常見建筑鋼結(jié)構(gòu)基本連接工藝的對(duì)比

何鍇　徐芳潔

摘 要：今年來(lái)，我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、材料制造、連接工藝、防護(hù)技術(shù)、計(jì)算理論都有了迅速的進(jìn)展。作為建筑鋼結(jié)構(gòu)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種連接方法在新材料、新工藝、新方法的不斷涌現(xiàn)下顯得越來(lái)越重要。對(duì)此文章對(duì)現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的連接工藝和基本原理進(jìn)行了闡述，并介紹了一般情況下鋼構(gòu)件的構(gòu)造方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；連接；節(jié)點(diǎn)

1 連接方法探索的重要性

鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式通常有剛度破壞、強(qiáng)度破壞、穩(wěn)定性破壞、疲勞破壞等而非單一因素引起。連接處是構(gòu)件最薄弱的地方，無(wú)論采用哪種連接方式，破壞大多發(fā)生在構(gòu)件連接處。為保證結(jié)構(gòu)的整體安全，構(gòu)件的連接處必須堅(jiān)固可靠。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)連接基本方法

鋼結(jié)構(gòu)連接方法有焊接和緊固件連接，緊固件連接又分為鉚接和螺栓連接。螺栓連接是由螺栓、螺母、墊圈的一套配合器具，利用螺紋連接，使構(gòu)件連接成一個(gè)整體。這種連接的特點(diǎn)是用扳手就可以安裝，可以反復(fù)拆卸。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接

2.1.1 普通螺栓連接。普通螺栓連接的工作機(jī)理是，載荷在連接處通過(guò)螺栓桿受剪，連接板孔壁受壓來(lái)傳遞。

2.1.2 高強(qiáng)度螺栓連接。高強(qiáng)度螺栓連接依靠螺栓桿內(nèi)很大的擰緊預(yù)拉力將連接構(gòu)件夾緊，使其間產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力來(lái)傳遞載荷。

高強(qiáng)度螺栓連接按其設(shè)計(jì)和傳力要求的不同可分為摩擦型連接和承壓型連接，其中摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接是目前廣泛采用的基本連接形式。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的鉚接

鉚接是將構(gòu)件采用鉚釘連成不可拆卸的結(jié)構(gòu)形式。鉚接具有傳力可靠，連接部位的塑性、沖擊韌性較好，工藝簡(jiǎn)單，連接強(qiáng)度穩(wěn)定性可靠，不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象的特點(diǎn)。

但是由于鉚釘連接的構(gòu)造復(fù)雜，生產(chǎn)率低，制孔打鉚費(fèi)工、費(fèi)料，釘孔削弱主材截面。因此，除了在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中仍有應(yīng)用外，一般建筑鋼結(jié)構(gòu)中已很少采用。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)焊接連接

鋼結(jié)構(gòu)熔化焊接的過(guò)程是一個(gè)在焊接熱源作用下，局部、快速、不平衡的連續(xù)加熱和凝固的過(guò)程。

2.3.1 焊條電弧焊。焊條電弧焊：焊機(jī)通電后，焊條與工件之間的氣體被電離，產(chǎn)生強(qiáng)烈持久的放電，即形成持續(xù)燃燒電弧。電弧高溫使焊條中的焊絲熔化，滴落在焊件上被電弧吹熔的小熔池中。當(dāng)焊縫接頭冷卻后，相連構(gòu)件被連接成為一個(gè)整體。這種焊接方式因其設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，成為目前最常用的一種焊接方法。但焊接質(zhì)量因工人技術(shù)而異、難以保證。

2.3.2 埋弧自動(dòng)焊。埋弧焊以電弧為熱源，焊接時(shí)電弧掩埋在焊劑內(nèi)燃燒，電弧光不外露，因而得名埋弧焊。埋弧焊的引焊全過(guò)程均可由機(jī)械裝置自動(dòng)完成。有著生產(chǎn)效率高、焊接金屬品質(zhì)良好、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)備費(fèi)用高，焊接位置受限，裝配精度要求高。該方法在橋梁、起重機(jī)械制造中應(yīng)用最為廣泛。

2.3.3 氣體保護(hù)電弧焊。氣體保護(hù)焊是利用CO2或其他惰性氣體中對(duì)電弧及熔化母材進(jìn)行保護(hù)，防止有害氣體的侵入并保證了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性的熔焊方法。CO2氣體與氮?dú)?、氬氣相比價(jià)格便宜，經(jīng)濟(jì)性好。因而CO2焊的成本只有焊條電弧焊的一半左右。在合金鋼和有色金屬的焊接中，CO2氣體保護(hù)焊應(yīng)用最廣泛。

2.3.4 電阻焊。電阻焊是利用電流通過(guò)接頭的接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，再通過(guò)加壓使其焊合的一種金屬結(jié)合方法。電阻焊只適用于較薄構(gòu)件的連接。

3 鋼構(gòu)件連接的構(gòu)造方式

在具有了以上基本的鋼構(gòu)件連接方法后，結(jié)構(gòu)工程師們?cè)谶@些連接工藝的基礎(chǔ)上，不斷探索與創(chuàng)新，研究出了許多的結(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造方式來(lái)適應(yīng)不同體型的工程建筑結(jié)構(gòu)的需求。

3.1 直接連接

直接連接是將主要受力構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)部位直接貫通，而其它相對(duì)次要的受力構(gòu)件直接焊接在主要構(gòu)件上。如柱的接合與梁的接合。這種連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)部分傳力直接、構(gòu)造簡(jiǎn)單，適用于小型住宅等結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的建筑。

3.2 托座連接

托座連接是指從主要受力構(gòu)件上伸出一個(gè)托座或牛腿，其它構(gòu)件通過(guò)焊縫或螺栓和托座連接在一起的連接方式。托架是比較常見的托座式連接方式。這種連接方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝配方便，不需要特別的加工工藝，因而在各種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接中的運(yùn)用廣泛。

3.3 連接件連接

在一些大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系中，構(gòu)件數(shù)量多，尺寸變化大、方向各異，為方便連接，常設(shè)計(jì)制作專門的連接件，進(jìn)行連接。連接件式連接的優(yōu)點(diǎn)是：（1）構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，簡(jiǎn)化構(gòu)件類型，只需一種通用構(gòu)件就可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的連接；（2）可以利用較小尺寸的桿件連接組成大型結(jié)構(gòu)，如空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就是通過(guò)專用的連接件，將數(shù)量很多的小型構(gòu)件連接成跨度很大的空間結(jié)構(gòu)；（3）可以很方便的實(shí)現(xiàn)不同方向桿件的連接。按連接件制作加工方法不同可以將連接件式連接分為焊接連接件連接和鑄鋼連接件連接。

3.3.1 焊接連接件。焊接式連接件是在工廠用焊縫連接的方法，按照構(gòu)件連接的需要，制作出來(lái)的具有多向接口的連接件。焊接式連接件對(duì)連接件大小沒(méi)有限制，可以制作成較大的連接安裝單元，能夠?qū)崿F(xiàn)大型或者巨型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接。如北京“鳥巢”國(guó)家體育場(chǎng)就是通過(guò)焊接的方式將形態(tài)不規(guī)則的巨型構(gòu)件連接起來(lái)。

3.3.2 鑄鋼連接件。鑄鋼連接除具有焊接連接件對(duì)于復(fù)雜形式的構(gòu)件連接的適應(yīng)性特點(diǎn)之外，其制作更加精確，受力更加可靠，能適應(yīng)復(fù)雜的受力條件。被廣泛的應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、體育館等各種連接節(jié)點(diǎn)需要暴露在外的鋼結(jié)構(gòu)建筑中。因?yàn)殍T鋼連接件的制作需要利用鑄模，所以，其連接件尺寸在一定程度上受到制作條件的限制，比較適應(yīng)于構(gòu)件截面不大的構(gòu)件連接。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史只有幾十年，可以說(shuō)時(shí)間很短，對(duì)許多問(wèn)題的研究還不夠深入，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然存在很大差距。特別是剛構(gòu)件連接構(gòu)造和計(jì)算理論方面尚需進(jìn)一步完善和發(fā)展，諸多研究工作需要進(jìn)一步深入進(jìn)行。

對(duì)與結(jié)構(gòu)工程師們來(lái)說(shuō)，為建造高層和超高層的鋼結(jié)構(gòu)摩天大廈，造型復(fù)雜美觀的大跨度公共建筑提供先進(jìn)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)支持。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)構(gòu)造以及新型節(jié)點(diǎn)體系的創(chuàng)新已成為核心任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙順波.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第二版）[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2013 （6）：30-33.

[2] 王國(guó)凡.鋼結(jié)構(gòu)連接方法及工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 （4）：157-158.

[3] 謝毅.鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件連接構(gòu)造技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008：50-58.

[4] 趙華智.多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系及連結(jié)節(jié)點(diǎn)研究[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2006：2-3.

[5] 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院.鋼結(jié)構(gòu)房屋中框架梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006（1）：11-13.

作者簡(jiǎn)介：何鍇（1994.02- ），男，吉林白山人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2012級(jí)在校本科生，土木工程專業(yè)。