2018二级建筑师建筑结构与设备：钢结构的连接讲义

　　一、钢结构的连接方法

　　采用组合截面的钢构件需用连接将其组成部分即钢板或型钢连成一体。整个钢结构需在结点处用连接将构件拼装成整体。因此，钢结构连接设计好坏将直接影响钢结构的质量和经济。

　　钢结构的连接方法，历史上曾用过销钉、螺栓、铆钉和焊缝等连接，其中销钉和铆钉连接已不在新建钢结构上使用，因此以下不再涉及此两种连接。

　　1.焊缝连接

　　焊缝连接是当前钢结构的主要连接方式，手工电弧焊和自动(或半自动)埋弧焊是目前应用最多的焊缝连接方法。与螺栓连接相比，焊接结构具有以下的优点：

　　(1)比较图6-7所示钢板的螺栓连接和焊缝连接，可见焊缝连接不需钻孔，截面无削弱;不需额外的连接件，构造简单;从而焊缝连接可省工省料，得到经济的效果。这些可以说是它的最大的优点。

　　(2)焊接结构的密闭性好、刚度和整体性都较大。此外，有些结点如钢管与钢管的Y形和T形连接等，除焊缝外是较难采用螺栓连接或其他连接的。

　　焊缝连接也存在以下一些不足之处：

　　(l)受焊接时的高温影响，焊缝附近的主体金属易导致材质变脆。

　　(2)焊缝易存在各种缺陷，因而导致构件内产生应力集中而使裂纹扩大。

　　(3)由于焊接结构的刚度大，个别存在的局部裂纹易扩展到整体。

　　前面曾提及特别是焊接结构容易发生低温冷脆现象，就是这个原因。

　　(4)焊接后，由于冷却时的不均匀收缩，构件内将存在焊接残余应力，可使构件受荷时部分截面提前进人塑性，降低受压时构件的稳定临界应力。

　　(5)焊接后，由于不均匀胀缩而使构件产生焊接残余变形，如使原为平面的钢板发生凹凸变形等。

　　由于焊缝连接存在以上不足之处，因此设计、制造和安装时应尽量采取措施，避免或减少其不利影响。同时必须按照国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》中对焊缝质量的规定进行检查和验收。

　　若对材料选用、焊缝设计、焊接工艺、焊工技术和加强焊缝检验等五方面的工作予以注意，焊缝容易脆断的事故是可以避免的。

　　2.螺栓连接

　　(1)螺栓的种类

　　钢结构连接用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓一般为六角头螺栓，产品等级分为A、B、C三级。对C级螺栓一般可采用Q235钢，由热轧圆钢制成，为粗制螺栓，对螺栓孔的制作要求也较低，在普通螺栓连接中应用最多。产品等级为A级和B级的普通螺栓为精制螺栓，对螺栓杆和螺栓孔的加工要求都较高。普通螺栓的安装一般用人工扳手，不要求螺杆中必需有规定的预拉力。

　　钢结构中用的高强度螺栓，有特定的含义，专指在安装过程中使用特制的扳手，能保证螺杆中具有规定的预拉力，从而使被连接的板件接触面上有规定的预压力。为提高螺杆中应有的预拉力值，此种螺栓必须用高强度钢制造，由中碳钢或合金钢等经过热处理(淬火并回火)后制成，强度较高。前面介绍的普通螺栓中的A级和B级螺栓(性能等级为5.6和8.8级)虽然也用高强度钢制造，但仍称其为普通螺栓。高强度螺栓的性能等级有8.8级和10.9级两种。高强度螺栓由中碳钢或合金钢等经热处理(淬火并回火)后制成，强度较高。8.8级高强度螺栓的抗拉强度fub不小于800N/mm2，屈强比为0.8。10.9级高强度螺栓的抗拉强度不小于I000N/mm2，屈强比为0.9。

　　钢结构连接中常用螺栓直径d为16、18、20、22、24mm。

　　(2)螺栓连接的种类

　　螺栓连接由于安装省时省力、所需安装设备简单、对施工工人的技能要求不及对焊工的要求高等优点，目前在钢结构连接中的应用仅次于焊缝连接。螺栓连接分普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。按受力情况又各分为三种：抗剪螺栓连接、杭拉螺栓连接和同时承受剪拉的螺栓连接。

　　普通螺栓连接中常用的是粗制螺栓(C级螺栓)连接。其抗剪连接是依靠螺杆受剪和孔壁承压来承受荷载，如图6-8所示。其抗拉连接则依靠沿螺杆轴向受拉来承受荷载。粗制螺栓的抗剪连接，一般只用于一些不直接承受动力荷载的次要构件如支撑、擦条、墙梁、小析架等的连接，以及不承受动力荷载的可拆卸结构的连接和临时固定用的连接中。相反，由于螺栓的抗拉性能较好，因而常用于一些使螺栓受拉的工地安装结点连接中。

　　普通螺栓连接中的精制螺栓(A、B级螺栓)连接，因质量较好可用于要求较高的抗剪连接，但由于螺栓加工复杂，安装要求高(孔径与螺杆直径相差无几)，价格昂贵，目前常为下面将介绍的高强度螺栓摩擦型连接所替代。

　　高强度螺栓连接也有两类，一是摩擦型连接，另一是承压型连接。摩擦型连接的高强度螺栓连接在受到如图6-8所示荷载时，是依靠连接板件间的摩擦力来承受荷载。高强度螺栓摩擦型连接以板件间的摩擦力刚要克服作为承载能力极限状态，连接的变形小，连接紧密，耐疲劳，易安装，可拆换，在动力荷载作用下不宜松动。由于这些优点，它在高层建筑现场安装连接节点上，大跨度房屋，重型厂房和大型构件的现场拼接节点等重要连接中已广泛应用，已取代铆钉连接和精制螺栓连接。

　　高强螺栓承压型连接对螺栓材质、预拉力大小和施工安装等的要求与摩擦型的完全相同，只是它是以摩擦力被克服、结点板件发生相对滑移后孔壁承压和螺栓受剪破坏作为承载能力极限状态，因此它的承载能力高于高强度螺栓摩擦型连接，可节省连接材料。但这种连接由于在摩擦力被克服后将产生一定的滑移变形，因而其应用受到限制。规范规定它只能用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构中。连接处构件接触面的表面处理要求较摩擦型连接为低，仅要求清除油污及浮锈。承压型连接的工作性能与普通螺栓的完全相同，只是由于螺杆预拉力的作用和高强度钢的应用使连接的性能优于普通螺栓连接。