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1、第6 章 钢结构工程6.1 钢结构加工工艺6.1.1 钢构件的放样、号料与下料6.1.2 构件加工6.1.2.1 矫正6.1.2.2 成型6.2 钢结构的拼装与连接6.2.1 工厂拼装6.2.2 焊接施工方法6.2.3 螺栓连接施工6.2.3.1 普通螺栓连接6.2.3.2 高强度螺栓连接6.3 钢结构工程的验收6钢结构工程6.1 钢结构加工工艺 钢构件制作的工艺流程见下图 6-1。图 6 1 钢构件制作的工艺流程6.1.1 钢构件的放样、号料与下料1、放样 钢结构是由许多钢构件组成，结构的形状复杂，在施工图上很难反映出来某 些构件的真实形状，甚至有时标注的尺寸也不好表示。放样就是按照钢结构施
2、工 详图要求的形状和尺寸，按照 1:1 的比例把构件的实形画在样台或平板上，求取 实长并制成样板、样杆的过程。样板、样杆是作为钢构件下料、制作、装配等加 工的依据。放样的步骤如下：（1）仔细阅读图纸，并对图纸进行核对。（2）以 1:1 的比例在样板台上弹出大样。当大样尺寸过大时，可分段弹出。尺 寸划法应避免偏差累积。（3）制作样板和样杆作为下料弯曲、铣、刨、制孔等加工的依据。2、号料 号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。见图6 2图 6 2 样板号料(a)样杆号孔(b)样板号料1角钢；2-样杆；3划针；4样板号料时应注意以下问题：(1) 号料应使
3、用经过检查合格的样板与样杆进行套裁，不得直接使用钢尺。(2) 不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并依据先大后小的原则依次 号料。对于需要拼接的同一构件，必须同时号料，以便拼接。(3) 号料时，同时划出检查线、中心线、弯曲线，并注明接头处的字母、 焊缝代号。(4) 号孔应使用与孔径相等的圆规规孔，并打上样冲作出标记，便于钻孔 后检查孔位是否正确。(5) 弯曲构件号料时，应标出检查线，用于检查构件在加工、装焊后的曲 率是否正确。(6) 在号料过程中，应随时在样板、样杆上记录下已号料的数量，号料完 毕，则应在样板、样杆上注明并记下实际数量。3、下料下料就是将放样和号料的钢构件形状从原材料上进行切割
4、分离。常用的切割 方法有：机械剪切、气割和等离子切割三种方法。气割法是利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰加热金属表面达到燃烧 温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自行燃烧，同时通 以高压氧气射流，将氧化物吹除而引起一条狭小而整齐的割缝。随着割缝的移动， 使切割过程连续切割出所需的形状。气割的方法有手工气割机、半自动气割机、 特型气割机等。气割方法设备灵活、费用低廉、精度高，是目前使用最广泛的切 割方法，能够切割各种厚度的钢材，特别是带曲线的零件或厚钢板。气割前，应 将钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后，应清除熔渣和飞溅物。机械切割法可利用上、下两剪刀的相对运动来
5、切断钢材，或利用锯片的切削 运动把钢材分离，或利用锯片与工件间的摩擦发热使金属熔化而被切断。常用的 切割机械有剪板机、联合冲剪机、弓锯床、砂轮切割机等。其中剪切法速度快、 效率高，但切口略粗糙；锯割可以切割角钢、圆钢和各类型钢，切割速度和精度 都较好。机械剪切的零件，其钢板厚度不宜大于12mm，剪切面应平整。等离子切割法是利用高温高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化 并吹掉来完成切割，所以能切割任何金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属 铝、铜等。6.1.2构件加工6.1.2.1 矫正钢材使用前，由于材料内部的残余应力及存放、运输、吊运不当等原因，会 引起钢材原材料变形；在加工成型过程中
6、，由于操作和工艺原因会引起成型件变 形；构件在连接过程中会存在焊接变形等。因此，必须对钢构件进行矫正，保证 钢结构制作和安装质量。钢材的矫正方式主要有矫直、矫平、矫形三种。矫正的 方法按外力的来源分火焰矫正、机械矫正和手工矫正等；矫正时按钢材的温度分 为热矫正和冷矫正。1、火焰矫正 钢材的火焰矫正是利用火焰对钢材进行局部加热，被加热处理的金属由于膨 胀受阻而产生压缩塑性变形，使较长的金属纤维冷却后缩短而完成。 影响火焰矫正效果有火焰加热位置、加热的形式和加热的热量等三个因素。火焰 加热的位置应选择在金属纤维较长的部位。加热的形式有点状加热、线状加热和 三角形加热三种。用不同的火焰热量加热，可获
7、得不同的矫正变形的能力。低碳 钢和普通低合金结构钢构件用火焰矫正时，常采用600800C的加热温度。2、钢材的机械矫正钢材的机械矫正就是使弯曲的钢材在专用机械矫正机上通过机械力作用下 产生过量的塑性变形，以达到平直的目的。优点是作用力大、劳动强度小、效率 高。常用的矫正机有拉伸矫正机、压力矫正机、辊压矫正机等。其中拉伸矫正机 （图 63），适用于薄板扭曲、型钢扭曲、钢管、带钢和线材等的矫正；压力矫 正机适用于板材、钢管和型钢的局部矫正；辊压矫正机适用于型材、板材等的矫 正（图 64）。钢材的手工矫正是采用手工锤击的方法进行，操作简单灵活。手工矫正由于 矫正力小、劳动强度大、效率低而用于矫正尺寸
8、较小的钢材。有时在缺乏或不便 使用矫正设备时也采用。钢材或钢构件矫正时应注意的问题： 碳素结构钢在环境温度低于T6C、低合金结构钢在环境温度低于-12C 时，不得进行冷矫正和冷弯曲； 碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热温度应根据钢材性能选 定，但不得超过900C，低合金结构钢在加热矫正后应缓慢冷却； 当构件采用热加工成型时，加热温度宜控制在9001000C。6.1.2.2.成型钢材的成型：是指钢板卷曲和型材弯曲。1、钢板卷曲成型钢板卷曲是通过旋转辊轴对板材进行连续三点弯曲而形成。当制作曲率半径 较大时，可在常温状态下卷曲；如制件曲率半径较小或钢板较厚时，则需将钢板 加热后进行。钢板卷曲
9、分为单曲率卷曲和双曲率卷曲。单曲率卷曲包括对圆柱面、 圆锥面和任意柱面的卷曲（图 65），因其操作简便，工程中较常用。双曲率卷曲可以进行球面及双曲面的卷曲。钢板卷曲工艺包括预弯、对中和卷曲三个过程。a）b）c）图 6 5 单曲率卷曲钢板（a）圆柱面卷曲；（b）圆锥面卷曲；（c）任意柱面卷曲 预弯 板料在卷板机上卷曲时，两端边缘总有卷不到的部分，即剩余直边。剩余直 边在矫圆时难以完全消除，所以一般应对板料进行预弯，使剩余直边弯曲到所需 的曲率半径后再卷曲。预弯可在三辊、四辊或预弯压力机上进行。 对中 将预弯的板料置于卷板机上卷曲时，为防止产生歪扭，应将板料对中，使板 料的纵向中心线与滚筒轴线保持
10、严格的平行。图6-4 是部分四辊卷板机与三辊卷 板机的对中方法。在四辊卷板机中，通过调节倒辊，使板边靠紧侧辊对准 （图6-4a）；在三辊卷板机中，可利用挡板使板边靠近挡板对中（图6-4b）。 卷曲 板料位置对中后，通常采用多次进给法卷曲。利用调节上辊筒（三辊机）或 侧辊筒（四辊机）的位置使板料发生初步的弯曲，然后来回滚动而卷曲。当板料 移至边缘时，根据板边和准线检查板料位置是否正确。逐步压下上辊并来回滚动， 使板料的曲率半径逐渐减小，直至达到规定的要求。2、型材弯曲成型型材弯曲成型包括型钢弯曲和钢管弯曲。1）型钢弯曲型钢弯曲时由于截面重心线与力的作用线不在同一平面上，同时型钢除受弯 曲力矩外还
11、受扭矩的作用，故型钢断面会产生畸变。畸变程度取决于应力的大小， 而应力的大小又取决于弯曲半径。弯曲半径越小，则畸变程度越大。在弯曲时， 若制件的曲率半径较大，一般应采用冷弯，反之则应采用热弯。2）钢管的弯曲管材在自由状态下弯曲时，其截面会变成椭圆形，且外侧管壁受拉会减薄， 内侧管壁受压会增厚。钢管的弯曲半径一般应不小于管子外径的 3.5 倍（热弯） 至4倍（冷弯） 。在弯曲过程中，应在管材中加进填充物（装砂或弹簧）后进行弯曲 或用滚轮和滑槽压在管材外面进行弯曲，减少钢管在弯曲过程中的变形。3、边缘加工在钢结构制造中，经过剪切或气割过的钢板边缘，其内部结构会发生硬化和 变态，而且构件边缘的毛刺又
12、容易造成应力集中，为了保证钢结构受力性能良好， 需要对边缘进行加工，其刨切量不应小于2.0mm。此外，为了保证焊缝质量，考虑到装配的准确性，要将钢板边缘刨成或铲成坡口，往往还要将边缘刨直或铣平。 通常钢结构需要作边缘加工的部位包括： 吊车梁翼缘板、支座支承面等图纸有要求的加工面； 焊缝坡面； 尺寸要求严格的加劲板、隔板、腹板和有孔眼的节点板等。 边缘加工的允许偏差见表 61。边缘加工的允许偏差表 61项目允许偏差零件宽度、长度1.0加工边直线度L/3000,且不应大于2.0相邻两边夹角6加工面垂直度0.0251,且不应大于0.5加工面表面粗糙度4、制孔和组装螺栓孔共分两类三级，其制孔加工质量和
13、分组应符合规范要求。组装前，连 接接触面和沿焊缝边缘每边3050mm范围内的铁锈、毛刺、污垢、冰雪等清除 于净；组装顺序应根据结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素确定；构件的隐蔽 部位应焊接、涂装，并经检查合格后方可封闭，完全封闭的构件内表面可不涂装；5、表面处理、涂装和编号1）表面处理是针对使用高强度螺栓连接时接触面的钢材表面进行加工，即 采用砂轮、喷砂等方法对摩擦面的飞边、毛刺、焊疤等进行打磨，使其接触处表 面的抗滑移系数达到设计要求额定值，一般为 0.450.55。2）涂装是在钢材表面涂刷防护涂层，防止钢材锈蚀。涂装的材料应从技术 经济效果及涂料品种和使用环境方面，综合考虑后作出选择。选用
14、的涂料、涂装 遍数、涂层厚度均应满足设计要求，当设计对涂层厚度无要求，宜涂装45遍； 涂层干漆膜总厚度：室外为150m,室内为125m,其允许偏差-25m。涂装 工程由工厂和安装单位共同承担时，每遍涂层干漆膜厚度的允许误差为-5m。3）为了现场安装方便,在构件组装成型之后,用油漆在明显之处按施工图 标注构件的编号。另外,为了方便运输和安装,对重大构件还要标明重量和起吊 位置。6.2 钢结构的拼装与连接621 工厂拼装由于受运输吊装等条件的限制,有时构件要分成两段或若干段出厂,为了保 证安装的顺利进行,应根据构件或结构的复杂程度,或者设计另有要求时,应由 建设单位在合同中另行委托制作单位在出厂前
15、进行预拼装；除管结构为立体预拼 装,并可设卡、夹具外,其他结构一般均为平面预拼装。分段构件预拼装或构件 与构件的总体拼装,如为螺栓连接,在预拼装时,所有节点连接板均应装上,除 检查各部位尺寸外,还应用试孔器检查板叠孔的通过率。622 焊接施工方法1、钢构件焊接连接的基本要求（1）施工单位对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等， 应按国家现行的建筑钢结构焊接规程和钢制压力容器焊接工艺评定的规 定进行焊接工艺评定，并确定出焊接工艺。以保证焊接接头的力学性能达到设计 要求。（2）焊工要经过考试并取得合格证后方可从事焊接工作，焊工应遵守焊接 工艺，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧。（3）所使用的焊丝、焊条、焊钉、焊剂应符合规范要求。（4）安装定位焊缝焊点数量、高度、长度需考虑工地安装的特点要求，通 过计算确定。2、焊接接头 钢结构的焊接接头按焊接方法分为熔化焊接头和电渣焊接头。在手工电弧焊 中，熔化焊接头根据焊件厚度、使用条件、结构形状的不同又分为对接接头、角 接接头、T形接头和搭接接头等形式。对厚度较厚的构件通常要先开坡口再施焊， 使根部能焊透，以提高焊接质量，同时获得较好的焊缝形态。焊接接头形式见表 62。
