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鋼結構基本常識
一、鋼結構加工製作流程
（1）鋼材力學指標：結構用鋼的力學指標包括屈服點、抗拉強度、延伸率、低溫衝擊韌性。這些指標應符合《鋼結構設計規範》的要求，但其中低溫衝擊韌性僅在結構可能處於低溫環境下工作時才要檢驗。鋼材力學指標的測定須符合《鋼材力學及工藝性能試驗取樣規定》（GB2975-82）（2）鋼材化學成分：與鋼材的可加工性、韌性、耐久性等有關。其中主要是碳的含量，合金元素的含量及硫、磷等雜質元素的限制含量應符合規範（GB222-84）要求。（3）工藝性能：工藝性能主要包括可焊性和加工性能。可焊性與含碳量或碳當量（低合金鋼）有關，可用可焊性試驗鑑定。加工性能則通過冷彎試驗來確定。按（GB232-88）為標準。（4）幾何尺寸偏差：鋼材（鋼板、型鋼、圓鋼、鋼管）的外形尺寸與理論尺寸的偏差必須在允許範圍內。允許偏差值可參考國家標準GB709-88、GB706-88、GB787-88、GB978-88，GB707-88、GB816-87等。（5）鋼材外形缺陷：鋼材表面不得有氣泡、結疤、拉裂、裂紋、褶皺、夾雜和壓入的氧化鐵皮。這些缺陷必須清除，清除後該處的凹陷深度不得大於鋼材厚度負偏差值。另外，當鋼材表面有鏽蝕、麻點或劃痕等缺陷時，其深度不得大於該鋼材厚度負偏差值的1/2。（6）機械切割：使用機械力（剪下、鋸割、磨削）切割，相應的機械有剪板機、鋸床、砂輪機等，較適合於厚度在12～16mm以下鋼板或型材的直線性切割。（7）氣割：使用氧-乙炔、丙烷、液化石油氣等火焰加熱融化金屬，並用壓縮空氣吹去融蝕的金屬液，從而使金屬割離，適合於曲線切割和多頭切割。）（8）等離子切割：利用等離子弧線流實現切割，適用於不鏽鋼等高熔點材料的切割。（9）熱成形加工：是指將鋼材加熱到一定溫度後再進行加工。這種方法適於成形、彎曲和矯正在常溫下不能做的工件。熱加工終止溫度不得低於700℃。加熱溫度在200～300℃時鋼材產生藍脆，嚴禁錘打和彎曲。含碳量超出低碳鋼範圍的鋼材一般不能進行熱加工。（10）冷成形加工：是在常溫下進行的。由於外力超出材料的屈服強度而使材料產生要求的永久變形，或由於外力超出了材料的極限強度而使材料的某些部分按要求與材料脫離。冷加工都有使材料變硬變脆的趨勢，因而可通過熱處理使鋼材恢復正常狀態或刨削掉硬化較嚴重的邊緣部分。環境溫度低於-16℃時不得冷加工碳素鋼。低於-12℃時，不得加工低合金鋼。（11）彎曲加工：根據設計要求，利用加工設備和一定的工裝模具把板材或型鋼彎製成一定形狀的工藝方法。冷彎適合於薄板、小型鋼；熱彎適合於較厚的板及較複雜的構件、型鋼，熱彎溫度在950～1100℃。（12）卷板加工：在外力作用下使平鋼板的外層纖維伸長，內層纖維縮短而產生彎曲變形的方法。卷板由卷板機完成。根據材料溫度的不同，又分為冷卷和熱卷。卷板主要用於焊接圓管柱、管道、氣包等。（13）折邊：把鋼結構構件的邊緣壓彎成一定角度或一定形狀的工藝過程稱為折邊。折邊一般用於薄板構件。折邊常用折邊機，配合適當的模具進行。（14）模壓：模壓是在壓力設備上利用模具使鋼材成型的一種方法。具體作法有落料成形、沖切成形、壓彎、卷圓、拉伸、壓延等。（15）鏟邊：鏟邊是通過對剷頭的錘擊作用而剷除金屬的邊緣多餘部分而形成坡口。鏟邊有手工和風動之分，風動用風鏟。鏟邊的精度較低，一般用於要求不高、少量坡口的加工。（16）刨邊：刨邊時工件被壓緊，刨刀沿所加工邊緣作往復運動，刨出坡口。刨邊可刨直邊或斜邊。（17）銑邊：銑邊與刨邊類似，只是刨邊機走刀箱的刀架和刨刀用盤形銑刀代替，即銑刀在沿邊緣作直線運動的同時還作鏇轉運動，加工工效較高。（18）碳弧氣刨：將碳棒作電極，與被刨削的金屬間產生電弧將金屬加熱到融化狀態，然後用壓縮空氣把融化的金屬吹掉。工效較高。（19）地樣法：在裝配平台上按1：1放構件實樣，然後根據零件在實樣上的位置，分別組裝起來成為構件。（20）仿型複製法：先用地樣法組裝成單面結構，並加定位焊，然後翻身作為複製胎膜，在其上面裝配另一單面結構。適用於橫斷面互為對稱的桁架結構。（21）立裝：根據構件的特點及其零件的穩定位置，選擇自上而下或自下而上的裝配，適於放置平穩、高度不大的結構。（22）臥裝：構件放置平臥位置裝配。用於斷面不大但長度較大的細長構件。（23）胎膜裝配法：把構件的零件用胎膜定位在其裝配位置上組裝。用於製造構件批量大精度高的產品。（24）電弧焊：利用焊條與工件間產生的電弧熱將金屬熔合的過程稱為電弧焊。電弧焊有手工焊、自動焊、半自動焊和氣體保護焊之分。（25）電阻焊：以電流通過接觸的兩個焊件，在接觸處電阻最大，電流通過產生高溫，使材料呈半熔化狀態，在加壓力而熔合起來。一般用於對焊圓鋼或點焊鋼板。（26）電渣焊：借電流通過熔渣所產生的電阻熱來熔化金屬進行焊接。如用於箱形柱與梁剛接時柱內連線樑上下翼緣處加勁板的熔透焊。（27）手工焊：全部用人工操作的電弧焊，工效低，質量靠自己，穩定性差，但靈活，適於較短而複雜的焊縫或工地焊。（28）埋弧自動焊：焊接時電弧埋在粉狀焊劑下面，由機械自動撒焊劑並送出移動焊絲。適用於較長焊縫。焊縫質量好，效率高。（29）氣體保護焊：用CO2或氬氣等保護電弧焊熔化的金屬，其焊絲和氣體的送出均為自動，僅需手工移動焊槍。屬半自動焊，焊接質量好，效率高。（30）拋丸：拋丸將粒徑為0.8～2.0mm的鋼丸經拋射機葉輪中心吸入,在葉輪尖定向高速拋出,射向需要作防鏽處理的鋼結構表面,達到機械除銹的目的.這種方法除銹效率高,費用低,污染少。二、鋼結構的防腐蝕措施
（1）耐候鋼：耐腐蝕性能優於一般結構用鋼的鋼材稱為耐候鋼，一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等金屬，使金屬表面形成保護層，以提高耐腐蝕性。其低溫衝擊韌性也比一般的結構用鋼好。標準為《焊接結構用耐候鋼》（GB4172-84）。（2）熱浸鋅：熱浸鋅是將除銹後的鋼構件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小於65μm，對厚板不小於86μm。從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優點是耐久年限長，生產工業化程度高，質量穩定。因而被大量用於受大氣腐蝕較嚴重且不易維修的室外鋼結構中。如大量輸電塔、通訊塔等。近年來大量出現的輕鋼結構體系中的壓型鋼板等。也較多採用熱浸鋅防腐蝕。熱浸鋅的首道工序是酸洗除銹，然後是清洗。這兩道工序不徹底均會給防腐蝕留下隱患。所以必須處理徹底。對於鋼結構設計者，應該避免設計出具有相貼合面的構件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不淨。造成鍍鋅表面流黃水的現象。熱浸鋅是在高溫下進行的。對於管形構件應該讓其兩端開敞。若兩端封閉會造成管內空氣膨脹而使封頭板爆裂，從而造成安全事故。若一端封閉則鋅液流通不暢，易在管內積存。
（3）熱噴鋁（鋅）複合塗層：這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當的長效防腐蝕方法。具體做法是先對鋼構件表面作噴砂除銹，使其表面露出金屬光澤並打毛。再用乙炔-氧焰將不斷送出的鋁（鋅）絲融化，並用壓縮空氣吹附到鋼構件表面，以形成蜂窩狀的鋁（鋅）噴塗層（厚度約80μm~100μm）。最後用環氧樹脂或氯丁橡膠漆等塗料填充毛細孔，以形成複合塗層。此法無法在管狀構件的內壁施工，因而管狀構件兩端必須做氣密性封閉，以使內壁不會腐蝕。這種工藝的優點是對構件尺寸適應性強，構件形狀尺寸幾乎不受限制。大到如葛洲壩的船閘也是用這種方法施工的。另一個優點則是這種工藝的熱影響是局部的，受約束的，因而不會產生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法的工業化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強度大，質量也易受操作者的情緒變化影響。
（4）塗層法：塗層法防腐蝕性一般不如長效防腐蝕方法（但目前氟碳塗料防腐蝕年限甚至可達50年）。所以用於室內鋼結構或相對易於維護的室外鋼結構較多。它一次成本低，但用於戶外時維護成本較高。塗層法的施工的第一步是除銹。優質的塗層依賴於徹底的除銹。所以要求高的塗層一般多用噴砂噴丸除銹露出金屬的光澤，除去所有的銹跡和油污。現場施工的塗層可用手工除銹。塗層的選擇要考慮周圍的環境。不同的塗層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。塗層一般有底漆（層）和面漆（層）之分。底漆含粉料多，基料少。成膜粗糙，與鋼材粘附力強，與面漆結合性好。面漆則基料多，成膜有光澤，能保護底漆不受大氣腐蝕，並能抗風化。不同的塗料之間有相容與否的問題，前後選用不同塗料時要注意它們的相容性。塗層的施工要有適當的溫度（5~38℃之間）和濕度（相對濕度不大於85%）。塗層的施工環境粉塵要少，構件表面不能有結露。塗裝後4小時之內不得淋雨。塗層一般做4~5遍。乾漆膜總厚度室外工程為150μm，室內工程為125μm，允許偏差為25μm。在海邊或海上或是在有強烈腐蝕性的大氣中，乾漆膜總厚度可加厚為200~220μm。
（5）陰極保護法：在鋼結構表面附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕。常用於水下或地下結構。
三、鋼結構的安裝要點
（1）摩擦係數：，其中F為抗滑移試驗所測得的使試件產生初始滑移的力，nf為摩擦面數，為與F對應的高強螺栓擰緊預拉力實測值之和。（2）扭矩係數：，其中d為高強螺栓公稱直徑(mm)，M為施加扭矩值（N﹒M），P為螺栓預緊力。10.9級高強度大六角螺栓連線必須保證扭矩係數K的平均值為0.110～0.150。其標準偏差應小於等於0.010。（3）初擰扭矩：為了縮小螺栓緊固過程中鋼板變形的影響，可用二次擰緊來減小先後擰緊螺栓之間的相互影響。高強螺栓第一次擰為初擰，使其軸力宜達到標準軸力的60%～80%。
（4）終擰扭矩：高強螺栓最後緊固用的扭矩為終擰扭矩。考慮各種預應力的損失，終擰扭矩一般比按設計預拉力作理論計算的扭矩值大5%～10%。
