钢结构的常用连接方法
钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。铆接很少采用，常用焊接和螺栓连接。
1、焊接连接
是当前钢结构最主要的连接方式，它的优点是构造简单，用钢省，加工方便，连接的密闭性好，易于采用自动化作业。焊接连接的缺点是焊件会产生残余应力和残余变形，焊缝附近材质变脆，焊缝质量易受材料、操作的影响，对钢材材性要求较高，高强度钢更要有严格的焊接程序。
2、螺栓连接
其分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。1．普通螺栓连接
普通螺栓的优点是装卸便利，不需特殊设备。普通螺栓又分为C级螺栓(又称粗制螺栓)和A、B级螺栓(又称精制螺栓)两种。C级螺栓制作精度较差，宜用于承受拉力的连接，或用于次要结构和可拆卸结构的受剪连接以及安装时的临时固定。A、B级螺栓受力性能较好，但其加工费用较高且安装费时费工，目前建筑结构中很少使用。2．高强度螺栓连接
高强度螺栓传递剪力的机理与普通螺栓不同，它是靠被连接板间的强大摩擦阻力传递剪力，变形较小。其优点是施工简单、受力好、耐疲劳且可以撤换以及在动力荷载作用下不致松动。从受力特征的不同，高强度螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种。
摩擦型连接：外力仅依靠部件接触面间的摩擦力来传递。其特点是连接紧密，变形小，传力可靠，疲劳性能好，主要用于直接承受动力荷载的结构、构件的连接。
承压型连接：起初由摩擦传力，后期同普通螺栓连接一样，依靠杆和螺孔之间的抗剪和承压来传力。连接承载力一般比摩擦型连接高，可节约钢材。但在摩擦力被克服后变形较大，故仅适用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构、构件的连接。
3、铆钉连接
铆钉连接费工费料、劳动条件差、成本高，现在很少采用，多被焊接及高强度螺栓连接所代替。
焊接连接
1、焊接方法、焊接接头、焊缝形式等1.焊接方法
钢结构常用电渣焊、气体保护焊和电阻焊等的是电弧焊，分为手工电弧焊、自动焊和半自动焊。以手工电弧焊为最常用，设备简单，操作方便，但质量波动较大。
焊接接头有平接、搭接、
T形连接和角接，所采用的焊缝主要有对接焊缝及角焊缝两种。
角焊缝的形式可分直角角焊缝与斜角角焊缝，直角角焊缝的截面形式有普通焊缝、平坡焊缝、深熔焊缝等。一般情况下采用普通焊缝。
焊缝符号由基本符号、辅助符号和引出线组成，必要时还可以加上补充符号和焊接尺寸符号。根据对焊缝的质量要求，分为一级、二级和三级。按要求选用。
2、对接焊缝的计算
1.轴心受力的对接焊缝计算计算公式:
lw——焊缝长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；当不采用引弧板时，每条焊缝长度应减去2t;t——在对接接头中为连接件的较小厚度，在T形接头中为腹板的厚度；
、
——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。
当正对接焊缝连接的强度低于焊件强度时，为提高连接的承载力，可改用斜焊缝，使焊缝长度增长。只要焊缝和作用力之间夹角
θ满足tgθ≤1.5时（即θ≤56°），可不再计算焊缝强度（图10－7b）。
图对接焊缝
计算例题
【例】验算下图所示的钢板对接焊缝强度，轴心拉力设计值N=710KN，Q235钢、E43焊条，焊缝质量等级为三级。
图受弯、受剪对接焊缝
【解】1)验算钢板承载力：ltf=500×8×215N/mm2=860000N=860KN＞710KN
查表得三级对接焊缝抗拉强度设计值2)验算焊缝应力：
N/mm2
N/mm2满足要求=185N/mm2
2.受弯受剪的对接焊缝计算
矩形截面的对接焊缝，应分别计算在弯矩与剪力作用下的最大正应力与最大剪应力满足强度条件。
式中Ww———焊缝截面的截面模量；Iw———焊缝截面对中和轴的惯性矩；
Sw———焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；
、——分别为对接焊缝的抗拉强度、抗剪强度设计值。
工字形截面对接时尚应验算受拉区同时受有较大正应力σ1与较大剪应力τ1处（梁腹板与翼缘交接处）的折算应力（下图）。
工字形截面受弯受剪对接焊缝
3、角焊缝的计算
角焊缝有平行于作用力方向的侧面角焊缝和垂直于作用力方向的正面角焊缝。侧面角焊缝主要承受剪力。正面角焊缝应力状态较复杂，但焊缝强度比侧面焊缝高。
为简化计算与偏于安全，角焊缝的计算厚度he=0.7hf(hf为焊脚尺寸)。1.角焊缝的尺寸及构造要求：
⑴角焊缝的焊脚尺寸hf（mm）不得小于
1.5
，t为较厚焊件厚度mm（当采用低氢型碱性焊条施焊时，
t可采用较薄焊件的厚度）。但对自动焊，最小焊脚尺寸可减小1mm，对
T
焊脚尺寸
形连接的单面角焊缝，应增加1mm，当焊件厚度等于或小于4mm时则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。
⑵角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍（钢管结构除外）。板件（厚度为t）边缘的角焊缝最大焊脚尺寸，尚应符合下列要求：当t≤6mm时，hf≤t；当t＞6mm，hf≤t-(1-2)mm。
⑶角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合上述⑴⑵条要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合上述第⑵条的要求；与较厚焊件接触的焊脚边应符合上述第⑴条的要求。⑷侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。
⑸侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。
角焊缝的优点是焊件板边不需要先加工，也不需要校正缝距，施工方便。其缺点是应力集中现象比较严重；需搭接长度，材料耗用量大。2.
角焊缝强度计算公式：
（a）正面角焊缝
正面角焊缝（力垂直于焊缝长度方向）：
（b）侧面角焊缝
侧面角焊缝（力平行于焊缝长度方向）：
在弯矩、剪力和轴力共同作用下角焊缝计算公
式：
当采用三面围焊时，先计算出正面角焊缝承担的力N
3＝βfhelw3由N1、N2、N3三力的平衡关系可求得
(lw3为端缝长度)，
（10－10）
（10－11）
当采用L形围焊时令N2＝0，已知N3后求N1＝N－N3计算例题
【例1】验算如图10－20所示的双盖板连接的焊缝强度，钢板截面450×10mm，承受轴向力N=1000KN，连接盖板400×6mm，Q235钢，E43型焊条手工焊
=160N/mm2，采用三面围焊缝。
【解】盖板截面积：400×6×2=4800＞450×10=4500mm2，截面积符合要求焊脚尺寸：hfmin=1.5
=1.5
=4.74mm
t1=6mm，hfmax=t1=6mm，取hf=6mm
正面角焊缝承受的力：取焊缝长lw=400mm(两端围焊)，N′=2helwβf
=2×0.7×6×400×1.22×160=655870N（2表示2条焊缝）
需要的侧面角焊缝长度：
图10－20
=512mm
图10－21
一条侧焊缝实际长度盖板长取140×2+10=290mm
+6=134取140mm
【例2】用2根角钢┗140×90×8与厚度为12mm的节点板连接，角钢承受轴向力N=600kN，Q235钢，E43焊条手工焊，焊缝质量三级，试设计焊缝长度（图10-21）【解】焊脚尺寸
轴力分配：肢背
N1=0.65×600=390KN肢尖N2=0.35×600=210KN
焊缝长度：肢背∑l
w=435mm
共2
条，每条焊缝实长=234取240mm
肢尖=313mm
共2
条，每条焊缝实长
=2×6=169取170mm
螺栓连接
1、螺栓连接分类
螺栓连接分普通螺栓连接与高强度螺栓连接。普通螺栓分A、B、C三级，螺栓材料性能等级表示为小数点前数字表示螺栓最低抗拉强度，小数点后数字表示螺栓的屈强比，即屈服强度和抗拉强度的比值。例如5.6级，小数点前表示最低抗拉强度500N/mm2，小数点后数字表示屈强比为0.6。
普通螺栓宜用于沿其杆轴方向受拉的连接，在下列情况下可用于受剪连接：承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接；承受静力荷载的可拆卸结构的连接；临时固定构件用的安装连接。
高强度螺栓其材料性能等级有8.8级和10.9级。安装时用特制的板手拧紧螺帽，使螺栓得到强大的预拉力，把连接件夹紧，从而产生强大的摩擦力。
2、螺栓的排列
螺栓的距离应符合一定的要求。
3、螺栓及孔表示法
（见表10－4）
4、普通螺栓连接的计算
普通螺栓连接按传力方式分为受剪螺栓和受拉螺栓。当外力垂直螺杆时为受剪螺栓，依靠螺杆的承压和受剪传递外力。当外力平行螺杆时为受拉螺栓，依靠螺杆受拉传递外力。1.受剪螺栓连接计算内容
如图所示的螺栓连接，在外力作用下螺杆截面受剪；螺杆与连接件接触处受挤压。承压面是以高度为t，直径为d的半个圆周面，近似计算取通过直径的垂直面dt（图
10－23c）。
（a）单剪（b）双剪（c）承压面
图10－23受剪螺栓连接
为防止螺栓连接破坏，应进行螺栓受剪、连接件承压及连接件强度计算。
计算公式：
螺栓承载力设计值应取受剪和承压承载力设计值中的较小者。
一个螺栓的受剪承载力设计值为：
一个螺栓的承压承载力设计值为：
式中：nv——螺栓的受剪面数目；d——螺栓杆直径；
Σt——在不同受力方向中一个受力方向承压构件总厚度的较小值；fvb、
fcb——螺栓的抗剪强度设计值和承压强度设计值；当外力通过螺栓群中心时，则所需的螺栓为：
式中：N——作用于构件的轴向力设计值；
Nbmin——Nvb和Ncb中的较小值。构件或连接件净截面强度验算：
式中：f——钢材的抗拉强度设计值；An——构件或连接板的净截面面积。
当有螺栓群连接时，按以下方法计算各截面的N与相应的An：
如图10－26a为并列螺栓连接，左边板件所承受的轴力N通过共有n个（9个）螺栓传至两块连接板，每个螺栓传递N/n力。然后两块连接板通过右边n个（9个）螺栓把力N传给右边板件。从力的传递过程中可计算出各截面的受力情况。对板件来说，板件截面1-1承受全部N，板件截面2-2承受2/3N，因1/3N已通过第1列螺栓传给连接板，板件截面3-3承受1/3N，因2/3N已通过第1列、第2列螺栓传给连接板。如写成一般表达式，则截面1-1承受N，截面2-2
承受（n1为第一列螺栓数），截面3-3承受。以截面1-1受力最大，应验算1-1截面：
板件1-1截面承受N，相应的截面积为An=t（b－n1d0）（10－16）对于连接板来说，以截面3-3受力最大，应验算3-3截面
：
（a）并列（b）错列
图10－26力的传递及净截面面积计算
连接板3-3截面承受N，相应的截面积为An=2t1（b－n3d0）（10－17）（n3为第3列螺栓数）
如图10－26b为错列螺栓连接，对于板件，除需验算1-1截面外，尚需验算2-2截面（折线截面）。2-2截面的净面积及轴力为：
取轴力最大值N
，相应的净面积
式中n2为折线截面2-2上的螺栓数，中括号内表示2-2截面的直线与折线的总长度。计算连接板的净截面面积时，其方法相同，但计算的部位应在连接板受力最大处。计算例题
【例】两块截面宽为340mm，厚12mm的钢板，承受轴向力N=600KN，采用双盖板普通C级螺栓连接（图10－27），螺栓杆直径d=20mm，孔径d0=21.5mm，Q235钢，试进行螺栓连接计算。
【解】
1)一个螺栓的抗剪承载力设计值
2)一个螺栓的承压承载力设计值Ncb=d∑tfcb=20×12×305=73200N3)螺栓个数计算最小承载力N
bmin=73200N
连接件一侧需要螺栓数为
个，采用并列式排列，取9个，按规定的距离布置。
4)钢板截面强度验算：板件净截面积（1-1截面）
An=t
（b－n1d0）=12（340－3×21.5）=3306mm2
连接板截面积（3-3截面）
An=2t1
（b－n3d0）=2×8
（340－3×21.5）=4408mm2
2.受拉螺栓连接计算
一个螺栓的抗拉承载力设计值为：
式中de——螺栓有效直径（查表）；Ae——螺栓有效面积（查表）；ftb——螺栓的抗拉强度设计值。
当外力N作用于螺栓群中心时，假定每个螺栓所受拉力相等，则所需螺栓数为：