在图纸钢结构的设计说明中,或许出于结构抗震考虑或规范要求,往往要求柱翼缘与底板的焊接采用全熔透焊,质量等级定为一两个。这不仅降低了功率,而且成本极其昂贵,而且我们还得考虑24小时后进行超声波探伤,这至少会使制造成本增加一倍。例如:
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第10.1.3条规定,刚架构件翼缘与端板或柱底板的连接应采用全熔透对接焊缝,当翼缘厚度大于12mm[图像]1];在其他情况下,应采用同等强度的角焊缝[图3]
《高层民用建筑钢结构技术规程》第8.1.4条规定,梁、柱刚性连接时,梁翼缘与柱的连接、框架柱的拼接、梁与柱之间的连接、柱体及外露柱脚底板、支腿桁架等。重要受拉构件的拼接宜采用一级全焊透焊缝,其他全焊透焊缝宜采用二级全焊透焊缝。
《多层、高层民用建筑钢结构节点详图结构图》P34——注2、柱底端应地面平整、严密。此时,柱翼缘与底板可采用半熔透坡口对接焊缝连接。
《多层及高层民用建筑钢结构节点详图结构图》P35-注1、当为抗震结构时,柱底与底板宜采用全贯通槽对接焊接。当为非抗震结构时,柱底采用半透沟槽对接接头;
事实上多,高层民用建筑钢结构节点构造详图,很多柱脚在任何主要条件下都不会产生拉力,或者只产生很小的拉力。柱翼缘与底板的焊接经过计算(在地面作用下可采用超弹性承载力的设计思想)并采用角度。焊接连接更加合理。
【2012年一级结构真题】柱底板厚度为16mm,端部要求铣平,焊缝总长按lw=l040mm计算。在试验室中,柱与楼板之间的焊缝采用以下哪种方法最为合理?
(A) 角焊缝连接,焊脚尺寸为8mm
(B)立柱与底板焊透,一级焊缝质量要求
(C)立柱与底板的熔深、二次焊缝质量要求
(D)角焊缝连接,焊脚尺寸为12mm答案](A)
按《钢材标准》第12.7.3条规定,焊脚尺寸应满足
按《钢材标准》11.3.5条规定,hf≥6mm
T形连接单面角焊缝hf=6+1=7mm
应选择答案A。
【问题解决说明】
根据《钢标准》第12.7.3条规定,当轴压柱或弯曲柱端部为铣削端时,柱的最大压力宜由铣削端直接传递,连接焊缝或螺栓应按最大压力。最大剪力的15%与最大剪力中的较大值进行剪切计算;当受拉区域出现受压弯柱时,该区域的连接仍应按最大拉力计算;从其沉降结构可以看出,计算值很小。
根据钢标准第11.3.5条的规定,角焊缝的尺寸应符合下列要求:
1 角焊缝的最小计算长度宜为焊腿尺寸的8倍,且不宜小于40mm;焊缝的计算长度应为焊缝长度扣除起弧和收弧长度后的长度;
2 间断角焊缝段的最小长度不应小于最小计算长度;
3 角焊缝的最小焊脚尺寸应按表11.3.5确定。承受动载荷时,角焊缝焊脚尺寸不应小于5mm;
4、待焊构件中较薄板厚度不小于25mm时,宜采用局部坡口角焊缝;
5、焊接连接采用角焊。不适合将厚板与薄板焊接。
注:1 当采用不预热的非低氢焊接方法进行焊接时多,高层民用建筑钢结构节点构造详图,t等于焊接连接部分中较厚部分的厚度,宜采用单道焊缝;采用预热非低氢焊接方法或低氢焊接方法。焊接时,t等于焊接连接部分中较薄部分的厚度;
2 焊缝尺寸hf不要求超过焊接连接部分中较薄部分的厚度。
焊缝的最小计算高度应满足焊缝施工要求。显然,如上计算的焊缝高度不满足结构要求。因此,该问题的正确答案应该是根据钢标准第11.3.5条结构规定计算的结果。
从上述应力计算结果和结构要求计算结果可以看出,柱翼缘与底板的焊接采用角焊缝是合理的,但统一采用渗透焊则有点不经济。