钢结构现场连接方式优缺点的比较

摘要：钢结构构件的现场连接常用焊接和螺栓连接，两种连接形式在设计、加工、安

装及工程造价方面各有优缺点，在设计时应根据工程特点，选用合适的连接方式。

关键词：钢结构;焊接;螺栓连接

Abstract: the steel structure component field connections to the commonly used welding and bolt connection, two kind of connection form in design, processing, Ann

To install and the engineering cost has its advantages and disadvantages, in the design should be based on the features of the project, choose the right connections.

Keywords: steel structure; Welding; Bolt connection

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

钢结构构件的现场连接常用焊接和螺栓连接。

焊接连接常用的焊缝形式分为对接焊缝和角焊缝两种，对接焊缝主要用于刚架梁、柱的翼缘板和腹板的连接，一般在工厂进行，现场连接较少使用；角焊缝一般用于两构件表面成一定角度时两个构件的连接，当构件厚度较大时可开坡口焊接，现场构件间连接较多采用角焊缝连接。

螺栓连接分为普通螺栓和高强螺栓连接，普通螺栓连接一般采用C级粗制螺栓，在现场构件连接时一般作为承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的次要连接、不承受动力荷载的可拆卸结构的连接、临时固定构件作用的安装螺栓。高强螺栓常用的螺栓等级为8.8级和10.9级，根据受力特征分为摩擦型连接、承压性连接和承受拉力的受拉型高强螺栓连接，工程中经常使用的为10.9级摩擦型高强螺栓连接（未特别说明时，本文中螺栓连接指10.9级摩擦型高强螺栓连接）。

1.设计

在结构整体布置及计算时，一般不考虑构件间连接形式的影响，但在节点设计及施工图绘制时，焊接和螺栓连接在计算及布置上存在许多的不同点。

1.1节点大小及材料用量不同

焊接连接由于单位长度焊缝强度较大，所以节点布置较灵活，一般节点区域小，节点板尺寸小。

螺栓连接时单个螺栓的承载力有限，而且受螺栓间距及螺栓安装工作面的制约，螺栓布置不灵活，造成螺栓连接的节点区域大，连接辅助材料增加，有时还要焊接一些附属的连接板件。

1.2对杆件的强度影响不同

焊接连接对所连接的杆件强度基本没影响。螺栓连接时杆件上开螺栓孔对截面有一定的削弱，需要核算削弱后的截面对结构安全是否有影响，如净截面承载力不满足要求时需替换大规格材料。由于螺栓孔的影响，杆件往往要放大15%左右。

1.3设计困难不同

当荷载较大时，节点处螺栓会非常多，节点很大，特别是当节点处交汇杆件较多、节点复杂时，节点设计非常困难，因每个螺栓都需要安装空间，相互避让进一步增大了节点区域，节点区域一般为板件连接，过大的板件又有受压失稳的风险。

1.4结构的安全储备不同

结构设计要遵循强节点弱构件的原则，很多受压杆件，由于长细比的限制，杆件截面往往比受力计算的截面要放大很多，此时如果按强节点弱构件或等强连接时，栓群布置很困难，此时一般根据杆件实际受力布置螺栓，降低了结构的安全储备。焊接连接能够轻松达到强节点弱构件或等强连接，在结构安全储备方面要强过螺栓连接。

1.5对其他构件、设备等布置的影响不同

焊接连接因节点较小，且连接处较平滑，对楼层板、栏杆等其他构件及设备布置影响很小。螺栓连接由于螺栓头及螺母有一定的高度，螺栓连接的节点表面不平滑，对其他构件及设备的布置造成影响。

1.6对不同规格材料连接的适应性不同

由于热轧H型钢和钢板在厚度上不统一（特别是由于材料公差的影响，厚度差可能会比公称厚度差更大），实际设计中经常会出现如下图所示的情况，此时如果使用焊接连接，力通过焊缝传递，不会有大的影响，但是如果采用摩擦型高强螺栓连接时，由于两个连接构件的厚度不一样，高强螺栓将无法在连接件间产生摩擦力，连接出错。这时需现场加垫板来处理，此时垫板的摩擦面处理又非常困难。

图一 不同厚度连接件螺栓连接示意图

1.7抗疲劳设计的效果不同

焊接连接，特别是现场的角焊缝连接，构件的连接类别一般为5类以上，容许应力幅很小；摩擦型高强螺栓连接的构件连接类别为2类，容许应力幅为焊接连接的1.5倍左右。所以螺栓连接的抗疲劳性能要强于焊接连接。

2.加工：

螺栓连接在工厂加工方面的要求要高于焊接连接，具体如下：

对构件尺寸精度要求较高，以M20螺栓为例，螺栓孔孔径为22mm，这就要求工厂加工时误差不能超过1mm，否则螺栓将无法安装。

对构件拼装时零件安装角度的精度要求较高，如与框架梁的两端柱上节点板如偏转角度稍不一致，将造成框架梁与两端断肢间相对扭转，造成无法安装；斜撑、斜杆等倾斜连接构件对角度精度要求更高，稍有偏差则无法安装。

螺栓连接的摩擦面加工难度较高，为达到摩擦型高强螺栓的承载力，必须保证摩擦面满足一定的摩擦系数要求，加大了加工的难度和工作量。

3.安装：

3.1焊接:

优点：精度要求较低；对土建精度、现场沉降、临时变化等有较强的适应性。

缺点：工作量大；施工质量受工人水平影响较大；施工过程中对天气要求高于螺栓连接；安装完成后要进行现场补漆。

3.2螺栓连接：

优点：工程进度相对较快；对天气及气候的要求低于焊接连接；施工质量受工人水平影响较小；现场补漆工作量少。

缺点：安装精度要求高；由于现场钻孔有一定难度，特别是新钻孔离原孔距离需满足规范要求，现场灵活处理方面较差，对土建精度、现场沉降、临时变化等适应性低于焊接连接；安装时要检查摩擦面是否满足设计要求，如不满足需现场处理。

所以如果有高水平的加工及安装单位，且施工组织完善，现场调整很少时，螺栓连接比较适用。考虑中国实际的工程情况及大部分加工安装单位水平，现阶段还是焊接连接比较适用。

4.工程造价：

4.1材料费用：

螺栓连接的材料较焊接连接多，这个在设计章节中已做过阐述。

4.2加工费用：

螺栓连接的接头在工厂制作时工序较焊接连接多很多，造成了加工费用的增加。

通过上面四个方面的阐述，可以看出，国内目前的流行做法，如桁架内部是焊接的，整体就位采用螺栓连接；高层结构中，框架梁腹板采用螺栓连接，上下翼缘采用焊接连接等等，都是根据我国工程情况，综合考虑设计、加工、安装等方面的最优选择，并且经受住了市场的考验。