鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法在傳力過(guò)程中，連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。被連接件間應(yīng)保持正確的位置，以滿足傳力和使用要求。

鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接，鉚接和螺栓連接三種方式（圖3-1）。

3.2焊接連接的特性

鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有電弧焊，電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。焊縫連接形式按構(gòu)件的相對(duì)位置可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。（圖3-2）焊縫形式主要有對(duì)接焊縫和角焊縫。其中對(duì)接焊縫按受力方向可分為對(duì)接正焊縫和對(duì)接斜焊縫；角焊縫長(zhǎng)度方向垂直于力作用方向的稱正面角焊縫，平行于力作用方向的稱側(cè)面角焊縫。

焊縫缺陷和焊縫等級(jí)焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。（圖3-3）

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205）規(guī)定，焊縫依其質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)，其中三級(jí)焊縫只要求通過(guò)外觀檢查，即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無(wú)看得見(jiàn)的裂紋，咬邊等缺陷。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬?gòu)?qiáng)度等于被焊金屬?gòu)?qiáng)度的對(duì)接焊縫，必須進(jìn)行一級(jí)或二級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)，即在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無(wú)損檢驗(yàn)。其中二級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20％長(zhǎng)度，且不小于200mm；一級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長(zhǎng)度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。

焊縫代號(hào)

焊縫符號(hào)主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成。（表3-1a）（表3-1b）3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.3

對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

對(duì)接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等。（圖3-4）

對(duì)基焊縫計(jì)算對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布情況基本上與焊件相同?？捎糜?jì)算焊件的方法計(jì)算對(duì)接焊縫。對(duì)于重要的構(gòu)件，按一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，焊縫和構(gòu)件等強(qiáng)，不必另行計(jì)算，只有對(duì)三級(jí)焊縫，才需要計(jì)算。

（1）軸心受力的對(duì)接焊縫

＝N／（lwt）≤fwt或fwc(3-1)式中N——軸心拉力或壓力的設(shè)計(jì)值；

lw——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)采用引弧板施焊時(shí)，取焊縫實(shí)際長(zhǎng)度；當(dāng)無(wú)法采用引弧板時(shí)，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t——在對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度，不考慮焊縫的余高；在T形接頭中為腹板厚度;ftw，fcw——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?？箟汉缚p和質(zhì)量等級(jí)為一、二級(jí)的抗拉焊縫與母材等強(qiáng)，三級(jí)抗拉焊縫強(qiáng)度為母材的85%。（2）受彎、受剪的對(duì)接焊縫計(jì)算

＝M／Ww≤fwt(3-2)＝VS／（Iwt）≤fwV(3-3)(3-4)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

(1)角焊縫的截面角焊縫兩邊夾角一般為900（直角角焊縫），夾角大于1350或小于600的斜角交焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，一般不宜用作受力焊縫。（圖3-5）

角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角的截面，破壞往往從這個(gè)截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he

，當(dāng)

≤90o時(shí)，he

＝0.7hf

；當(dāng)

>90o時(shí)，he

＝hf

cos(/2)。

(2)角焊縫的尺寸限制

焊腳尺寸

hf

應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)，不宜過(guò)大或過(guò)小。對(duì)手工焊，hf應(yīng)不小于，t為較厚焊件的厚度（mm），對(duì)自動(dòng)焊，可減小1mm；

hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。對(duì)于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t≤6mm時(shí)，

hf≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，

hf＝t－(1~2)mm。（圖3-6）

焊縫長(zhǎng)度lw也不應(yīng)太長(zhǎng)或太短，其計(jì)算長(zhǎng)度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。(3)角焊縫計(jì)算的基本公式

(3-5)式中

f——正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，

；但對(duì)直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)取f＝1.0；x、y——按角焊縫有效截面計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的正應(yīng)力；z

——按角焊縫有效截面計(jì)算，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)

(4)常用連接方式的角焊縫計(jì)算

①受軸心力作用時(shí)（圖3-7）焊縫長(zhǎng)度與受力方向垂直（正面角焊縫）：(3-6)焊縫長(zhǎng)度與受力方向平行（側(cè)面角焊縫）

：(3-7)式中l(wèi)w為連接一側(cè)所有焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和，每條焊縫按實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。三面圍焊時(shí)，先按式（3－6）計(jì)算計(jì)算正面角焊縫受力N1，再由N－

N1按式（3－7）計(jì)算。

②彎矩單獨(dú)作用時(shí)（圖3-8）(3-8)式中Ww——角焊縫有效截面的截面模量。

③扭矩單獨(dú)作用時(shí)（圖3-9）(3-9)式中J

——角焊縫有效截面的極慣性矩，J=Ix＋I(xiàn)y；rA——A點(diǎn)至形心o點(diǎn)的距離。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)

將

A分解到x和y方向，有

④彎矩、扭矩、軸心力共同作用時(shí)，分別計(jì)算受力最不利點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，按下式計(jì)算：

(3-10)

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.5螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓在構(gòu)件上的排列可以是并列或錯(cuò)列（圖3-11），排列時(shí)應(yīng)考慮下列要求:

1．受力要求：對(duì)于受拉構(gòu)件，螺栓的栓距和線距不應(yīng)過(guò)小，否則對(duì)鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對(duì)于受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距不應(yīng)過(guò)大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。

2．構(gòu)造要求：若栓距和線距過(guò)大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。

3．施工要求：為便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。圖3-11鋼板上螺栓的排列(a)并列；(b)錯(cuò)列；(c)容許間距3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距見(jiàn)表3-2。注:1.d0

為螺栓孔徑，t為外層薄板件厚度。2.鋼板邊緣與剛性構(gòu)件(如角鋼、槽鋼)相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值采用。

表3-2螺栓的最大和最小容許間距3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.6普通螺栓連接的性能和計(jì)算1.普通螺栓連接的性能普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。

抗剪螺栓連接有五種破壞形式，見(jiàn)圖3-12。3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)??3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)抗拉螺栓連接

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)2.螺栓群計(jì)算當(dāng)螺栓連接處于彈性階段時(shí)，螺栓群中各螺栓受力并不相等，兩端大而中間小(圖3-15a)；當(dāng)螺栓群連接長(zhǎng)度l1不太大時(shí)，隨著外力增加連接超過(guò)彈性變形而進(jìn)入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖3-15b)。但當(dāng)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)處或拼接縫的一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向的連接長(zhǎng)度l1過(guò)大時(shí)，端部的螺栓會(huì)因受力過(guò)大而首先發(fā)生破壞，隨后依次向內(nèi)逐排破壞（即所謂解鈕扣現(xiàn)象）。因此規(guī)范規(guī)定當(dāng)連接長(zhǎng)度l1

大于15d0時(shí)，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù)=1.1－l1/150d0，當(dāng)l1

大于60d0時(shí)，折減系數(shù)取0.7

。因此，當(dāng)外力通過(guò)螺栓群中心時(shí)，可認(rèn)為所有的螺栓受力相同。

①螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算n=N/Nbmin(3-15)此時(shí)應(yīng)驗(yàn)算板的凈截面強(qiáng)度=N/An≤f(3-16)??3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)②螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算圖3-18螺栓群受扭矩作用3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)③螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計(jì)算分別算出扭矩、剪力、軸心力作用下受力最大螺栓的受力，將其分解到x和y兩個(gè)方向，按下式驗(yàn)算：④螺栓群在軸心力作用下的抗拉計(jì)算

n=N/Ntb(3-19)⑤螺栓群在彎矩作用下的抗拉計(jì)算螺栓群在彎矩作用下上部螺栓受拉，因而有使連接上部分離的趨勢(shì)，使螺栓群形心下移。通常假定中和軸在最下排螺栓處，則螺栓的最大拉力為：

圖3-19彎矩作用下的抗拉螺栓計(jì)算

?3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)⑥螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算圖3-20螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力此時(shí)連接傳遞的力有彎矩M=V?e和剪力V，Nt按式(3-20)計(jì)算。3鋼結(jié)南構(gòu)的述連接腎設(shè)計(jì)3.觸7高強(qiáng)墊螺栓教連接梳的性框能和跟計(jì)算1.高強(qiáng)再螺栓匆連接印的性度能高強(qiáng)換螺栓殊連接鞭按受水力特壇征分昌為高強(qiáng)榮螺栓葵摩擦趴型連此接、高強(qiáng)飄螺栓異承壓勇型連酷接和承受偉拉力靈的高溜強(qiáng)螺槽栓連言接。高強(qiáng)悉螺栓設(shè)連接洗的預(yù)準(zhǔn)拉力高強(qiáng)克度螺嚷栓預(yù)垃拉力企設(shè)計(jì)痕值按材料杠強(qiáng)度和螺栓念有效垮截面妻積確定艇，取漂值時(shí)扛考慮圓①螺慘栓材賣料抗攀力的水變異標(biāo)性，溉引入習(xí)折減跪系數(shù)0.兼9；②儲(chǔ)施加斬預(yù)應(yīng)因力時(shí)銳為補(bǔ)哀償預(yù)波拉力扣損失讓超張圖拉5%揚(yáng)~1爆0%，引正入折鄉(xiāng)豐減系緒數(shù)0.舌9；③蹲在扭亂緊螺遼栓時(shí)華，扭牲矩使闖螺栓柏產(chǎn)生元的剪等力將勾降低踐螺栓玩的抗睡拉承輸載力王，引參入折屋減系羞數(shù)1/傷1.把2；④妄鋼材墳由于警以抗剪拉強(qiáng)苦度為俊準(zhǔn)，削引入生附加恒安全燙系數(shù)0.籌9。故喚高強(qiáng)般度螺央栓預(yù)舍拉力殖為3鋼結(jié)頭構(gòu)的望連接貢設(shè)計(jì)高強(qiáng)縣度螺鐘栓連憑接的蔑摩擦含面抗這滑移圍系數(shù)2.高強(qiáng)偏螺栓刪的抗恐剪承艙載力俘設(shè)計(jì)哪值高強(qiáng)敵度螺瓦栓摩鏈擦型姨連接??3鋼結(jié)飯構(gòu)的苦連接伸設(shè)計(jì)高強(qiáng)選度螺槍栓承福壓型狗連接極限之承載肝力由床螺栓破桿身錦抗剪分和孔舊壁承源壓決蒸定，潔摩擦叮力只立起延產(chǎn)緩滑星動(dòng)作污用，稅計(jì)算冤方法屋與普損通螺雨栓相烏同，郊見(jiàn)式(3秋-1建1)和(3萄-1咸2)。3.高強(qiáng)議螺栓潛群的蜜抗剪某計(jì)算①軸心鬧力作榴用時(shí)螺栓真數(shù)按式(3都-1偷5)計(jì)算保，其缸中Nbmi叉n對(duì)摩拿擦型膨?yàn)槭?3凈-2許3)，對(duì)得承壓筒型用甘高強(qiáng)秒度螺古栓的址抗剪背、承五壓承牲載力莫設(shè)計(jì)毛值。構(gòu)件舊凈截瓦面強(qiáng)奪度對(duì)于授承壓歪型連強(qiáng)接，古與普嘉通螺御栓驗(yàn)幣算相誓同；找對(duì)于攤摩擦揉型連協(xié)接，軟要考載慮摩桂擦力駐的作醬用，宏一部盲分剪常力由陪孔前難接觸晨面?zhèn)髯倪f(圖3-跟21卡)。按規(guī)渾范規(guī)河定，注孔前泉傳力堪占螺移栓傳脈力的50全%，則菜截面1－1處凈迅截面前傳力畫(huà)為有了N′以后見(jiàn)，凈揮截面衰驗(yàn)算萌按式(3吉-1跡6)進(jìn)行網(wǎng)。②扭矩禾作用強(qiáng)時(shí)，盲及扭宗矩、弄剪力渡、軸無(wú)心力僚共同兄作用傻時(shí)的臘抗剪共高強(qiáng)叉度螺心栓所識(shí)受剪柜力的錯(cuò)計(jì)算拼，其侍方法遞與普秀通螺陸栓相植同，挪單個(gè)棗螺栓拿所受穩(wěn)剪力忠應(yīng)不坊超過(guò)歲高強(qiáng)畏度螺消栓的西承載祝力設(shè)腹計(jì)值妙。圖3-放21摩擦瓜型高臘強(qiáng)螺邊栓孔勸前傳謀力3鋼結(jié)票構(gòu)的辰連接傷設(shè)計(jì)4.高強(qiáng)徒螺栓杜群的痕抗拉鑄計(jì)算抗拉執(zhí)承載診力設(shè)量計(jì)值高強(qiáng)員度螺局栓連冠接由背于螺追栓中味的預(yù)覆拉力殺作用裙，構(gòu)擴(kuò)件間匪在承門受外腰力作千用前訓(xùn)已經(jīng)等有較示大的畫(huà)擠壓毒力，拿高強(qiáng)垂度螺建栓受譽(yù)到外侵拉力腐作用熔時(shí)，什首先贈(zèng)要抵茂消這蹲種擠候壓力琴。分益析表撞明