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1、轻型钢结构基本知识资料第一章 轻型钢结构加工制造的基本知识轻型钢结构工程是一个系统工程，它包括设计、加工制造和施工安装三个过程；包含的具体内容有：主结构系统、次结构系统和围护系统三大方面。了解轻型钢结构各个组成部分的加工制造过程对于工程师而言是十分必要的。主结构系统包括主刚架和支撑体系。支撑体系包括水平支撑、柱间支撑和刚性系杆等部分。由于支撑体系采用的构件大多为圆钢、角钢和钢管等，构件简单、制作方便，且支撑体系节点多为标准节点，因此这部分产品大多为各公司的标准产品。本章仅从轻型钢结构的主刚架和围护系统两方面介绍轻型钢结构的加工制造；同时介绍钢结构的防腐处理和防火处理的相关知识。第一节 H型钢的

2、制作及其设备轻型钢结构的主刚架包括门式刚架和山墙抗风柱等部分。主刚架作为建筑结构的骨架，支承整个建筑结构系统，承受和传递着各类荷载。根据跨度、高度及荷载的不同，门式刚架的梁、柱一般采用变截面或等截面的实腹式焊接H型截面或轧制H型截面。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形形状，必要时也可改变腹板的厚度。结构构件在运输单元内一般不改变翼缘截面，邻接的运输单元可采用不同厚度和宽度的翼缘截面。因受加工设备限制，H型钢截面高度一般不能超过2m。下面将按焊接H型钢生产工艺流程的顺序介绍焊接H型钢的制作机器设备。一、 板材下料切割板材下料切割的方法有：机械切割法、气割法、等离子切割法等。在钢结构制造厂中，一

3、般情况下，钢板厚度在1216mm以下的直线型切割，采用剪切下料。常用的剪切机械有剪板机。气割多用于带曲线的零件和厚钢板的切割。气割能切割各种厚度的钢材，设备灵活、费用经济、切割精度较高，是目前使用最广泛的切割方法。气割按切割设备可分为：手工气割、半自动气割、仿型气割、多头气割、数控气割和光电跟踪气割。焊接H型钢生产线的下料设备一般配备数控多头切割机或直条多头切割机，此类切割设备是高效率的板条切割设备，纵向割矩可根据要求配置，可一次同时加工多块板条。（见图1-2）各类型钢以及钢管等的下料通常采用锯割。常用的锯割机械有：弓形锯、带锯、圆盘锯、摩擦锯和砂轮锯等。等离子切割主要用于熔点较高的不锈钢材料

4、及有色金属的切割。二、 板材矫正整平H型钢在组立焊接之前，先要对原材料（钢板）进行矫正、整平。常用的机械设备有板条矫平机（见图1-3）。三、 H型组立、焊接矫平的钢板（翼缘板、腹板）进入H型钢自动组立机，在组立生产线上，将未焊接的翼缘板和腹板先工作组立器具定位好，进行头部定位焊。此类设备一般都采用PLC可编程序控制器，对型钢的夹紧、对中、定位点焊及翻转实行全过程自动控制，速度快、效率高。（见图1-4）组立好的H型钢进入焊接机，H型钢生产配备的焊机一般为埋弧自动焊机，从类型上可分为门式焊接机（见图1-5）及悬臂式焊接机两种类型。焊机一般都配备有焊缝自动跟踪系统、焊剂自动输送回收系统及快速返程功能

5、。四、 H型矫正轻型钢结构构件的翼缘、腹板通常采用较薄的钢板，焊接容易产生比较大的焊接变形，且翼缘板与腹板的垂直度也有偏差，这时需要通过矫正机对焊接后的H型钢进行矫正。（见图1-6）。五、 钻孔、锁口、抛丸、涂装钢结构的连接节点多采用高强螺栓，因此孔加工在钢结构制造中占有一定的比重。制孔通常有钻孔和冲孔两种方法。钻孔是钢结构制造中普遍采用的方法，几乎能用于任何规格的钢板、型钢的孔加工。钻孔的精度高，对孔壁损伤较小。冲孔一般只用于较薄钢板和非圆孔的加工且孔径不小于钢材厚度的加工。冲孔生产效率虽高，但由于孔的周围产生冷作硬化，孔壁质量差等原因，通常只用于檩条、墙梁端部长圆孔的制备。常用的边缘加工方

6、法有：铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。H型钢端面铣床，用于焊接或轧制成型的H型钢、箱形截面梁柱的两端面铣削加工。铣边机利用滚铣切削原理，对钢板焊前的坡口、斜边、直边、U形边可一次同时铣削成形，耗能少操作维修方便。钢构件在涂刷之前应进行除锈处理，构件表面的除锈方法分为喷射、抛射除锈和手工或动力除锈。喷射、抛射除锈设备的种类很多，如图1-7抛丸机适用于各种型材和板材的表面清理。制做好的H型钢需要防腐，即涂刷油漆。详见第三节钢结构防腐处理。图11给出了焊接H型钢的生产工艺流程。图11 焊接H型钢的生产流程制作好的焊接H型钢需经检查合格后方可编号打包发运，焊接H型钢的允许偏差见表。表1

7、1 焊接H型钢的允许偏差项目允许偏差图例截面高度（h）h10004.0截面宽度（b）3.0腹板中心偏移2.0翼缘板垂直度()b/1003.0弯曲矢高l/10005.0扭曲h/2505.0腹板局部平面度（f）t70mm2.0压 型 铝 板2.0侧向弯曲在测量长度l的范围内压型钢板20.0压型铝板25.0注：（1）h为压型金属板截面高度。（2）l为测量长度，系指板长扣除两端0.5m后的实际长度（小于10m）或扣除后人选的10m长度。单层彩色钢板压型机是采用多道成型辊将彩色钢板连续冷弯成型的原理设计的。它由开卷机（架）、送料台、成型机、切断机和成品辊架五部分组成，当加工曲板时还需曲面冲压机。图112

8、113列出了一些彩色压型钢板的生产设备。图112 HV-450压型机 图113 HV-475压型机三、排水和收边系统轻型钢建筑中，天沟、落水管、包边板等的制造质量对于防水功能至关重要。很多轻型钢建筑在这些地方都存在泛水、渗水现象，其中一个重要原因就是其包边板是手工折成而不是采用机械加工的，这些对建筑的排水效果及建筑外观效果都不利，而采用折弯机折弯的收边板产品质量较好。下图的折边机可以针对一定形状的包边，适应不同的彩色压型钢板的板型，对包边板进行折弯加工。这样加工出来的包边板与彩色压型钢板贴合紧密，防水性能好。图114为浙江精工科技有限公司开发研制的JZW800折边机。图114 JZW800折边

9、机四、通风采光系统衡量轻型钢建筑质量好坏的另一很重要的标准就是其屋面采光通风及防水系统产品的质量，它直接关系到轻型钢建筑的使用性能。这部分产品大多为专利产品，由钢结构公司或各相关专业厂家开发生产。 (a)采光天棚 (b)防水细部 (c)通风气楼图115 屋面采光通风及防水图115所示分别为采光天棚、防水细部做法和通风气楼，一般通风气楼或通风器有主动和被动排风两种形式，其型号、布置位置和布置数量与建筑的具体通风要求有关，可以根据通风器的排风能力进行计算。第三节 钢结构的防腐处理由于建筑钢材强度高、塑性韧性好、自重轻，加上钢结构具有制作简便、施工工期短，适用于跨度大、高度高、承载重的结构等优点，使

10、钢材在建筑业中得到了广泛应用。但是钢材耐腐蚀性和耐锈蚀性差。据发达国家的不完全统计，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的。钢结构的腐蚀不仅造成经济损失，也给结构的安全带来隐患，由于钢锈蚀而导致的工程事故也屡见不鲜。因此钢结构（特别是薄壁钢构件）的防腐处理具有重要的经济和社会意义。一、 钢结构防锈与涂装的一般规定、钢结构的防锈及涂装设计应遵守工业建筑防腐蚀设计规范GB500046与钢结构管道涂装技术规程YB/T9256的有关规定；凡在钢结构工程设计中，均应有防锈涂装设计的内容。、钢结构防锈及涂装设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素，

11、合理的选用或确定钢材表面原始锈蚀等级、除锈方法与等级（涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级GB8923）、涂料与涂装要求以及涂装施工的质量检验要求（钢结构工程施工质量验收规范GB50205）等。、轻型钢结构构件应按表1-4所示外界条件对结构的侵蚀作用分类选择表面处理方法及配套涂料。表外界条件对轻型钢结构的侵蚀作用分类序号地区相对湿度（）对结构的侵蚀作用分类室内（采暖房屋）室内（非采暖房屋）露天农村，一般城市的商业区及住宅区干燥，60无侵蚀作用无侵蚀作用弱侵蚀作用普通，6070无侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用潮湿，弱侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用工业区，沿海地区干燥，60弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵

12、蚀作用普通，6070弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用潮湿，中等侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用注：表中的相对湿度系指当地的年平均相对湿度，对于恒温恒湿或有相对湿度指标的建筑物，则按室内相对湿度采用。一般城市的商业区及住宅区泛指无侵蚀性介质的地区，工业区则包括受侵蚀介质影响及散发轻微侵蚀性介质的地区。二、 钢结构腐蚀的主要原因防止钢结构腐蚀首先要了解钢材腐蚀的原因。1. 常温下（100以下）钢材的腐蚀机理常温下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢结构在常温大气环境中使用，钢材受大气中水分、氧和其他污染物（未清理干净的焊渣、锈层、表面污物）的作用而被腐蚀。大气的相对湿度在60以下时，钢材的腐蚀是很轻微

13、的；但当相对湿度增加到某一数值时，钢材的腐蚀速度突然升高，这一数值称为临界湿度。常温下，一般钢材的临界湿度为6070。当空气被污染或在沿海地区空气中含盐时，临界湿度都很低，钢材表面容易形成水膜。此时焊渣和未处理干净的锈层（氧化铁皮）作为阴极，钢结构构件（母材）作为阳极在水膜中发生电化学腐蚀。大气中的水分吸附在钢材表面形成的水膜是造成钢材腐蚀的决定因素；大气的相对湿度和污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。2. 高温下（100以上）钢材的腐蚀机理高温下钢铁的腐蚀主要是化学腐蚀。高温状态下，水以气态存在，电化学作用很小，降为次要因素。金属和干燥气体（如O2、H2S、SO2、Cl2等）相接触，表

14、面生成相应的化合物（氯化物、硫化物、氧化物），形成对钢材的化学腐蚀。三、 钢结构腐蚀的防护方法根据钢材腐蚀的电化学原理，只要防止或破坏腐蚀电池的形成或强烈阻滞阴、阳极过程的进行，就可防止钢材的腐蚀。采用防护层方法防止钢结构腐蚀是目前通用的方法，常用的保护层有以下几种：、金属保护层：金属保护层是用具有阴极或阳极保护作用的金属或合金，通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法，在需要防护的金属表面形成金属保护层（膜）来隔离金属与腐蚀介质的接触，或利用电化学的保护作用使金属得到保护，从而防止腐蚀。、化学保护层：通过化学或电化学方法使钢材表面生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属的接触

15、，来防止对金属的腐蚀。、非金属保护层：用涂料、塑料、搪瓷等材料，通过涂刷和喷涂等方法，在金属表面形成保护膜，使金属与腐蚀介质隔离，从而防止金属的腐蚀。四、 钢材表面处理钢材加工后到出厂之前，构件表面会不可避免的沾有油污、水分、灰尘等污染物以及存在毛刺、氧化铁皮、锈层等表面缺陷。由前面钢结构腐蚀的主要原因我们知道，污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素，且表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，无法达到预期的防护效果。因此，钢材表面处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，应予以重视。日本防蚀技术中认为

16、影响涂装质量的诸多因素所占的比例见表1-5。表防腐涂装个因素对涂层质量的影响影响质量的因素影响程度（）表面处理（除锈质量）49.5涂层厚度（涂装道数）19.1涂料品种4.9其他（施工与管理等）26.5钢结构表面处理方法：手工工具除锈、滚动钢丝轮除锈、酸洗除锈、喷砂（丸）除锈、化学转化膜、热浸镀、电镀、表面合金化以及射流控制真空除锈、激光除锈等。在中等侵蚀作用环境中的承重钢构件，当其形状较复杂或体型较特殊时，可选用酸洗除锈方法。酸洗应有专门的工艺控制保证（不宜用盐酸），应附加缓蚀剂，并清洗到位，确保角、凹部位不致积酸，引起材质氢脆变异。各类构件的物理除锈方法与等级可按表1-6选用。表 各类构件的

17、物理除锈方法与等级构件种类除锈方法除锈等级无侵蚀作用的一般构件手工及动力工具除锈（彻底）级或级（非常彻底）弱侵蚀作用的承重构件喷射（丸、砂）除锈（彻底）级或级（非常彻底）中等侵蚀作用的承重构件喷射（丸、砂）除锈级（非常彻底）注：对使用期内很难维修的承重构件，其除锈等级宜适当提高（最高不超过级）。除锈前后应仔细消除油垢、毛刺、药皮、飞溅物及氧化铁皮等。除锈及涂装工程的质量验收应符合钢结构工程施工质量验收规范GB50205的规定。五、 防腐涂料钢构件的防腐涂层可根据具体情况采用不同的方式,如金属保护层(镀锌等)、油漆涂层、复合保护层（即一、二项同时使用）。目前通常的钢结构防腐做法就是刷防腐涂料。涂

18、料是一种含油的或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面上，可结成一层薄膜来保护钢结构。防腐涂料一般由底漆和面漆组成。底漆中粉料多，基料少，成膜粗糙，底漆的功能是使漆膜与基层和面漆结合牢固，即就是要有好的附着力；底漆有阻蚀性颜料，可以阻止锈蚀的发生，有的还能对金属起钝化和电化学保护作用，防止金属生锈。而面漆则粉料少，基料多，成膜后有光泽，主要功能是保护下层底漆，故要对大气和湿度具有不渗透性，要能抵抗由风化引起的物理和化学分解。目前的趋势是使用合成树脂来提高介质的抗风化性能。耐大气性能的防腐涂料一般只能耐大气中的气相腐蚀。对于受酸碱等介质侵蚀的地方，必须用耐酸碱的涂料。防腐漆按保护功能可分为底漆，中

19、层漆和面漆，各层油漆均有其特性，各负其责，各层组合起来，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。1、底漆底漆层常用的防腐涂料有富锌底漆和环氧铁红底漆，富锌漆是由大量的微细锌粉与少量的成膜机料组成。锌的电化学性比钢铁高，在受到腐蚀时，有“自我牺牲”的作用，使钢铁被保护。腐蚀产物氧化锌又填充了孔隙，使涂层更加致密。常用的富锌底漆有以下三种：(1) 水玻璃无机富锌底漆，它是以水玻璃为基料，加入锌粉，混合后涂刷，固化后要用水冲洗，施工工艺复杂，工艺条件苛刻，表面处理必须在Sa2.5以上，另外对环境温度、湿度都有要求，形成的涂膜易开裂、脱皮、目前已很少采用。(2) 溶性无机富锌底漆，该底漆是以正硅酸乙

20、酯为基料，以酒精为溶剂，经部分水解聚合，加入锌粉混合均匀后涂覆成膜。(3) 富锌底漆，它是以环氧树脂为成膜基料，加入锌粉，固化形成涂层。环氧富锌底漆不但防腐性能优良，而且附着力强，并与下道涂层环氧云铁中层漆均有良好的粘结型。主要用于一般大气中的钢架结构和石油化工设备的防腐。环氧铁红底漆是分罐装的双组份涂料，甲组份（涂料）由环氧树脂、氧化铁红等防锈颜料增韧剂、防沉剂等制成，乙组份为固化剂，施工时按比例调配。氧化铁红是一种物理性防锈颜料，其性质稳定、遮盖力强、颗粒细微、能在漆膜中起到很好的屏蔽作用，有很好的防锈性能。环氧铁红底漆对钢板及上层环氧面漆均有很好的粘结力，常温干燥快，对上层面漆不渗色，较

21、普遍的用于钢质管道、贮罐、钢结构防腐工程，作防锈底漆使用。2、中涂层中涂层一般为环氧云铁和环氧玻璃鳞片漆或环氧厚浆漆。环氧云铁漆是以环氧树脂为基料加入云母氧化铁制成，云母氧化铁的微观结构像片状云母，其厚度仅为数微米，而直径为数十微米到一百微米。它耐高温、耐碱、耐酸性、无毒，片状结构可阻止介质渗透，增强了防腐性能，而且收缩率低，表面有粗糙度，是一种优良的中层防腐漆。环氧玻璃鳞片漆是以环氧树脂为基料，以薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加各种添加剂组成的厚桨型防腐漆。玻璃鳞片厚度仅为25微米。由于鳞片在涂层中上下多层排列，形成独特的屏蔽结构。3、面漆用于面漆的涂料按其价位可划分为三种等级：(1) 普通级为

22、环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯其等；(2) 中等级为聚氨酯漆；(3) 高等漆为有机硅改性聚氨酯漆、有机硅改性丙烯酸面漆、氟涂料等。环氧漆经化学固化后，化学性质稳定，涂层致密，有很强的粘结力，很高的机械性,它耐酸、碱、盐，能抵抗多种化学介质的腐蚀。 氯化橡胶漆以氯化橡胶为成膜物，氯化橡胶是用天然橡胶与氯气反应制成，他属惰性树脂，成膜后密封性能非常好，水汽、氧气对漆膜的渗透率极低，而且耐酸、耐碱、耐水、耐氧化剂、耐各种腐蚀性气体的腐蚀，在用醇酸树脂改性后，耐候性好，在使用过程中，漆膜理化性能变化很小，可以说是一种经济耐用的防腐材料。其它面涂层材料因价格较高，使用很不普遍，本文不再详述。六、 防腐

23、油漆（涂料）的选择一般的涂料选择应考虑以下几点： 1、要考虑结构所处的使用条件及选用涂料的范围的一致性，根据腐蚀介质的情况（种类、温度和浓度）气相或液相，湿热地区或干燥地区等条件进行选用。对于有酸性介质，可采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆，而对于碱性介质，则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。 2、要考虑施工条件的可能性。有的宜刷涂，有的宜喷涂，有的自然干燥成膜等等。对于一般情况，宜用干燥、便于喷刷的冷固型涂料。 3、要考虑涂料的正确配套。由于大部分涂料是有机胶状物质为基料，涂料每涂一层结成薄膜后，难免有许多异常细小的微孔，腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此，目前涂料的施工都不是涂单层，而是涂多层，目的

24、在于将微孔减少到最低限度。底漆和面漆之间应有良好的适应性。如过氯乙烯漆与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用， 才能得到很好的效果，而不能与油性底漆（如油性红丹漆）配套使用。因为过氯乙烯漆中含有强溶剂，会破坏底漆漆膜。防腐涂料底漆、中间漆、面漆必须配套。选用面漆时，除遵守底漆说明书的要求外，一般底漆、中间漆、面漆配套组合要求可参照下表1-7进行。表钢结构用底漆、中间漆与面漆的配套组合序号底漆与中间漆面漆最低除锈底漆适用环境构建红丹系列（油性防锈漆、醇酸或酚醛防锈漆）底漆遍铁红系列（油性防锈漆、醇酸底漆、酚醛防锈漆）底漆遍云铁醇酸防锈漆底漆遍各色醇酸磁漆遍无侵蚀作用构件氯化橡胶底漆1遍氯化橡胶面漆遍、室内、外弱侵蚀作用的重要构件；、中等侵蚀环境的各类承重结构氯磺化聚乙烯底漆2遍氯磺化聚乙烯中间漆