★ 1.受拉构件截面形式
受拉构件的截面形式如图9-1所示,当受力较小时,可采用热轧型钢、冷弯薄壁型钢,如图9-1(a)所示。
当受力较大时,可选用型钢或钢板组成的实体截面,如图9-1(b)所示;当构件较长、受力较大时,可选用型钢组成的格构,其截面形式如图9-1(c)所示。
★2.受弯构件截面形式
只承受弯矩或同时承受弯矩和剪力的构件称为受弯构件。实际工程中,主要承受弯曲和剪切作用,而轴向力较小的构件也常称为受弯构件。结构中的受弯构件主要以梁的形式出现,通常广义上的弯曲构件与梁是指同一物体。构件根据弯曲变形的不同,可能在一个主轴平面内弯曲,也可能在两个主轴上弯曲,前者称为单向弯曲构件(梁),后者称为双向弯曲或斜向弯曲构件(梁)。根据支承情况的不同,受弯构件可分为简支梁、连续梁、悬臂梁和斜交梁等。根据其在结构体系传力系统中所起的不同作用,受弯构件分为主梁、次梁等。根据构件截面形式和尺寸是否沿轴线方向变化,有恒截面受弯构件和变截面受弯构件。 在某些情况下,采用变截面梁可以节省钢材;但也可能增加生产成本,按截面构造方法不同,受弯构件可分为实心截面和空心截面,前者又分为型钢截面和焊接组合截面。
采用型钢的受弯构件通常采用截面宽高比较大(0.5~1.0)的工字钢(也叫工字钢)或宽翼缘工字钢(以下简称H型钢)及槽钢(下图(a))。工字钢、H型钢材料在截面上的分布更符合构件受弯特点,型钢用量较少,因此应用较为广泛。槽钢翼缘较小,截面为单轴对称钢结构桁架施工图,剪切中心在腹板外侧,绕截面对称轴弯曲时容易发生扭转,使用中常采取一定的措施,如使外力通过剪切中心传递或加强约束条件等。
冷弯薄壁型钢(下图(b))也是经常用于受弯构件的钢材截面,在常温下加工成型的冷弯薄壁型钢壁厚相对较薄,国内生产的主要产品在1.5~3.0mm范围内,因此多用于承受荷载较小的场合,如房屋建筑中的屋面檩条、墙梁等。
由于轧制设备的限制,当钢材规格不能满足受弯构件的要求,或考虑最大限度节省钢材时,可采用焊接组合截面(下图(c))。它用型钢连接而成。其截面形式比较灵活,在某些情况下,可以使材料的分配更加容易,以满足各种工程需要。从而节省钢材。工字形截面由3块钢板组成,4块钢板组成箱形截面,以及由若干个室组成的多室箱形截面,在工程中也得到广泛的应用。
空心截面(下图(d))可以减少构件的自重,也方便建筑结构中管道的通过,有时还能起到改变外露结构构件空间韵律的作用。
除钢构件外,还有钢筋混凝土与轧制钢材或焊接钢材组成的组合梁,其中用作建筑物楼面、桥梁面板等的混凝土板,也作为梁的构件参与抵抗弯矩。
★ 3.压弯构件类型及截面形式
沿杆轴线受到压力(轴向力),绕截面质心主轴受到弯矩的构件称为压弯构件。若只绕截面一个质心主轴受到弯矩,则称为单向压弯构件;若两个质心主轴上均有弯矩,则称为双向压弯构件。若弯矩可由偏心轴向力引起,则称为偏心压弯构件。
建筑框架中的钢柱大多为典型的压弯构件;如果钢桁架中的弦杆和腹杆较短、较粗,且端部有较强的转动约束,则也属于压弯构件。构件截面形式。
压弯构件的截面形式按其组成成分区分,可以是型钢(图9-3a、b),可以是钢板焊接组合型钢(图9-3c、g),也可以是型钢与型钢的组合型钢,或型钢与钢板的组合型钢(图9-3d、e、f、h、i);
根据几何特征,可有开口截面或闭合截面(图9-3g~j)、双轴对称和单轴对称;除实腹板截面(图9-3a~j)外,为了提高截面的弯曲刚度,常采用格构截面(图9-3k~o)。
2.钢结构构件连接方法
钢结构构件之间的连接方式主要有高强度螺栓连接、焊接等。
★ 1. 立柱之间的连接
柱与柱之间的连接由于柱的截面形状不同而有所区别,如:若柱为H型钢柱,则可采用高强螺栓连接,也可采用高强螺栓与焊接混合连接;若柱为箱形截面柱,则多采用焊接连接。(图9-4)。
★2、柱与梁连接多采用H型钢梁,可采用高强螺栓、焊接或混合连接与柱连接。(图9-5)。
★ 3、梁与梁之间连接可采用高强度螺栓或焊接。
3. 钢构件制造
钢结构工程与混凝土结构工程最大的区别在于其构件大部分是在加工工厂内完成的,因此钢构件的制造质量,特别是尺寸精度,直接影响钢结构现场安装。
加工厂钢构件制造的工艺流程为:编制构件制造指导书→原材料校正→放样、材料编号、切割→打孔、边缘处理→装配焊接→端部加工及摩擦表面处理→除锈涂漆→验收发运。
★ 1. 编制零部件生产指导书
钢构件生产是钢结构工程中一个非常重要的操作工序,生产前应根据设计文件、施工图纸及生产情况编制构件生产施工说明书,其主要内容有:
(1)施工采用的标准、规范;
(2)成品技术要求钢结构桁架施工图,包括工序技术要求、各类技术工种的技术要求;
(3)所用的加工、焊接设备及工艺设备;
(4)焊工、检验人员资格证书;
(5)生产企业的管理和质量保证体系;
(6)各类检验单证。
★ 2. 修正
型材在轧制、运输、装卸、堆放过程中,可能会出现不平整、弯曲、波浪形等表面缺陷。 这些缺陷有些需要在划线、切割前进行矫正,有些则需要在切割后进行矫正。 矫正时应注意以下几点:
(1)碳素结构钢和低合金结构钢应注意正确的环境温度和加热温度。碳素结构钢在环境温度低于-16℃时不宜加热,低合金结构钢在环境温度低于-12℃时不宜加热。应进行冷矫直和冷弯。
(2)加热矫正时,应根据钢的性质选择加热温度,但不得超过900℃。低合金结构钢加热矫正后应缓慢冷却。
(3)矫正后的钢材表面不应有明显的凹状损伤,划痕深度不应大于0.5mm,并应符合现行国家有关表面质量标准的规定,矫正后的钢材的允许偏差应符合有关钢材结构规范或其他设计资料的规定。
★ 3.放样、材料编号及裁剪
放样与样板(样杆)是编号材料的依据。应根据批准的施工图进行放样,并制作样板或样杆,并规定其允许偏差,以方便工序检验。对于平行线距和分段尺寸,宽度、长度、孔距的允许偏差为±0.5mm;对角线差为1.0mm;加工样品的角度允许偏差为±20ˊ。放样应使用经测量验证过的钢尺,经校准的偏差值应计入测量尺寸中。尺寸标注方法应先测总长度,再进行分段尺寸,不要将分段测量值相加,以免误差积累。
编号材料应使用经检验合格的样板(样杆),避免直接使用钢尺造成偏差过大或误读尺寸造成不必要的损失,编号孔应使用与孔径相等的圆规编号孔,并用样冲做记号,以方便钻孔后检查孔位是否正确。样品的允许偏差为:零件尺寸±1.0mm,孔距±0.5mm。
切割又分为机械剪切、气割和锯切。机械剪切用于切割厚度小于12mm的钢板;气割用于切割厚度大于12mm的钢板;锯切用于切割宽翼缘钢材。
★ 4.边缘加工及打孔
切割好的钢板或型钢在焊接、组装前需要进行边缘加工,形成焊接坡口,焊缝坡口加工可采用气割、刮削、坡口机切割等方法进行,边缘加工需要使用样板来控制坡口角度及各部位尺寸:当零件采用气割或机械剪切时,边缘的刨削量不应小于2.0mm。
制孔时应注意孔的类型及其制作要求,A、B级螺栓孔应保证孔距精度和孔壁表面粗糙度;C级螺栓孔,摩擦型高强度螺栓孔径应大于杆径,1.5~2.0mm承压型高强度螺栓孔径比杆径大1.0~1.5mm。
★ 5.装配与焊接
板材、型材由于长度(包括宽度)有限,往往在工厂内采用拼接的方式,一个比较复杂的构件是由许多零件或部件(组合支架等)组合而成的,为减少构件的焊接残余应力,应采用材料拼接和部件组装的方式,焊接矫正后再进行构件组装焊接,通常小组装时先将H型钢与柱焊接在组装台座上,大组装时再将框架短梁与柱焊接,形成梁、柱框架节点。
焊接工艺评定是保证钢结构焊缝质量的前提。通过焊接工艺评定,选定最佳焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数、焊后热处理等,保证焊接接头力学性能满足设计要求。对首次使用的钢材和焊接材料,以及焊接方法和焊后热处理的改变,都必须进行焊接工艺评定。工艺评定合格后,必须写出正式的焊接工艺评定报告和焊接工艺指导书,指导构件的焊接和装配。焊工经考试合格,取得证书后,方可从事焊接工作,焊工停止焊接工作6个月以上,应重新参加考试。
钢板之间的焊接接头形式主要有对接接头、T型接头、角接接头、十字接头等。对接焊缝及对角组合焊缝应在焊缝两端设有引弧和引出焊缝装置。板材材质、坡口形式应与焊件相同。引弧和引出焊缝长度:埋弧焊应大于50mm;手工电弧焊和气体保护焊应大于20mm。焊后应采用气割切断引弧和引出焊缝长度。将板材打磨平整。
角焊缝拐角处应沿拐角处连续焊,起弧点与终止点距焊缝端部距离应大于10mm,角焊缝端部未设引弧器及引出板的连续焊缝,起弧点与终止点距焊缝端部距离应大于10mm,大于10mm,且应填满电弧坑。
焊接厚度大于50mm的碳素结构钢和厚度大于36mm的低合金结构钢时,焊前应进行预热,焊后应进行后热。预热温度应控制在100~150℃;后热温度应控制在100~150℃。由试验确定。预热区在焊缝两侧,每侧宽度应大于焊缝厚度的两倍,且不应小于100mm。
在工厂进行焊接时,除常规的手工电弧焊外,还可采用CO2气体保护电弧焊,此法利用气体对焊缝进行保护,其焊接效率是手工电弧焊的4倍,并可减少夹渣、气泡等缺陷。H型钢的翼缘与腹板及箱形柱四角的焊接与装配,也可采用自动埋弧焊。
对于碳素结构钢,应在焊缝冷却至室温后进行检查,对于低合金结构钢,应在焊后24小时进行检查。端部延伸部分应增加检查长度,增加的长度不得小于焊缝长度的10%,且不得小于200mm;当仍有不可接受的缺陷时,应进行100%的焊缝检查。
螺柱焊后应进行弯曲试验,检查次数不少于1%,用锤击将螺柱头部弯曲至30度时,不应出现可见的裂纹。
★ 6.端铣及摩擦面处理
钢构件端面铣削应在校正合格后进行,铣削两端面时,构件长度允许偏差为2.0mm;零件长度允许偏差为0.5mm;铣削面平面度允许偏差为0.3mm;铣削面轴线垂直度允许偏差为1/500。
钢构件摩擦面处理是指构件与高强度螺栓连接时,钢材对构件接触面进行的表面处理。处理后,接触面抗滑移系数达到设计额定值,一般为0.45~0.55。局部摩擦面可用角磨机打磨,打磨方向应垂直于构件受力方向,范围不小于螺栓孔直径的4倍。摩擦面通常采用喷砂处理,以清除红锈。摩擦面出厂前应按批进行抗滑移试验,其最小值应满足设计要求。
★ 7. 绘画和编号
在钢材表面涂装防护涂层是防止腐蚀的主要手段,涂层种类、涂装层数、涂层厚度均应符合设计要求,当设计对涂层厚度无要求时,以涂装4~5道涂层为宜,涂层干漆膜总厚度:室外宜为150μm,室内宜为125μm,允许偏差为-25μm。当涂装工程由工厂与安装单位联合承担时,每道涂层干漆膜厚度的允许偏差为-5μm。当设计对涂层厚度有要求时,最小涂层干膜厚度加上允许偏差的绝对值即为要求的涂层厚度,当设计对涂层厚度无要求时,其允许偏差应符合规定。涂装时的环境温度应在5~38℃之间,相对湿度不应大于85%。 构件表面有结露时不允许涂漆,涂漆后4小时内不得淋雨。未涂漆的部位不得涂漆。安装焊缝处应暂时留有30-50mm的间隙。
钢构件涂漆后,应在构件上标注原构件编号,大型构件还应标明质量、重心及定位标记。
★ 8.验收及发货
钢构件制造完毕后,必须按照施工图、编制的施工说明书和《钢结构工程施工及验收规范》进行检查验收。钢构件出厂时应提交以下资料:产品合格证;施工图及设计变更文件,设计变更应在施工图相应部分注明;生产过程中技术问题的处理协议文件;钢材、连接材料、涂装材料的质量合格证或试验报告;焊接工艺评定报告;高强螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告、焊缝无损检测报告及涂装层检验资料;主要构件的验收及预装记录等。
包装应在涂层干燥后进行;包装应保护构件涂层不受损伤,保证元器件不变形、损坏或丢失;包装应符合有关的运输规定,包装箱上应标明元器件的名称、数量、质量、重心及吊点位置等内容,并填写装箱清单。