新编钢结构技术

内容介绍

本书共分为九章，其主要内容包括：钢结构的材料、钢结构的连接、构件的受力、建筑钢结构的工程技术应用、钢桥梁结构与施工技术以及钢结构的事故分析与处理等内容。

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中华人民共和国住房和城乡建设部公告 第1057号 关于发布行业标准《拱形钢结构技术规程》的公告

现批准《拱形钢结构技术规程》为行业标准，编号为JGJ/T249-2011, ，自2012年5月1日 起实施。

本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部 2011年7月4日

钢结构技术性能

保温节能技术轻钢结构为确保达到保温效果，在建筑物的外墙和屋面中使用的保温隔热材料能长期使用并能保温隔热。建筑轻钢结构住宅一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维网格布外，在墙外侧再贴一层保温材料，有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥；楼层之间搁栅内填充玻璃纤维，减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维，减少户墙之间的热传递。

防火技术轻钢结构一个最关键的问题是防火技术的应用， 轻钢结构住宅的耐火等级为四级。建筑轻钢结构住宅在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板，对于普通防火墙和分户墙用25.4毫米厚（1吋）石膏板保护，以达到1个小时的防火要求，另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。

隔声技术轻钢结构在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉，有效阻止了通过空气传播的音频部分，而对于通过固体传播的冲击声，作如下构造处理：对于分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体；而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨，用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。

钢结构施工技术

连接方法

焊接连接

螺栓连接

铆钉连接

重钢结构

1．厂房桁车起吊重量：≥25吨。

2．每平米用钢量：≥50KG/㎡。

轻钢结构

指用圆钢和小于L45×4和L56×36×4的角钢制作的轻型钢结构。国家规范和技术文件都并没有重钢一说。

《钢结构设计规范》GBJ17-88已经于2003年12月1日起废除，现时实行的是《钢结构设计规范》GB50017-2017

设备钢结构

设备钢结构是指大型设备中的钢结构部分，根据技术人员的经验，以下结构应可划入设备钢结构范畴：架桥机的塔架钢结构、起重机的起重大梁、起重机车身、大型设备支架等，属于对精密性、材质、连接等要求较高的精密钢结构之一。对于成套设备来说，是最主要的受力部分，在功能上起到结构性作用。

钢结构制作

设备钢结构的加工制作与精密钢结构类似，介于普通结构件（对加工要求不高）与精密机械加工（要求加工较精细）之间，采用焊接或者栓接的连接方式。

同时钢结构类型主要有:用于厂房的排架结构、用于多高层建筑的框架结构、框架一剪力墙结构、框一筒结构，用于大空间的平板网架结构和弯顶网充结构等等。建筑功能不同，采用的结构形式也不同。钢结构设计要执行国家的技术规范，做到技术先进、经济合理、安全实用、确保质量。因此在结构设计制作的时候要注意以下要求:

1.首先根据建筑功能要求，采用相应合理的结构体系。做到技术先进、结构新颖、达到建筑和结构的统一。

2.钢结构（除容器外）多以杆件为主，故杆件尺寸尽可能模数化、标准化，便于机械化制造、运送、安装、提高生产率。

3.采用具有较高经济指标的高效钢材。

4.钢结构的节点是至关重要的，要采用适当的连接方式，使节点设计与结构计算简化模型相一致。以往的结构破坏绝大多数发生在节点，所以对节点要精心设计，精心施工.采用先进的、可靠的连接方法.

钢结构材料要求

钢结构在使用过程中会受到各种形式的作用（荷载、基础不均匀沉降、温度等），所以要求钢材应具有良好的机械性能（强度、塑性、韧性）和加工性能（冷热加工和焊接性能），以保证结构安全可靠。钢材的种类很多，符合钢结构要求的只是少数几种，如碳素钢中的Q235，低合金钢中的l6Mn，用于高强螺栓的20锰钒钢（20MnV）等。

性能指标

1、强度

钢材的强度指标由弹性极限σe，屈服极限σy，和抗拉极限σu，设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力，此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能，但结构变形大而不垮，满足结构抵抗罕遇地震时的要求。‘σu/σy值的大小，可以看作钢材强度储备的参数。

2、塑性

钢材的塑性一般指应力超过屈服点后，具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。

3、冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。

4、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷载作用，可能因低温、应力集中，而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。

5、焊接性能

钢材的焊接性能是指在—定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。焊接过程中的焊接性能是指焊接过程中焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却不产生冷却收缩裂纹的敏感性。 焊接性能好，是指在一定焊接工艺条件下，焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。使用性能上的焊接性能是指焊缝处的冲击韧性和热影响区内延性性能，要求焊缝及热影响区内钢材的力学性能不低于母材的力学性能。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法，也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。

6、耐久性

影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差，必须采取防护措施，防止钢材腐蚀生锈。防护措施有：定期对钢材油漆维护，采用镀锌钢材，在有酸，碱，盐等强腐蚀介质条件下，采用特殊防护措施，如海洋平台结构采用“阳极保护”措施防止导管架腐蚀，在导管架上固定上锌锭，海水电解质会自动先腐蚀锌锭，从而达到保护钢导管架的功能。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下，其破坏强度比短期强度降低较多，故对长期高温作用下的钢材，要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。

钢结构要求

设备钢结构通常会在以下方面提出特殊要求或者更高要求：

结构件：材质、表面粗糙度、公差、表面处理、直线度（或弧度）

连接：孔位偏差、螺栓等级；焊接方法、焊接标准、焊材；气密性，要求进行无损检测、液体渗透检测等

整体结构：垂直度、水平度等

包装：包装材料、包装方法

仓储：环境温度、环境湿度

运输：装卸、车内摆放、集装箱内摆放，等等。

钢结构钢构

指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，在全球范围内，特别是发达国家和地区，钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构五大子类。

钢结构在各项工程建设中的应用极为广泛，如钢桥、钢厂房、钢闸门、各种大型管道容器、高层建筑和塔轨机构等。

钢结构加固技术措施

钢结构也是有损坏的时候，我们要即时发现即时解决问题，钢结构损坏的主要因素有：

1）由荷载变化，超期服役，规范和规程改变导致结构承载力不足；

2）构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等；

3）温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲；

4）由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱；

5）其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。

钢结构的加固技术措施主要有三种：

1） 截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力；

2） 改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值；

3） 预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。

钢结构施工技术

一、钢结构安装焊接前的准备工作

试验钢材包括Q345GJC-Z15（壁厚70mm）、Q345GJC-Z15（壁厚40mm）、Q345C（翼缘厚28mm），焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊（包括桁架梁上下翼缘平焊）、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。

试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值，接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。

二、手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备

（1）焊条应在高温烘干箱中烘干，焊条烘干次数不得超过两次。

（2）焊丝包装应完好，如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。

（3）CO₂气体纯度应不低于99.9%（体积比），含水量应低于0.05%（重量比），瓶内高压低于1MPa时应停止使用。

（4）焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊钳无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。

三、安装焊接程序及一般规定

焊接的一般顺序为：焊前检查 →预热除锈 → 装焊垫板和引弧板→ 焊接 → 检验

1．焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。

2．预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。

3．重新检查预热温度，如温度不够应重新加热，使之符合要求。

4．装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。

5．焊接：第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后，都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。

6．一个接口必须连续焊完，如不得已而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊前，应重新按规定加热。

7．遇雨、雪天时应停焊，构件焊口周围及上方应有挡风、雨棚，风速大于5m/s时应停焊。环境温度低于零度时，应按规定采取预热和后热措施施工。

8．碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成24h以后，进行焊缝探伤检验。

9．焊工和检验人员要认真填写作业记录表。

四、典形节点的焊接顺序和工艺参数

（1）上下柱无耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处时，切去耳板。

（2）然后在切去耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处。

（3）再由两名焊工分别承担相邻两面的焊接。

（4）每两层之间焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开，焊接过程中要注意检测层间温度。

（5）焊接工艺参数：

CO2气保焊：焊丝直径Φ1.2mm，电流280～320A，焊速350～450mm/min

焊丝伸出长度：约20mm，气体流量25～80L/min，

电压29～34V，层间温度120～150℃

五、柱—梁、梁—梁节点

（1）先焊梁的下翼缘，梁腹板两侧的翼缘焊道要保持对称焊接。

（2）待下翼缘焊完，然后焊接上翼缘。

（3）如翼缘板厚大于30mm时，宜上下翼缘轮换施焊。

（4）焊接工艺参数：

CO2气保焊：焊丝直径φ1.2mm，电流280～360A，焊速300～500mm/min

焊丝伸出长度约20 mm，气体流量20～80L/mm

电压30～38V，层间温度120～150℃

《实用建筑钢结构技术》是一本全面介绍建筑钢结构技术的参考书，涵盖了建筑钢结构基础知识、制造和安装全过程的技术内容。