轻型门式刚架.pptx
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1、引言引言n n铁曾经在西方工业革命中起了十分重要的作用。由生铁冶炼为钢材的思想始于1855年,到1879年钢材冶炼技术逐渐成熟。金属结构的应用历史大致可分为三个时期:n n(一)、17801850年的铸铁时期;n n(二)、18501900年的锻铁时期;n n(三)、1880至今的钢结构时期。1n n1880188019001900年代,钢结构主要由年代,钢结构主要由热轧截面热轧截面和和铆接铆接连接构成,连接构成,结构体系大多为结构体系大多为静定静定结构,其结构,其稳定性稳定性主要由主要由支撑支撑来保证,来保证,设计计算主要针对构件采用设计计算主要针对构件采用弹性理论弹性理论和和容许应力容许应
2、力设计法;设计法;n n19301930年代起,年代起,焊接焊接技术带来了钢结构制造业的根本性变革,技术带来了钢结构制造业的根本性变革,实截面的实截面的焊接框架焊接框架代替了精致的铆接结构,代替了精致的铆接结构,梁柱刚性节点梁柱刚性节点替代了支撑以保障结构的稳定性,设计计算逐渐针对整个替代了支撑以保障结构的稳定性,设计计算逐渐针对整个框架采用框架采用弹塑性理论弹塑性理论和和极限状态极限状态方法;方法;n n冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢自自19401940年代起在钢结构建筑中得到了广泛的年代起在钢结构建筑中得到了广泛的应用,考虑应用,考虑板件局部失稳后极限强度板件局部失稳后极限强度的设计方法以及考虑
3、的设计方法以及考虑板材与框架体系共同作用板材与框架体系共同作用的设计方法逐渐得到发展。的设计方法逐渐得到发展。2n n我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期:我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期:n n19901990年以前,钢结构建筑在年以前,钢结构建筑在工业工业领域中的主要应用是领域中的主要应用是重型重型厂房厂房中的中的排架排架结构体系,在结构体系,在民用民用领域中的主要应用是领域中的主要应用是螺栓螺栓球球或或焊接球网架焊接球网架结构;结构;n n自自19901990年代起,钢结构在我国进入了快速的全面的发展和年代起,钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。应用时期。门式钢刚架
4、门式钢刚架结构被大量应用于结构被大量应用于工业厂房工业厂房、超市、超市、仓库中;钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用;仓库中;钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用;薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中;钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合穹顶中;钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中;冷弯薄结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中;冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其
5、组成部件得到应用。为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。3n n现代钢结构体系现代钢结构体系由由热轧热轧截面、截面、焊接焊接截面和截面和冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢截截面构件组成。人们往往将钢结构划分为面构件组成。人们往往将钢结构划分为普通钢结构普通钢结构和和轻型轻型钢结构钢结构两大类。但是,究竟如何定义或区分这两类结构,两大类。但是,究竟如何定义或区分这两类结构,却存在着很多不同的标准。却存在着很多不同的标准。n n例如,结构例如,结构跨度跨度的标准,结构的标准,结构层数层数的标准,结构的标准,结构用途用途的标的标准,准,吊车吨位吊车吨位的标准等。这些标准都有一定的合理性,但的标准等。这些标
6、准都有一定的合理性,但是都是建立在是都是建立在结构体系结构体系外在因素或特征外在因素或特征基础上的。事实上,基础上的。事实上,轻型钢结构体系的本质是轻型钢结构体系的本质是“轻轻”,实现这一本质的条件是,实现这一本质的条件是截面板件要截面板件要“薄薄”,设计时必然要考虑,设计时必然要考虑板件局部失稳后板件局部失稳后的的极限强度极限强度。所以,从结构工作机理和设计计算原理的角度。所以,从结构工作机理和设计计算原理的角度出发,出发,轻型钢结构体系是指轻型钢结构体系是指轻型钢结构体系是指轻型钢结构体系是指“结构结构结构结构构件构件构件构件采用采用采用采用较薄较薄较薄较薄板件,板件,板件,板件,设设设设
7、计计计计时时时时考虑板件局部失稳后的后继强度考虑板件局部失稳后的后继强度考虑板件局部失稳后的后继强度考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系的钢结构体系的钢结构体系的钢结构体系”。4按照轻型门式钢刚架各组成部分,力求通俗易懂地阐述其按照轻型门式钢刚架各组成部分,力求通俗易懂地阐述其按照轻型门式钢刚架各组成部分,力求通俗易懂地阐述其按照轻型门式钢刚架各组成部分,力求通俗易懂地阐述其:受力特点、计算理论、设计思想、连接节点受力特点、计算理论、设计思想、连接节点和构造细节和构造细节 .n n门式钢刚架是典型的轻型钢结构,也是目前国内应用最为门式钢刚架是典型的轻型钢结构,也是目前国内应用最为广泛的轻型
8、钢结构。早期典型的门式钢刚架是广泛的轻型钢结构。早期典型的门式钢刚架是19101910年布鲁年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅,采用了多层阶形钢框架塞尔世博会的德国机械工程展厅,采用了多层阶形钢框架结构;结构;19321932年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢结构专业框架结构。现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢结构专业公司引入我国的,它包括公司引入我国的,它包括主结构系统主结构系统(刚架、支撑、抗风(刚架、支撑、抗风柱等)、柱等)、次结构系统次结构系统(屋面和墙面檩条等)、(屋面和墙面檩条等)、辅助结构体辅助
9、结构体系系(挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等)、(挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等)、围护板材围护板材体系体系、柱脚和基础柱脚和基础等。等。5课程主要内容课程主要内容n nCh1 Ch1 轻型门式刚架轻型门式刚架加工制造加工制造的基本的基本知识知识 n nCh2 Ch2 轻型门式刚架轻型门式刚架设计设计的基本的基本理论理论 n nCh3 Ch3 主结构主结构及其及其支撑支撑体系体系n nCh4 Ch4 次结构次结构及其及其连接连接构造构造n nCh5 Ch5 辅助结构辅助结构系统系统n nCh6 Ch6 围护围护材料及其材料及其连接连接构造构造n nCh7 Ch7 连接件连接件和和密封密封
10、材料材料n nCh8 Ch8 基础基础设计设计n nCh9 Ch9 应用实例应用实例 6参考教材参考教材7第一章第一章 轻型钢结构加工制造的基本知识轻型钢结构加工制造的基本知识n n轻型钢结构工程是一个轻型钢结构工程是一个系统工程系统工程,它包括,它包括设计、加工制造设计、加工制造和施工安装三和施工安装三个过程;包含的具体内容有:个过程;包含的具体内容有:主主结构系统、结构系统、次次结构系统和结构系统和围护围护系统三大方面。系统三大方面。n n主结构系统包括主结构系统包括主刚架和支撑体系主刚架和支撑体系。支撑体系包括水平支。支撑体系包括水平支撑、柱间支撑和刚性系杆等部分。由于支撑体系采用的构撑
11、、柱间支撑和刚性系杆等部分。由于支撑体系采用的构件大多为圆钢、角钢和钢管等,构件简单、制作方便,且件大多为圆钢、角钢和钢管等,构件简单、制作方便,且支撑体系节点多为标准节点,因此这部分产品大多为各公支撑体系节点多为标准节点,因此这部分产品大多为各公司的标准产品。司的标准产品。n n本章本章仅从轻型钢结构的仅从轻型钢结构的主刚架主刚架和和围护系统围护系统两方面介绍轻型两方面介绍轻型钢结构的钢结构的加工制造加工制造;同时介绍钢结构的;同时介绍钢结构的防腐防腐处理和处理和防火防火处处理的相关知识。理的相关知识。8第一节第一节 H型钢的制作及其设备型钢的制作及其设备n n根据跨度、高度及荷载的不同,门
12、式刚架的梁、柱一般采根据跨度、高度及荷载的不同,门式刚架的梁、柱一般采用变截面或等截面的用变截面或等截面的实腹式实腹式焊接焊接HH型截面或轧制型截面或轧制HH型截面。型截面。n n变截面变截面构件通常改变腹板的高度做成构件通常改变腹板的高度做成楔形楔形形状,必要时也形状,必要时也可改变腹板的厚度。可改变腹板的厚度。n n结构构件在结构构件在运输单元运输单元内一般不改变内一般不改变翼缘翼缘截面,截面,邻接邻接的运输的运输单元可采用单元可采用不同厚度和宽度不同厚度和宽度的翼缘截面。的翼缘截面。n n因受加工设备限制,因受加工设备限制,HH型钢型钢截面高度一般不能超过截面高度一般不能超过2m2m。下
13、。下面将按面将按焊接焊接HH型钢型钢生产工艺流程的顺序介绍焊接生产工艺流程的顺序介绍焊接HH型钢的型钢的制作机器设备制作机器设备。9n n一、一、板材下料切割板材下料切割n n板材下料切割的方法有:板材下料切割的方法有:机械机械切割法、切割法、气气割法、割法、等离等离子子切割法等。切割法等。n n在钢结构制造厂中,一般情况下,钢板厚度在在钢结构制造厂中,一般情况下,钢板厚度在121216mm16mm以下以下的的直线型切割直线型切割,采用,采用剪切下料剪切下料。常用的剪切。常用的剪切机械有机械有剪板机剪板机。n n气割气割多用于带多用于带曲线曲线的的零件零件和和厚钢板厚钢板的切割。气割能切的切割
14、。气割能切割割各种厚度各种厚度的钢材,的钢材,设备灵活、费用经济、切割精度设备灵活、费用经济、切割精度较高较高,是目前使用,是目前使用最广泛最广泛的切割方法。的切割方法。10n n焊接焊接HH型钢型钢生产线的生产线的下料设备下料设备一般配备一般配备数控多头数控多头切割机或切割机或直条多头直条多头切割机,此类切割设备是高效率的切割机,此类切割设备是高效率的板条板条切割设备,切割设备,纵向纵向割矩割矩可根据要求配置,可一次同时加工多块板条。可根据要求配置,可一次同时加工多块板条。n n各类型钢各类型钢以及以及钢管钢管等的下料通常采用等的下料通常采用锯割锯割。常用的锯割机。常用的锯割机械有:械有:弓
15、形弓形锯、锯、带带锯、锯、圆盘圆盘锯、锯、摩擦摩擦锯和锯和砂轮砂轮锯等。锯等。n n等离子等离子切割主要用于切割主要用于熔点较高熔点较高的的不锈钢不锈钢材料材料及有色金属及有色金属的的切割。切割。ESAB六米数控切割机11n n二、板材二、板材矫正整平矫正整平n nHH型钢在型钢在组立焊接之前组立焊接之前,先要对原材料(钢板)进行矫,先要对原材料(钢板)进行矫正、整平。常用的机械设备有正、整平。常用的机械设备有板条矫平机板条矫平机。W43-24X1000板条矫平机 12n n三、三、HH型型组立组立、焊接焊接n n矫平的钢板(矫平的钢板(翼缘板、腹板翼缘板、腹板)进入)进入HH型钢自动型钢自动
16、组立机组立机,在,在组立生产线上,将未焊接的翼缘板和腹板先工作组立生产线上,将未焊接的翼缘板和腹板先工作组立器具组立器具定位定位好,进行头部好,进行头部定位焊定位焊。此类设备一般都采用。此类设备一般都采用PLCPLC可编可编程序控制器程序控制器,对型钢的,对型钢的夹紧、对中、定位点焊及翻转夹紧、对中、定位点焊及翻转实行实行全过程自动控制,速度快、效率高。全过程自动控制,速度快、效率高。HG-1500组立焊13n n组立好组立好的的HH型钢进入型钢进入焊接机焊接机,HH型钢生产配备的焊机一般型钢生产配备的焊机一般为为埋弧自动焊机埋弧自动焊机,从类型上可分为,从类型上可分为门式焊接机门式焊接机及及
17、悬臂式焊悬臂式焊接机接机两种类型。焊机一般都配备有两种类型。焊机一般都配备有焊缝自动跟踪系统焊缝自动跟踪系统、焊焊剂自动输送回收系统剂自动输送回收系统及及快速返程快速返程功能。功能。ME-1-1000门型自动埋弧焊14n n四、四、HH型型矫正矫正n n轻型钢结构构件的翼缘、腹板通常采用轻型钢结构构件的翼缘、腹板通常采用较薄较薄的钢板,焊接的钢板,焊接容易产生比较大的容易产生比较大的焊接变形焊接变形,且翼缘板与腹板的,且翼缘板与腹板的垂直度垂直度也也有偏差,这时需要通过矫正机对有偏差,这时需要通过矫正机对焊接后的焊接后的HH型钢型钢进行进行矫正矫正。精工-型矫正机15n n五、五、钻孔、锁口、
18、抛丸、涂装钻孔、锁口、抛丸、涂装n n钢结构的连接节点多采用高强螺栓,因此孔加工在钢结构钢结构的连接节点多采用高强螺栓,因此孔加工在钢结构制造中占有一定的比重。制造中占有一定的比重。n n制孔通常有制孔通常有钻孔钻孔和和冲孔冲孔两种方法。两种方法。钻孔钻孔是钢结构制造中是钢结构制造中普普遍遍采用的方法,几乎能用于采用的方法,几乎能用于任何规格的钢板、型钢的孔加任何规格的钢板、型钢的孔加工工。钻孔钻孔的的精度高精度高,对孔壁损伤较小对孔壁损伤较小。冲孔冲孔一般只用于较一般只用于较薄钢板薄钢板和和非圆孔的加工非圆孔的加工且且孔径不小于钢材厚度孔径不小于钢材厚度的加工。冲的加工。冲孔生产孔生产效率虽
19、高效率虽高,但由于,但由于孔孔的的周围周围产生产生冷作硬化冷作硬化,孔壁质孔壁质量差量差等原因,通常等原因,通常只只用于用于檩条、墙梁檩条、墙梁端端部长圆孔部长圆孔的制备。的制备。16n n常用的常用的边缘加工边缘加工方法有:铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、方法有:铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。气割和坡口机加工等。n nHH型钢型钢端面铣床端面铣床,用于,用于焊接或轧制成型焊接或轧制成型的的HH型钢型钢、箱形截箱形截面梁柱面梁柱的的两端面铣削两端面铣削加工。加工。铣边机铣边机利用利用滚铣切削滚铣切削原理,对原理,对钢板钢板焊前焊前的坡口、斜边、直边、的坡口、斜边、直边、U U形边
20、可一次同时铣削成形边可一次同时铣削成形,耗能少操作维修方便。形,耗能少操作维修方便。17n n钢构件在涂刷之前应进行钢构件在涂刷之前应进行除锈除锈处理,构件表面的除锈方法处理,构件表面的除锈方法分为分为喷射、抛射除锈喷射、抛射除锈和和手工或动力除锈手工或动力除锈。喷射、抛射除锈。喷射、抛射除锈设备的种类很多,如下图所示的抛丸机适用于各种型材和设备的种类很多,如下图所示的抛丸机适用于各种型材和板材的表面清理。板材的表面清理。n n制做好的制做好的HH型钢需要型钢需要防腐防腐,即,即涂刷油漆涂刷油漆。美国潘邦八抛头抛丸机18焊接焊接焊接焊接HH型钢的生产工艺流程型钢的生产工艺流程型钢的生产工艺流程
21、型钢的生产工艺流程19n n在在HH型钢的制做过程中,板材切割下料、矫正整平,拼装型钢的制做过程中,板材切割下料、矫正整平,拼装点焊、焊接及焊后翼缘矫正,按常规工艺是由多台设备来点焊、焊接及焊后翼缘矫正,按常规工艺是由多台设备来完成的。将以上完成的。将以上工序集于一身工序集于一身的的HH型钢生产线型钢生产线具有结构紧具有结构紧凑、占地省、生产效率高等优点。凑、占地省、生产效率高等优点。n n下面介绍两条生产线:下面介绍两条生产线:单面焊单面焊HH型钢生产线型钢生产线(见图)和(见图)和通通用用HH型钢生产线型钢生产线。20美国林肯单面焊生产线21n n单面焊单面焊HH型钢型钢生产线采用生产线采
22、用低合金高强度钢板低合金高强度钢板以以卧式焊接机卧式焊接机单面焊接,采用美国林肯公司的单弧双自动埋弧焊机。该单面焊接,采用美国林肯公司的单弧双自动埋弧焊机。该生产线包含目前钢结构行业中生产线包含目前钢结构行业中规格最大规格最大的的12m12m 8m8m大型剪大型剪板机,板机,HH型钢的腹板和翼缘板可用此剪板机一次性剪切下型钢的腹板和翼缘板可用此剪板机一次性剪切下料,料,超过超过12mm12mm厚厚的钢板采用的钢板采用等离子切割机等离子切割机进行切割。对进行切割。对于平整度不符合要求的钢板用于平整度不符合要求的钢板用9 9辊矫平机辊矫平机整平。整平后的整平。整平后的翼缘板进入翼缘板生产线,经过对
23、接、冲孔、切断而成为翼缘板进入翼缘板生产线,经过对接、冲孔、切断而成为翼缘板半成品,进入焊接生产线。半成品经组立及头部定翼缘板半成品,进入焊接生产线。半成品经组立及头部定位焊后进入卧式焊接机,一次性焊接完成。位焊后进入卧式焊接机,一次性焊接完成。22n n通用通用HH型钢生产线由型钢生产线由直条火焰切割机直条火焰切割机和和12m12m 8m8m剪板机剪板机将将钢板切割下料成腹板和翼缘板,经钢板切割下料成腹板和翼缘板,经组立机组立机到到门型自动埋弧门型自动埋弧焊机焊机焊接,再经焊接,再经翼缘矫正机翼缘矫正机矫正后成为焊接矫正后成为焊接HH型钢。矫正型钢。矫正后的后的HH型钢通过型钢通过抛丸除锈抛
24、丸除锈处理后,涂底漆、编号发运。处理后,涂底漆、编号发运。n n钢结构的钢结构的主刚架主刚架制作加工中,工作量最大的是制作加工中,工作量最大的是节点节点的加工的加工制作,包括节点处的制作,包括节点处的开孔开孔、端板端板的的定位焊接定位焊接、加劲板加劲板的的定定位焊接位焊接等工作。对梁柱上等工作。对梁柱上四个面四个面都有都有加劲板加劲板的情况,梁柱的情况,梁柱还需要还需要翻转焊接翻转焊接,构件的翻转需要采用,构件的翻转需要采用特殊特殊的的翻转设备翻转设备。通用H型钢生产线由直条火焰切割机和12m8m剪板机将钢板切割下料成腹板和翼缘板,经组立机到门型自动埋弧焊机焊接,再经翼缘矫正机矫正后成为焊接H
25、型钢。矫正后的H型钢通过抛丸除锈处理后,涂底漆、编号发运。23钢结构节点加工用的翻转机24第二节第二节 围护系统的制作及其设备围护系统的制作及其设备n n轻钢结构的轻钢结构的围护系统围护系统包括包括檩条、墙梁、墙面及屋面彩板、檩条、墙梁、墙面及屋面彩板、楼面板、通风采光系统、排水系统和收边系统楼面板、通风采光系统、排水系统和收边系统等。围护系等。围护系统的制造是轻钢结构加工制造中统的制造是轻钢结构加工制造中技术含量最高技术含量最高的一部分,的一部分,它直接它直接决定决定了了整个建筑整个建筑的的产品质量产品质量。下面通过相关设备来。下面通过相关设备来介绍围护系统的加工制造过程。介绍围护系统的加工
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