的刚度，否则在制造、运输和安装过程中容易弯扭变形，在自重的作用下会产生较大挠度，在承受动力荷载时会引起较大的振动等。轴心受拉构件的刚度是以会产生较大挠度，在承受动力荷载时会引起较大的振动等。轴心受拉构件的刚度是以它的长细比来控制的。它的长细比来控制的。 轴心受压构件的受力性能与受拉构件不同，除有些短粗或截面有较大削弱的构件轴心受压构件的受力性能与受拉构件不同，除有些短粗或截面有较大削弱的构件其承载力由强度条件起控制作用外，一般情况下，轴心受压构件的承载能力是由稳定其承载力由强
45、度条件起控制作用外，一般情况下，轴心受压构件的承载能力是由稳定条件决定的。因此设计时除满足强度和刚度的条件外，还应满足条件决定的。因此设计时除满足强度和刚度的条件外，还应满足整体稳定性整体稳定性和和局部稳局部稳定性定性的要求。的要求。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（二）轴心受压柱的构造（二）轴心受压柱的构造 轴心受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组成。按柱身的构造型式可分为轴心受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组成。按柱身的构造型式可分为实腹式和格构式两类。实腹式和格构式两类。1.1.实腹式轴心受压柱实腹式轴心受压柱（1）截面形式截面形式 实腹式轴心受压
46、柱一般选用双轴对称的型钢截面或组合截面。实腹式轴心受压柱一般选用双轴对称的型钢截面或组合截面。在选择截面形式时，主要考虑等稳定性、肢宽壁薄、制造省工、构造简便等在选择截面形式时，主要考虑等稳定性、肢宽壁薄、制造省工、构造简便等原则。原则。（2）设置加劲肋设置加劲肋 为了提高构件的抗扭刚度，防止为了提高构件的抗扭刚度，防止构件在施工和运输过程中发生变形，当构件在施工和运输过程中发生变形，当 时，时，应在一定位置设置成对的横向加劲肋（如图所示）。应在一定位置设置成对的横向加劲肋（如图所示）。横向加劲肋的间距不得大于横向加劲肋的间距不得大于3 h0，其外伸宽度，其外伸宽度bs不小不小于于 mm，厚度
47、，厚度ts不得小于不得小于 。实腹柱的横向加劲肋加强实腹柱的横向加劲肋加强bsatw800wth)4030(0h15sb建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识（3）柱头的构造柱头的构造 轴心受压柱主要承受与其相连的梁传来的荷载（梁轴心受压柱主要承受与其相连的梁传来的荷载（梁的支承反力），梁与柱的连接构造与梁的端部构造有关。连接设计应传的支承反力），梁与柱的连接构造与梁的端部构造有关。连接设计应传力可靠，便于制作、运输、安装和经济合理。轴心受压柱与梁为铰接，力可靠，便于制作、运输、安装和经济合理。轴心受压柱与梁为铰接，一般有两种构造方案。一种是将梁支承于柱
48、顶（如图所示），另一种是一般有两种构造方案。一种是将梁支承于柱顶（如图所示），另一种是将梁支承于柱的侧面（如图所示）。将梁支承于柱的侧面（如图所示）。 柱顶支承梁的构造柱顶支承梁的构造 梁的反力通过柱的顶板传给柱；顶板一般可以取梁的反力通过柱的顶板传给柱；顶板一般可以取1620mm厚，与柱用焊缝相连；梁与顶板用普通螺栓相连，以便安装厚，与柱用焊缝相连；梁与顶板用普通螺栓相连，以便安装 定位。定位。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识 图（图（a）中，梁支承加劲肋应对准柱的翼缘，使）中，梁支承加劲肋应对准柱的翼缘，使梁的支承反力通过支承加劲肋及垫板传递给
49、柱的翼缘。梁的支承反力通过支承加劲肋及垫板传递给柱的翼缘。为了便于安装，相邻梁之间留一空隙，最后用夹板和为了便于安装，相邻梁之间留一空隙，最后用夹板和构造螺栓相连，以防止单个梁的倾斜。这种连接形式构造螺栓相连，以防止单个梁的倾斜。这种连接形式传力明确，构造简单，施工方便，但当两相邻反力不传力明确，构造简单，施工方便，但当两相邻反力不等时即引起柱的偏心受压，一侧梁传递的反力很大时，等时即引起柱的偏心受压，一侧梁传递的反力很大时，还可能引起柱翼缘的局部屈曲。还可能引起柱翼缘的局部屈曲。 图（图（b）中，梁通过端板连接于柱的轴线附近，）中，梁通过端板连接于柱的轴线附近，这样即使相邻反力不等，柱仍接近
50、轴心受压。突缘这样即使相邻反力不等，柱仍接近轴心受压。突缘加劲肋底部应刨平顶紧于柱顶板；柱的腹板是主要加劲肋底部应刨平顶紧于柱顶板；柱的腹板是主要受力部分，其厚度不能太薄，同时在柱顶板之下，受力部分，其厚度不能太薄，同时在柱顶板之下，腹板两侧应设置加劲肋，两相邻梁之间应留一定空腹板两侧应设置加劲肋，两相邻梁之间应留一定空隙便于安装时调节，最后嵌入合适的填板并用构造隙便于安装时调节，最后嵌入合适的填板并用构造螺栓相连。螺栓相连。（a）（b）建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第九章第九章 钢结构基础知识钢结构基础知识柱侧支承梁的构造柱侧支承梁的构造梁连接在柱的侧面，当梁的反力较小时，可采梁连接在
