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钢结构工程本章主要内容：•钢结构加工制作工艺•钢结构构件的焊接•紧固件连接工程•单层钢结构安装工程•多层及高层钢结构安装工程•钢网架结构安装工程•钢结构涂装工程•工程实践案例(自学)•钢结构工程是用钢板、型钢和圆钢等通过焊接、铆接、螺栓连接等方式组装而成的结构。与其他结构比较，钢结构具有强度高，塑性和韧性、匀质性和同向性都比较好；结构的重量轻；焊接构造简单,加工方便；施工周期短和精度高等特点，因而在建筑、桥梁等土木工程中被广泛采用。第一节钢结构加工制作工艺•一、钢结构加工制作•（一）加工制作前的准备工作•1．加工制作图•设计院提供的设计图是不能直接用来加工制作钢结构，而是要考虑加工工艺，如公差配合、加工余量、焊接控制等因素后，在原设计图的基础上绘制加工制作图。加工制作图是最后沟通设计人员及施工人员的意图，它起到制作要领书的作用，又是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、打孔、弯制、拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、发送等各项作业的指示书，还起到进行高水平管理的检查表的作用。•2．加工制作前施工条件的分析•绘制加工制作图或审查设计图应边审边分析研究施工条件或者难易程度，必须认真分析焊接难度大的部分，是否使用高强螺栓及紧固器具，在狭窄处能否保持焊条的焊接角度等。•3．钢卷尺•在钢结构工程中，主要使用皮尺、宽带钢卷尺及凸面钢卷尺中任何一种一级产品。最好使工厂用卷尺和现场用卷尺属同一类产品，也就是各工种之间使用“同一把尺”。如果有困难，则10m之间的相互差值控制在0.5mm之内。•4．上岗操作人员应进行培训和考核，特殊工种应进行资格确认，充分做好各项工序的技术交底工作。•（二）钢结构加工制作的工艺程序•1．放样•放样是根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，按照1：1的比例把产品或零、部件的实形画在放样台或平板上，求取实长并制成样板的过程。对比较复杂的壳体零、部件，还需要作图展开。放样的步骤如下：•（1）仔细阅读图纸，并对图纸进行核对。•（2）准备放样需要的工具，包括：钢尺、石笔、粉线、划针、圆规、铁皮剪刀等。•（3）准备好做样板和样杆的材料,一般采用薄铁片和小扁钢。可先刷上防锈油漆。•（4）放样以1：1的比例在样板台上弹出大样。当大样尺寸过大时，可分段弹出，尺寸划法应避免偏差累积。•（5）先以构件某一水平线和垂直线为基准，弹出十字线；然后据此逐一划出其他各个点和线，并标注尺寸。•（6）放样过程中，应及时与技术部门协调；放样结束，应对照图纸进行自查；最后应根据样板编号编写构件号料明细表。•2．号料•号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。号料的步骤：•（1）根据料单检查清点样板和样杆，点清号料数量。号料应使用经过检查合格的样板与样杆，不得直接使用钢尺。•（2）准备号料的工具，包括石笔、样冲、圆规、划针、凿子等。•（3）检查号料的钢材规格和质量。•（4）不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并依据先大后小的原则依次号料。对于需要拼接的同一构件，必须同时号料，以便拼接。•（5）号料时，同时划出检查线、中心线、弯曲线，并注明接头处的字母、焊缝代号。•（6）号孔应使用与孔径相等的圆规规孔，并打上样冲作出标记，便于钻孔后检查孔位是否正确。•（7）弯曲构件号料时，应标出检查线，用于检查构件在加工、装焊后的曲率是否正确。•（8）在号料过程中，应随时在样板、样杆上记录下已号料的数量，号料完毕，则应在样板、样杆上注明并记下实际数量。•3．切割下料•切割的目的就是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。常用的切割方法有：气割、机械剪切和等离子切割三种方法。•（1）气割法：是利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自行燃烧，通过高压氧气射流，将氧化物吹除而引起一条狭小而整齐的割缝。随着割缝的移动，使切割过程连续切割出所需的形状。气割前，应将钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后，应清除熔渣和飞溅物。•（2）机械切割法：可利用上、下两剪刀的相对运动来切断钢材，或利用锯片的切削运动把钢材分离，或利用锯片与工件间的摩擦发热使金属熔化而被切断。常用的切割机械有剪板机、联合冲剪机、弓锯床、砂轮切割机等。•（3）等离子切割法：是利用高温高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并吹掉来完成切割，所以能切割任何金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。•4．坡口加工•焊接质量与坡口加工的精度有直接关系，如果坡口表面粗糙有尖锐且深的缺口，就容易在焊接时产生不熔部位，将在事后产生焊接裂缝。又如，在坡口表面粘附油污，焊接时就会产生气孔和裂缝，因此要重视坡口质量。坡口加工一般可用气体加工和机械加工，在特殊的情况下采用手动气体切割的方法，但必须进行事后处理，如打磨等。•5．开孔•在焊接结构中，不可避免地将会产生焊接收缩和变形，因此在制作过程中，把握好什么时候开孔将在很大程度上影响产品精度。特别是对于柱及梁的工程现场连接部位的孔群的尺寸精度直接影响钢结构安装的精度，因此把握好开孔的时间是十分重要的，一般有四种情况：•（1）在构件加工时预先划上孔位，待拼装、焊接及变形矫正完成后，再划线确认进行打孔加工。•（2）在构件一端先进行打孔加工，待拼装、焊接及变形矫正完成后，再对另一端进行打孔加工。•（3）待构件焊接及变形矫正后，对端面进行精加工，然后以精加工面为准线，划线、打孔。•（4）在划线时，考虑了焊接收缩量、变形的余量、允许公差等，直接进行打孔。•常用的机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻床、桁式摇臂钻床、多轴钻床、NC开孔机，打孔后应用磨光机清除孔边毛刺。•6．组装•（1）组装的零件、部件应经检查合格，连接件和沿焊缝边缘约50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢、油迹等应清除干净。•（2）钢材的拼接应在组装前进行。构件的组装应在部件组装、部件焊接、部件矫正后进行。•（3）组装可采用胎夹具方法。当在平台上组装时，平台的平面高低差不得超过4mm。构件的组装应根据结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素，确定合理的组装顺序。•（4）组装的质量要求：除工艺要求外零件组装的间隙不得大于1.0mm。对顶紧接触面应有75%以上面积紧贴，用0.3mm塞尺检查，其塞入面积不得大于25%，边缘最大间隙不得大于0.8mm。金属接触部分的精加工可用龙门铣床、卧式镗床、牛头刨床、斜面切削机等来进行。•组装的隐蔽部位应在焊接（详见本章第2节）和涂装（详见本章第7节）检查合格后方可封闭。•二、钢结构构件的验收、运输、堆放•（一）钢结构构件的验收•钢构件加工制作完成后，应按照施工图和《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）的规定进行验收，有的还分工厂验收、工地验收，因工地验收还增加了运输的因素，钢构件出厂时，应提供下列资料：•（1）产品合格证。•（2）施工图的设计变更文件。•（3）制作中技术问题处理的协议文件。•（4）钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试验报告。•（5）焊接工艺评定报告。•（6）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告，焊缝无损检验报告及涂层检测资料。•（7）主要构件检验记录。•（8）预拼装记录：由于受运输、吊装条件的限制，另外设计的复杂性，有时构件要分二段或若干段出厂，为了保证工地安装的顺利进行，在出厂前进行预拼装。•（9）构件发运和包装清单。•（二）构件的运输•（1）发运的构件，在易见部位用油漆标上重量及重心位置的标志，以免在装、卸车和起吊过程中损坏构件。节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施，零星的部件等都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束包装发运。•（2）大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输车辆的性能、码头状况、运输船只来编制运输方案。在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期要求来编制构件的运输顺序。•（3）运输构件时，应根据构件的长度、重量和断面形状选用车辆；构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不损伤涂层。构件起吊必须严格按设计吊点起吊。•（三）构件的堆放•（1）构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场的堆放场。构件堆放场地应平整坚实，无水坑、冰层，并应排水通畅，有较好的排水设施，同时有车辆进出的回路。•（2）构件应按种类、型号、安装顺序划分区域，插立标志牌。构件底层垫块要有足够的支承面，不允许垫块有大的沉降量，堆放的高度应有计算依据，以最下面的构件不产生永久变形为准，不得随意堆高。••（3）在堆放中，发现有变形不合格的构件，则严格检查，进行矫正，然后再堆放。不得把不合格的变形构件堆放在合格的构件中，否则会影响安装进度。•（4）对于已堆放好的构件，要派专人汇总资料。建立完善的构件进出厂管理制度，严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件进行适当保护，避免风吹雨打、日晒夜露。第二节钢结构构件的焊接•一、钢结构构件常用的焊接方法•焊接是借助于能源，使两个分离的物体产生原子（分子）间结合而连接成整体的过程。•采用焊接方法不仅可以连接金属材料，如钢材、铝、铜、钛等；还能连接非金属，如塑料、陶瓷；甚至还可以解决金属和非金属之间的连接，我们统称为工程焊接。用焊接方法制造的结构称为焊接结构，又称工程焊接结构。•根据对象和用途大致可分为建筑焊接结构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构、导电性焊接结构四类，我们所称的钢结构包含了这四类焊接结构。选用的结构材料是钢材，而且大多为普通碳素钢和低合金结构钢，主要的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺柱焊、点焊等。•（一）手工电弧焊•依靠电弧的热量进行焊接的方法称为电弧焊，手工电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊，是钢结构焊接中最常用的方法。•手工电弧焊的原理，如图7—1所示，焊条和焊件就是两个电极产生电弧，电弧产生大量的热量，熔化焊条和焊件。焊条端部熔化形成熔滴，过渡到熔化的焊件的母材上融合，形成熔池并进行一系列复杂的物理——冶金反应。随着电弧的移动，液态熔池逐步冷却、结晶，形成焊缝。在高温作用下，冷敷于电焊条钢芯上的药皮熔融成溶渣，覆盖在熔池金属表面，它不仅能保护高温的熔池金属不与空气中有害的氧、氮发生化学反应，并且还能参与熔池的化学反应和渗入合金等，在冷却凝固的金属表面，形成保护渣壳。•（二）气体保护电弧焊•又称为熔化极气体电弧焊，以焊丝和焊件作为两个极，两极之间产生电弧热来熔化焊丝和焊件母材，同时向焊接区域送入保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的空气隔开，焊丝自动送进，在电弧作用下不断熔化，与熔化的母材一起融合，形成焊缝金属。其原理如图7—2所示。•这种焊接法简称GMAW（GasMetalArcWelding）由于保护气体的不同，又可分为CO2气体保护电弧焊，是目前最广泛使用的焊接法，特点是使用大电流和细焊丝，所焊接速度快、熔深大、作业效率高。•（三）自保护电弧焊•自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护电弧焊相比抗风性好，风速达10m/s时仍能得到无气孔而且力学性能优越的焊缝。由于自动焊接，因此焊接效率极高。焊枪轻，不用气瓶，因此操作十分方便，但焊丝价格比CO2保护焊要高。•（四）埋弧焊•埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一种电弧焊。向熔池连续不断送进的裸焊丝，既是金属电极，也是填充材料，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝、母材熔化而形成熔池。熔融的焊剂成熔渣，覆盖在液态金属熔池的表面使高温熔池金属与空气隔开。焊剂形成熔渣除了起保护作用外，还与熔化金属参与冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。•（五）窄间隙焊接•本方法是利用已有的气体保护焊的特别技术，具有焊接接头的坡口截面面积比手工电弧焊或气体保护焊的坡口截面面积小，这是本方法的特点。•窄间隙焊接可以在平焊、横焊和立焊位置进行，横焊适合工程现场的柱接头，平焊和立焊分别适合于工厂内箱形柱的角接头和柱与梁的焊接。•（六）螺柱焊接•螺柱焊接是在螺柱与母材之间通以焊接电流，使相互接触的局部加热并接合的方法，