钢结构焊接设计中的若干关键问题

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1、钢结构焊接设计中的若干关键问题        钢结构焊接设计规范对如何分清主次结构并保证主结构的焊缝强度、焊缝质量等级、焊缝相交搭接问题、钢材Z向性能要求及防止层状撕裂、加劲板的焊缝形式及桁架节点的焊缝布置等诸多问题是一个必需进行深入研究的课题。    特别是焊接设计中应遵循的基本原则和规范要求，在具体操作中要注意：主结构构件间的连接应符合抗震设计的要求，而次结构连接可不需符合抗震要求。凡要求与母材等强的焊接连接及框架节点塑性区段的焊接连接应采用全熔透焊缝。焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况分别选用不同的质量等级。在设计中不得任意加

2、大焊缝，避免焊缝密集和双向、三向立体交叉并在一处集中大量焊缝。    在节点设计中，钢板厚度方向性能等级应根据节点形式、板厚、熔深或焊高、焊接时节点拘束度等情况综合确定，节点的构造应避免采用约束度大和易产生层状撕裂的连接形式。    在抗震设防的结构中，为避免在地震作用下框架往复变形时破坏，水平加劲肋与柱翼缘焊接时，宜采用坡口全熔透焊缝；钢管桁架节点处多个支管搭接时，对不需进行疲劳验算的节点以及抗震设防烈度不大于7度地区的节点，允许被搭接管的隐藏部位不作焊接。    焊接是现代钢结构采用最主要的连接方法，其优点是：任何形状的结构都可用；不削弱构件截面，工艺简单，连接省

3、工；连接的密闭性好、刚度大；易于采用自动化作业，提高焊接结构的质量等。但是，焊缝设计和施工中也存在着许多问题，如：如何分清主次结构并保证主结构的焊缝强度；如何选用不同的焊缝质量等级，如何避免焊缝相交搭接问题；钢材Z向性能要求及如何防止层状撕裂；加劲板应采用何种形式的焊缝；桁架节点的焊缝形式等诸多问题，焊缝的质量直接影响整个结构的强度和刚度。因此，在焊接结构的设计和施工中要严格遵循相关规范要求，发现问题及时解决。    主次结构和全熔透焊缝问题    主结构如框架梁、柱、支撑等是保证结构在各种荷载和地震作用下的承载能力并保持稳定的系统，对结构的变形性能和耗能能力起主要保

4、证作用，构件间的连接应符合抗震设计的要求。而次结构如楼盖次梁、屋盖和外墙等围护结构不承受地震作用，其连接可不需符合抗震要求。    在主结构中，框架梁柱节点、支撑与框架的连接节点、柱脚节点是最重要的连接部位，也是焊接时最需考虑的最重要部位。关键性焊缝包括：梁翼缘与柱的连接焊缝；剪切板与柱的连接焊缝；梁腹板与柱的连接焊缝；柱的拼接焊缝；偏心支撑中消能梁段与柱的连接焊缝；消能梁段中腹板与翼缘板的连接焊缝等。    凡要求与母材等强的焊接连接及框架节点塑性区段的焊接连接应采用全熔透焊缝。下面给出节点区需要采用全熔透焊缝的情况。    梁梁连接——梁在工地对接时，翼缘可采用全

5、熔透焊缝连接，腹板用摩擦型高强度螺栓连接或翼缘和腹板均采用全熔透焊缝连接。    梁柱节点——当框架梁与柱翼缘刚性连接时，梁翼缘与柱应采用全熔透焊缝连接，梁腹板与柱宜采用摩擦型高强度螺栓连接。    抗震设计时，工字形柱(绕强轴)和箱形柱与梁刚接时，应符合下列要求：梁翼缘与柱翼缘间应采用全焊坡口焊缝；腹板连接板与柱的焊接，当板厚不小于16毫米时应采用双面角焊缝，焊缝有效厚度应满足等强度要求，且不小于5毫米；板厚大于16毫米时采用K形坡口对接焊缝。节点区梁柱端部一定长度范围，在大震时将进入塑性。为了保证节点区的整体性，减小构件间连接的破坏，对节点区采用全熔透焊缝是必要的

6、。    日本对梁的塑性区的范围取跨度的1/10或截面高度的2倍；对柱取500～600毫米。我国规定，梁与柱刚性连接且考虑抗震时，普通多层钢结构在梁翼缘上下各500毫米的范围内，高层钢结构在框架梁的上、下600毫米范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝应采用坡口全焊透焊缝。这主要考虑到罕遇地震作用下，框架节点将进入塑性区，为保证结构整体性而采取的技术措施，当柱截面较小时，也有采用500毫米的。    柱柱连接——框架柱上下柱的对接接头可采用全焊或栓焊连接。当采用全焊连接时，应采用全熔透焊缝。采用栓焊连接时，翼缘接头宜采用坡口全熔透焊缝，腹板可采用高强度螺栓连

7、接。抗震框架柱拼接为保证100%传力，一般要求采用全熔透焊缝，不宜采用螺栓连接，因为螺栓连接难以达到此要求。    柱拼接接头上下各100毫米范围内，工字形柱翼缘与腹板间及箱型柱角部壁板间的焊缝，应采用全熔透焊缝。高层钢结构的箱形柱宜为焊接柱，其角部的组装焊缝应为部分熔透焊缝。十字形柱采用由钢板或两个H型钢焊接而成时，组装的焊缝均应采用部分熔透的K形坡口焊缝。    支撑连接——在抗震设防的高层钢结构中，支撑是轴向受力构件，大震时将全部进入塑性。支撑在构造上两端应刚接。当采用焊接组合截面时，其翼缘和腹板连接焊缝沿全长都应采用坡口全熔透焊缝连接。支撑与