建筑鋼結構設計對焊接的基本要求

　　【摘 要】近年來，隨著經濟的發展和城市化進程的加快，建筑行業發展勢頭迅猛，鋼結構行業也隨之進入高速發展時期。在建筑鋼結構中，焊接技術直接關系著建筑鋼結構工程的質量，由于建筑鋼結構本身具有功能多樣性、形式多變性特征，使其在設計中對焊接提出了更高要求。文章將對建筑鋼結構設計對焊接的基本要求進行深入分析和探究，以期為相關設計人員提供參考。

　　【關鍵詞】建筑鋼結構設計;焊接;節點設計;焊接余應力;疲勞強度

　　當今，隨著建筑技術的發展，鋼結構越來越廣泛的被應用于建筑工程中，鋼結構與傳統的建筑工程通用體系相比具有自重輕、工業化程度高、強度高、布置靈活簡便的特點，對加快施工進度、提高工程質量具有重要作用。但是由于各種因素的影響，鋼結構因為失穩引起的事故也時有發生，所以，在建筑鋼結構設計中，必須加強對鋼結構穩定性和抗震性設計的重視，而焊接作為鋼結構穩定性的重要支撐，被提出了更高的要求。

　　1.建筑鋼結構的穩定性和節點設計

　　建筑鋼結構強度或穩定性不足會引起結構失穩，嚴重的話甚至會導致安全事故的發生。建筑鋼結構強度是指的是應力問題，即結構或構件在正常穩定狀態下由荷載引起的最大應力是否在建筑材料的承載范圍。穩定性主要指的是結構外部荷載與構件內部抵抗力之間的不穩定，只有找出能夠保持兩者平衡的狀態，才能避免結構失穩現象的發生，增加鋼結構的抗震性能。焊接結構與建筑鋼結構的強度和穩定性息息相關，隨著建筑高度的增加，鋼結構抗震性能設計對鋼結構焊接技術和焊接質量提出了更高的要求。鋼結構形式和體系繁多，涉及到的節點構造也比較復雜，這就造成了焊接接頭形式多樣，焊接技術難度大大增加，一些焊接結構比如剪力板與柱的焊接、框架梁與柱的焊接等必須引起建筑鋼結構設計人員的高度重視，應科學、合理設計各個節點。

　　在建筑鋼結構體系中，節點設計非常重要，主要包括梁柱節點設計、梁板節點設計、梁與梁節點設計、柱與柱節點設計等。結構分析前，要結合工程實際情況對節點的形式進行確定，保證每個節點的可靠性和安全性，避免設計的節點與結構分析中節點形式的不一致，并盡量采用簡單、可靠的施工工藝，減少甚至是避免現場的焊縫連接。節點可按照傳力特性的不同分為剛接、鉸接和半剛接，連接形式不同，對鋼結構的影響也是不同的。在設計節點的時候，設計內容主要包括焊接、栓接、連接板、梁腹板、螺絲。對于焊接，必須嚴格遵守相關規定，合理確定焊接焊縫的尺寸和形式，設計人員不得隨意加大焊縫，焊縫與連接構件的重心要接近，焊條的材質必須與連接金屬的材質一致。

　　2.建筑鋼結構設計對焊接的基本要求

　　2.1 焊接鋼材的選擇

　　為了提高建筑鋼結構的穩定性和抗震性，在選擇焊接用鋼材的時候，必須嚴格按照相關規定對建筑鋼結構焊接用鋼材提出的要求進行選擇，包括焊接用鋼材的焊接性、伸長率、屈強比以及屈服臺階。其中，伸長率、屈強比、屈服臺階與鋼材的延性有關，而良好的焊接性則是指鋼材的焊接性，它涵蓋了鋼材全部焊接性能，在焊接性中，最重要的是掌握S含量，保證焊接性的穩定。

　　2.2 分清主、次結構

　　建筑鋼結構中的主結構主要是承載各種重力荷載、結構內部抵抗力、地震作用等，是保證整個結構穩定性、變形性能的重要系統，包括框架梁、柱、支撐體系、抗剪墻板等，在主結構設計中，各個構件的連接必須達到抗震要求。次結構承載力不包括地震作用，即不需要承載地震作用力，比如外墻圍護結構、次梁、樓蓋屋蓋等都是次結構，次結構的設計中各構件的連接不需要達到抗震要求。

　　框架梁與柱的連接、柱腳連接、支撐與框架的連接以及其他抗側力構件與框架的連接都是主結構中重要的連接部位，也是焊接最重要的部位。在主結構中，采用焊接結構的時候比較關鍵的焊縫有柱拼接焊縫、梁柱連接焊縫、梁腹板與柱的連接焊縫、剪力板與柱的連接焊縫、消能梁段與柱的連接焊縫等。當前，在建筑鋼結構設計中被高度重視的焊縫為梁柱連接焊縫和柱的拼接焊縫。

　　2.3 焊縫的設計

　　建筑鋼結構設計對焊縫的設計也有要求，不同結構要采用不同的連接焊縫。對于沒有抗震要求的結構，其連接一般是按照內力來進行設計，連接的承載力必須大于構件承載力的一半，如果有必要則可采用等強度設計法進行設計。對于有抗震要求的框架構件的連接，其設計必須采用抗震設計法進行，連接的最大承載力要大于構件整體塑性承載力，這種連接相較于等強度連接具有更高的要求，能夠在一定程度上保證鋼結構整體耐力，使構件在承受大震后仍保持連接的狀態。主結構中的框架梁與柱的連接、柱腳連接、支撐與框架的連接以及其他抗側力構件與框架的連接都必須滿足抗震設計要求。

　　2.4 梁柱連接

　　對于框架梁與柱的連接形式主要有兩種，即梁柱的現場連接、梁的懸臂段預先與柱焊接，待進施工現場后再進行梁的拼接。這兩種連接方式都在建筑鋼結構焊接中得到了廣泛的應用，其中梁柱的現場連接是采用高強度的螺栓將梁腹板與柱剪力板連接起來，待進入施工現場再焊接梁翼緣與柱;而后者則是將梁與柱全部焊接起來。雖然這兩種連接形式應用都比較廣泛，但是前者相較于后者有更好的抗震性。由于主結構中的梁翼緣與柱的連接焊縫需要承載梁翼緣傳來的負荷，因此，在梁柱連接中，梁翼緣與柱的焊接非常重要，為了保證各節點的整體性，最大限度的減小構件間連接的破壞，可采用全熔透焊縫。

　　2.5 焊接殘余應力

　　焊接殘余應力能夠直接影響建筑鋼結構強度和穩定性，降低焊接用鋼材的有效比例極限，嚴重的話會導致結構發生脆斷，因此，在進行建筑鋼結構設計的時候必須考慮焊接殘余應力。焊接殘余應力產生的主要原因是由于焊接過程中焊接區周圍的不均勻受熱。為了保證結構剛度、靜載強度、疲勞強度、受壓桿件的穩定性和桿件脆性，必須從熱學角度分析并研究焊接時產生的殘余應力對結構抗震性能的影響。

　　2.6 焊接結構疲勞強度

　　焊接接頭應力集中區是引起焊接結構疲勞破壞的重要來源，為了使焊接結構的疲勞強度滿足結構要求，必須對焊接接頭進行抗疲勞設計，并采取必要措施，提高焊接結構的疲勞強度。首先，必須保證結構形式和合理性，降低焊接接頭集中應力，從而提高焊接結構的疲勞強度;也可通過采用應力集中系數較小的焊接接頭，降低集中應力。其次，對焊接殘余應力進行調整，盡量將應力集中區的殘余拉應力消除。再次，改善焊接用鋼材的力學性能，可通過涂保護層的方法改變環境因素對結構疲勞強度的影響。總之，焊接殘余應力必須得到消除或降低才能提高焊接結構疲勞強度，這對建筑鋼結構整體穩定性和抗震性有著積極影響。

　　3.結語

　　總之，鋼結構在我國建筑工程中已得到了廣泛的應用，同時，也應清楚認識到建筑鋼結構穩定性破壞帶來的危害，在建筑鋼結構設計中重視穩定性和抗震性設計。焊接是建筑鋼結構體系中框架體系的重要組成部分，是建筑結構的重要支撐力量，直接影響著鋼結構的安全和使用壽命，在設計中必須對其予以足夠的重視。設計人員要找出鋼結構設計對焊接的基本要求，采取相應技術措施，將焊接對建筑鋼結構的不良影響降到最低，使焊接充分發揮在保證建筑鋼結構穩定性和抗震性、提高鋼結構質量和壽命方面的作用。

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