高层钢结构制造项目

2022-08-10

第一篇:高层钢结构制造项目

高层钢结构住宅设计

2009届优秀毕业设计(论文)摘要1

高层钢结构住宅设计

学院:建筑与土木工程学院专业班级:土木0505班

姓名:李瑞锋指导教师:雷宏刚高宇波

摘要:本次毕业设计的题目是:高层钢结构住宅,分建筑设计和结构设计两部分内容。

工程概况:地上十四层,层高2.8米。地下一层为停车场,层高为3.3米。场地面积

4995平方米,建筑面积17176.23平方米,设计资料如下:抗震烈度为8度,设计分组为第二组,基本风压0.4KN/㎡,地面粗糙度为C类。

根据房屋使用功能及建筑设计的要求,结构体系为钢框架-支撑体系,充分发挥钢结

构特性。框架梁为H型钢截面。框架柱采用带悬臂梁段的柱单元,与框架梁刚接。框架梁与框架柱的拼接均采用栓焊混接,翼缘为完全焊透的坡口对接焊缝焊接,腹板采用高强度螺栓连接。柱分单元运输。楼板采用压型钢板组合楼板,其上浇注70厚C20混凝土,柱脚采用埋入式柱脚,柱下为筏形基础。

关键词:高层钢结构住宅;钢框架-支撑体系;压型钢板组合楼板筏形基础

The Design of the Residential High-rise Stell Structure

AbstractThe graduation project is entitled: residential high-rise steel structure, at the architectural design and structural design of the contents of two parts.

Project Overview: 14 on the ground floor, 2.8 meters height. Underground parking floors, floor 3.3 meters high. A site area of 4995 square meters, construction area of 17176.23 square meters, the design is as follows: seismic intensity of 8 degrees, the design division for the second group, the basic wind pressure 0.4KN / ㎡, ground roughness for the C category.

According to the Housing function and use the requirements of architectural design, structural steel frame systemsupport system;

pressure plate combination of floor Raft foundation

一、建筑设计

1.总平面布置,须考虑居住的外部环境设计,考虑绿化、庭院、景观、交通、停车、户外交往空间等设计因素。此设计总体布局为两座高层住宅均布置在规划场地北部,南部为运动场所和花

2高层钢结构住宅设计

园,小区在南部设置1个入口,北部设置1个出口, 场地周边布置景观绿化,营造出美观、舒适的生活空间。

2.本住宅主要设置为3个套型,套型比为2:2:1,以中套为主,辅以大套和小套。各套独门独户,并设有卧室、厨房、卫生间及储藏空间等,住宅的平面及空间设计比较紧凑,以多种形式的空间组合方式来满足不同的生活要求,立面及造型处理规则传统,力求创造亲切、和谐的人居环境和住区形象。

3.住宅的平面及空间设计要紧凑合理,通过多种形式的空间组合方式,满足不同的生活要求。

4.立面及造型处理应符合居住区的特点,创造亲切、和谐的人居环境和住区形象。

(1) 建筑造型设计

住宅是居民生活、休息的场所。与人们的生活息息相关的不仅是住宅的使用功能,其美观问题也是住宅设计的一个重要方面,尤其是当人民的生活和文化素养达到一定的水平时,人们对住宅外观的要求也会日益提高。设计优秀的住宅,不仅可以为家庭生活提供舒适的物质环境,还可以营造亲切、温暖、宁静的家庭气氛,给人以精神、感官上的愉悦。

(2) 剖面设计

本工程为单层工程,室内外高差0.15m,建筑总高40.0m。

5.设备设施的设计应考虑节能环保的要求,满足保温隔热、采光通风、防潮防火等生理要求。

6.设计目的:树立可持续发展观,转变一为味追求形式和造型的思想,树立和谐、健康、生态、文化的可持续发展柱区设计思想。

7.工程概况

建筑名称:XX公司高层钢结构住宅

建设地点:位置见场地图

建设单位:XX公司.

总建筑面积:17176.32平方米

建筑层数:14层

地下室:一层

总户数:140

总高度:40.0米

建筑类别:二类

建筑耐久年限:50年

耐火极限:二级

抗震设防烈度:8度

主要结构类型:H型钢框架支撑体系

8.主要做法

屋面做法:

SBS改良性沥青防水卷材

1:3水泥砂浆找平

100-140厚膨胀珍珠岩

压型钢板混凝土组合楼板

V型轻钢龙骨吊顶

楼面做法:

大理石地板

1:3干硬水泥砂浆找平

2009届优秀毕业设计(论文)摘要3

轻型钢板混凝土组合楼板

V型轻钢龙骨吊顶

外墙:

轻质大理石挂板

1:1水泥砂浆

1:2.5水泥砂浆找平

1:3水泥砂浆粉

煤灰砌块

1:3水泥砂浆

9.室内装修

二次装修应遵循下列事项:

(1)装修不得损坏建筑主体,以免带来安全隐患。

(2)地面装修严格控制其厚度和重量,原则上不得超过图纸预留设计厚度。

10.放水工程

屋面放水等级为二级,屋面防水采用沥青卷材。

11.预留孔洞

本工程墙体采用轻质混凝土板材,施工前详细看施工图。住宅配电箱留槽尺寸300*150*100,底边距地180mm,消防栓留孔尺寸为:1000*1200*250,底边距地500mm。

三、结构设计部分

1.判断结构是否适合用钢结构,钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂的结构。

2.结构选型与结构布置,在钢结构设计的整个过程中都应该强调概念设计,他在结构选型与布置阶段尤为重要。结构的布置要根据体型特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的路线传到基础。

3.预估截面,主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选用槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据何在与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择,翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按1/b限值确定时,可回避钢梁的整体稳定的复杂计算,这种方法很受欢迎。此次设计的截面估计为:

(1)钢结构框架柱宜选用工字型钢截面,且选用宽翼缘系列,以保证弱轴方向的抗弯能力。考虑到随着层数的增加,柱子受到的力会减小,故可以采用较小的截面,为此选出的截面:-1~5层为WH 400×400×20×32;6~11层为WH 400×400×16×25。12~14层WH 400×400×10×20

(2)工字型梁宜取中翼缘或窄翼缘型,高而窄的梁在主轴平面内截面模量大,加上楼盖采用压型钢板组合楼板且与梁有栓钉焊牢,楼板可视为刚性铺板,这样梁没有整体稳定问题,截面只需满足强度、刚度的要求。故在设计中选用了工字钢,其受力性能较好。

框架梁与框架柱采用刚性连接,梁截面高度可以按照1/15跨度来确定,其挠度可以按照简支梁来验算,考虑楼板及梁柱的组合作用。

由此确定梁的截面高度,选择适合的工字钢,查表确定梁截面为窄翼缘:

跨度为7200mm、8100mm、5400mm的梁为HN400×200×8×13。

4.结构分析,目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析。简单结构通过手算进行分析,复杂结构才需要建模进行程序并做详细结构分析。由于本塔楼柱网布置不规则,因此采用了PKPM软件进行结构分析与辅助设计与计算。

5.构件设计,构件的设计首先是材料的选择,比较常用的是Q235和Q345.通常主结构使用单

4高层钢结构住宅设计

一钢种以便于工程管理。经济考虑,也可以选择不同强度刚才的组合截面。当强度起控制作用时,可选择Q345;稳定控制时,可选择Q235.

6.节点设计,连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一,连接的不同对结构的影响很大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定。具体设计主要包括以下内容:

1、焊接:对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。2栓接:普通螺栓抗剪性差,可在次要结构部位使用。高强螺栓,使用日益广泛。通常8.8s和10.9s两个强度等级。

连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加上4mm。然后验算净截面抗剪等。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。

参考文献

[1]《住宅建筑设计原理》中国建筑工业出版社.

[2] 新住宅平面设计》中国建筑工业出版社.

[3] 建筑结构荷载规范GB50009-2001.

[4] 钢结构设计规范 GB50017-2003.

[5] 冷弯薄壁型钢结构技术规程 GB50018-2002.

第二篇:各大城市的高层钢结构建筑防火措施

如今在中国的各大城市,高层及超高层钢结构建筑如雨后春笋纷纷比肩兴建。而钢结构建筑的防火,是建造摩天大楼必须满足的前提条件。 一旦遇到火灾,钢结构建筑会因高温快速熔化,导致主楼快速坍塌。在这方面,各地建设方、设计方和管理部门都有不少值得借鉴的做法,下面和恒岳重钢一起看下!

北京国贸三期:摒弃全钢

北京国贸三期总建筑面积54万平方米,主塔楼总高330米,地上层数为74层,地下为4层,钢结构截面大、单件重、连接复杂,总用钢量达5万多吨,抗震等级8级,设计难度和施工难度为世界超高层建筑结构领域所罕见,是目前北京的第一高楼。

在经过论证和修改后,该楼的建筑方案采用了4万吨钢筋、18万立方米混凝土与5.5万吨钢结构组合形成的钢骨型钢混凝土结构,并采用耐燃时间高达3小时的防火涂料对裸露钢结构进行防火处理。这样设计的结果是,大楼能够有效地减少诸如飞行器撞击所带来的损害,提高大楼自身的耐火性能。工程中采用石膏板隔墙顶部与结构楼板滑动连接,有效地消除了因结构层间位移墙体变形而发生开裂的可能。而在承重部位的墙体采用型钢加固龙骨,增加了墙体承载能力。为了确保人员安全,主塔楼分别在14层、28层、39层、55层和74层设计了5个避难层,避难层四周采用防火材料和加固结构,装有防火隔烟系统。并严格规定大厦投入使用后,避难层非但不能改作他用,不能加锁关闭,而且还可能会放置一些食品和水,并随时更

新。

深圳:定期“体检”

深圳市目前有高层建筑3657栋,其中超高层建筑(100米以上)有100多栋。被称为世界十大建筑之列的深圳地王大厦高69层,总高度383.95米,建成时曾是亚洲第一高楼,也是全国第一个高层钢结构建筑。而98层、441.8米的京基100大厦已成为深圳这个现代化国际大都市的又一地标建筑。

按照深圳市的规定,所有高层建筑必须在交付使用前都经过消防验收,符合国家关于高层建筑消防安全规范才能投入使用。据了解,深圳市公安局消防局专门制定了《建筑消防设施维护管理暂行规定》,推动社会各单位实行建筑消防设施“每日一巡”、“每月一测”、“每年一检”制度,填写巡视、测试和检验记录表。督促社会单位建立完善消防设施维护保养制度。在消防检查过程中,对当场有条件解决的建筑消防设施问题和故障,消防部门监督立即解决消防部门还重点对10年以上的高层建筑在消防安全通道、设施、管理、监督等方面是否做到位进行了检查。今年4月起,派出8个督察组,进行交叉检查。重庆:建立“消防户口”

作为全国高楼数量最多、密度最大的城市之一,山城重庆素有“钢筋水泥森林”之称,城市消防安全面临重大考验。重庆特殊的地理条件,也给大火灾扑救工作带来一系列困难。

重庆消防总队为此开展了高层建筑消防安全专项整治,以“全面摸排整改”为突破口,对全市高层建筑火灾隐患进行了大清查。在专

项整治活动中,重庆各级消防机构对全市已建成投用的所有高层建筑逐一进行摸排整治,并将设有商场、市场、娱乐场所等人员密集的高层公共建筑作为整治重点,为高层建筑建立“户口”,详细录入每一栋高楼的基本情况和动态的消防安全状况,实现了对高楼进行“实时跟踪动态管理”。

青岛:委托中介“免费年检”

青岛市海曙区委托中介机构对全区100多幢高层建筑商务楼宇消防设施进行“免费体检”,测出的安全隐患,区高层建筑消防安全整治办公室向业主单位和物业管理单位逐一下发了消防安全隐患整改告知书,签订了消防安全承诺书。

“服务外包”创新了政府运作模式,即把非住宅高层建筑自动消防设施的日常维护保养工作委托给具有资质并能履行日常管理职责的中介机构定期实施,政府给予奖励。同时通过“技能竞赛”提高物业业务能力,提升应急救援效率。区安监局联合消防、物业每年举办一次高层楼宇消防技能竞赛。借助技能比武这个平台,对物业人员的消防安全基本知识进行教育培训,对消防安全基本技能进行实地演练,同时,规范消防控制室从业人员火警处置程序,切实提高消控室值班人员设施操作水平和处置突发事故的能力。物业公司以外来务工人员居多,流动性大、文化水平参差不齐、安全意识相对薄弱,通过每年一度的技能竞赛给老员工敲敲警钟,尤其给新员工上好消防安全教育课,切实提高物业公司的隐患自查自改、逃生自救、组织灭火等实际能力。——恒岳重钢

第三篇:钢结构制造工艺

1、钢结构制造工艺 (1)材料

本工程钢构件所采用的钢材必须具备出厂质量保证书,并经复试合格。

钢材未进入车间之前,必须由专人负责逐张检验后方可待用。 进入车间施工的材料均应平整、无弯曲、波浪、变形,如存在以上缺陷的材料必须矫正后方可号料。

(2)放样、号料

在进行放样和制作样板时应认真核对图纸上的每一尺寸,有疑问时应及时向技术部门提出。

样板上的定位标记应根据需要加放焊接收缩量。

凡主要构件需拼接时应使其主应力方向与钢板轧制方向保持一致。

号料前的钢材变形矫正,应采用“机械矫正法”,如采用“火焰矫正法”,必须严格控制加热温度在700摄氏度左右。

号料时必须予先留有割切缝隙的余量。 (3)钢桁梁制作

按图纸实际尺寸放样出零件加工切割的各种样板。钢桁梁所有高强螺栓连接板,在未装配之前必须逐件验收后方可装配,对装配后的连接板必须经专职检查人员确认无误后方可焊接。

桁梁分段焊好连接板后,必须将所有连接板矫平,同时做好整体矫正。

(4)焊接工艺要求

焊接前应清除坡口和焊道30-50mm附近的铁锈、油污及各种杂质。不使用生锈、变质的焊条、焊丝;焊材按规定烘烤存放。 HJ431烘干箱温度为250摄氏度,烘干时间2小时,保温温度80-100摄氏度。Q235钢材间的手工焊采用E43型焊条,自动埋弧焊采用H08A焊条并配以相应焊剂。

凡焊接部位,均应采用引弧板施焊,消除弧坑的影响,焊缝焊接必须做强度试验,确保焊质量,在焊接时,应电流适量。快速施焊,以减少热影响区和温度差,并应对称施焊。焊缝质量都要经过专职检查人员全面检查并应作出记录,对一些主要焊缝:如框架梁与柱子连接的焊缝,事先要进行试焊并做剖面检查和必要的力学试验,要求达到与基本金属等强度,必要时应用超声波或用X光作进一步探伤检查;贴角焊缝的焊角尺寸除按图中注明的数值焊接外,不应小于施工规范的规定。

(7)钢结构除锈和涂装

a. 钢结构件表面应先以“喷砂法”彻底清除铁锈、松屑、油污尘垢及其它有害附着物,直至钢结构件露出银灰色的光洁表面,应符合GB50205-2001现行国家标准。其质量应符合现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的要求,不允许在构件表面存在其它一切有害附着物;除锈质量等级为Sa2.5级。

b. 钢结构件涂装前,先经检查人员检验后方可涂刷油漆。对于高强螺栓接头处、拼接板的摩擦接触面范围内,必须在拼装、焊接和浇筑混凝土以后方能进行油漆。

c. 涂装时注意到环境温度和相对湿度,应符合涂料产品说明书的要求,一般环境温度宜在5-38摄氏度,相对湿度≤85%摄氏度,构件表面有结露时,不得涂刷油漆,涂刷油漆后4小时不得淋雨。漆膜总厚度不小于125微米。

2、钢结构安装 钢结构运输

根据构件安装顺序,先运钢柱、梁主要钢构,后为檩条,支撑拉杆。结合钢构件重量,外形尺寸,包装形式,作业环境,调配适当载重汽车车型装运。

钢构件在提运装车时,提运人员及驾驶员必须在场监装,做到文明装车,不超载,不偏重,捆紧垫牢,防止勒伤构件。汽车运输途中确保钢结构件不滑动,不散落,不变形,标记不损伤,外包装完整。

(2) 基础复查及配垫板 基础复查验收

基础混凝土强度应达到吊装要求,周围回填土夯实完毕,复测纵向,横向基准点和标高,测量柱间跨距和间距,检查地脚螺栓埋设均应符合要求。 配垫板

配置普通钢垫板,每柱按四组配置,每组垫板数不得超过5块,垫板应点焊牢固,靠柱底板外侧须将垫板露出10mm。

(3)检查钢结构件的质量

对钢柱、屋面梁、支撑、檩条、拉杆等按设计图纸进行复查;构件的几何尺寸、螺栓孔距、屋面梁起拱度、高强螺栓接合面、焊缝及油漆等符合设计图及有关规范。

(4)钢结构安装要领 a 钢结构安装顺序

钢结构的安装按先主钢构后腹杆的顺序进行。 b桁梁安装

将分段的桁梁平放在简易地面组装台架上组装成整体,先用三分之一临时螺栓连接,调整外形尺寸及几何公差,将临时螺栓全部换成高强螺栓,再次复查外形各部尺寸公差,合格后进行初拧,经质量复检后终拧高强螺栓,装配时螺栓应自由穿入孔内,方向一致,不得强行敲打,并不得气割扩孔。高强螺栓的安装应从节点板中间顺序向外拧紧,并应在当天终拧完毕

c高强度螺栓安装

高强度螺栓采用10.9级高强螺栓,屋面梁组装时,安装临时螺栓时,应用尖头撬棒及冲钉对上下或前后连接板的螺孔使螺栓自由伸入孔内,不得强行敲打,临时固定螺栓安装数量应有总数的三分之一,并且至少应穿两个。高强螺栓安装时,先在余下的螺孔内投满高强螺栓,并用扳手扳紧,然后将临时螺栓逐一换成高强螺栓,并用扳手扳紧。在同一连接面上,高强螺栓应按同一方向投入。高强螺栓必须顺畅穿入孔内,不得强行敲打。高强螺栓必须分两次紧固,初拧扭矩值是终拧扭矩值的60%-80%,终拧扭矩值应符合钢结构用高强螺栓的专门规定要求。

高强螺栓大六角头螺栓施拧采用的扭矩扳手和检查采用的扭矩扳手,在每班作业后,均应进行校正,其扭矩误差为使用扭矩的±5%到±3%之间。本工程为M22x100高强度螺栓其预拉力210KN,扭矩系数约为0.127,终拧扭矩约586N.M左右。 同一连接面上的螺栓,应由接缝中部向两端顺序进行紧固,两个连接构件的紧固顺序是:先主要构件,后次要构件。当天安装的高强螺栓应于当天终拧完毕,其外露丝扣不得少于2扣。

为保证高强螺栓的施工质量,对终拧后的高强螺栓应进行终拧扭矩值检测,检测抽查率为每节点处高强螺栓的10%。

高强螺栓终拧后经检查合格,应立即在连接板缝、螺栓头、螺母和垫圈周涂防锈漆二道封闭缝隙。面漆则与钢构件的面漆涂法相同。

(5)质量保证措施

质量目标:

工程质量是本工程重点控制目标,我公司对本工程质量管理目标是:确保工程验收达到合格。

A、质量检查

(a)自检:操作工人每天下班前,对自己操作的工作范围进行自行检查,检查质量是否符合设计及规范要求。不符合要求处及时修正,并做好自检记录。

(b)互检:每完成一个分部工程一个部位,由项目负责人、质量总负责、质量员、施工员组织班组长和主要技工进行互相检查,应做好检查记录,相互督促,取长补短,共同提高。

(c) 交接检:每完成一道工序,由项目负责人,质量总负责、质量员、施工组织有关工种班组进行工序交接检查,并办理交接手续,做到责任分明,不符合规范要求,不准进入下道工序施工。

(d)隐检:结构分部工程中每一分部工序完成必须及时进行隐检验收,隐检由公司、项目部组织质量总负责、质量员、施工员和各班组长进行验收,然后进行下道工序,并做好隐检记录。

(e)竣工验收:工程完工后,项目规范进行验收,及时填写有关资料。

B、检测手续

工程质量实行两级检查,三方监督,即在班组自检的基础上,项目质量员与施工员负责复核,公司抽检和定期质量大检查。工程质量质监部门及时掌握以下的隐检验收工作:

基础隐检:查预埋螺栓规格、型号、预埋尺寸,螺栓顶标高情况是否符合设计要求;安装是否牢固。

构件加工:查钢材品种、规格、几何形状、尺寸、位置、焊接形式;焊接牢固程度和锈污等。

结构安装:高强度螺栓的安装及紧固情况、檩条安装情况等。 加强质量预控,材料采购先要有样品,样品与实物相符,保存好样品,购货前与样品对照,对主要材料(半成品或成品)采购或订货,必须及时经得业主意见与许可。

编制分部分项工程的质量措施作为预控的依据。

加强过程控制,关键部位及工序如屋面、墙面工程等实施全过程监控,并应有应急措施,将质量事故消灭于萌芽状态。

第四篇:高层建筑的结构优化设计研究

林知泉

(北京中华建规划设计研究院有限公司福州公司) 摘 要:

高层建筑项 目投资大,建设周期长,对其进行优化设计能够有效的减少投资金,但是,由于设计变量、约束条件、计 算量过于庞大的原因,高层建筑的结构优化设计并未有效的展开。分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势,研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题,并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。关键词 :高层建筑;结构设计 ;优化设计

高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的 需要而发展起来的,是城市和工商业发展的结果,而 建筑技术的进步,轻质高强材料的出现以及机械化、 电气化、计算机在建筑中的应用,又为高层建筑的发 展提供了物质和技术基础。

(一) 高层建筑结构的发展趋势

第一,钢筋混凝土材料重新得到重视。20世纪 9O年代以来,美国、日本等原来从高层钢结构起步 的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相 比,钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、 舒适度佳、耐腐蚀 、耐高温、耐火、维护方便等优点。

此外,即使是在美、日等钢铁工业发达的国家,钢筋 混凝土造价还是低于钢结构。特别是 20~40层区 间的住宅,多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙 结构。我国的高层建筑中,绝大部分为钢筋混凝土 现浇结构,只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强 混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成 熟 ,而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材 料技术的不断发展,也为钢筋混凝土材料的重新崛 起提供了条件。

第二,组合结构的高层建筑发展迅速。采用组 合结构可建造比混凝土结构更高的建筑,不但具有 优异的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降 低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可 以取代钢筋混凝土结构和钢结构,科技含量也较高, 对环境污染也较少,已广泛应用于冶金、造船、电力、 交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入了桥梁

工程和高层与超高层建筑中。在强震国家 日本 ,组 合结构高层建筑发展迅速,钢筋混凝土组合柱应用 广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态,能提高承载力,从而可节约钢材。而香港的中国银行采 用巨形组合柱的建筑设计方法,获得了十分可观的 经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工 技术上的改进,组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。

第三,新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于 2O世纪 6O 年代,它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根 据筒体的不同组成方式,分为框筒体系、筒中筒体系 和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是 它的空间受力性能。无论哪一种筒体 ,在水平力作 用下都可以看成固定于基础上的箱形

悬臂构件 ,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并 具有很好的抗扭刚度。因此,该种体系广泛应用于 多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而 2O世纪 8O年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广 泛 的应用 。

第四,智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生,在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各 自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合 ,以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素,即结构、系统、服务和管理,以及它们之间的

内在联系,以最优化的设计,提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷 高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统:设备管理 自动化系统、通讯网络系统、办公 自动化系统,并以此应用现代 4C技术构成智能建筑结构与系统,结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。

(二)工程优化设计理论的发展

第一,工程设计软科学的发展。实际上,人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素;软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的,不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析,具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应

的一种手段,是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中,更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作,这些工作具有软科学的特点。所以,工程设计应该是硬科学和软科学的结合 ,这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期,有许多重大的问题需要进行科学的决策,包括工程项目的可行性论证、工程项 目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作,其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

第二,工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项 目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后,就需要考虑工程建设的总体布局及规划,这也是一个重大的决策,直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项 目的功能时,可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。价值工程是一门软科学,依靠集体智慧有组织地研究系统的功能,揭示系统中的必要功能与总成本间的最佳匹配。价值工程的基本观点是对产品及其各个组成部分进行功能分析,在很多情况下,这样做都是很有好处的,因为人类制造任何产品,实际上是为了使用该产品的功能,例如,兴建电视塔、水塔等高耸构筑物是为了求得一个工作高度,兴建房屋是为了提供一个工作、生活和娱乐的空间,兴建桥梁是为了求得一个跨越的媒介,兴建雕塑是为了美学享受或某种纪念。在进行工程项目的总体规划时,从功能出发,可以开拓视野,减少习惯的束缚。

第三,工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化 ,只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时,各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化,才能真正收到优化的效果。近些年,在解决抗灾结构优化设计方法的实用化问题上,研究者以设防烈度 ,d作为优化参数,并且比较容易和切实地将结构造价 c(,d)和损

失期望 (,d)表为结构设计方案 (,d)的函数,原因在于

现行规范将抗灾结构的失效简化为单失效模式 ,并地震烈度度量结构抗力和地震的作用,这就使结 的优化得到了极大的简化。此外,现行规范得 以 理地提出了三级失效准则。结合这两个举措 ,就 成了国内外所共识的“小震不坏,中震可修,大震 倒”的设计原则。

第四,工程项 目全寿命优化的发展。以往的优 设计理论针对的都是具体的结构,而在工程实际中,一般都是整个工程大系统的优化设计问题,其由 多子系统或者结构组成,具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点,故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道,需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素,在各个阶段的优化中都应该以工程项 目的全局作为优化对象,而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。这是一个从工程项目可行性开始,直至工程设施报废全过程的优化体系,优化 目标不仅包括近期的投资和效益,还包括长远的经济和社会效益,后者包括服役期间使用单位企事业运营的直接经济效益的期望值和遇到灾害时工程失效带来的损失的期望值。

(三)高层建筑结构优化设计中存在的问题

目前 ,结构优化的应用远远落后于理论进展 ,特别是高层建筑土木建筑结构的优化设计应用还不普遍。其主要原因有 :

第一,只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明,形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果,因此,也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为,结构设计只要结构方案和布置合理,上部结构又有 比较成熟的计算机软件进行分析计算,构件截面只要通过计算结果满足规范即可,认为上部结构相对下部结构,即地基基础部分 ,特别是软土地基的意义不大,因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

第二,优化的目标还不能完全符合工程的需要。 由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、 约束条件多、受建筑功能限制较大等难点 ,多种因素 甚至不确定性因素使得 目标函数在建立后只能得到 相对最优解。而且,目前尚没有实用的高层建筑优 化分析软件,而应用现有的各种计算机分析软件进 行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果 的,因此 ,无论是机时,还是设计进度,都较难允许实 施这种优化方法。很多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的,其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。第三,离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的,因此,传统的优化方法,如各种梯度算法、对偶算法等解析算法

均无法胜任。而且,由于问题的规模较大,随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。

(四) 高层建筑结构优化设计的方法

对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法,首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量,这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量

有关的约束条件,在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量,材料耗量决定于构件的截面尺寸大小,截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此,目标函数很难用明确的数学解析式来表达 ,不能用数学上求极小值的方法,也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决,即给目标函数中变量以已知值 ,经过试算使其满足一定的约束条件,求得其目标值 ,并找出使 目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向,以达到目标函数的最优值。因此,可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的,是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力,此时材料的强度得到充分利用,构件截面面积将是最小,故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下,按照满应力准则的要求,修改构件的截面尺寸,使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束,则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。

利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤:首先,要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸,并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库;其次,要对结构构件进行力学分析,算出各工况下结构的位移力,并对结构构件进行承载力计算;再次,要根据计算结果,对构件截面尺寸进行调整,在满足位移条件的前提下,尽量充分发挥构件材料的性能,即按规范计算使其接近满应力状态,但截面选择应在指定的数据库中进行,并统计截面需修改的个数;然后 ,根据修改截面的数量、性质,由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算,即返回到第二步计算,如此循环反复,直到满足要求为止;最后,输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。按以上步骤,可编制完整的高层建筑结构优化分析软件,但在软件研制中,如何尽量减少内存、加快运算速度, 需做大量工作,才能使之达到较为实用的程度。当前 ,在无成熟的优化分析软件的情况下,应用现有的 高层建筑结构分析软件,采用人工分析调整构件的截面尺寸,进行反复运算,也可达到优化效果,但费工费时,较难满足设计进度要求,而且对设计人员的素质要求较高,需要有较高的分析判别能力,当结构布置较复杂时,不仅工作量大,而且有时甚至无法将优化工作进行下去,因此,人工方法只是 目前一个暂时性 的过渡办法。

参 考 文 献:

[1] 沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.

[2]周坚.高层建筑结构力学 [M].北京:机械工业出版社。 2006.

[3]高立人,方鄂华,钱稼茹.高层建筑结构概念设计[M].北京: 中国计划出版社。2005.

[4]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[M].上海:同济大 学出版社,2005.

[5] 姜忻良.高层建筑结构与抗震[M].北京:中央广播电视大学 出版社。2004.

[6] 彭 伟.高层建筑结构设计原理[M].成都 :西南交通大学出 版社,2004.

[7]王全凤.高层建筑结构优化、动力和稳定的实用计算[M].

福 州:福建科学技术出版社。2002.

第五篇:钢结构制造及注意事项

1.钢结构构件的制作加工

1)钢材的储存

(1)钢材储存的场地条件钢材的储存可露天堆放,也可堆放在有顶棚的仓库里。露天堆放时,场地要平整,并应高于周围地面,四周留有排水沟;堆放时要尽量使钢材截面的背面向上或向外,以免积雪、积水,两端应有高差,以利排水。堆放在有顶棚的仓库内时,可直接堆放在地坪上,下垫楞木。

(2)钢材堆放要求钢材的堆放要尽量减少钢材的变形和锈蚀;钢材堆放时每隔5~6层放置楞木,其间距以不引起钢材明显的弯曲变形为宜,楞木要上下对齐,在同一垂直面内;考虑材料堆放之间留有一定宽度的通道以便运输。

(3)钢材的标识钢材端部应树立标牌,标牌要标明钢材的规格、钢号、数量和材质验收证明书编号。钢材端部根据其钢号涂以不同颜色的油漆。钢材的标牌应定期检查。

(4)钢材的检验钢材在正式入库前必须严格执行检验制度,经检验合格的钢材方可办理入库手续。钢材检验的主要内容有:钢材的数量、品种与订货合同相符;钢材的质量保证书与钢材上打印的记号符合;核对钢材的规格尺寸;钢材表面质量检验。

2)钢结构加工制作的准备工作

1 ⑴详图设计和审查图纸一般设计院提供的设计图,不能直接用来加工制作钢结构,而是要考虑加工工艺,如公差配合、加工余量、焊接控制等因素后,在原设计图的基础上绘制加工制作图(又称施工详图)。详图设计一般由加工单位负责进行,应根据建设单位的技术设计图纸以及发包文件中所规定的规范、标准和要求进行。加工制作图是最后沟通设计人员及施工人员意图的详图,是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、制孔、弯制、拼装、焊接、涂装、产品检查、堆放、发送等各项作业的指示书。 图纸审核的主要内容包括以下项目:①设计文件是否齐全,设计文件包括设计图、施工图、图纸说明和设计变更通知单等。②构件的几何尺寸是否标注齐全。③相关构件的尺寸是否正确。④节点是否清楚,是否符合国家标准。⑤标题栏内构件的数量是否符合工程和总数量。⑥构件之间的连接形式是否合理。⑦加工符号、焊接符号是否齐全。⑧结合本单位的设备和技术条件考虑,能否满足图纸上的技术要求。⑨图纸的标准化是否符合国家规定等。图纸审查后要做技术交底准备,其内容主要有:①根据构件尺寸考虑原材料对接方案和接头在构件中的位置。②考虑总体的加工工艺方案及重要的工装方案。③对构件的结构不合理处或施工有困难的地方,要与需方或者设计单位做好变更签证的手续。④列出图纸中的关键部位或者有特殊要求的地方,加以重点说明。 ⑵备料和核对根据图纸材料表计算出各种材质、规格、材料净用量,再加一定数量的损耗提出材料预算计划。工程预算一般可按

2 实际用量所需的数值再增加10%进行提料和备料。核对来料的规格、尺寸和重量,仔细核对材质;如进行材料代用,必须经过设计部门同意,并进行相应修改。 ⑶编制工艺流程编制工艺流程的原则是操作能以最快的速度、最少的劳动量和最低的费用,可靠地加工出符合图纸设计要求的产品。内容包括:1)成品技术要求

2)具体措施:关键零件的加工方法、精度要求、检查方法和检查工具;主要构件的工艺流程、工序质量标准、工艺措施(如组装次序、焊接方法等);采用的加工设备和工艺设备。编制工艺流程表(或工艺过程卡)基本内容包括零件名称、件号、材料牌号、规格、件数、工序名称和内容、所用设备和工艺装备名称及编号、工时定额等。关键零件还要标注加工尺寸和公差,重要工序要画出工序图。 ⑷组织技术交底上岗操作人员应进行培训和考核,特殊工种应进行资格确认,充分做好各项工序的技术交底工作。技术交底按工程的实施阶段可分为两个层次。第一个层次是开工前的技术交底会,参加的人员主要有:工程图纸的设计单位,工程建设单位,工程监理单位及制作单位的有关部门和有关人员。技术交底主要内容有:1)工程概况;2)工程结构件的类型和数量;3)图纸中关键部位的说明和要求;4)设计图纸的节点情况介绍;5)对钢材、辅料的要求和原材料对接的质量要求;6)工程验收的技术标准说明;7)交货期限、交货方式的说明;8)构件包装和运输要求;9)涂层质量要求;10)其他需要说

3 明的技术要求。第二个层次是在投料加工前进行的本工厂施工人员交底会,参加的人员主要有:制作单位的技术、质量负责人,技术部门和质检部门的技术人员、质检人员,生产部门的负责人、施工员及相关工序的代表人员等。此类技术交底主要内容除上述10点外,还应增加工艺方案、工艺规程、施工要点、主要工序的控制方法、检查方法等与实际施工相关的内容。 ⑸钢结构制作的安全工作钢结构生产效率很高,工件在空间大量、频繁地移动,各个工序中大量采用的机械设备都须作必要的防护和保护。因此,生产过程中的安全措施极为重要,特别是在制作大型、超大型钢结构时,更必须十分重视安全事故的防范。进入施工现场的操作者和生产管理人员均应穿戴好劳动防护用品,按规程要求操作。对操作人员进行安全学习和安全教育,特殊工种必须持证上岗。为了便于钢结构的制作和操作者的操作活动,构件宜在一定高度上测量。装配组装胎架、焊接胎架、各种搁置架等,均应与地面离开0.4~1.2m。构件的堆放、搁置应十分稳固,必要时应设置支撑或定位。构件堆垛不得超过二层。索具、吊具要定时检查,不得超过额定荷载。正常磨损的钢丝绳应按规定更换。所有钢结构制作中各种胎具的制造和安装,均应进行强度计算,不能仅凭经验估算。生产过程中所使用的氧气、乙炔、丙烷、电源等必须有安全防护措施,并定期检测泄漏和接地情况。对施工现场的危险源应做出相应的标志、信号、警戒等,操作人员必须严格遵守各岗位的安全操作规程,以避免意外伤害。构件起吊应

4 听从一个人的指挥。构件移动时,移动区域内不得有人滞留和通过。所有制作场地的安全通道必须畅通。

3)钢结构加工制作的工艺流程 ⑴样杆、样板的制作样板可采用厚度0.50~0.75mm的铁皮或塑料板制作,其精度要求见表6-2。样杆一般用铁皮或扁铁制作,当长度较短时可用木尺杆。样杆、样板应注明工号、图号、零件号、数量及加工边、坡口部位、弯折线和弯折方向、孔径和滚圆半径等。样杆、样板应妥善保存,直至工程结束后方可销毁。 ⑵号料核对钢材规格、材质、批号,并应清除钢板表面油污、泥土及赃物。号料方法有集中号料法、套料法、统计计算法、余料统一号料法四种。若表面质量满足不了质量要求,钢材应进行矫正,钢材和零件的矫正应采用平板机或型材矫直机进行,较厚钢板也可用压力机或火焰加热进行,逐渐取消用手工锤击的矫正法。碳素结构钢在环境温度低于-16℃,低合金结构钢在低于-12℃时,不应进行冷矫正和冷弯曲。矫正后的钢材表面,不应有明显的凹面和损伤,表面划痕深度不得大于0.5mm,且不应大于该钢材厚度负允许偏差的1/2。

⑶划线利用加工制作图、样杆、样板及钢卷尺进行划线。目前已有一些先进的钢结构加工厂采用程控自动划线机,不仅效率高,而且精确、省料。划线的要领有二条: ①划线作业场地要在不直接受日光及外界气温影响的室内,最好是开阔、明亮的场所。 ②用划针划线比用墨尺及划线用绳的划线精度高。划针可用砂轮磨尖,粗细度可达0.3mm左右。划线有三种办法:先划线、后划

5 线、一般先划线及他端后划线。当进行下料部分划线时要考虑剪切余量、切削余量。 ⑷切割钢材的切割包括气割、等离子切割类高温热源的方法,也有使用剪切、切削、摩擦热等机械力的方法。要考虑切割能力、切割精度、切剖面的质量及经济性。 ⑸边缘加工和端部加工方法主要有:铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。铲边:有手工铲边和机械铲边两种。铲边后的棱角垂直误差不得超过弦长的ι/3000,且不得大于2mm。刨边:使用的设备是刨边机。刨边加工有刨直边和刨斜边两种。一般的刨边加工余量2~4mm。铣边:使用的设备是铣边机,工效高,能耗少。碳弧气刨:使用的设备是气刨枪。效率高,无噪音,灵活方便。坡口加工:一般可用气体加工和机械加工,在特殊的情况下采用手动气体切割的方法,但必须进行事后处理,如打磨等。现在坡口加工专用机已开始普及,最近又出现了H型钢坡口及弧形坡口的专用机械,效率高、精度高。焊接质量与坡口加工的精度有直接关系,如果坡口表面粗糙有尖锐且深的缺口,就容易在焊接时产生不熔部位,将在事后产生焊接裂缝。又如,在坡口表面粘附油污,焊接时就会产生气孔和裂缝,因此要重视坡口量。

⑹制孔在焊接结构中,不可避免地将会产生焊接收缩和变形,因此在制作过程中,把握好什么时候开孔将在很大程度上影响产品精度。特别是对于柱及梁的工程现场连接部位的孔群的尺寸精度直接影响钢结构安装的精度,因此把握好开孔的时间是十分重要的,一般有四种情况:第一种:在构件加工时顶先划上孔位,待

6 拼装、焊接及变形矫正完成后,再划线确认进行打孔加工。第二种:在构件一端先进行打孔加工,待拼装、焊接及变形矫正完成后,再对另一端进行打孔加工。第三种:待构件焊接及变形矫正后,对端面进行精加工,然后以精加工面为基准,划线、打孔。第四种:在划线时,考虑了焊接收缩量、变形的余量、允许公差等,直接进行打孔。机械打孔有电钻及风钻、立式钻床、摇臂钻床、桁式摇臂钻床、多轴钻床、NC开孔机。气体开孔,最简单的方法是在气割喷嘴上安装一个简单的附属装置,可打出φ30的孔。 钻模和板叠套钻制孔。这是目前国内尚未流行的一种制孔方法,应用夹具固定,钻套应采用碳素钢或合金钢。如T

8、GCr

13、GCr15等制作,热处理后钻套硬度应高于钻头硬度HRC2~3。钻模板上下两平面应平行,其偏差不得大于0.2mm,钻孔套中心与钻模板平面应保持垂直,其偏差不得大于0.15mm,整体钻模制作允许偏差符合有关规定。数控钻孔:近年来数控钻孔的发展更新了传统的钻孔方法,无需在工件上划线,打样冲眼,整个加工过程自动进行,高速数控定位,钻头行程数字控制, 钻孔效率高,精度高。制孔后应用磨光机清除孔边毛刺,并不得损伤母材。

⑺组装钢结构组装的方法包括地样法、仿形复制装配法、立装法、卧装法、胎模装配法。地样法:用1:1的比例在装配平台上放出构件实样,然后根据零件在实样上的位置,分别组装起来成为构件。此装配方法适用于桁架、构架等小批量结构的组装。仿形复制装配法:先用地样法组装成单面(单片)的结构,

7 然后定位点焊牢固,将其翻身,作为复制胎模,在其上面装配另一单面结构,往返两次组装。此种装配方法适用于横断面互为对称的桁架结构。立装法:根据构件的特点及其零件的稳定位置,选择自上而下或自下而上的顺序装配。此装配方法适用于放置平稳,高度不大的结构或者大直径的圆筒。卧装法:将构件放置于卧的位置进行的装配。适用于断面不大,但长度较大的细长构件。胎模装配法:将构件的零件用胎模定位在其装配位置上的组装方法。此种装配方法适用于制造构件批量大、精度高的产品。拼装必须按工艺要求的次序进行,当有隐蔽焊缝时,必须先予施焊,经检验合格方可覆盖。为减少变形,尽量采用小件组焊,经矫正后再大件组装。组装的零件、部件应经检查合格, 零件、部件连接接触面和沿焊缝边缘约30~50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢、冰雪、油迹等应清除干净。板材、型材的拼接应在组装前进行;构件的组装应在部件组装、焊接、矫正后进行,以便减少构件的残余应力,保证产品的制作质量。构件的隐蔽部位应提前进行涂装。钢构件组装的允许偏差见《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001有关规定。

⑻焊接焊接是钢结构加工制作中的关键步骤。 ⑼摩擦面的处理高强度螺栓摩擦面处理后的抗滑移系数值应符合设计的要求(一般为0.45~0.55)。摩擦面的处理可采用喷砂、喷丸、酸洗、砂轮打磨等方法,一般应按设计要求进行,设计无要求时施工单位可采用适当的方法进行施工。采用砂轮打磨处理摩擦面时,打

8 磨范围不应小于螺栓孔径的4倍,打磨方向宜与构件受力方向垂直。高强度螺栓的摩擦连接面不得涂装,高强度螺栓安装完后,应将连接板周围封闭,再进行涂装。 ⑽涂装、编号涂装环境温度应符合涂料产品说明书的规定,无规定时,环境温度应在5~38℃之间,相对湿度不应大于85%,构件表面没有结露和油污等,涂装后4h内应保护免受淋雨。钢构件表面的除锈方法和除锈等级应符合规范的规定,其质量要求应符合国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定。构件表面除锈方法和除锈等级应与设计采用的涂料相适应。施工图中注明不涂装的部位和安装焊缝处的30~50mm宽范围内以及高强度螺栓摩擦连接面不得涂装。 涂料、涂装遍数、涂层厚度均应符合设计的要求。构件涂装后,应按设计图纸进行编号,编号的位置应符合便于堆放、便于安装、便于检查的原则。对于大型或重要的构件还应标注重量、重心、吊装位置和定位标记等记号。编号的汇总资料与运输文件、施工组织设计的文件、质检文件等统一起来,编号可在竣工验收后加以复涂。加工制作图的绘制、号料、放线、切割、坡口加工、开制孔、组装(包括矫正)、焊接、摩擦面的处理、涂装与编号是钢结构加工制作的主要工艺。

4)钢结构构件的验收、运输、堆放 ⑴钢结构构件的验收钢构件加工制作完成后,应按照施工图和国标《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-2001)的规定进行验收,有的还分工厂验收、工地验收,因工地验收还增加了运输的因素,钢构件出厂时,

9 应提供下列资料: ①产品合格证及技术文件。 ②施工图和设计变更文件。 ③制作中技术问题处理的协议文件。 ④钢材、连接材料、涂装材料的质量证明或试验报告。 ⑤焊接工艺评定报告。 ⑥高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告,焊缝无损检验报告及涂层检测资料。 ⑦主要构件检验记录。 ⑧预拼装记录,由于受运输、吊装条件的限制,另外设计的复杂性,有时构件要分二段或若干段出厂,为了保证工地安装的顺利进行,在出厂前进行预拼装(需预拼装时)。 ⑨构件发运和包装清单。 ⑵构件的运输发运的构件,单件超过3t的,宜在易见部位用油漆标上重量及重心位置的标志,以免在装、卸车和起吊过程中损坏构件;节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施,零星的部件等都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束或包装发运。大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输车辆的性能、码头状况、运输船只来编制运输方案。在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期要求来编制构件的运输顺序。运输构件时,应根据构件的长度、重量断面形状选用车辆;构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不损伤涂层。构件起吊必须按设计吊点起吊,不得随意。公路运输装运的高度极限4.5m,如需通过隧道时,则高度极限4m,构件长出车身不得超过2m。 ⑶构件的堆放构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场的堆放场。构件堆放扬地应平整坚实,无水坑、冰层,地面平整干燥,并应排水通畅,有较好的排水设施,同时有车辆进出的

10 回路。构件应按种类、型号、安装顺序划分区域,插竖标志牌。构件底层垫块要有足够的支承面,不允许垫块有大的沉降量,堆放的高度应有计算依据,以最下面的构件不产生永久变形为准,不得随意堆高。钢结构产品不得直接置于地上,要垫高200mm。在堆放中,发现有变形不合格的构件,则严格检查,进行矫正,然后再堆放。不得把不合格的变形构件堆放在合格的构件中,否则会大大地影响安装进度。对于已堆放好的构件,要派专人汇总资料,建立完善的进出厂的动态管理,严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件进行适当保护,避免风吹雨打、日晒夜露。不同类型的钢构件一般不堆放在一起。同一工程的钢构件应分类堆放在同一地区,便于装车发运。

2.钢结构构件的焊接 1)焊接方法 (1)焊接方法概述焊接是借助于能源,使两个分离的物体产生原子(分子)间结合而连接成整体的过程。用焊接方法不仅可以连接金属材料,如钢材、铝、铜、钛等,还能连接非金属,如塑料、陶瓷,甚至还可以解决金属和非金属之间的连接,我们统称为工程焊接。用焊接方法制造的结构称为焊接结构,又称工程焊接结构。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、导电性焊接结构四类,我们所称的钢结构包含了这四类焊接结构。选用的结构材料是钢材,而且大多为普通碳素钢和低合金结构钢,常用的钢号有Q2

35、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq等,主要的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、

11 电渣焊、等离子焊、激光焊、电子束焊、栓焊等。在钢结构制作和安装领域中,广泛使用的是电弧焊。在电弧焊中又以药皮焊条手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动与自动CO2气体保护焊和自保护电弧焊为主。在某些特殊应用场合,则必须使用电渣焊和栓焊。 (2)手工电弧焊依靠电弧的热量进行焊接的方法称为电弧焊,手工电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊,是钢结构焊接中最常用的方法。焊条和焊件就是两个电极,产生电弧,电弧产生大量的热量,熔化焊条和焊件,焊条端部熔化形成熔滴,过渡到熔化的焊件的母材上融合,形成熔池并进行一系列复杂的物理—冶金反应。随着电弧的移动,液态熔池逐步冷却、结晶,形成焊缝。在高温作用下,冷敷于电焊条钢芯上的药皮熔融成熔渣,覆盖在熔池金属表面,它不仅能保护高温的熔池金属不与空气中有害的氧、氮发生化学反应,并且还能参与熔池的化学反应和渗入合金等,在冷却凝固的金属表面,形成保护渣壳。 (3)气体保护电弧焊又称为熔化极气体电弧焊,以焊丝和焊件作为两个极,两极之间产生电弧热来溶化焊丝和焊件母材,同时向焊接区域送人保护气体,使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材与周围的空气隔开,焊丝自动送进,在电弧作用下不断熔化,与熔化的母材一起融合,形成焊缝金属。这种焊接法简称GMAW(Gas Metal Arc Welding)由于保护气体的不同,又可分为:CO2气体保护电弧焊,是目前最广泛使用的焊接法,特点是使用大电流和细焊丝,焊接速度快、熔深大、作业效率高;M1G(Metal-Inert-Gas)电弧焊,是将

12 CO2气体保护焊的保护气体变成Ar或He等惰性气体;MAG(Metal-Active-Gas)电弧焊,使用CO2和Ar的混合气体作为保护气体(80%Ar+20%CO2),这种方法既经济又有MIG的好性能。 (4)自保护电弧焊自保护电弧焊曾称为无气体保护电弧焊。与气体保护电弧焊相比抗风性好,风速达10m/s时仍能得到无气孔而且力学性能优越的焊缝。由于自动焊接,因此焊接效率极高。焊枪轻,不用气瓶,因此操作十分方便,但焊丝价格比CO2保护焊的要高。在海洋平台、目前美国的超高层建筑钢结构广泛使用这种方法。自保护电弧焊用焊丝是药芯焊丝,使用的焊机为比交流电源更稳定焊接的直流平特性电源。 (5)埋弧焊埋弧焊是电弧在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下燃烧的一种电弧焊。原理如下:向熔池连续不断送进的裸焊丝,既是金属电极,也是填充材料,电弧在焊剂层下燃烧,将焊丝、母材熔化而形成熔池。熔融的焊剂成为熔渣,覆盖在液态金属熔池的表面,使高温熔池金属与空气隔开。焊剂形成熔渣除了起保护作用外,还与熔化金属参与冶金反应,从而影响焊缝金属的化学成分。

4)焊接的主要缺陷国标《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》将焊缝缺陷分为六类,裂纹、孔穴、固体夹杂,未熔合和末焊透、形状缺陷和上述以外的其他缺陷。每一缺陷大类用一个三位阿拉伯数字标记,每一缺陷小类用一个四位阿拉伯数字标记,同时采用国际焊接学会(I Ⅳ)“参考射线底片汇编”中字母代号来对缺陷进行简化标记。 ⑴裂纹缺陷以焊缝冷却结晶时出现裂纹的时间阶

13 段区分有热裂纹(高温裂纹)、冷裂纹、延迟裂纹。 ①热裂纹热裂纹是由于焊缝金属结晶时造成严重偏析,存在低熔点杂质,另外是由于焊接拉伸应力的作用而产生的。防止措施有:控制焊缝的化学成分。降低母材及焊接材料中形成低熔点共晶物即易于偏析的元素,如硫、磷含量;降低碳含量;提高Mn含量,使Mm/S比值达到20~60。控制焊接工艺参数。控制焊接电流和焊接速度,使各焊道截面上部的宽度和深度比值达到1.1~1.2,同时控制焊接熔池形状;避免坡口和间隙过小使焊缝成形系数太小; 焊前预热可降低预热裂纹的倾向;合理的焊接顺序可以使大多数焊缝在较小的拘束度下焊接,减小焊缝收缩时所受拉应力,也可减小热裂纹倾向。 ②冷裂纹冷裂纹发生于焊缝冷却过程中较低温度时,或沿晶或穿晶形成,视焊接接头所受的应力状态和金相组织而定。冷裂纹也可以在焊后经过一段时间(几小时或几天)才出现,称之为延迟裂纹。防止的办法是:焊前烘烤,彻底清理坡口和焊丝表面的油、水、锈、污等减少扩散氢含量。焊前预热、焊后缓冷,进行焊后热处理。采取降低焊接应力的工艺措施,如:在实际工作中,如果施焊条件许可双面焊,结构承载条件允许部分焊透焊接时,应尽量采用对称坡口或部分焊透焊缝作为降低冷裂纹倾向的措施之一。 ⑵孔穴缺陷分为气孔和弧坑缩孔两种。气孔造成的主要原因:焊条、焊剂潮湿,药皮剥落;坡口表面有油、水、锈污等未清理干净;电弧过长,熔池面积过大;保护气体流量小,纯度低;焊矩摆动大,焊丝搅拌熔池不充分;焊接环境

14 湿度大,焊工操作不熟练。防止措施: ①不得使用药皮剥落、开裂、变质、偏心和焊芯锈蚀的焊条,对焊条和焊剂要进行烘烤。 ②认真处理坡口。 ③控制焊接电流和电弧长度。 ④提高操作技术,改善焊接环境。弧坑缩孔是由于焊接电流过大,灭弧时间短而造成的,因此要选用合适的焊接参数,焊接时填满弧坑或采用电流衰减灭弧。利用超声波探伤,搞清缺陷的位置后,用碳弧气刨等完全铲除焊缝,搞成船底形的沟再进行补焊,焊后再次检查。 ⑶固体夹杂缺陷有夹渣和金属夹杂两种缺陷。造成夹渣的原因有:多道焊层清理不干净;电流过小,焊接速度快,熔渣来不及浮出;焊条或焊矩角度不当,焊工操作不熟练,坡口设计不合理,焊条形状不良。防止办法是:彻底清理层间焊道;合理选用坡口,改善焊层成形,提高操作技术。金属夹杂缺陷是由于:氩弧焊采用接触引弧,操作不熟练;钨级与熔池或焊丝短路;焊接电流过大,钨棒严重烧损。防止办法是:氩弧焊时尽量采用高频引弧,提高操作技术,选用合适的焊接工艺。 ⑷未熔合缺陷主要是由于运条速度过快,焊条焊矩角度不对,电弧偏吹;坡口设计不良,电流过小,电弧过长,坡口或夹层清理不干净造成的。防止办法是:提高操作技术,选用合适的工艺参数,选用合理的坡口,彻底清理焊件。未焊透缺陷产生的原因是由于坡口设计不良,间隙过小,操作不熟练等造成的。防止办法是:选用合理的坡口形式,保证组对间隙,选用合适的规范参数,提高操作技术。 ⑸形状缺陷分为咬边、焊瘤、下塌、根部收缩、错边、角度偏差、焊缝超高、表面

15 不规则等。咬边缺陷是由于电流过大或电弧过长,埋弧焊时电压过低,焊条和焊丝的角度不合适等原因造成的。对咬边部分需用直径3.2~4.0mm的焊丝进行修补焊接。焊瘤是由于电流偏大或火焰率过大造成的,另外焊工技术差也是主要原因。对于重要的对接焊部分的焊瘤要用砂轮等除去。下塌缺陷又称为压坑缺陷,是由于焊接电流过大,速度过慢,因此熔池金属温度过高而造的。 用碳弧气刨进行铲除,然后修补焊接。 根部收缩缺陷主要是焊接电流过大或火焰率过大,使熔池体积过大造成的,因此要选合适的工艺参数。错边缺陷主要是组对不好,因此要求组对时严格要求。从背面进行补焊,也可使用背衬焊剂垫进行底层焊接,希望焊成倾斜度为1/2.5。角度偏差缺陷主要由于组对不好,焊接变形等造成的,因此要求组对好,采用控制变形的措施才能防止发生。 焊缝超高、焊脚不对称、焊缝宽度不齐、表面不规则等缺陷产生的主要原因是:焊接层次布置不好,焊工技术差,护目镜颜色过深,影响了观察熔池情况。 ⑹其他缺陷其他缺陷主要有电弧擦伤、飞溅、表面撕裂等。电弧擦伤是由于焊把与工件无意接触,焊接电缆破损;未在坡口内引弧,而是在母材上任意引弧而造成的。因此,启动电焊机前, 检查焊接,严禁与工件短路;包裹绝缘带,必须在坡口内引弧,严肃工艺纪律。飞溅是由于焊接电流过大,或没有采取防护措施,也有因CO2气体保护焊焊接回路电感量不合适造成的。可采用涂白垩粉调整CO2气体保护焊焊接回路的电感。

16 5)焊接的质量检验焊接质量检验包括焊前检验、焊接生产中检验和成品检验。 (1)焊前检验检验技术文件(图纸、标准、工艺规程等)是否齐备。焊接材料(焊条、焊丝、焊剂、气体等)和钢材原材料的质量检验,构件装配和焊接件边缘质量检验、焊接设备(焊机和专用胎、模具等)是否完善。焊工应经过考试取得合格证,停焊时间达6个月及以上,必须重新考核方可上岗操作。 (2)焊接生产中的检验主要是对焊接设备运行情况、焊接规范和焊接工艺的执行情况,以及多层焊接过程中夹渣、焊透等缺陷的自检等,目的是防止焊接过程中缺陷的形成,及时发现缺陷,采取整改措施,特别是为了提高焊工对产品质量的高度责任心和认真执行焊接工艺的严明的纪律性。 1)焊接工艺评定首次使用的钢材应进行工艺评定,但当该钢材与已评定过的钢材具有同一强度等级和类似的化学成分时,可不进行焊接工艺评定。首次采用的焊接方法,采用新的焊接材料施焊,首次采用的重要的焊接接头形式,需要进行预热、后热或焊后热处理的构件,都应进行工艺评定。进行工艺评定用的钢材、焊接材料和焊接方法应与工程所使用的相同;对于要求熔透的T形接头焊接试件,应与工程实物相当。焊接工艺评定应由较高技能的焊工施焊。 2)焊接工艺 ①施焊电源的网路电压波动值应在±5%范围内,超过时应增设专用变压器或稳压装置。 ②根据焊接工艺评定编制工艺指导书,焊接过程中应严格执行。 ③对接接头、T形接头、角接接头、十字接头等对接焊缝及组合焊缝应在焊缝的两端设置引弧和引出板;其材料和坡

17 口形式应与焊件相同。引弧和引出的焊缝长度:埋弧焊应大于50mm,手弧焊及气体保护焊应大于20mm。焊接完毕应采用气割切除引弧和引出板,不得用锤击落,并修磨平整。 ④角焊缝转角处宜连续绕角施焊,起落弧点距焊缝端部宜大于10mm;角焊缝端部不设引弧和引出板的连续焊缝,起落弧点距焊缝端部宜大于10mm,弧坑应填满。 ⑤下雪或下雨时不得露天施焊,构件焊区表面潮湿或冰雪没有清除前不得施焊,风速超过或等于8m/s(CO2,保护焊风速>2m/s),应采取挡风措施,定位焊工应有焊工合格证。 ⑥不得在焊道以外的母材表面引弧、熄弧。在吊车梁、吊车桁架及设计上有特殊要求的重要受力构件其承受拉应力区域内,不得焊接临时支架、卡具及吊环等。 ⑦多层焊接宜连续施焊,每一层焊道焊完后应及时清理并检查,如发现焊接缺陷应清除后再施焊,焊道层间接头应平缓过渡并错开。 ⑧焊缝同一部位返修次数,不宜超过两次,超过二次时,应经焊接技术负责人核准后再进行。 ⑨焊缝坡口和间隙超差时,不得采用填加金属块或焊条的方法处理。 ⑩对接和T形接头要求熔透的组合焊缝,当采用手弧焊封底,自动焊盖面时,反面应进行清根。 ⑾T形接头要求熔透的组合焊缝,应采用船形埋弧焊或双丝埋弧自动焊,宜选用直流电流;厚度t≤8mm的薄壁构件宜采用二氧化碳气体保护焊。厚度t>5mm板的对接立焊缝宜采用电渣焊。 ⑿栓钉焊接前应用角向磨光机对焊接部位进行打磨,焊后,焊接处未完全冷却之前,不得打碎瓷环。栓钉的穿透焊,应使压型钢板与钢梁上翼缘紧密相贴其间隙

18 不得>1mm。 ⒀轨道间采用手弧焊焊接时应符合下列规定,轨道焊接宜采用厚度≥12mm,宽≥100mm的紫铜板弯制成与轨道外形相吻合的垫模;焊接的顺序由下向上,先焊轨底,后焊轨腰、轨头,最后修补四周;施焊轨底的第一层焊道时电流应稍大些以保证焊透和便于排渣。每层焊完后要清理,前后两层焊道的施焊方向应相反;采取预热、保温和缓冷措施,预热温度为200~300℃,保温可采用石棉灰等。焊条选用氢型焊条。 ⒁当压轨器的轨板与吊车梁采用焊接时,应采用小直径焊条,小电流跳焊法施焊。 ⒂柱与柱,柱与梁的焊接接头,当采用大间隙加垫板的接头形式时,第一层焊道应熔透。 ⒃焊接前预热及层间温度控制,宜采用测温器具测量(点温计、热电偶温度计等)。预热区在焊道两侧,其宽度应各为焊件厚度的2倍以上,且不少于100mm,环境温度低于0℃时,预(后)热温度应通过工艺试验确定。 ⒄焊接H型钢,其翼缘板和腹板应采用半自动或自动气割机进行切割,翼缘板只允许在长度方向拼接;腹板在长度和宽度方向均可拼接,拼接缝可为“十”,字形或“T”形,翼缘板的拼接缝与腹板的错开200mm以上,拼接焊接应在H型钢组装前进行。 ⒅对需要进行后热处理的焊缝,应焊接后钢材没有完全冷却时立即进行,后热温度为200~300℃,保温时间可按板厚每30mm 1h计,但不得少于2h。

(3)焊接检验全部焊接工作结束,焊缝清理干净后进行成品检验。检验的方法有很多种,通常可分为无损检验和破坏性检验两大类。 1)无损检验可分为外观检查、致密性检验、无损探伤 ①

19 外观检查:是一种简单而应用广泛的检查方法,焊缝的外观用肉眼或低倍放大镜进行检查表面气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等,并用测量工具检查焊缝尺寸是否符合要求。根据结构件承受荷载的特点,产生脆断倾向的大小及危害性,将对接焊缝分为三级,不同质量等级的焊缝,质量要求不一样,规定采用的检验比例、验收标准也不一样。一级焊缝:重级工作制和起重量>50t的中级工作制的吊车梁,其腹板、翼缘板、吊车桁架的上下弦杆的拼接焊缝。母材板厚Q235钢t>38mm,16Mn钢t>30mm,16Mnq、15Mnq钢t>25mm,且要求熔敷金属在-20℃的冲击功Akv≥27J,承受动载或静载结构的全焊透对接焊缝。二级焊缝:除上述之外的其他全焊透对接焊缝及吊车梁腹板和翼缘板间组合焊缝为二级焊缝。三级焊缝:非承载的不要求焊透或部分焊透的对接焊缝、组合焊缝以及角焊缝为三级焊缝。 ②致密性检验,主要用水(气)压试验、煤油渗漏、渗氨试验、真空试验、氦气探漏等方法,这些方法对于管道工程、压力容器等是很重要的方法。 ③无损探伤:主要有磁粉探伤、涡流探伤、渗透探伤、射线探伤、超声波探伤等,所谓无损探伤就是利用放射线、超声波、电磁辐射、磁性、涡流、渗透性等物理现象,在不损伤被检产品的情况下,发现和检查内部或表面缺陷的方法。磁粉探伤(MT):是利用焊件在磁化后,在缺陷的上部会产生不规则的磁力线这一现象来判断焊缝中缺陷位置。可分为干粉法、湿粉法、萤光法等几种。涡流探伤(ET):将焊件处于交流磁场的作用下,由于电磁感应的结果会

20 在焊件中产生涡流。涡流产生的磁场将削弱主磁场,形成叠加磁场。焊件中的缺陷会使涡流发生变化,也会使叠加磁场发生变化,探伤仪将通过测量线圈发现缺陷。渗透探伤(PT):是依靠液体的渗透性能来检查和发现焊件表面的开口缺陷,一般有着色法和萤光法。射线探伤(RT):是检验焊缝内部缺陷的准确而可靠的方法。当射线透过焊件时,焊缝内的缺陷对射线的衰减和吸收能力与密实材料不同,使射线作用在胶片上,由于射线强度不同,胶片冲洗后深浅影像不同,而判断出内部缺陷。超声波探伤(UT):是利用频率超过20kHz的超声波在渗入金属材料内部遇到异质界面时会产生反射的原理来发现缺陷。 2)破坏性检验焊接质量的破坏性检验包括焊接接头的机械性能试验、焊缝化学成分分析、金相组织测定、扩散含量测定、接头的耐腐蚀性能试验等,主要用于测定接头或焊缝性能是否能满足使用要求。 ①机械性能试验:包括测定焊接接头的强度、延伸率、断面收缩率、拉伸试验、冷弯试验、冲击试验等,国标《焊接接头机械性能试验取样方法》(GB2649)规定了取样方法,国标《焊接接头拉伸试验方法》(GB2651)规定了金属材料焊接接头横向拉伸试验和点焊接头的剪切试验方法;国标《金属拉伸试验方法》(GB228)和国标《金属高温拉伸试验方法》(GB4338)规定了拉伸试验的方法;国标《焊接接头弯曲及压扁试验方法》(GB2653)规定了焊接接头正弯及背弯试验,横向侧弯试验,纵向正弯及背弯试验,管材压扁试验等的方法;国标《焊接接头冲击试验方法》规定了焊接

21 接头的夏比冲击试验方法,以测定试样的冲击吸收功。 ②化学成分分析:是对焊缝的化学成分分析,是测定熔敷金属化学成分,我国的焊条标准中对此做出了专门的规定。 ③金相组织测定,是为了了解焊接接头各区域的组织,晶粒度大小和氧化物夹杂,氢白点等缺陷的分布情况,通常有宏观和微观方法之分。 ④扩散氢测定:国标《电焊条熔敷金属中扩散氢测定方法》(GB3965)适用于手工电弧焊药皮焊条熔敷金属中扩散氢含量的测定。 ⑤耐腐蚀试验方法:国标《不锈钢耐腐蚀试验方法》(GB4334)等规定不同腐蚀试验方法,不同的原理和评定判断法。

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