钢结构的特点、应用和发展

第七章钢结构工程主要内容：钢结构加工制作工艺；钢结构构件的焊接；紧固件连接工程；单层钢结构安装工程；多层及高层钢结构安装工程；钢网架结构安装工程；钢结构涂装工程。7.1钢结构加工制作工艺钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点：（1）材料强度高，钢材质量轻。（2）韧性、塑性好。（2）材质均匀。（3）制造简单，施工周期短。（4）密封性好。第七章钢结构工程钢结构的缺点有：（1）耐热但不耐火150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。（2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。7.1钢结构加工制作工艺第七章钢结构工程•一、钢结构的加工制作•（一）加工制作前的准备工作•1.加工制作图;2.加工制作前的施工条件分析;3.钢卷尺：同一把尺;4.上岗培训、操作考核、技术交底•二、钢结构加工制作的工艺程序•1、放样•放样是钢结构制作工艺中的第一道工序，其工作的准确与否将直接影响到整个产品的质量，至关重要。•放样工作包括如下内容：核对图纸的安装尺寸和孔距；以1:1的大样放出节点；核对各部分的尺寸；制作样板和样杆作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据第七章钢结构工程7.1钢结构加工制作工艺•2、号料•号料（也称划线），即利用样板、样杆或根据图纸，在板料及型钢上画出孔的位置和零件形状的加工界线。号料的一般工作内容包括：检查核对材料；在材料上划出切割、铣、刨、弯曲、钻孔等加工位置，打冲孔，标注出零件的编号等。•常采用以下几种号料方法：①集中号料法②套料法③统计计算法④余料统一号料法7.1钢结构加工制作工艺第七章钢结构工程•3、切割下料•目的就是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。•常用的切割方法有：机械剪切、气割和等离子切割三种方法。•4、坡口加工•5、开孔•在钢结构制孔中包括铆钉孔、普通螺栓连接孔、高强度螺栓孔、地脚螺栓孔等，制孔方法通常有冲孔和钻孔两种。•6、组装•二、钢结构构件的验收、运输、堆放7.1钢结构加工制作工艺第七章钢结构工程7.2钢结构构件的焊接一、钢结构构件常用的焊接方法•焊接结构根据对象和用途大致可分为建筑焊接结构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构、导电性焊接结构。主要焊接方法：手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺柱焊、点焊a）手工电弧焊；b）自动电弧焊1—电源；2—导线；3—夹具；4—焊条；5—电弧；6—焊件；7—焊缝；8—转盘；9—漏斗；10——熔剂；11熔化的熔剂；12—移动方向第七章钢结构工程•二、质量检查•1.焊前检验•2.焊接生产中的检验：•无损检验（外观检查、致密性检验、无损探伤）•破坏性检验•3.成品检验7.2钢结构构件的焊接第七章钢结构工程7.3紧固件连接工程螺栓作为钢结构连接紧固件，通常用于构件间的连接、固定、定位等。钢结构中的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓或高强度螺栓而不施加紧固力，该连接即为普通螺栓连接；高强度螺栓并对螺栓施加紧固力，该连接称高强度螺栓连接。•一、普通螺栓连接•钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。•普通螺栓的施工要求：•（1）连接要求•（2）直径和长度选择•（3）螺栓紧固第七章钢结构工程•二、高强螺栓连接•高强度螺栓连接已经发展成为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一，它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高，施工简便等优点，被广泛地应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工地连接中。高强度螺栓连接按其受力状况，可分为摩擦型连接、摩擦-承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型，其中摩擦型连接是目前广泛采用的基本连接形式。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程（1）高强度六角头螺栓钢结构用高强度大六角头螺栓，分为8.8和10.9两种等级，一个连接副为一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。高强度螺栓连接副应同批制造，保证扭矩系数稳定，同批连接副扭矩系数平均值为0.110-0.150，其扭矩系数标准偏差应不大于0.010。（2）扭剪型高强度螺栓钢结构用扭剪型高强度螺栓一个螺栓连接副为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈，它适用于摩擦型连接的钢结构。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程•高强度螺栓施工只要包括以下几个方面：（1）施工的机具a．手动扭矩扳手各种高强度螺栓在施工中以手动紧固时，都要使用有示明扭矩值的扳手施拧，使达到高强度螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。一般常用的手动扭矩扳手有指针式、音响式和扭剪型三种。•b.扭剪型手动扳手这是一种紧固扭剪型高强度螺栓使用的手动力矩扳手。配合扳手紧固螺栓的套筒，设有内套筒弹簧、内套筒和外套筒。这种扳手靠螺栓尾部的卡头得到紧固反力，使紧固的螺栓不会同时转动。内套筒可根据所紧固的扭剪型高强度螺栓直径而更换相适应的规格。紧固完毕后，扭剪型高强度螺栓卡头在颈部被剪断，所施加的扭矩可以视为合格。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程•c．电动扳手钢结构用高强度大六角头螺栓紧固时用的电动扳手有：NR-9000A，NR-12和双重绝缘定扭矩、定转角电动扳手等，是拆卸和安装六角高强度螺栓机械化工具，可以自动控制扭矩和转角，适用于钢结构桥梁、厂房建设、化工、发电设备安装大六角头高强度螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高强度螺栓的初拧，以及对螺栓紧固件的扭矩或轴力有严格要求的场合。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程（2）高强度螺栓的施工a．大六角头高强度螺栓（a）扭矩法施工在采用扭矩法终拧前，应首先进行初拧，对螺栓多的大接头，还需进行复拧。初拧的目的就是使连接接触面密贴，一般常用规格螺栓（M20、M22、M24）的初拧扭矩在200-300N·m，螺栓轴力达到10-50kN即可。初拧、复拧及终拧一般都应从中间向两边或四周对称进行，初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记，避免漏拧、超拧等不安全隐患，同时也便于检查人员检查紧固质量。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程•（b）转角法施工转角法就是利用螺母旋转角度以控制螺杆弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。采用转角法施工可避免较大的误差。转角法施工分初拧和终拧两步进行（必要时需增加复拧），初拧的要求比扭矩法施工要严，因为起初连接板间隙的影响，螺母的转角大都消耗于板缝，转角与螺栓轴力关系不稳定。初拧的目的是为消除板缝影响，使终拧具有一致的基础。转角法施工在我国已有30多年的历史，但对初拧扭矩尚没有一定的标准，各个工程根据具体情况确定，一般地讲，对于常用螺栓，初拧扭矩定在200~300N·m比较合适，初拧应该使连接板缝密贴为准。终拧是在初拧的基础上，再将螺母拧转一定的角度，使螺栓轴向力达到施工预拉力。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程•b．扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓连接副紧固施工比大六角头高强度螺栓连接副紧固施工要简便得多，正常的情况采用专用的电动扳手进行终拧，梅花头拧掉标志着螺栓终拧的结束。7.3紧固件连接工程第七章钢结构工程7.4单层钢结构安装工程•钢结构单层工业厂房一般由柱、柱间支撑、吊车梁、制动梁（桁架）屋架、天窗架、上下支撑、檩条及墙体骨架等构件组成。柱基通常采用钢筋混凝土阶梯或独立基础。第七章钢结构工程第七章钢结构工程7.4单层钢结构安装工程一．安装前的准备工作1.核对进场资料、质量证明、设计变更、图纸等技术资料2.落实深化施工组织设计，做好起吊前的准备工作3.掌握安装前后的外界环境，如风力、温度、风雪、日照等4.图纸的会审和自审5.基础验收6.垫板设置7.灌筑砂浆采用无收缩微膨胀砂浆，且比基础砼高一个等级7.4单层钢结构安装工程第七章钢结构工程二、钢柱子安装设置标高观测点和中心线标志，标高观测点的设置应与牛腿支承面为基准，且便于观察，无牛腿柱应以柱顶端与桁架连接的最后一个安装孔中心为基准。中心线标志应符合相应规定多节柱安装时，宜将柱组装后再整体吊装。钢柱吊装后应进行调整，如温差、阳光侧面照射等引起的偏差柱子安装后允许偏差应符合相应规定屋架、吊车梁安装后，进行总体调整，然后再进行固定连接。长细比较大的柱子，吊装后应增加临时固定措施。柱间支撑应在柱子找正后再进行安装。第七章钢结构工程7.4单层钢结构安装工程三、吊车梁的安装应在柱子第一次校正的柱间支撑安装后进行，安装顺序从有柱间支撑的跨间开始，吊装后的吊车梁应进行临时固定。吊车梁的校正应在屋面系统构件安装并永久连接后进行，其允许偏差应符合相应规定。其标高的校正可通过调整柱底板下垫板厚度进行。吊车梁下翼缘与柱牛腿的连接应符合相应规定。吊车梁与辅助桁架的安装宜采用拼装后整体吊装，其侧向弯曲、扭曲和垂直度应符合规定。四、吊车轨道安装五、屋面系统结构安装六、维护系统结构安装七、平台、梯子及栏杆的安装第七章钢结构工程7.4单层钢结构安装工程国家体育场国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m×76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面，总用钢量达16万t。第七章钢结构工程7.4单层钢结构安装工程7.5多层及高层钢结构安装工程用于钢结构高层建筑的体系有：框架结构、框架-剪力墙结构、框筒结构、组合筒体系及交错钢桁架体系等。钢结构具有强度高、抗震性能好、施工速度快的优点，所以在高层建筑中得到广泛应用。但同时对钢量大、造价高、防火要求高。•钢屋架•网架、网壳结构•悬索结构•拱架结构•桥梁结构•大跨度钢结构第七章钢结构工程天津奥林匹克体育场俯瞰效果图“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。屋顶结构采用钢桁架悬挑结构。屋面桁架落地，形似露珠。第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程国家大剧院第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程（2）重型厂房结构西安变压器厂（400t吊车）第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程上海环球金融中心由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程上海金茂大厦金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程央视新台址央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米,230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行。第七章钢结构工程7.5多层及高层钢结构安装工程台北101长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以