概述

认识生活中的钢结构

钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代（公元前246～公元前219年），就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3～6世纪，聪明勤劳的中国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥（图0-1），云南的元江桥和贵州的盘江桥（图0-2）等都是我国早期铁体承重结构的例子。

现代我国在钢结构应用上的发展有目共睹，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等。如我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。下图均为钢结构建筑。

钢结构建筑，以其大跨度、大空间、抗震防火性能好、施工速度快等优点，改变了传统建筑结构的概念，告别了现场砖砂灰石的施工，使建筑成为工业化的车间生产和搭积木般的现场组装。近年来，钢结构建筑在世界范围内已经得到广泛应用，并成为21世纪建筑结构的发展趋势。钢结构建筑技术的水平，也已经成为衡量一个国家建筑科技发展的重要指标。

钢结构现在已经在我们的日常生活中占有重要的地位，那么到底什么是钢结构呢？请同学们想一想能不能列举出我们生活中的案例？

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资料查阅

现在让我们来查阅一下有关钢结构的知识吧！

钢结构定义_________________________________________________________

钢结构的优缺点_________________________________________________________

钢结构的适用范围_________________________________________________________

钢结构采用以钢材制作为主，由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接的结构。

一、钢结构连接方式——焊接

在工业生产中，经常需要将两个或两个以上的零件按一定的形式和位置连接起来。根据这些连接特点，可以将其分为两大类：一类是可拆卸连接，即不必毁坏零件就可以进行拆卸，如螺栓连接、键连接等；另一类是永久性连接，其拆卸只是在毁坏零件后才能实现，如铆接、焊接等。如图0-7所示。

1.焊接的定义

焊接是通过加热或加压（或两者并用），并且用或不用填充材料，使焊件形成原子间结合的一种连接方法（图0-8）。

被结合的两个工件可以是同类或异类的金属，也可以是非金属。在生产实践中，用得最多的是金属材料的连接。

2.焊接方法的分类

目前，在工业生产中应用的焊接方法已达近百种，根据它们的焊接过程特点可将其分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

（1）熔焊。熔焊是将焊件连接处局部加热到熔化状态，然后冷却凝固成一体，不加压力完成焊接。其中最常用的有电弧焊、气焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊等。

（2）压焊。压焊是一种不管加热与否，必须在压力下完成焊接的方法。常见的有电阻焊、摩擦焊、高频焊、冷压焊等。

（3）钎焊。钎焊是采用熔点比母材熔点低的填充材料（钎料）受热熔化并借助毛细作用填满母材间的间隙，冷凝后形成牢固的接头的一种焊接方法，其基本特点是在整个焊接过程，母材并不熔化。常见的有烙铁钎焊、火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊等。

焊接方法的简单分类如图0-9所示。

二、焊接技术发展

中国商朝制造的铁刃铜钺，春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪的铁匠通过不断锻打红热状态的金属使其连接，该工艺被称为锻焊。维纳重·比林格塞奥于1540年出版的《火焰学》一书记述了锻焊技术。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。

近代焊接技术，是从1885年出现碳弧焊开始，直到20世纪40年代才形成较完整的焊接工艺体系。特别是20世纪40年代初期出现了优质电焊条后，焊接技术得到了一次飞跃。现在世界上已有50余种焊接工艺方法应用于生产中。焊接方法的发展简史见表0-1。

三、焊接技术的应用及新发展

1.焊接技术的应用

在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计，每年仅需要进行焊接加工之后使用的钢材占钢总产量的45％左右，我国也占据近40％。可见，焊接工艺已成为机械加工中必不可少的手段之一。

焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接。此外，对某些非金属材料，如塑料、陶瓷、复合材料等实施连接。因而，焊接技术已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、机车车辆、石油化工、航空航天原子能、电力、电子技术、建筑、轻工业等行业中。

2.焊接技术的新发展

随着工业和科学技术的发展，焊接技术也在不断进步，焊接已从单一的加工工艺发展成为综合性的先进工艺技术。焊接技术的新发展主要体现在以下几个方面：

（1）提高焊接生产率，进行高效化焊接

焊条电弧焊中的铁粉焊条、重力焊条和躺焊条工艺；埋弧焊中的多丝焊、热丝焊、窄间隙焊接；气体保护电弧焊中的气电立焊、热丝MAG焊、TIME焊等，均是常用的高效化焊接方法。

（2）提高焊接过程自动化、智能化水平

国外焊接过程机械化、自动化已达很高程度，而我国手工焊接所占比例却很大。按焊丝与焊接材料的比来计算机械化、自动化比例，1999年日本为80％，西欧为74％，美国为71％，2000年我国为23％。焊接机器人的应用是提高焊接过程自动化水平的有效途径，应用焊接专家系统、神经网络系统等都能提高焊接过程智能化水平。

（3）研究开发新的焊接热源

焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源，如火焰、电弧、电阻、激光、电子束等。但新的更好的更有效的焊接热源研发一直在进行，例如采用两种热源的叠加，以获得更强的能量密度，如等离子束加激光、电弧中加激光等。

在现代工业中，焊接技术已广泛用于航天、航空和船舶、海洋结构物及压力锅炉、化工容器、机械制造等产品的建造。就船舶建造而言，焊接工时要占船体建造总工时的30％～40％，由此可见，焊接作为一种加工工艺方法在制造业中的重要作用。为了实现焊接产品或焊接结构生产的高效率，国内外都在大力开发创新新的焊接技术，焊接技术作为制造业中最重要的连接工艺，其技术也在不断发展进步中，如电阻点焊、激光技术和使用激光束加工材料、等离子弧焊、粉末等离子弧表面堆焊、焊接电源、机器人系统等。随着我国工业和科学技术的发展，焊接工艺也在不断进步。为满足国家经济发展的需要，焊接技术需要更进一步的提高。图0-10为焊接机器人示例。

资料查阅

我国近现代焊接发展情况：

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虽然我国的焊接科学技术已经取得了很大的发展，但和世界先进水平相比，仍然存在着一定的差距。从国内外焊接的发展现状以及发展前景来看，海洋焊接、航空航天焊接、机械制造等方面的焊接未来仍是一个有待开发的难题，因此值得我们去研究、探讨、创新。我们必须刻苦学习，努力工作，为发展我国的焊接技术贡献自己的力量。

试一试

1.金属连接的方式主要有______、______、______、______、等形式，其中，属于可拆卸的连接是______、______、等，属于永久性连接的是______、______、等。

2.按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接分为______、______、和______三类。

3.焊接是通过______或______，或两者并用，用或不用______，______使焊件达到结合的一种加工工艺方法。