鋼結構基本知識

真正 · 發表于 2008-11-21 17:02:21

鋼結構的施工及防腐蝕
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緒論
鋼結構的材料
鋼結構的計算原理
鋼結構的連接（一）
鋼結構的連接（二）
鋼材的強度設計值
焊縫的強度設計值
螺栓的強度設計值
鋼板上螺栓的容許距離
型鋼上螺栓的容許距離
高強螺栓的屬性
螺栓的有效面積
受彎構件（一）
受彎構件（二）
受彎構件（三）
受彎構件（四）
受彎構件（五）
軸心受力構件（一）
軸心受力構件（二）
軸心受力構件（三）
軸心受力構件（四）
軸心受力構件（五）
拉彎和壓彎構件
屋蓋結構
鋼結構施工及防腐蝕
1. 鋼結構制作依據
（按工序分類）
（1）
主體材料標準
《碳素結構鋼》（GB700-88）
《低合金結構鋼》（GB1591-88）
（2）
輔助材料標準
《碳素焊條》（GB5117-85）
《低合金鋼焊條》（GB5118-85）
《焊接用鋼絲》（GB1300-77）
《鋼結構用高強度大六角頭螺栓型式與尺寸》（GB1228-84）
《鋼結構用高強度大六角頭螺母型式與尺寸》（GB1229-84）
《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》（GB1231-84）
《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接件型式與尺寸》（GB3632-83）
《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接件技術條件》（GB3633-83）

真正 · 發表于 2008-11-21 17:03:37

（3）加工標準
除焊接外，國內尚無鋼結構的加工的專門具體標準，一般可參照《鋼結構工程施工及驗收規范》中的有關條文。
（4）焊接標準
《建筑鋼結構焊接規程》（JGJ81-91）
（5）檢驗標準
《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》（GB3323）
《鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷》（JB1152）
2. 鋼結構制作依據（按工程分類的標準）
（1）輕鋼結構標準
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102：98）
《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GBJ18-87）
（2）網架結構標準
《網架結構設計與施工規程》（JGJ7-91）
（3）塔桅結構標準
《塔桅鋼結構施工及驗收規程》（CECS80：96）
3. 鋼結構加工制作流程
（1）鋼材力學指標：結構用鋼的力學指標包括屈服點、抗拉強度、延伸率、低溫沖擊韌性。這些指標應符合《鋼結構設計規范》的要求，但其中低溫沖擊韌性僅在結構可能處于低溫環境下工作時才要檢驗。鋼材力學指標的測定須符合《鋼材力學及工藝性能試驗取樣規定》（GB2975-82）
（2）鋼材化學成分：與鋼材的可加工性、韌性、耐久性等有關。其中主要是碳的含量，合金元素的含量及硫、磷等雜質元素的限制含量應符合規范（GB222-84）要求。
（3）工藝性能：工藝性能主要包括可焊性和加工性能。可焊性與含碳量或碳當量（低合金鋼）有關，可用可焊性試驗鑒定。加工性能則通過冷彎試驗來確定。按（GB232-88）為標準。
（4）幾何尺寸偏差：鋼材（鋼板、型鋼、圓鋼、鋼管）的外形尺寸與理論尺寸的偏差必須在允許范圍內。允許偏差值可參考國家標準GB709-88、GB706-88、GB787-88、GB978-88，GB707-88、GB816-87等。
（5）鋼材外形缺陷：鋼材表面不得有氣泡、結疤、拉裂、裂紋、褶皺、夾雜和壓入的氧化鐵皮。這些缺陷必須清除，清除后該處的凹陷深度不得大于鋼材厚度負偏差值。另外，當鋼材表面有銹蝕、麻點或劃痕等缺陷時，其深度不得大于該鋼材厚度負偏差值的1/2。
（6）機械切割：使用機械力（剪切、鋸割、磨削）切割，相應的機械有剪板機、鋸床、砂輪機等，較適合于厚度在12～16mm以下鋼板或型材的直線性切割。
（7）氣割：使用氧-乙炔、丙烷、液化石油氣等火焰加熱融化金屬，并用壓縮空氣吹去融蝕的金屬液，從而使金屬割離，適合于曲線切割和多頭切割。）
（8）等離子切割：利用等離子弧線流實現切割，適用于不銹鋼等高熔點材料的切割。
（9）熱成形加工：是指將鋼材加熱到一定溫度后再進行加工。這種方法適于成形、彎曲和矯正在常溫下不能做的工件。熱加工終止溫度不得低于700℃。加熱溫度在200～300℃時鋼材產生藍脆，嚴禁錘打和彎曲。含碳量超出低碳鋼范圍的鋼材一般不能進行熱加工。
（10）冷成形加工：是在常溫下進行的。由于外力超出材料的屈服強度而使材料產生要求的永久變形，或由于外力超出了材料的極限強度而使材料的某些部分按要求與材料脫離。冷加工都有使材料變硬變脆的趨勢，因而可通過熱處理使鋼材恢復正常狀態或刨削掉硬化較嚴重的邊緣部分。環境溫度低于-16℃時不得冷加工碳素鋼。低于-12℃時，不得加工低合金鋼。
（11）彎曲加工：根據設計要求，利用加工設備和一定的工裝模具把板材或型鋼彎制成一定形狀的工藝方法。冷彎適合于薄板、小型鋼；熱彎適合于較厚的板及較復雜的構件、型鋼，熱彎溫度在950～1100℃。
（12）卷板加工：在外力作用下使平鋼板的外層纖維伸長，內層纖維縮短而產生彎曲變形的方法。卷板由卷板機完成。根據材料溫度的不同，又分為冷卷和熱卷。卷板主要用于焊接圓管柱、管道、氣包等。

真正 · 發表于 2008-11-21 17:04:50

（13）折邊：把鋼結構構件的邊緣壓彎成一定角度或一定形狀的工藝過程稱為折邊。折邊一般用于薄板構件。折邊常用折邊機，配合適當的模具進行。
（14）模壓：模壓是在壓力設備上利用模具使鋼材成型的一種方法。具體作法有落料成形、沖切成形、壓彎、卷圓、拉伸、壓延等。
（15）鏟邊：鏟邊是通過對鏟頭的錘擊作用而鏟除金屬的邊緣多余部分而形成坡口。鏟邊有手工和風動之分，風動用風鏟。鏟邊的精度較低，一般用于要求不高、少量坡口的加工。
（16）刨邊：刨邊時工件被壓緊，刨刀沿所加工邊緣作往復運動，刨出坡口。刨邊可刨直邊或斜邊。
（17）銑邊：銑邊與刨邊類似，只是刨邊機走刀箱的刀架和刨刀用盤形銑刀代替，即銑刀在沿邊緣作直線運動的同時還作旋轉運動，加工工效較高。
（18）碳弧氣刨：將碳棒作電極，與被刨削的金屬間產生電弧將金屬加熱到融化狀態，然后用壓縮空氣把融化的金屬吹掉。工效較高。
（19）地樣法：在裝配平臺上按1：1放構件實樣，然后根據零件在實樣上的位置，分別組裝起來成為構件。（20）仿型復制法：先用地樣法組裝成單面結構，并加定位焊，然后翻身作為復制胎膜，在其上面裝配另一單面結構。適用于橫斷面互為對稱的桁架結構。
（21）立裝：根據構件的特點及其零件的穩定位置，選擇自上而下或自下而上的裝配，適于放置平穩、高度不大的結構。
（22）臥裝：構件放置平臥位置裝配。用于斷面不大但長度較大的細長構件。
（23）胎膜裝配法：把構件的零件用胎膜定位在其裝配位置上組裝。用于制造構件批量大精度高的產品（24）電弧焊：利用焊條與工件間產生的電弧熱將金屬熔合的過程稱為電弧焊。電弧焊有手工焊、自動焊、半自動焊和氣體保護焊之分。
（25）電阻焊：以電流通過接觸的兩個焊件，在接觸處電阻最大，電流通過產生高溫，使材料呈半熔化狀態，在加壓力而熔合起來。一般用于對焊圓鋼或點焊鋼板。
（26）電渣焊：借電流通過熔渣所產生的電阻熱來熔化金屬進行焊接。如用于箱形柱與梁剛接時柱內連接梁上下翼緣處加勁板的熔透焊。

真正 · 發表于 2008-11-21 17:05:50

（27）手工焊：全部用人工操作的電弧焊，工效低，質量靠自己，穩定性差，但靈活，適于較短而復雜的焊縫或工地焊。
（28）埋弧自動焊：焊接時電弧埋在粉狀焊劑下面，由機械自動撒焊劑并送出移動焊絲。適用于較長焊縫。焊縫質量好，效率高。
（29）氣體保護焊：用CO2或氬氣等保護電弧焊熔化的金屬，其焊絲和氣體的送出均為自動，僅需手工移動焊槍。屬半自動焊，焊接質量好，效率高。
（30）拋丸：拋丸將粒徑為0.8～2.0mm的鋼丸經拋射機葉輪中心吸入,在葉輪尖定向高速拋出,射向需要作防銹處理的鋼結構表面,達到機械除銹的目的.這種方法除銹效率高,費用低,污染少。
4. 鋼結構的防腐蝕措施
（1）耐候鋼：耐腐蝕性能優于一般結構用鋼的鋼材稱為耐候鋼，一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等金屬，使金屬表面形成保護層，以提高耐腐蝕性。其低溫沖擊韌性也比一般的結構用鋼好。標準為《焊接結構用耐候鋼》（GB4172-84）。
（2）熱浸鋅：熱浸鋅是將除銹后的鋼構件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小于65μm，對厚板不小于86μm。從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優點是耐久年限長，生產工業化程度高，質量穩定。因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴重且不易維修的室外鋼結構中。如大量輸電塔、通訊塔等。近年來大量出現的輕鋼結構體系中的壓型鋼板等。也較多采用熱浸鋅防腐蝕。熱浸鋅的首道工序是酸洗除銹，然后是清洗。這兩道工序不徹底均會給防腐蝕留下隱患。所以必須處理徹底。對于鋼結構設計者，應該避免設計出具有相貼合面的構件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不凈。造成鍍鋅表面流黃水的現象。熱浸鋅是在高溫下進行的。對于管形構件應該讓其兩端開敞。若兩端封閉會造成管內空氣膨脹而使封頭板爆裂，從而造成安全事故。若一端封閉則鋅液流通不暢，易在管內積存。
（3）熱噴鋁（鋅）復合涂層：這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當的長效防腐蝕方法。具體做法是先對鋼構件表面作噴砂除銹，使其表面露出金屬光澤并打毛。再用乙炔-氧焰將不斷送出的鋁（鋅）絲融化，并用壓縮空氣吹附到鋼構件表面，以形成蜂窩狀的鋁（鋅）噴涂層（厚度約80μm~100μm）。最后用環氧樹脂或氯丁橡膠漆等涂料填充毛細孔，以形成復合涂層。此法無法在管狀構件的內壁施工，因而管狀構件兩端必須做氣密性封閉，以使內壁不會腐蝕。這種工藝的優點是對構件尺寸適應性強，構件形狀尺寸幾乎不受限制。大到如葛洲壩的船閘也是用這種方法施工的。另一個優點則是這種工藝的熱影響是局部的，受約束的，因而不會產生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法的工業化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強度大，質量也易受操作者的情緒變化影響。
（4）涂層法：涂層法防腐蝕性一般不如長效防腐蝕方法（但目前氟碳涂料防腐蝕年限甚至可達50年）。所以用于室內鋼結構或相對易于維護的室外鋼結構較多。它一次成本低，但用于戶外時維護成本較高。涂層法的施工的第一步是除銹。優質的涂層依賴于徹底的除銹。所以要求高的涂層一般多用噴砂噴丸除銹，露出金屬的光澤，除去所有的銹跡和油污。現場施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環境。不同的涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。涂層一般有底漆（層）和面漆（層）之分。底漆含粉料多，基料少。成膜粗糙，與鋼材粘附力強，與面漆結合性好。面漆則基料多，成膜有光澤，能保護底漆不受大氣腐蝕，并能抗風化。不同的涂料之間有相容與否的問題，前后選用不同涂料時要注意它們的相容性。涂層的施工要有適當的溫度（5~38℃之間）和濕度（相對濕度不大于85%）。涂層的施工環境粉塵要少，構件表面不能有結露。涂裝后4小時之內不得淋雨。涂層一般做4~5遍。干漆膜總厚度室外工程為150μm，室內工程為125μm，允許偏差為25μm。在海邊或海上或是在有強烈腐蝕性的大氣中，干漆膜總厚度可加厚為200~220μm。
（5）陰極保護法：在鋼結構表面附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕。常用于水下或地下結構。
5. 鋼結構的安裝要點
（1）摩擦系數：，其中F為抗滑移試驗所測得的使試件產生初始
滑移的力，nf為摩擦面數，為與F對應的高強螺栓擰緊預拉力實測
值之和。
（2）扭矩系數：，其中d為高強螺栓公稱直徑(mm)，M為施加扭矩值（N﹒M ），P為螺栓預緊力。10.9級高強度大六角螺栓連接必須保證扭矩系數K的平均值為0.110～0.150。其標準偏差應小于等于0.010。（3）初擰扭矩：為了縮小螺栓緊固過程中鋼板變形的影響，可用二次擰緊來減小先后擰緊螺栓之間的相互影響。高強螺栓第一次擰為初擰，使其軸力宜達到標準軸力的60%～80%。
（4）終擰扭矩：高強螺栓最后緊固用的扭矩為終擰扭矩。考慮各種預應力的損失，終擰扭矩一般比按設計預拉力作理論計算的扭矩值大5%～10%。
6. 鋼結構的驗收
（1）保證項目：保證項目是保證工程安全或使用功能的重要檢查項目。無論質
量等級評定合格或優良，均必須全部滿足規定指標要求。對于不同的分項
工程GB5021-95明確規定了保證項目內容，保證項目只要求滿足，無優良、合格之分。
（2）基本項目：基本項目是保證工程安全或使用功能的基本檢驗項目，其指標分“合格”和“優良”兩級，是評定分項工程質量等級的條件之一。
（3）允許偏差項目：允許偏差項目是分項工程實測檢驗中規定有允許偏差范圍的項目。檢驗評定時允許有少量抽檢點的測量值略超過允許偏差范圍。
（4）觀感質量評分：觀感質量由三人以上共同檢驗評定。鋼結構加工和安裝的檢驗項目及標準如下表。觀感質量評定時對每個項目抽10個點進行評定，按合格率評級，標準見觀感質量評定標準表。【漆前表面處理相關知識】

真正 · 發表于 2008-11-21 17:06:55

工件在加工、運輸、存放等過程中，表面往往帶有氧化皮、鐵銹制模殘留的型砂、焊渣、塵土以及油和其他污物。要使深層能牢固地附著在工件的表面上，在涂裝前就必須對工件表面進行清理，否則，不僅影響涂層與基體金屬的結合力和抗腐蝕性能，而且還會使基體金屬在即使有涂層防護下也能繼續腐蝕，使涂層剝落，影響工件的機械性能和使用壽命。因此工件涂漆前的表面處理是獲得質量優良的防護層，延長產品使用壽命的重要保證和措施。為提供良好的工件表面，涂漆前對工件表面的處理有以下幾點：
1.無油污及水分
2.無銹跡及氧化物
3.無粘附性雜質
4.無酸堿等殘留物
5.工件表面有一定的粗糙度常用的表面處理方法有：
手工處理：如刮刀、鋼絲刷或砂輪等。用手工可以除去工件表面的銹跡和氧化皮，但手工處理勞動強度大，生產效率低，質量差，清理不徹底。
化學處理：主要是利用酸性或堿性溶液與工件表面的氧化物及油污發生化學反應，使其溶解在酸性或堿性
的溶液中，以達到去除工件表面銹跡氧化皮及油污的目的。化學處理適應于對薄板件清理，但缺點是：若時間控制不當，即使加緩蝕劑，也能使鋼材產生過蝕現象。對于較復雜的結構件和有孔的零件，經酸性溶液酸洗后，浸入縫隙或孔穴中的余酸難以徹底清除，若處理不當，將成為工件以后腐蝕的隱患，且化學物易揮發，成本高，處理后的化學排放工作難度大，若處理不當，將對環境造成嚴重的污染。隨著人們環保意識的提高，此種處理方法正被機械處理法取代。
機械處理法：
主要包括拋丸法和噴丸法。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進行除銹清理的方法。但拋丸靈活性差，受場地限制，清理工件時有些盲目性，在工件內表面易產生清理不到的死角。設備結構復雜，易損件多，特別是葉片等零件磨損快，維修工時多，費用高，一次性投入大。
　　噴丸又分為噴丸和噴砂。用噴丸進行表面處理，打擊力大，清理效果明顯。但噴丸對薄板工件的處理，容易使工件變形，且鋼丸打擊到工件表面（無論拋丸或噴丸）使金屬基材產生變形，由于Fe3o4和Fe2o3沒有塑性，破碎后剝離，而油膜與基材一同變形，所以對帶有油污的工件，拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現有的工件表面處理方法中，清理效果最佳的還數噴砂清理。噴砂適用于工件表面要求較高的清理。但是我國目前通用噴砂設備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機等原始笨重輸砂機械組成。用戶需要施建一個深地坑及做防水層來裝置機械，建設費用高，維修工作量及維修費用極大，噴砂過程中產生大量的矽塵無法清除，嚴重影響操作工人的健康并污染環境。
　　隨著科學技術不斷的提高，隨著人們對產品質量的不斷要求，隨著高科技的設備不斷在企業中產生應用，隨著人們環境意識的提高，環保部門的嚴格要求，治理揚塵污染及噪聲環境已是刻不容緩。企業的競爭越來越激烈，那么如何在激烈的競爭中獲得優勢，就成為決定企業發展的關鍵。事實告訴我們，嚴把生產環節，是保證企業產品質量的前提，控制環境污染是我們每個人的責任。

adei · 發表于 2008-11-27 10:05:52

謝了樓主，正在研究鋼結構，正好用到

炎松 · 發表于 2008-12-8 11:15:40

謝謝，受教了。

早練 · 發表于 2008-12-10 11:13:04

這門課要考試了。心虛的很。。呵呵

80meiei · 發表于 2008-12-21 23:20:04

看完樓主的帖子，我的心情竟是久久不能平靜。正如老子所云：大音希聲，大象無形。我現在終于明白我缺乏的是什么了，正是樓主那種對真理的執著追求和樓主那種對理想的艱苦實踐所產生的厚重感。面對樓主的帖子，我震驚得幾乎不能動彈了，樓主那種裂紙欲出的大手筆，竟使我忍不住一次次地翻開樓主的帖子，每看一次，贊賞之情就激長數分，我總在想，是否有神靈活在它靈秀的外表下，以至能使人三月不知肉味，使人有余音繞梁、三日不絕的感受。樓主，你寫得實在是太好了。我惟一能做的，就只有把這個帖子頂上去這件事了。

張華鋒 · 發表于 2008-12-22 08:56:42

謝謝樓主為學習指明了方向

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