概述

認(rèn)識生活中的鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑工程中較普通的結(jié)構(gòu)形式之一。我國是最早用鐵制造承重結(jié)構(gòu)的國家，遠(yuǎn)在秦始皇時(shí)代（公元前246～公元前219年），就已經(jīng)用鐵做簡單的承重結(jié)構(gòu)，而西方國家在17世紀(jì)才開始使用金屬承重結(jié)構(gòu)。公元3～6世紀(jì)，聰明勤勞的中國人民就用鐵鏈修建鐵索懸橋，著名的四川瀘定大渡河鐵索橋（圖0-1），云南的元江橋和貴州的盤江橋（圖0-2）等都是我國早期鐵體承重結(jié)構(gòu)的例子。

現(xiàn)代我國在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的發(fā)展有目共睹，不論在數(shù)量上或質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了過去。在設(shè)計(jì)、制造和安裝等技術(shù)方面都達(dá)到了較高的水平，掌握了各種復(fù)雜建筑物的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，在全國各地已經(jīng)建造了許多規(guī)模巨大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)廠房、大跨度鋼結(jié)構(gòu)民用建筑及鐵路橋梁等。如我國的人民大會堂鋼屋架，北京和上海等地的體育館的鋼網(wǎng)架，陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架和北京的鳥巢等。下圖均為鋼結(jié)構(gòu)建筑。

鋼結(jié)構(gòu)建筑，以其大跨度、大空間、抗震防火性能好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的概念，告別了現(xiàn)場磚砂灰石的施工，使建筑成為工業(yè)化的車間生產(chǎn)和搭積木般的現(xiàn)場組裝。近年來，鋼結(jié)構(gòu)建筑在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并成為21世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的水平，也已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家建筑科技發(fā)展的重要指標(biāo)。

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)在我們的日常生活中占有重要的地位，那么到底什么是鋼結(jié)構(gòu)呢？請同學(xué)們想一想能不能列舉出我們生活中的案例？

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資料查閱

現(xiàn)在讓我們來查閱一下有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的知識吧！

鋼結(jié)構(gòu)定義_________________________________________________________

鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)_________________________________________________________

鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍_________________________________________________________

鋼結(jié)構(gòu)采用以鋼材制作為主，由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接的結(jié)構(gòu)。

一、鋼結(jié)構(gòu)連接方式——焊接

在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件按一定的形式和位置連接起來。根據(jù)這些連接特點(diǎn)，可以將其分為兩大類：一類是可拆卸連接，即不必毀壞零件就可以進(jìn)行拆卸，如螺栓連接、鍵連接等；另一類是永久性連接，其拆卸只是在毀壞零件后才能實(shí)現(xiàn)，如鉚接、焊接等。如圖0-7所示。

1.焊接的定義

焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），并且用或不用填充材料，使焊件形成原子間結(jié)合的一種連接方法（圖0-8）。

被結(jié)合的兩個(gè)工件可以是同類或異類的金屬，也可以是非金屬。在生產(chǎn)實(shí)踐中，用得最多的是金屬材料的連接。

2.焊接方法的分類

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的焊接方法已達(dá)近百種，根據(jù)它們的焊接過程特點(diǎn)可將其分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

（1）熔焊。熔焊是將焊件連接處局部加熱到熔化狀態(tài)，然后冷卻凝固成一體，不加壓力完成焊接。其中最常用的有電弧焊、氣焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、氬弧焊等。

（2）壓焊。壓焊是一種不管加熱與否，必須在壓力下完成焊接的方法。常見的有電阻焊、摩擦焊、高頻焊、冷壓焊等。

（3）釬焊。釬焊是采用熔點(diǎn)比母材熔點(diǎn)低的填充材料（釬料）受熱熔化并借助毛細(xì)作用填滿母材間的間隙，冷凝后形成牢固的接頭的一種焊接方法，其基本特點(diǎn)是在整個(gè)焊接過程，母材并不熔化。常見的有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、鹽浴釬焊等。

焊接方法的簡單分類如圖0-9所示。

二、焊接技術(shù)發(fā)展

中國商朝制造的鐵刃銅鉞，春秋戰(zhàn)國時(shí)期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。戰(zhàn)國時(shí)期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經(jīng)過加熱鍛焊而成的。據(jù)明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》一書記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細(xì)的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨。中世紀(jì)的鐵匠通過不斷鍛打紅熱狀態(tài)的金屬使其連接，該工藝被稱為鍛焊。維納重·比林格塞奧于1540年出版的《火焰學(xué)》一書記述了鍛焊技術(shù)。古代焊接技術(shù)長期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具、生活器具和武器。

近代焊接技術(shù)，是從1885年出現(xiàn)碳弧焊開始，直到20世紀(jì)40年代才形成較完整的焊接工藝體系。特別是20世紀(jì)40年代初期出現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)電焊條后，焊接技術(shù)得到了一次飛躍。現(xiàn)在世界上已有50余種焊接工藝方法應(yīng)用于生產(chǎn)中。焊接方法的發(fā)展簡史見表0-1。

三、焊接技術(shù)的應(yīng)用及新發(fā)展

1.焊接技術(shù)的應(yīng)用

在各種產(chǎn)品制造工業(yè)中，焊接與切割（熱切割）是一種十分重要的加工工藝。據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家統(tǒng)計(jì)，每年僅需要進(jìn)行焊接加工之后使用的鋼材占鋼總產(chǎn)量的45％左右，我國也占據(jù)近40％。可見，焊接工藝已成為機(jī)械加工中必不可少的手段之一。

焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬材料的連接。此外，對某些非金屬材料，如塑料、陶瓷、復(fù)合材料等實(shí)施連接。因而，焊接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、機(jī)車車輛、石油化工、航空航天原子能、電力、電子技術(shù)、建筑、輕工業(yè)等行業(yè)中。

2.焊接技術(shù)的新發(fā)展

隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷進(jìn)步，焊接已從單一的加工工藝發(fā)展成為綜合性的先進(jìn)工藝技術(shù)。焊接技術(shù)的新發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）提高焊接生產(chǎn)率，進(jìn)行高效化焊接

焊條電弧焊中的鐵粉焊條、重力焊條和躺焊條工藝；埋弧焊中的多絲焊、熱絲焊、窄間隙焊接；氣體保護(hù)電弧焊中的氣電立焊、熱絲MAG焊、TIME焊等，均是常用的高效化焊接方法。

（2）提高焊接過程自動(dòng)化、智能化水平

國外焊接過程機(jī)械化、自動(dòng)化已達(dá)很高程度，而我國手工焊接所占比例卻很大。按焊絲與焊接材料的比來計(jì)算機(jī)械化、自動(dòng)化比例，1999年日本為80％，西歐為74％，美國為71％，2000年我國為23％。焊接機(jī)器人的應(yīng)用是提高焊接過程自動(dòng)化水平的有效途徑，應(yīng)用焊接專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等都能提高焊接過程智能化水平。

（3）研究開發(fā)新的焊接熱源

焊接工藝幾乎運(yùn)用了世界上一切可以利用的熱源，如火焰、電弧、電阻、激光、電子束等。但新的更好的更有效的焊接熱源研發(fā)一直在進(jìn)行，例如采用兩種熱源的疊加，以獲得更強(qiáng)的能量密度，如等離子束加激光、電弧中加激光等。

在現(xiàn)代工業(yè)中，焊接技術(shù)已廣泛用于航天、航空和船舶、海洋結(jié)構(gòu)物及壓力鍋爐、化工容器、機(jī)械制造等產(chǎn)品的建造。就船舶建造而言，焊接工時(shí)要占船體建造總工時(shí)的30％～40％，由此可見，焊接作為一種加工工藝方法在制造業(yè)中的重要作用。為了實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品或焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的高效率，國內(nèi)外都在大力開發(fā)創(chuàng)新新的焊接技術(shù)，焊接技術(shù)作為制造業(yè)中最重要的連接工藝，其技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)步中，如電阻點(diǎn)焊、激光技術(shù)和使用激光束加工材料、等離子弧焊、粉末等離子弧表面堆焊、焊接電源、機(jī)器人系統(tǒng)等。隨著我國工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接工藝也在不斷進(jìn)步。為滿足國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，焊接技術(shù)需要更進(jìn)一步的提高。圖0-10為焊接機(jī)器人示例。

資料查閱

我國近現(xiàn)代焊接發(fā)展情況：

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雖然我國的焊接科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但和世界先進(jìn)水平相比，仍然存在著一定的差距。從國內(nèi)外焊接的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景來看，海洋焊接、航空航天焊接、機(jī)械制造等方面的焊接未來仍是一個(gè)有待開發(fā)的難題，因此值得我們?nèi)パ芯俊⑻接憽?chuàng)新。我們必須刻苦學(xué)習(xí)，努力工作，為發(fā)展我國的焊接技術(shù)貢獻(xiàn)自己的力量。

試一試

1.金屬連接的方式主要有______、______、______、______、等形式，其中，屬于可拆卸的連接是______、______、等，屬于永久性連接的是______、______、等。

2.按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同，可以把焊接分為______、______、和______三類。

3.焊接是通過______或______，或兩者并用，用或不用______，______使焊件達(dá)到結(jié)合的一種加工工藝方法。