钢结构基础知识.docx

1、钢结构基础知识钢结构基础知识（2015）钢结构识图基础 1一、施工图基本知识 21. 制图标准有关规定 22. 构件名称的代号 33. 材料代号 44. 螺栓与球节点 65. 焊缝及其表示方法 116. 钢结构的防火和防腐 13二、钢结构节点详图 161. 节点详图识读 162. 柱拼接连接详图 163. 梁拼接连接详图 18一、施工图基本知识在建筑钢结构工程设计中，通常将结构施工图的设计分为设计图设计和施工详图设计两个阶段。设计图设计是由设计单位编制完成，施工详图设计是以设计图为依据，由钢结构加工厂深化编制完成，并将其作为钢结构加工与安装的依据。设计图与施工详图的主要区别是：设计图是根据工艺

2、、建筑和初步设计等要求，经设计和计算编制而成的较高阶段的施工设计图。它的目的和深度以及所包含的内容是作为施工详图编制的依据，它由设计单位编制完成，图纸表达简明，图纸量少。内容一般包括：设计总说明、结构布置图、构件图、节点图和钢材订货表等。施工详图是根据设计图编制的工厂施工和安装详图，也包含少量的连接和构造计算，它是对设计图的进一步深化设计，目的是为制造厂或施工单位提供制造、加工和安装的施工详图，它一般由制造厂或施工单位编制完成，它图纸表示详细，数量多。内容包括：构件安装布置图、构件详图等。本书只介绍钢结构设计图的识读。1.制图标准有关规定（1）线型在结构施工图中图线的宽度b通常为2.0mm、1

3、.4mm、0.7mm、0.5mm、0.35mm，当选定基本线宽度为b时，则粗实线为b、中实线为0.5b、细实线为0.25b。在同一张图纸中，相同比例的各种图样，通常选用相同的线宽组。各种线型及线宽所表示的内容如表1-1。2.构件名称的代号3.材料代号钢材的牌号1.普通碳素结构钢碳素钢是以铁为基本成分，以碳为主要合金元素的铁碳合金。碳钢除含铁、碳外，还含有少量的有益元素锰、硅及少量的有害杂质元素硫、磷。普通碳素结构钢按其质量等级不同可分为A、B、C、D四个等级。其中A级一般不做冲击试验；B级做常温冲击试验；C级做0冲击试验；D级做-20冲击试验。因此D级质量最好，C、D级可用做重要的焊接结构。普

4、通碳素结构钢的牌号是由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值以及质量等级和脱氧方法四个部分按顺序组成。“F”表示沸腾钢，“b”表示为半镇静钢，“Z”表示镇静钢，“TZ”表示特殊镇静钢。通常镇静钢和特殊镇静钢不标注符号。例如：Q235-B.F表示钢材屈服点为235Nmm2，钢材的质量等级为B级，沸腾钢。沸腾钢是在熔炼钢液中加人弱脱氧剂进行脱氧；镇静钢和特殊镇静钢是在熔炼钢液中加入强脱氧剂进行脱氧，脱氧彻底充分，质量比沸腾钢好，价格也比沸腾钢高；半镇静钢的价格和质量介于沸腾钢和镇静钢之间。现行国家标准碳素结构钢(GB700-88)将普通碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等五种

5、牌号，其中Q235在使用、加工和焊接方面的性能较好，是钢结构中最常用的钢种之一。2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢比普通碳素结构钢杂质含量少、性能优越。优质碳素结构钢的牌号是由两位阿拉伯数字和随其后加注的规定符号来表示。如08F、45、20A、70Mn、20g等，牌号中的两位阿拉伯数字，表示以万分之几计算的平均碳的质量分数。例如“45”表示这种钢的平均碳的质量分数为0.45；阿拉伯数字之后标注的符号“F”表示沸腾钢；“b”表示半镇静钢，镇静钢不标注符号；阿拉伯数字之后标注的符号“Mn”表示钢中锰的质量分数较高，达到0.71.0，普通含锰量的钢不标注其符号；阿拉伯数字之后标注的符号“A”表示高级优

6、质碳素结构钢，“E”表示特级优质碳素结构钢，钢中硫的质量分数小于0.03，磷的质量分数小于0.035；阿拉伯数字之后标注的符号表示专门用途钢，其中“g”表示锅炉用钢，“R”表示压力容器用钢，“q”表示桥梁用钢，“DR表示低温压力容器用钢等。3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号表示方法与普通碳素结构钢相同，由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号三个部分按顺序组成。只是质量等级有A、B、C、D、E五个等级，其中E级需要做-40的冲击试验。现行国家标准低合金高强度结构钢(GBl59194)按屈服强度高低将低合金高强度结构钢分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等五种

7、牌号。4.合金结构钢合金结构钢的牌号用阿拉伯数字和合金元素符号表示。前面两位阿拉伯数字表示钢中以万分之几计算的平均碳的质量分数，接着是合金所含的元素符号和平均质量分数。元素的平均质量分数M24，长度l150mm和l0d；C级螺栓是用未经加工的圆钢制成，杆身表面粗糙，加工精度低，尺寸不准确。螺栓孔壁质量类别分I、两类，I类孔的质量高于类孔。I类孔通常是指由下列三种方法加工制成：1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；2)在单个零件上或构件上按设计孔径用钻模钻成的孔；3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。类孔是在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成的孔。螺栓

8、孔壁质量类别与螺栓等级是相匹配的，A、B级螺栓与I类孔匹配使用。I类孔的孔径与螺栓公称直径相等，基本上无缝隙，螺栓可轻击入孔。C级螺栓常与类孔匹配使用，类孔的孔径比螺栓直径大l2mm，缝隙较大，螺栓入孔较容易，抗剪性能较差，只适用于受拉力的连接，受剪时用支托承受剪力。若C级螺栓用于受剪，也只能在承受静载结构中的次要连接或临时固定用的安装连接。普通螺栓的连接对螺栓紧固轴力没有要求，一般由操作工使用普通扳手靠自己的力量拧紧，使被连接板件接触面贴紧无明显间隙即可。建筑钢结构中常用的普通螺栓的性能等级有4.6、4.8、5.6、8.8等四个等级。螺栓的性能等级代号以两个数值表示，前一个数值表示螺栓公称的

9、最低抗拉强度，后一个数值表示螺栓的屈强比。如4.6表示螺栓最低抗拉强度为400Nmm2，0.6表示螺栓的屈服强度与抗拉强度的比值为0.6。普通螺栓常用Q235钢制作，通常为六角头螺栓，标记为MdL。其中d为螺栓的直径、L为螺栓的公称长度。普通螺栓常用的规格有M8、M10、M12、M16、M20、M24、M30、M36、M42、M48、M56和M64等。2.高强度螺栓高强度螺栓连接受力性能好、连接刚度高、抗震性好、耐疲劳、施工简便，它已广泛地被用于建筑钢结构的连接中，成为建筑钢结构的主要连接件。高强度螺栓的类型及一般要求：高强度螺栓根据其受力特征的不同可分为摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓。摩

10、擦型高强度螺栓是通过螺栓紧固轴力，将连接扳叠压紧，剪力靠压紧扳叠间的摩擦阻力传递，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。承压型高强度螺栓当剪力大于摩擦阻力后，连接扳叠产生相对滑移，栓杆与扳叠有挤压，它是以栓杆被剪断或连接扳件被压坏作为承载力极限状态，其承载力极限值大于摩擦型高强度螺栓。目前生产商供应的高强度螺栓，摩擦型和承压型在制造和构造上没有区分，只是承载力极限状态取值不同。建筑钢结构中常用的高强度螺栓有大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓两种。我国使用的大六角头高强度螺栓有8.8级和10级两种，大六角头高强度螺栓连接副含一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种

11、，扭剪型高强度螺栓连接副含一个螺栓、一个螺母和一个垫圈。高强度螺栓的力学性能是以经热处理后的数值为准，其性能等级代号与普通螺栓相同，用两个数值表示，如8.8级和10.9级，前一个数值表示经热处理后的最低抗拉强度，8和10分别表示最低抗拉强度为800Nmm2和1000Nmm2；后一个数值表示螺栓经热处理后的屈强比为0.8和0.9。3.锚栓锚栓主要是作为钢柱脚与钢筋混凝土基础的连接承受柱脚的拉力，并作为柱子安装定位时的临时固定。锚栓的锚固长度不能小于锚栓直径的25倍。锚栓通常用Q235或Q345等塑性性能较好的钢制作，它是非标准件，直径较大。锚栓在柱子安装校正后，锚栓垫板要焊死，并用双螺母紧固，防

12、止松动。4.圆柱头焊钉圆柱头焊钉(又称带头栓钉)是高层建筑钢结构中用量较大的连接件，它是作为钢构件与混凝土构件之间的抗剪连接件，其形状和规格参见国家标准圆柱头焊钉(GB10433-89)。高层建筑钢结构中的梁、柱构件上常用的圆柱头焊钉直径为16mm-9mm及22mm。5.球节点建筑钢结构中，常用的网架球节点有螺栓球节点和焊接球节点两大类。（1）螺栓球节点螺栓球节点是由钢球、螺栓、封板或锥头、套筒、螺钉或销子等组成，如图1-27。图1-27螺栓球节点组成高强螺栓在整个节点中是最关键的传力部件，它的强度等级要达到8.8级或10.9级。6.螺栓、孔、电焊铆钉的表示方法螺栓、孔、电焊铆钉的表示方法见表

13、121。5.焊缝及其表示方法1.焊缝符号的表示焊缝符号表示的方法及有关规定：焊缝的引出线是由箭头和两条基准线组成，其中一条为实线，另一条为虚线。线型均为细线，如图1-33。基准线的虚线可以画在基准线实线的上侧，也可画在下侧，基准线一般应与图样的标题栏平行，仅在特殊条件下才与标题栏垂直。若焊缝处在接头的箭头侧，则基本符号标注在基准线的实线侧；若焊缝处在接头的非箭头侧，则基本符号标注在基准线的虚线侧，如图1-34。当为双面对称焊缝时，基准线可不加虚线，如图1-35。箭头线相对焊缝的位置一般无特殊要求，但在标注单边形焊缝时箭头线要指向带有坡口一侧的工件，如图1-36。基本符号、补充符号与基准线相交或

14、相切，与基准线重合的线段，用粗实线表示。焊缝的基本符号、辅助符号和补充符号(尾部符号除外)一律为粗实线，尺寸数字原则上亦为粗实线，尾部符号为细实线，尾部符号主要是标注焊接工艺、方法等内容。在同一图形上，当焊缝形式、断面尺寸和辅助要求均相同时，可只选择一处标注焊缝的符号和尺寸，并加注“相同焊缝的符号”，相同焊缝符号为34圆弧，画在引出线的转折处，如图1-37(a)。在同一图形上，有数种相同焊缝时，可将焊缝分类编号，标注在尾部符号内，分类编号采用A、B、C在同一类焊缝中可选择一处标注代号，如图1-37(b)。2.焊缝的质量检验焊接的质量检查是钢结构质量保证体系的一个重要环节。钢结构的焊缝质量等级根

15、据结构的重要性、实际承受荷载的特性、焊缝的形式、工作环境以及应力状态的不同，可分为三个等级。不同的质量等级，焊缝的质量要求不同，检验的比例和验收的标准也不同。焊缝的质量检验包括外观检查和内部缺陷检测。外观检查通常采用目视检查，检查焊缝表面形状、尺寸和表面缺陷等。内部缺陷检测主要是检测焊缝内部是否存在裂纹、气孔、夹渣、未熔合与未焊透等缺陷，它是在外观检查完成后再进行，常用的方法有超声波探伤和射线探伤。6.钢结构的防火和防腐钢结构的最大弱点是防火和防腐性能差。钢结构规范要求，钢结构必须进行防火和防腐处理。1.钢结构的防火未经防火保护处理的钢柱、梁、楼板及屋顶承重构件的耐火极限仅为0.25h，为了保

16、证人民的生命财产安全，有利于安全疏散和消防灭火，避免和减轻火灾损失，钢结构应进行防火处理。钢结构按组成建筑物的墙、柱、梁、楼板、屋顶等主要构件的燃烧性能和耐火极限不同将建筑物的耐火等级分为一、二、三、四级，耐火极限从0.154h不等。钢结构防火涂层的厚度是保证构件达到预期耐火极限的重要因素。钢结构防火涂料的竣工验收，通常是用目视法检测涂料品种、颜色及是否有漏涂和裂缝等；用0.75-1kg榔头轻击涂层检测其强度，用1m直尺检测涂层平整度，按规范规定的方法检测其厚度。2.钢结构的防腐钢结构常用的防腐方法有涂装法和热镀锌、热喷铝(锌)复合涂层等。涂装法是将涂料涂敷在构件表面上结成薄膜来保护钢结构。防

17、腐涂料通常由底漆一中漆一面漆或底漆一面漆组成。钢结构在涂装前要对钢材表面进行除锈处理，表面处理的好坏直接影响其防护效果。钢材除锈的方法有：手工或动力工具除锈、喷射或抛射除锈、酸洗除锈和酸洗磷化处理除锈、火焰除锈等四类。国家标准涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB8923-88)将除锈等级按不同的除锈方法分为不同等级，并用不同的符号表示如表1-23。钢材防腐涂层的厚度是保证钢材防腐效果的重要因素。目前国内钢结构涂层的总厚度(包括底漆和面漆)，要求室内涂层厚度一般为100150m，室外为150200m。钢结构涂装工程质量检验有涂装前、涂装过程、涂装后质量检查。涂装前检查主要检查钢材表面除锈是否符

18、合设让要求和国家现行有关标准的规定；涂装过程中.的检查主要是测湿膜厚度以控制干膜厚度和漆膜质量；涂装后的检查主要是检查漆膜外观是否均匀、平整、丰满、有光泽，颜色、涂料、涂装遍数、涂层厚度是否符合设计要求。钢结构涂装工程的验收是按照钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)验收。热镀锌、热喷铝(锌)复合涂层法是一种长效防腐蚀方法，它使钢结构的防腐蚀年限达到20-30年。二、钢结构节点详图1.节点详图识读钢结构是由若干构件连接而成，钢构件又是由若干型钢或零件连接而成。钢结构的连接有焊缝连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接，连接部位统称为节点。连接设计是否合理，直接影响到结构的使

19、用安全、施工工艺和工程造价，所以钢结构节点设计同构件或结构本身的设计一样重要。钢结构节点设计的原则是安全可靠、构造简单、施工方便和经济合理。2.柱拼接连接详图柱的拼接有多种形式，以连接方法分为螺栓和焊缝拼接，以构件截面分为等截面拼接和变截面拼接，以构件位置分为中心和偏心拼接。图2-1为柱拼接连接详图。在此详图中，可知此钢柱为等截面拼接，HW452417表示立柱构件为热轧宽翼缘H型钢，高为452mm，宽为417mm，截面特性可查型钢表GBT11263-1998；采用螺栓连接，18M20表示腹板上排列18个直径为20mm的螺栓，24M20表示每块翼板上排列24个直径为20mm的螺栓，由螺栓的图例，

20、可知为高强度螺栓，从立面图可知腹板上螺栓的排列，从立面图和平面图可知翼缘上螺栓的排列，栓距为80mm，边距为50mm；拼接板均采用双盖板连接，腹板上盖板长为540mm，宽为260mm，厚为6mm，翼缘上外盖板长为540mm，宽与柱翼宽相同，为417mm，厚为10mm，内盖板宽为180mm。作为钢柱构件，在节点连接处要能传递弯矩、扭矩、剪力和轴力，柱的连接必须为刚性连接。图2-2为变截面柱偏心拼接连接详图。在此详图中，知此柱上段为HW400300热轧宽翼缘H型钢，截面高、宽为400mm和300mm，下段为HW450300热轧宽翼缘H型钢，截面高、宽分别为450mm和300mm，柱的左翼缘对齐，右

21、翼缘错开，过渡段长200mm，使腹板高度达1：4的斜度变化，过渡段翼缘宽度与上、下段相同，此构造可减轻截面突变造成的应力集中，过渡段翼缘厚为26mm，腹板厚为14mm；采用对接焊缝连接，从焊缝标注可知为带坡口的对接焊缝，焊缝标注无数字时，表示焊缝按构造要求开口。3.梁拼接连接详图梁的拼接形式与柱类同。图2-3为梁拼接连接详图。在此详图中，可知此钢梁为等截面拼接，HN500200表示梁为热轧窄翼缘H型钢，截面高、宽为500mm和200mm，采用螺栓和焊缝混合连接，其中梁翼缘为对接焊缝连接，小三角旗表示焊缝为现场施焊，从焊缝标注可知为带坡口有垫块的对接焊缝，焊缝标注无数字时，表示焊缝按构造要求开口

22、，从螺栓图例可知为高强度螺栓，个数有10个，直径为20mm，栓距为80mm，边距为50mm；腹板上拼接板为双盖板，长为420mm，宽为250mm，厚为6mm，此连接可使梁在节点处能传递弯矩，为刚性连接。4.绘图练习1.主次梁侧向连接详图2.梁柱刚性连接详图屋架支座节点连接详图屋架支座有梯形支座和三角形支座之分。梯形屋架支座节点详图图2-5为一梯形屋架支座节点详图。在此详图中，将屋架上、下弦杆和斜腹杆与边柱螺栓连接，边柱为HW400300，表示柱为热轧宽翼缘H型钢，截面高、翼缘宽为400mm和300mm。在与屋架上、下弦节点处，柱腹板成对设置构造加劲肋，长与柱腹板相等，宽为100mm，厚为12m

23、m。在上节点，上弦杆采用两不等边角钢2L110708组成，通过长为220mm、宽为240mm和厚为14mm的节点板与柱连接，上弦杆与节点板用两条侧角焊缝连接，焊脚8mm，焊缝长度150mm，节点板与长为220mm、宽为180mm和厚为20mm的端板用双面角焊缝连接，焊脚8mm，焊缝长度为满焊，端板与柱翼缘用4个直径20mm的普通螺栓连接。在下节点，腹杆采用两不等边角钢2L90x568组成，与长为3.60mm、宽为240mm和厚为14mm的节点板用两条侧角焊缝连接，焊脚为8mm，焊缝长度180mm；下弦杆采用两等边角钢2L1008组成，与节点板用侧角焊缝连接，焊脚为8mm，焊缝长度160mm；节

24、点板与长为360mm、宽为240ram和厚为20mm的端板用双面角焊缝连接，焊脚8mm，焊缝长度为满焊，端板与柱翼缘用8个直径20mm的普通螺栓连接。柱底板长为500mm、宽为400mm和厚为20mm，通过4个直径30mm的锚栓与基础连接；下节点端板刨平顶紧置于支托上，支托长为220mm、宽为80mm和厚为30mm，用焊脚10mm的角焊缝三面围焊。2.三角形屋架支座节点详图图2-9为一三角形屋架支座节点详图。在此详图中，上弦杆采用两不等边角钢2L1258010组成，下弦杆采用两不等边角钢2L1107010组成，均与厚为12mm的节点板用两条角焊缝连接，上弦杆肢背与节点板塞焊连接，肢尖与节点板用

25、角焊缝连接，焊脚为10mm，焊缝长度为满焊，下弦杆用两条角焊缝与节点板连接，焊脚为10mm，焊缝长度为180mm，节点板用在两侧设置加劲肋，底板长为250mm、宽为250mm和厚为160mm，锚栓安装后再加垫片用焊脚8mm的角焊缝四面围焊。柱脚节点详图柱脚根据其构造分为包脚式、埋人式和外露式，根据传递上部结构的弯矩要求又分为铰支和刚性柱脚。1.铰接柱脚详图（图2-10）在此详图中，钢柱为HW400300，表示柱为热轧宽翼缘H型钢，截面高、宽为400mm和300mm，底板长为500mm、宽为400mm和厚为26mm，采用2根直径为30mm的锚栓，其位置从平面图中可确定。安装螺母前加垫厚为10mm

26、的垫片，柱与底板用焊脚为8mm的角焊缝四面围焊连接。此柱脚连接几乎不能传递弯矩，为铰接柱脚。2.包脚式柱脚详图（图2-11）在此详图中，钢柱为HW452417，表示柱为热轧宽翼缘H型钢，截面高、宽为452mm和417mm；柱底进入深度为1000mm，柱底板长为500mm、宽为450mm和厚为30mm，锚栓埋入深为1000mm厚的基础内，混凝土柱台截面为917900mm，设置四根直径25mm的纵向主筋(二级)和四根直径14mm(二级)的纵向构造筋，箍筋(一级)间距为100mm，直径为8mm，在柱台顶部加密区间距为50mm，混凝土基础箍筋(二级)间距100mm，直径8mm。3.埋入式柱脚详图4.支

27、撑节点详图支撑多采用型钢制作，支撑与构件、支撑与支撑的连接处称支撑连接节点。图2-13为一槽钢支撑节点详图。在此详图中，支撑构件为双槽钢220a，截面高为200mm，槽钢连接于厚12mm的节点板上，可知构件槽钢夹住节点板连接，贯通槽钢用双面角焊缝连接，焊脚为6mm，焊缝长度为满焊；分断槽钢用普通螺栓连接，每边螺栓有6个，直径14mm，螺栓间距为80mm。1.节点详图图例本节简单介绍节点连接详图的识读，要求达到快速识读施工图的程度。钢结构屋架施工图实例说明：1.未注明的角焊缝焊角尺寸为5mm。但在仅一侧注有焊角尺寸h的双面角焊缝符号中，另一侧未注明的焊角尺寸则与九相同。2.未注明长度的焊缝一律满焊。3.未注明的螺栓为M20，孔为21.5。4.钢材采用Q235-B级。5.焊条采用E43型。2.绘图练习按要求绘制钢结构屋架施工图，完成时间3周。