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1、第五章第五章 钢结构构造钢结构构造第一节第一节 钢结构构造要求的重要性及一般要求钢结构构造要求的重要性及一般要求第二节第二节 连接构造连接构造第三节第三节 结构构件构造结构构件构造第四节第四节 刚架主要节点构造刚架主要节点构造第五节第五节 桁架节点构造桁架节点构造本章小结本章小结 本章讲述了钢结构构造要求的重要性；钢结构本章讲述了钢结构构造要求的重要性；钢结构连接的构造要求；各种结构构件的构造要求；刚架连接的构造要求；各种结构构件的构造要求；刚架节点的构造要求；屋架节点的构造要求。通过本章节点的构造要求；屋架节点的构造要求。通过本章的学习、训练，学生应熟悉钢结构连接的构造要求；的学习、训练，学
2、生应熟悉钢结构连接的构造要求；掌握各种构件之间的连接方法、构造要求；熟悉刚掌握各种构件之间的连接方法、构造要求；熟悉刚架节点及屋架节点的构造。架节点及屋架节点的构造。本章重点本章重点1.钢结构连接的构造要求；钢结构连接的构造要求；2.各种构件之间的连接方法、构造要求；各种构件之间的连接方法、构造要求；3.刚架节点及屋架节点的构造。刚架节点及屋架节点的构造。第一节第一节 钢结构构造要求的重要性及一般要求钢结构构造要求的重要性及一般要求 1.1.钢结构构造要求的重要性钢结构构造要求的重要性 钢结构是由若干构件组合而成的。连接的作用就是通过一钢结构是由若干构件组合而成的。连接的作用就是通过一定的手段
3、将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体定的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构，以保证其共同作用。因此，连接方式和构造及其结构构结构，以保证其共同作用。因此，连接方式和构造及其结构构件的构造质量优劣直接影响钢结构的工作性能。件的构造质量优劣直接影响钢结构的工作性能。 2.2.钢结构构造的一般要求钢结构构造的一般要求 (1(1）钢结构的构造应便于制作、运输、安装、维护并使结构受力）钢结构的构造应便于制作、运输、安装、维护并使结构受力简单明确，减少应力集中，避免材料三向受拉。以受风荷载为主的空简单明确，减少应力集中，避免材料三向受拉。以受风荷载为主的空腹结构，还应力求减少
4、受风面积。腹结构，还应力求减少受风面积。 （2 2）在钢结构的受力构件及其连接中，不宜采用：厚度小于在钢结构的受力构件及其连接中，不宜采用：厚度小于4mm4mm的的钢板；壁厚小于钢板；壁厚小于3mm3mm的钢管；截面小于的钢管；截面小于45454 4或或565636364 4的角钢的角钢（对焊接结构）或截面小于（对焊接结构）或截面小于50505 5的角钢（对螺栓连接或铆钉连接结的角钢（对螺栓连接或铆钉连接结构）。构）。 （3 3）焊接结构是否需要采用焊前预热或焊后热处理等特殊措施，应焊接结构是否需要采用焊前预热或焊后热处理等特殊措施，应根据材质、焊件厚度、焊接工艺、施焊时气温以及结构的性能要求
5、等综根据材质、焊件厚度、焊接工艺、施焊时气温以及结构的性能要求等综合因素来确定。合因素来确定。 （4 4）为了保证结构的空间工作，提高结构的整体刚度，承担和传）为了保证结构的空间工作，提高结构的整体刚度，承担和传递水平力，防止杆件产生过大的振动，避免压杆的侧向失稳，以及保证递水平力，防止杆件产生过大的振动，避免压杆的侧向失稳，以及保证结构安装时的稳定，应根据结构及其荷载的不同情况设置可靠的支撑系结构安装时的稳定，应根据结构及其荷载的不同情况设置可靠的支撑系统。统。在建筑物每一个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置独立的在建筑物每一个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置独立的空间稳定的支撑系
6、统。空间稳定的支撑系统。 （5 5）单层房屋和露天结构的温度区段长度（伸缩缝的间距），当）单层房屋和露天结构的温度区段长度（伸缩缝的间距），当不超过教材表不超过教材表4-14-1的数值时，可不考虑温度应力和温度变形的影响。的数值时，可不考虑温度应力和温度变形的影响。第二节第二节 连接构造连接构造 1.1.焊缝连接构造焊缝连接构造 (1(1）焊缝金属宜与主体金属相适应焊缝金属宜与主体金属相适应 , ,当不同强度的钢材连当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。根据实验，接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。根据实验，Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢钢材焊接时，钢钢
7、材焊接时，若用若用E50E50 焊条，焊缝强度比焊条，焊缝强度比用用E43E43焊条提高不多，此外，从连接的韧性和经济性方面焊条提高不多，此外，从连接的韧性和经济性方面考虑，因此考虑，因此设计时可采用设计时可采用E43E43焊条。焊条。 (2(2）在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时焊缝的布置应尽可能对称于构件在一处集中大量焊缝，同时焊缝的布置应尽可能对称于构件形心轴。形心轴。 为防止施焊时钢板产生层状撕裂，对焊件厚度大于为防止施焊时钢板产生层状撕裂，对焊件厚度大于20mm20mm的角接接头焊缝，应采用收缩时不宜引起层
8、状撕裂的构造。的角接接头焊缝，应采用收缩时不宜引起层状撕裂的构造。 对大面积的板材（如实腹梁的腹板）拼接中，对大面积的板材（如实腹梁的腹板）拼接中，常会遇到常会遇到纵横交叉的拼接焊缝。纵横交叉的拼接焊缝。当采用对接焊缝时，纵横两方向的对当采用对接焊缝时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十字形交叉或形交叉；当为形交叉时，接焊缝，可采用十字形交叉或形交叉；当为形交叉时，交叉点的间距不得小于交叉点的间距不得小于200mm200mm。 (3(3）对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准现行标准手工电弧焊焊接接头的基本型式与尺寸手工电弧焊焊接接头的基本型式
9、与尺寸和和埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸的要求选用。的要求选用。 (4(4）对接焊缝按是否焊透可分为焊透的和部分焊透的。）对接焊缝按是否焊透可分为焊透的和部分焊透的。焊透的对接焊缝强度高，受力性能好，故一般采用焊透的对焊透的对接焊缝强度高，受力性能好，故一般采用焊透的对接焊缝。只有板件较厚而内力较小或甚至不受力时，才可采接焊缝。只有板件较厚而内力较小或甚至不受力时，才可采用部分焊透的对接焊缝，以省工省料和减小焊接变形。但由用部分焊透的对接焊缝，以省工省料和减小焊接变形。但由于未焊透，应力集中和残余应力严重，故于未焊透，应力集中和残余应力严重，故规范规定在直接承规范
10、规定在直接承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用部分受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝。焊透的对接焊缝。 当采用部分焊透的对接焊缝时，应注明坡口的形式和尺当采用部分焊透的对接焊缝时，应注明坡口的形式和尺寸，其计算厚度寸，其计算厚度h he e不得小于不得小于1.5 1.5 ，t t为焊件的较大厚度为焊件的较大厚度( () )。 2.2.螺栓连接构造螺栓连接构造 (1(1）每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性）每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓（或铆钉）数不宜少于的螺栓（或铆钉）数不宜少于2 2个。对组合构件的缀条，其个。对组合构件
11、的缀条，其端部连接可采用端部连接可采用1 1个螺栓（或铆钉）。个螺栓（或铆钉）。 (2(2）高强度螺栓孔应采用钻成孔。高强度螺栓摩擦型）高强度螺栓孔应采用钻成孔。高强度螺栓摩擦型连接的孔径比螺栓公称直径连接的孔径比螺栓公称直径d d大大1.51.52.0mm2.0mm；高强度螺栓承；高强度螺栓承压型连接的孔径比螺栓公称直径压型连接的孔径比螺栓公称直径d d大大1.01.01.5mm1.5mm。 (3(3）在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法）在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。应在施工图中说明。 (4(4）螺栓或铆钉的距离应符合教材表）螺栓或铆钉的距离应符合教
12、材表2-52-5的要求。的要求。 (5(5）c c级螺栓与孔壁间有较大空隙，不宜用于较重要的级螺栓与孔壁间有较大空隙，不宜用于较重要的连接，宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。连接，宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。 (6(6）对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施，如：弹簧垫圈、螺螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施，如：弹簧垫圈、螺杆和螺帽焊死等方法。杆和螺帽焊死等方法。 (7(7）当型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接当型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接件宜采用钢板。件宜采用钢板。 (8(8）沉头和半沉
13、头铆钉不得用于沿其杆轴方向受拉的连）沉头和半沉头铆钉不得用于沿其杆轴方向受拉的连接。接。 (9(9）沿杆轴方向受拉的螺栓（或铆钉）连接中的端板）沿杆轴方向受拉的螺栓（或铆钉）连接中的端板（法兰板），应适当增强其刚度（如加设加劲肋），以减少（法兰板），应适当增强其刚度（如加设加劲肋），以减少撬力对螺栓（或铆钉）抗拉承载力的不利影响。撬力对螺栓（或铆钉）抗拉承载力的不利影响。 第三节第三节 结构构件构造结构构件构造 1.1.柱及主要节点的构造柱及主要节点的构造 (1(1）缀条柱在缀材面的抗剪刚度和抗弯刚度比缀板柱好，故剪力较大）缀条柱在缀材面的抗剪刚度和抗弯刚度比缀板柱好，故剪力较大或宽度较大的格
14、构式柱，宜采用缀条柱。但缀板柱构造简单，常用于轴心或宽度较大的格构式柱，宜采用缀条柱。但缀板柱构造简单，常用于轴心受压柱。缀板柱中，同一截面处缀板（或型钢横杆）的线刚度之和不得小受压柱。缀板柱中，同一截面处缀板（或型钢横杆）的线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度的于柱较大分肢线刚度的6 6倍。倍。 (2(2）当实腹式柱的腹板计算高度）当实腹式柱的腹板计算高度h h0 0与厚度与厚度t tw w之比之比h h0 0/t/tw w8080时，应采用时，应采用横向加劲肋加强，其间距不得大于横向加劲肋加强，其间距不得大于3h3h0 0。 横向加劲肋的尺寸和构造应按局部稳定的有关规定采用。横向加劲肋的尺寸
15、和构造应按局部稳定的有关规定采用。 大大型型实实腹腹式式柱柱或或格格构构式式柱柱，除除在在受受有有较较大大水水平平力力处处设设置置横横隔隔外外，还还应应在在运运输输单单元元的的端端部部应应设设置置横横隔隔（即即加加宽宽的的横横向向加加劲劲肋肋），横横隔隔的的间间距距不不得得大大于于柱柱截截面面较较大大宽宽度度的的9 9倍倍和和8m8m。横隔可用钢板或交叉角钢做成。横隔可用钢板或交叉角钢做成。 图图4-2 4-2 柱的横隔柱的横隔(3(3）梁与柱的连接形式和构造）梁与柱的连接形式和构造 1)梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接 2)梁与柱的刚性连接梁与柱的刚性连接 图图4-3 梁支承于柱顶的铰接连接
16、梁支承于柱顶的铰接连接图图4-4 4-4 梁支承于柱侧的铰接连接梁支承于柱侧的铰接连接 铰接柱脚只传递轴心压力和剪力。剪力通常由底板与基铰接柱脚只传递轴心压力和剪力。剪力通常由底板与基础表面的摩擦力传递。当此摩擦力不足以承受水平剪力时，础表面的摩擦力传递。当此摩擦力不足以承受水平剪力时，应在柱脚底板下设置抗剪键如教材图应在柱脚底板下设置抗剪键如教材图4-7所示，抗剪键可用所示，抗剪键可用方钢、短方钢、短形钢或形钢或H型钢做成。型钢做成。2.2.梁与梁的连接构造梁与梁的连接构造(1(1）梁的拼接）梁的拼接梁的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。梁的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。 图图4-12 4-
17、12 组合梁的工厂拼接组合梁的工厂拼接图图4-13 组合梁的工地拼接组合梁的工地拼接 由于现场施焊条件较差，焊缝质量难以保证，所以较重由于现场施焊条件较差，焊缝质量难以保证，所以较重要或受动力荷载的大型梁，其工地拼接宜采用高强螺栓要或受动力荷载的大型梁，其工地拼接宜采用高强螺栓如图如图4-144-14所示。所示。图图4-14 采用高强度螺栓的工地拼接采用高强度螺栓的工地拼接(2）次梁与主梁的连接）次梁与主梁的连接 图图4-15 次梁与主梁的叠接次梁与主梁的叠接 次梁与主梁的连接形式有叠接和平接两种次梁与主梁的连接形式有叠接和平接两种 图图4-16 4-16 次梁与主梁的平接次梁与主梁的平接（3
18、）梁与梁连接的其他构造要求）梁与梁连接的其他构造要求 1 1）铆接（或高强度螺栓摩擦型连接）梁的翼缘板不宜）铆接（或高强度螺栓摩擦型连接）梁的翼缘板不宜超过三层，翼缘角钢面积不宜少于整个翼缘面积的超过三层，翼缘角钢面积不宜少于整个翼缘面积的3030，当，当采用最大型号的角钢仍不能符合此要求时，可加设腋板。此采用最大型号的角钢仍不能符合此要求时，可加设腋板。此时角钢与腋板面积之和不应少于翼缘总面积的时角钢与腋板面积之和不应少于翼缘总面积的3030。当翼缘。当翼缘板不沿梁通长设置时，理论截断点处外伸长度内的铆钉（或板不沿梁通长设置时，理论截断点处外伸长度内的铆钉（或高强度螺栓摩擦型连接）数目，应按
19、该板高强度螺栓摩擦型连接）数目，应按该板1/21/2净截面面积的净截面面积的抗拉、抗压承载力进行计算。抗拉、抗压承载力进行计算。 2）为避免三向焊缝交叉，焊接梁的横向加劲肋与翼缘为避免三向焊缝交叉，焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角，当切成斜角时，其宽约板相接处应切角，当切成斜角时，其宽约bs/3（但不大于（但不大于40mm），高约），高约bs/2（但不大于（但不大于60mm），如教材图），如教材图4-18所所示，示，bs为加劲肋的宽度。为加劲肋的宽度。 3）梁的端部支承加劲肋的下端，按端面承压强度设计梁的端部支承加劲肋的下端，按端面承压强度设计值进行计算时，应刨平顶紧，其中突缘加劲板值进
20、行计算时，应刨平顶紧，其中突缘加劲板如图如图4-19 b所所示的示的伸出长度不得大于其厚度的伸出长度不得大于其厚度的2倍。倍。图图4-19 梁的支座梁的支座a）平板支座）平板支座 b）突缘支座）突缘支座(4）柱脚的形式与构造）柱脚的形式与构造 柱脚的作用是把柱下端固定并将其内力传给基础。柱脚的作用是把柱下端固定并将其内力传给基础。 1)1)铰接柱脚铰接柱脚 2)2)刚接柱脚刚接柱脚 (5(5）柱脚锚栓）柱脚锚栓 1)1)柱脚锚栓不得用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反柱脚锚栓不得用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪键承受。力应由底板与混凝土基础间的摩擦
21、力或设置抗剪键承受。 2)2)柱脚锚栓埋置在基础中的深度，应使锚栓的内力通过其柱脚锚栓埋置在基础中的深度，应使锚栓的内力通过其和混凝土之间的粘结力传递。当埋置深度受到限制时，则锚栓和混凝土之间的粘结力传递。当埋置深度受到限制时，则锚栓应牢固地固定在锚板或锚梁上，以传递锚栓的全部内力，此时应牢固地固定在锚板或锚梁上，以传递锚栓的全部内力，此时锚栓与混凝土之间的粘结力可不予考虑。锚栓与混凝土之间的粘结力可不予考虑。 3)锚栓不宜直接连于底板上，因底板刚度不足，不能保证锚栓不宜直接连于底板上，因底板刚度不足，不能保证锚栓受拉的可靠性。锚栓通常支承于焊于靴梁的肋板上，肋板锚栓受拉的可靠性。锚栓通常支承
22、于焊于靴梁的肋板上，肋板上同时搁置水平板和垫板（见图上同时搁置水平板和垫板（见图4-8）。）。第四节第四节 刚架主要节点构造刚架主要节点构造 梁、柱加腋节点构造是门式刚架常用的重要节点，其梁、柱加腋节点构造是门式刚架常用的重要节点，其典型构造可如图典型构造可如图4-20所示。所示。 加腋段受压下翼缘应在平面外有支撑点以保证其稳定，加腋段受压下翼缘应在平面外有支撑点以保证其稳定，此支撑点间距此支撑点间距l lc c 应不大于两个檩距如图应不大于两个檩距如图4-214-21所示。所示。图图4-21 横梁、柱隅撑构造横梁、柱隅撑构造第五节第五节 桁架节点构造桁架节点构造 桁架节点是桁架体系的主要受力
23、、传力部位桁架节点是桁架体系的主要受力、传力部位,其应满足其应满足以下构造要求以下构造要求: 1）焊接桁架应以杆件形心线为轴线，螺栓（或铆钉）焊接桁架应以杆件形心线为轴线，螺栓（或铆钉）连接的桁架可采用靠近杆件形心线的螺栓（或铆钉）准线连接的桁架可采用靠近杆件形心线的螺栓（或铆钉）准线为轴线，在节点处各轴线应交于一点（钢管结构除外）。为轴线，在节点处各轴线应交于一点（钢管结构除外）。 当桁架弦杆的截面变化时，如轴线变动不超过较大弦杆当桁架弦杆的截面变化时，如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的截面高度的5%，可不考虑其影响。，可不考虑其影响。 3）当焊接桁架的杆件用节点板连接时，弦杆与腹当焊接桁架
24、的杆件用节点板连接时，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间杆、腹杆与腹杆之间宜留有一定的间隙，宜留有一定的间隙，间隙不宜小于间隙不宜小于20mm。为便于施焊，改善焊缝附近钢材抗脆断的能力，。为便于施焊，改善焊缝附近钢材抗脆断的能力，相邻角焊缝焊趾间净距不应小于相邻角焊缝焊趾间净距不应小于5mm。 当桁架杆件不用节点板连接时，相邻腹杆连接角焊缝当桁架杆件不用节点板连接时，相邻腹杆连接角焊缝焊趾间净距不应小于焊趾间净距不应小于5mm（钢管结构除外）。（钢管结构除外）。 4 4）节点板厚度一般根据所连接杆件内力的大小确节点板厚度一般根据所连接杆件内力的大小确定，但不得小于定，但不得小于6mm6mm。节点板的平面尺寸应适当考虑制作节点板的平面尺寸应适当考虑制作和装配的误差。和装配的误差。 5 5）跨度大于）跨度大于36m36m的两端铰支承的桁架，应考虑在竖的两端铰支承的桁架，应考虑在竖向荷载作用下，下弦弹性伸长所产生水平推力对支承构件向荷载作用下，下弦弹性伸长所产生水平推力对支承构件的影响。的影响。
