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第六章金属结构工程
第一节基础知识
一、钢材的使用
角钢、槽钢、工字钢、钢板等常以组合的型式应用于钢屋架、钢支撑、钢柱、钢墙架、钢梁、钢檩条和钢操作平台等。
圆钢及钢管常用于建筑物的栏杆、扶梯、扶手及护栏等。
钢轨在一般结构中不常用,主要是应用于工业厂房中的吊车轨道、塔式起重机行驶轨道和车间铁路路轨。
二、钢构件的连接
钢构件是一定的方式将各个构件(已加工过的零部件)组合连成整体的构件。构件(零件)间要保持正确(准确)的相互位置,以满足传力和使用要求。连接部件应有足够的静力强度和疲劳强度。连接的加工和组装比较复杂,占用工作量较大,因此连接组装是钢结构设计和施工中的重要环节。好的连接组装,应当符合安全可靠、节省钢材、构造简单和施工方便的原则。
钢结构的组装连接方式分为焊接、铆接、栓接(普通螺栓和高强螺栓)。
(一) 焊接的优点是构造简单,加工上方便,容易采用自动化操作和省工时,不削弱杆件截面,可节约钢材。其缺点是对疲劳较敏感,当一些较大截面和构件厚度大时,焊缝必须多次施焊,在操作上及消耗上,不但优点减少,更主要是容易引起构件产生很大的收缩应力和收缩变形,当构件上动力荷载很大时,由于焊缝的刚度较大,而不能经常保证结构均匀工作,可能产生局部新的超应力。所以直接承受动力荷载的结构连接,不宜用焊接。
(二) 铆接方法主要应用于桥梁工程钢构件的连接
铆接原理是把构件应铆位置冲孔(钻孔),把需要连接的孔位对正,把铆钉穿入孔,将突出端头压打成封闭钉头。
铆接方法有两种,即热铆和冷铆。
常见的铆接形式有三种,即搭接连接、单盖板连接和双盖板连接。
铆接方法特点是韧性和塑性较好,传力可靠,质量容易检查。但构造较复杂,用钢量多,施工麻烦。其适用范围为直接承受动力荷载的结构连接。
(三) 连接一般分普通螺栓和高强螺栓连接两种,普通螺栓又分为粗制和精制两种。
普通螺栓一般用A3F钢材制成。
螺栓连接的应用:螺栓连接方法在建筑中,尤其是钢结构中,应用广泛,主要是制作安装简便,造价相对低,不需要特殊设备,工效快,所以常常将螺栓连接方法用做可拆卸构件连接,临时安装连接(如在构件组成焊接或铆接前)及永久性连接构件。
连接主要有三种形式:精、粗制螺栓连接、槽纹螺栓连接和锚栓连接。
三、金属结构构件
金属结构构件常用作跨度较大,荷载较大,有动力荷载的承重结构,在工业建筑中用途尤其广。金属结构构件由许多钢杆件组装而成,杆件联结有焊接、铆接、螺栓连接等形式。简单的金属结构构件一般在制作中一次成型,而较长的或跨度较大杆体较多的如钢柱、屋架、天窗架等,一般在加工厂制作后运到施工现场,再拼装成整体。
房屋钢结构构件中,按用途通常分为三部分,即承重构件如柱、吊车梁、屋架、天窗架、托架、墙架、挡风架、檩条等;支撑构件如支撑、拉杆等;其他构件如铁栏杆、操作平台、钢梯等。
金属结构构件按施工阶段划分,一般分为构件制作、运输、安装、刷油四个阶段,因此,金属结构构件按施工阶段划分需要套用4至5个定额子目。
(一) 钢柱
钢柱是承受竖向荷载的构件,定额分为空腹柱、实腹柱。空腹式钢柱是用钢板围焊成矩形,中间呈空心状的柱子。实腹式钢柱其腹部以钢板连结两边翼板(腹板)呈“H”形的柱子。
(二) 钢屋架、钢托架、钢网架
定额中钢屋架分为普通钢屋架、轻型钢屋架两类。
普通钢屋架适用于跨度较大,一般跨度在18m以上的厂房中。普通钢屋架中的受力构件全部或绝大部分用热轧角钢或热轧槽钢组成。屋架节点处用节点板连接,普通屋架的形式多为梯形。轻钢屋架一般跨度不超过18m,屋架构件采用圆钢筋,小角钢和薄钢板等材料,截面较小,极少数节点用节点板连接,一般每榀重量小于lt。这种屋架取材方便、自重轻、便于制作与安装。
钢托架外形象倒置的屋架,所起的作用与梁有些相似。当柱间距加大时,在两根柱之间可置一根托架梁于柱牛腿上,用以替代由于柱间距加大而被省掉的柱,以承受屋架,并将屋面荷载传递到所搁置的柱上,。
(三) 钢吊车梁、制动梁、车挡
钢梁是钢结构中常见的一种跨空间构件,梁承受荷载后传递到柱,由柱再传至基础上,同时钢梁还起到建筑物的整体稳固拉接作用。钢制动梁是防止吊车梁产生侧向弯曲,与吊车梁连接在一起加强吊车梁侧向刚度的一种钢构件。跨度较小的吊车梁,制动梁做成板式,称为制动板,当跨度较大时将制动梁做成桁架形式,称为制动桁架,。车挡是在吊车梁的尽端,为防止吊车在行驶过程中撞击山墙而设置的一种阻挡装置,它的大小与吊车梁的超重量有关。
制动梁构造
(四) 钢支撑、钢檩条、钢墙架、天窗架、挡风架
钢支撑是用以增加建筑物的整体刚度和侧向稳定性,传递吊车水平荷载、风荷载的构件。钢支撑按其作用部位分屋