2019二級注冊建筑師《建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備》復習知識點：鋼結(jié)構(gòu)的連接

一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

采用組合截面的鋼構(gòu)件需用連接將其組成部分即鋼板或型鋼連成一體。整個鋼結(jié)構(gòu)需在結(jié)點處用連接將構(gòu)件拼裝成整體。因此，鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計好壞將直接影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和經(jīng)濟。

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法，歷史上曾用過銷釘、螺栓、鉚釘和焊縫等連接，其中銷釘和鉚釘連接已不在新建鋼結(jié)構(gòu)上使用，因此以下不再涉及此兩種連接。

1.焊縫連接

焊縫連接是當前鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式，手工電弧焊和自動(或半自動)埋弧焊是目前應用最多的焊縫連接方法。與螺栓連接相比，焊接結(jié)構(gòu)具有以下的優(yōu)點：

(1)比較圖6-7所示鋼板的螺栓連接和焊縫連接，可見焊縫連接不需鉆孔，截面無削弱;不需額外的連接件，構(gòu)造簡單;從而焊縫連接可省工省料，得到經(jīng)濟的效果。這些可以說是它的最大的優(yōu)點。

(2)焊接結(jié)構(gòu)的密閉性好、剛度和整體性都較大。此外，有些結(jié)點如鋼管與鋼管的Y形和T形連接等，除焊縫外是較難采用螺栓連接或其他連接的。

焊縫連接也存在以下一些不足之處：

(l)受焊接時的高溫影響，焊縫附近的主體金屬易導致材質(zhì)變脆。

(2)焊縫易存在各種缺陷，因而導致構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應力集中而使裂紋擴大。

(3)由于焊接結(jié)構(gòu)的剛度大，個別存在的局部裂紋易擴展到整體。

前面曾提及特別是焊接結(jié)構(gòu)容易發(fā)生低溫冷脆現(xiàn)象，就是這個原因。

(4)焊接后，由于冷卻時的不均勻收縮，構(gòu)件內(nèi)將存在焊接殘余應力，可使構(gòu)件受荷時部分截面提前進人塑性，降低受壓時構(gòu)件的穩(wěn)定臨界應力。

(5)焊接后，由于不均勻脹縮而使構(gòu)件產(chǎn)生焊接殘余變形，如使原為平面的鋼板發(fā)生凹凸變形等。

由于焊縫連接存在以上不足之處，因此設(shè)計、制造和安裝時應盡量采取措施，避免或減少其不利影響。同時必須按照國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中對焊縫質(zhì)量的規(guī)定進行檢查和驗收。

若對材料選用、焊縫設(shè)計、焊接工藝、焊工技術(shù)和加強焊縫檢驗等五方面的工作予以注意，焊縫容易脆斷的事故是可以避免的。

2.螺栓連接

(1)螺栓的種類

鋼結(jié)構(gòu)連接用的螺栓有普通螺栓和高強度螺栓兩種。普通螺栓一般為六角頭螺栓，產(chǎn)品等級分為A、B、C三級。對C級螺栓一般可采用Q235鋼，由熱軋圓鋼制成，為粗制螺栓，對螺栓孔的制作要求也較低，在普通螺栓連接中應用最多。產(chǎn)品等級為A級和B級的普通螺栓為精制螺栓，對螺栓桿和螺栓孔的加工要求都較高。普通螺栓的安裝一般用人工扳手，不要求螺桿中必需有規(guī)定的預拉力。

鋼結(jié)構(gòu)中用的高強度螺栓，有特定的含義，專指在安裝過程中使用特制的扳手，能保證螺桿中具有規(guī)定的預拉力，從而使被連接的板件接觸面上有規(guī)定的預壓力。為提高螺桿中應有的預拉力值，此種螺栓必須用高強度鋼制造，由中碳鋼或合金鋼等經(jīng)過熱處理(淬火并回火)后制成，強度較高。前面介紹的普通螺栓中的A級和B級螺栓(性能等級為5.6和8.8級)雖然也用高強度鋼制造，但仍稱其為普通螺栓。高強度螺栓的性能等級有8.8級和10.9級兩種。高強度螺栓由中碳鋼或合金鋼等經(jīng)熱處理(淬火并回火)后制成，強度較高。8.8級高強度螺栓的抗拉強度fub不小于800N/mm2，屈強比為0.8。10.9級高強度螺栓的抗拉強度不小于I000N/mm2，屈強比為0.9。

鋼結(jié)構(gòu)連接中常用螺栓直徑d為16、18、20、22、24mm。

(2)螺栓連接的種類

螺栓連接由于安裝省時省力、所需安裝設(shè)備簡單、對施工工人的技能要求不及對焊工的要求高等優(yōu)點，目前在鋼結(jié)構(gòu)連接中的應用僅次于焊縫連接。螺栓連接分普通螺栓連接和高強螺栓連接兩大類。按受力情況又各分為三種：抗剪螺栓連接、杭拉螺栓連接和同時承受剪拉的螺栓連接。

普通螺栓連接中常用的是粗制螺栓(C級螺栓)連接。其抗剪連接是依靠螺桿受剪和孔壁承壓來承受荷載，如圖6-8所示。其抗拉連接則依靠沿螺桿軸向受拉來承受荷載。粗制螺栓的抗剪連接，一般只用于一些不直接承受動力荷載的次要構(gòu)件如支撐、擦條、墻梁、小析架等的連接，以及不承受動力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時固定用的連接中。相反，由于螺栓的抗拉性能較好，因而常用于一些使螺栓受拉的工地安裝結(jié)點連接中。

普通螺栓連接中的精制螺栓(A、B級螺栓)連接，因質(zhì)量較好可用于要求較高的抗剪連接，但由于螺栓加工復雜，安裝要求高(孔徑與螺桿直徑相差無幾)，價格昂貴，目前常為下面將介紹的高強度螺栓摩擦型連接所替代。

高強度螺栓連接也有兩類，一是摩擦型連接，另一是承壓型連接。摩擦型連接的高強度螺栓連接在受到如圖6-8所示荷載時，是依靠連接板件間的摩擦力來承受荷載。高強度螺栓摩擦型連接以板件間的摩擦力剛要克服作為承載能力極限狀態(tài)，連接的變形小，連接緊密，耐疲勞，易安裝，可拆換，在動力荷載作用下不宜松動。由于這些優(yōu)點，它在高層建筑現(xiàn)場安裝連接節(jié)點上，大跨度房屋，重型廠房和大型構(gòu)件的現(xiàn)場拼接節(jié)點等重要連接中已廣泛應用，已取代鉚釘連接和精制螺栓連接。

高強螺栓承壓型連接對螺栓材質(zhì)、預拉力大小和施工安裝等的要求與摩擦型的完全相同，只是它是以摩擦力被克服、結(jié)點板件發(fā)生相對滑移后孔壁承壓和螺栓受剪破壞作為承載能力極限狀態(tài)，因此它的承載能力高于高強度螺栓摩擦型連接，可節(jié)省連接材料。但這種連接由于在摩擦力被克服后將產(chǎn)生一定的滑移變形，因而其應用受到限制。規(guī)范規(guī)定它只能用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。連接處構(gòu)件接觸面的表面處理要求較摩擦型連接為低，僅要求清除油污及浮銹。承壓型連接的工作性能與普通螺栓的完全相同，只是由于螺桿預拉力的作用和高強度鋼的應用使連接的性能優(yōu)于普通螺栓連接。