常见建筑钢结构基本连接工艺的对比

何锴　徐芳洁

摘 要：今年来，我国在钢结构的结构形式、材料制造、连接工艺、防护技术、计算理论都有了迅速的进展。作为建筑钢结构中重要的一个环节，钢结构构件的各种连接方法在新材料、新工艺、新方法的不断涌现下显得越来越重要。对此文章对现阶段钢结构建筑构件的连接工艺和基本原理进行了阐述，并介绍了一般情况下钢构件的构造方法。

关键词：钢结构；连接；节点

1 连接方法探索的重要性

钢结构的破坏形式通常有刚度破坏、强度破坏、稳定性破坏、疲劳破坏等而非单一因素引起。连接处是构件最薄弱的地方，无论采用哪种连接方式，破坏大多发生在构件连接处。为保证结构的整体安全，构件的连接处必须坚固可靠。

2 建筑钢结构连接基本方法

钢结构连接方法有焊接和紧固件连接，紧固件连接又分为铆接和螺栓连接。螺栓连接是由螺栓、螺母、垫圈的一套配合器具，利用螺纹连接，使构件连接成一个整体。这种连接的特点是用扳手就可以安装，可以反复拆卸。

2.1 钢结构的螺栓连接

2.1.1 普通螺栓连接。普通螺栓连接的工作机理是，载荷在连接处通过螺栓杆受剪，连接板孔壁受压来传递。

2.1.2 高强度螺栓连接。高强度螺栓连接依靠螺栓杆内很大的拧紧预拉力将连接构件夹紧，使其间产生强大的摩擦力来传递载荷。

高强度螺栓连接按其设计和传力要求的不同可分为摩擦型连接和承压型连接，其中摩擦型高强度螺栓连接是目前广泛采用的基本连接形式。

2.2 钢结构的铆接

铆接是将构件采用铆钉连成不可拆卸的结构形式。铆接具有传力可靠，连接部位的塑性、冲击韧性较好，工艺简单，连接强度稳定性可靠，不会出现应力松弛现象的特点。

但是由于铆钉连接的构造复杂，生产率低，制孔打铆费工、费料，钉孔削弱主材截面。因此，除了在一些重型和直接承受动力荷载的结构中仍有应用外，一般建筑钢结构中已很少采用。

2.3 钢结构焊接连接

钢结构熔化焊接的过程是一个在焊接热源作用下，局部、快速、不平衡的连续加热和凝固的过程。

2.3.1 焊条电弧焊。焊条电弧焊：焊机通电后，焊条与工件之间的气体被电离，产生强烈持久的放电，即形成持续燃烧电弧。电弧高温使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧吹熔的小熔池中。当焊缝接头冷却后，相连构件被连接成为一个整体。这种焊接方式因其设备简单，操作灵活方便，成为目前最常用的一种焊接方法。但焊接质量因工人技术而异、难以保证。

2.3.2 埋弧自动焊。埋弧焊以电弧为热源，焊接时电弧掩埋在焊剂内燃烧，电弧光不外露，因而得名埋弧焊。埋弧焊的引焊全过程均可由机械装置自动完成。有着生产效率高、焊接金属品质良好、稳定的优点。但设备费用高，焊接位置受限，装配精度要求高。该方法在桥梁、起重机械制造中应用最为广泛。

2.3.3 气体保护电弧焊。气体保护焊是利用CO2或其他惰性气体中对电弧及熔化母材进行保护，防止有害气体的侵入并保证了焊接过程的稳定性的熔焊方法。CO2气体与氮气、氩气相比价格便宜，经济性好。因而CO2焊的成本只有焊条电弧焊的一半左右。在合金钢和有色金属的焊接中，CO2气体保护焊应用最广泛。

2.3.4 电阻焊。电阻焊是利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，再通过加压使其焊合的一种金属结合方法。电阻焊只适用于较薄构件的连接。

3 钢构件连接的构造方式

在具有了以上基本的钢构件连接方法后，结构工程师们在这些连接工艺的基础上，不断探索与创新，研究出了许多的结点连接构造方式来适应不同体型的工程建筑结构的需求。

3.1 直接连接

直接连接是将主要受力构件在节点部位直接贯通，而其它相对次要的受力构件直接焊接在主要构件上。如柱的接合与梁的接合。这种连接构造节点部分传力直接、构造简单，适用于小型住宅等结构较简单的建筑。

3.2 托座连接

托座连接是指从主要受力构件上伸出一个托座或牛腿，其它构件通过焊缝或螺栓和托座连接在一起的连接方式。托架是比较常见的托座式连接方式。这种连接方式构造简单，装配方便，不需要特别的加工工艺，因而在各种钢结构构件连接中的运用广泛。

3.3 连接件连接

在一些大型、复杂的结构体系中，构件数量多，尺寸变化大、方向各异，为方便连接，常设计制作专门的连接件，进行连接。连接件式连接的优点是：（1）构件标准化程度高，简化构件类型，只需一种通用构件就可以实现比较复杂的连接；（2）可以利用较小尺寸的杆件连接组成大型结构，如空间网架结构就是通过专用的连接件，将数量很多的小型构件连接成跨度很大的空间结构；（3）可以很方便的实现不同方向杆件的连接。按连接件制作加工方法不同可以将连接件式连接分为焊接连接件连接和铸钢连接件连接。

3.3.1 焊接连接件。焊接式连接件是在工厂用焊缝连接的方法，按照构件连接的需要，制作出来的具有多向接口的连接件。焊接式连接件对连接件大小没有限制，可以制作成较大的连接安装单元，能够实现大型或者巨型钢结构构件的连接。如北京“鸟巢”国家体育场就是通过焊接的方式将形态不规则的巨型构件连接起来。

3.3.2 铸钢连接件。铸钢连接除具有焊接连接件对于复杂形式的构件连接的适应性特点之外，其制作更加精确，受力更加可靠，能适应复杂的受力条件。被广泛的应用于机场、体育馆等各种连接节点需要暴露在外的钢结构建筑中。因为铸钢连接件的制作需要利用铸模，所以，其连接件尺寸在一定程度上受到制作条件的限制，比较适应于构件截面不大的构件连接。

4 结语

目前，我国钢结构发展历史只有几十年，可以说时间很短，对许多问题的研究还不够深入，与欧美等发达国家相比仍然存在很大差距。特别是刚构件连接构造和计算理论方面尚需进一步完善和发展，诸多研究工作需要进一步深入进行。

对与结构工程师们来说，为建造高层和超高层的钢结构摩天大厦，造型复杂美观的大跨度公共建筑提供先进的钢结构技术支持。钢结构构件节点构造以及新型节点体系的创新已成为核心任务。

参考文献

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作者简介：何锴（1994.02- ），男，吉林白山人，郑州大学土木工程学院2012级在校本科生，土木工程专业。