钢结构工程在土建项目中的应用分析.doc

分类号：分类号：TU393TU393 U U D D C C：D10621-412D10621-412 -(2013)3167-0-(2013)3167-0 密密 级：公级：公 开开 编编 号：号：20092120422009212042 钢结构工程在土建项目中的应用分析钢结构工程在土建项目中的应用分析 论论文作者姓名：文作者姓名：邓邓小王小王 申申请请学位学位专业专业： ：工程管理工程管理 申申请请学位学位类别类别： ：管理学学士管理学学士 指指导导教教师师姓姓名名（ （职职称称） ）： ：竹雅竹雅东东（ （讲师讲师） ） 论论文提交日期：文提交日期：2013 年年 6 月月 9 日日 钢结构工程在土建项目中的应用分析钢结构工程在土建项目中的应用分析 摘摘 要要 钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一，凭借 其优异的建筑性能，已经是房屋建筑发展的趋势与最佳选择。作为 21 世纪的 “绿色建筑”之一，钢结构在土木工程中的应用越来越广泛，如桥梁建造和建 筑住宅，尤其建造超高层建筑及大跨度和大悬挑结构等，建筑结构的模式也逐 步从单一走向多元化和交叉化。发展钢结构建筑的同时，也促进了钢材的循环 使用，是“发展循环经济、建设节约型社会”的一项具体措施。最早在房屋建 造中使用钢结构的国家是 18 世纪的英国，钢结构建筑的典范有很多，例如中国 钢结构代表工程“2008 北京奥运会主场馆鸟巢” 。实践证明钢结构在我国土建 项目中具有广泛的发展前景，市场潜力巨大。本文主要针对钢结构在土木工程 项目中的应用分析和施工要点作以简要阐述。 关键词：关键词：工程结构；土建工程；钢结构；应用分析 Analysis of application of steel structure engineering in civil engineering projects Abstract Abstract Steel structural engineering in steel structure, is one of the main building structure types, with its excellent construction performance, has been the trend of the development of the housing construction and the best choice. As one of the 21st century green building, application of steel structure in civil engineering more and more widely, such as bridge building and residential building, especially to build high-rise buildings and large span and large cantilever structure, structure of the model is also gradually from single to diversified and cross. Development of steel structure building at the same time, also promoted the circulation of steel is used, is the development of circular economy and build a conservation-minded society a specific measures. The earliest used in housing construction steel structure of the country is in the 18th century England, a model of steel structure building has a lot of, for example, on behalf of the Chinese steel structure engineering 2008 Beijing Olympic Games main stadium birds nest. Practices prove that the steel structure in civil engineering projects in our country has broad prospects for development, market potential is tremendous. This article focuses on analysis of application of steel structure in civil engineering project and construction main points in brief in this paper. Key words: Engineering structures; Civil engineering; Steel structure; Application analysis 目目 录录 论文总页数：25 页 1 引言1 1.1 课题背景1 1.2 钢结构国外产业发展现状1 1.3 国内钢结构行业现状2 1.4 钢结构发展趋势3 2 国内钢结构建筑特点3 2.1 钢结构建筑的优势3 2.1.1 经济低廉4 2.1.2 抗震性能好4 2.1.3 承载能力强4 2.1.4 灵活性高4 2.1.5 施工时间短4 2.1.6 可回收使用4 2.1.7 环保节能4 2.2 钢结构建筑的缺点5 2.2.1 材料缺点5 2.2.2 市场环境5 2.2.3 价格问题5 2.2.4 钢结构的使用年限 5 2.3 我国各类钢结构建筑特点5 2.3.1 大跨度空间钢结构6 2.3.2 轻钢结构6 2.3.3 钢-混组合结构.6 2.3.4 钢结构住宅6 3 钢结构在建筑工程中的应用分析7 3.1 钢结构在土木工程中的特点7 3.1.1 强度7 3.1.2 刚度7 3.1.3 延性7 3.1.4 韧性7 3.2 钢结构操作工艺8 3.2.1 钢结构电弧焊接8 3.2.2 油漆工艺流程8 3.2.3 质量标准9 3.2.4 钢结构成品保护9 3.3 钢结构安装的准备9 3.3.1 施工组织设计9 3.3.2 施工机具及测量器的检验.10 3.3.3 基础的复制.10 3.3.4 编制计划.10 3.3.5 检查钢构件.10 3.3.6 钢柱安装.10 3.3.7 安装校正.10 3.4 钢结构吊装、指挥注意事项.10 3.4.1 吊装注意事项.10 3.4.2 指挥注意事项.11 4 钢结构建筑案例 .11 4.1 工程概况.11 4.1.1 合同要求.11 4.1.2 材料及技术要求.11 4.1.3 建筑概况.12 4.1.4 工程特点.13 4.1.5 施工部署.13 4.2 钢结构加工制作.13 4.2.1 生产工艺.13 4.2.2 构件组装.16 4.2.3 生产工序质量控制要点.16 4.3 土建工程施工方法及工艺流程.17 4.3.1 基础施工.17 4.3.2 地面工程.19 4.3.3 装饰装修工程.20 4.4 工程进度计划.21 4.4.1 编制说明.21 4.4.2 工期安排的指导思想和依据.21 4.4.3 施工进度安排.21 4.5 工程质量保证措施.21 结 论.22 参考文献.23 致 谢.24 声 明.25 第 1 页 共 25 页 1 1 引言引言 1.11.1 课题背景课题背景 与传统土木建筑方式相比，钢结构建筑具有“轻、快、好、省”4 个优异 性能。钢材容重与强度的比值一般小于混凝土和木材，在同等条件下，采用钢 结构的建筑物整体重量最轻；钢结构便于机械化制造，精确度较高，安装方便， 施工周期短，是工程结构中工业化程度最高的一种结构；钢结构建筑对环境破 坏小，抗震性能好，且适合于不同的气候条件和大气环境；采用钢结构还能节 省地基基础费用，可节约用水，便于控制造价，同时，还可被再次利用，减少 建筑垃圾。 钢结构住宅建筑产品可以实现“零资源、零能耗、零排放、零污染、零工 地、零距离”等“六个零”的绿色建筑理念。 “零资源” ，即最大限度以钢材和 其他可再生资源作为建筑材料，可实现钢材循环生产利用；“零能耗” ，可采用 新型节能保温透气的钢结构建筑配套建筑材料、被动式节能空调技术和清洁能 源集成应用技术，包括水蒸发制冷、太阳能集电集热技术，将建筑全生命周期 能耗降到最低；“零排放” ，钢结构降低粉尘，可采用雨污水回收和渣物处理， 使二氧化碳和污水污物排放被杜绝；“零污染” ，可利用现代冷轧带肋钢筋生产 线钢结构技术，工业化和标准化制造，集成生产、施工现场快速拼装的经营模 式，使建筑过程无噪音、无大气污染、无污水排放；“零工地” ，可将施工现场 需要的关键构件和部件移至室内工厂生产，生产完成后到现场实行快速拼装施 工，提高作业功效，缩短施工周期；“零距离” ，可以实现构件标准化、供应系 列化、生产工厂化、施工装配化，随时随地通过物联网智能控制系统操控使用 的耗能设备，实现零距离连接。因此，钢结构建筑是对城市环境影响最小的建 筑结构之一，被称为绿色建筑的主要代表。 1.21.2 钢结构国外产业发展现状钢结构国外产业发展现状 国外发达国家钢结构建筑已成为主流，其中高层钢结构已经有了 110 多年 的发展历史。在欧美国家钢结构住宅建筑已经占到全部建总量的 65%左右，在 日本占到了 50%左右。目前美国、英国、日本等国家正在积极推动钢结构中低 层住宅。美国金属建筑的主要分布：工业（生产用厂房、仓库及辅助设施） 、商 业（商业旅馆、展览馆、医院、办公楼等） 、社区（体育馆、图书馆等） 、综合 方面分别占到 46%、31%、14%、9%的份额。从美国市场的发展历史来看，钢结 构行业经历了从分散到集中的过程，集中度不断提高。经过多次收购和重组， 目前近半数的美国金属建筑制造商协会属于 NCI、Nucor、Others 这三大集团。 英国建筑行业每年有 35 亿英镑的价值（约等于英国建筑活动的 5%） ，雇佣大约 4.2 万人，用钢 120 万吨每年。尤其是多层楼房，建筑速度是选择钢材的第一 第 2 页 共 25 页 原因，第二原因是最低的整体成本。钢材占据了整个市场的 70%，使用最多的 是多层工业厂房（约为 92%）以及非家用单层房屋（约为 90%） 。 1.31.3 国内钢结构行业现状国内钢结构行业现状 在我国，钢在建筑中主要用于建筑用钢结构，钢筋混凝土用钢筋，钢绞线、 钢丝、门窗等，而其中钢结构用钢只占 10%左右，在 2007 年我国 4.89 亿吨的 钢产量中，真正用于钢结构的只有 15001600 万吨。钢结构建筑使用钢材量占 钢铁总产量的 3%，客观上具备了大量采用钢结构建筑的可能性。 钢结构住宅 建筑产业化技术导则推动钢结构公司积极参与钢结构住宅的开发。同时，我 国作为能源消耗大国，又是资源相对缺乏的国家，节能成为现在政府关注的一 个热点问题，这对于节能性能良好的钢结构建筑而言，会有着积极的推动作用。 目前我国钢结构建筑仅占全部建筑面积的 5%左右，要达到发达国家的 40%水平， 钢结构的市场规模亦需扩大 8 倍，加上我国的 GDP 现正以 8%左右的速度保持高 速增长，我国钢结构市场前景非常诱人。我国整个钢结构行业发展乐观，第一， 钢结构的产量不断增加，应用范围和行业在不断扩大。根据国家建筑钢结构 产业“十五”计划和 2010 年发展规划纲要制定的发展目标，到 2010 年争取 全国建筑钢结构年用钢量达到钢材总产量的 6左右。钢结构的运用范围也在 不断扩大，如钢结构住宅项目的推广实施，以及在超高层、大跨度、空间结构、 网壳结构、悬索结构、膜结构等方面的运，这都将引领一场中国建筑史的革命。 第二，钢结构技术不断改进和发展。行业在最近的 10 年里，设计和施工的专业 水平得到完善和提高、各类专业人材的大量涌现、国内外钢结构设计软件的升 级换代、新标准新规范的制订、新材料新技术新工艺新设备的广泛运用，都带 动整个行业的飞跃发展。第三，社会与行业对建筑理念的转变。钢结构体系具 有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性好、投资回收快、环境污染少、空 间造型可塑性强等特点，使得在安徽、湖北等地不断签下钢结构节能住宅、经 济适用房的大单，引起了社会和业内人士的密切关注。但我国钢结构行业也存 在一些问题。一是产业集中度低，竞争激烈，行业利润率偏低。全国钢结构企 业愈千家，但有一定规模的只有百余家，年产能在 10 万吨以上的企业只有杭萧、 巴特勒、上海美建、东南网架、长江精工、上海冠达尔及东方铁塔集团等。同 时国内钢结构行业还刚刚才步入成长期，行业中企业的规模都比较小，技术创 新能力比较弱，企业之间的竞争还处在以价格为主要手段，还没有提升到技术 与涉及服务的竞争中来。特别是内地的钢结构起步较晚，现正处在萌芽和成长 性阶段。二是投标潜规则盛行。我国现有钢结构一级承包资质的企业约百家， 这些公司对钢结构多数都无设计能力、无直属的钢结构加工厂，亦无自己的钢 结构产品，更谈不上企业的钢结构标准，实际上这些企业根本不具备单独承接 第 3 页 共 25 页 (不分包)钢结构工程的能力。另一方面，具备钢结构设计、制造、安装能力的 企业除浙江精工等少数几家大型民营企业外，大部分不具备一级承包资质。这 就造成了中国特色的钢结构建筑市场；多数有能力有实力的厂家无法正常取得 资质；而多数有资质的厂家实际上是无技术、无场地、无产品的三无厂家。但 是另一方面，在众多的国有独资或参股的钢结构建设项目中，其投标者必须具 备钢结构承包一级承包资质，这使得这些项目多数或者被有资质的总包公司承 包后再分包给钢结构公司，或者是钢结构公司被迫以总包公司的名义去承揽业 务。三是规范的缺位。建筑设计年限是按 50 年来设计的，但屋面、墙面钢板的 使用年限，一直都未有规范明确。这使至少 70%以上的钢结构建筑根本无法达 到其设计使用寿命。这种缺少严密性的规范在造成社会资源的大量浪费的同时， 也带来了安全隐患。现阶段钢结构构筑物占建筑物的份额还很低，对建筑中采 用钢结构的认知程度还有一个过程。按建设部所制定的发展，争取到 2015 年行 业经济总规模达到 2000 亿元以上，整个钢结构行业的前景广阔，极具发展空间。 1.41.4 钢结构发展趋势钢结构发展趋势 未来钢结构技术发展趋势主要体现在设计理念、新产品开发、钢材品种质 量、制作安装设备及计算机应用、科学管理等方面。面对激烈竞争的全球钢结 构市场，国外的一些钢结构制造业在采用先进钢结构制作工艺技术的同时，在 钢结构用材上加大研发力度，不断开发新型材料及其应用技术。比如在耐震设 计法中，要求通过塑性变形，吸收地震产生的能量。要求梁材所用的钢材的屈 服强度具有一定的稳定性。为了提高钢结构件的强度，对钢材的磷、硫等杂质 进行控制，保证其较高的韧性。此外，还要求具有防火、耐腐蚀等多种性能， 因而开发出耐火钢、耐候钢、低屈服点钢、高强度钢等等。如在日本近年建筑 钢结构用新型钢材就有 SN 钢、TMCP 钢、超低屈服点钢、轻型焊接 H 型钢等， 并被大量推广应用。比如 TMCP 钢，运用热加工控制工艺，不断增加 Ceq，使钢 材具有良好的焊接性。目前这种钢材广泛用于高层建筑，其 400mm400mm，500mm500mm 的超厚 H 型钢作为柱子广泛用于高层建筑钢结构 件。 2 2 国内钢结构建筑特点国内钢结构建筑特点 2.12.1 钢结构建筑的优势钢结构建筑的优势 钢结构较传统建筑结构在现代房屋建筑工程中具有明显的优势，钢结构的 广泛应用将有效的促进住宅产业化的建设和发展。 首先，高强度是钢结构最为显著的优势，尤其是相对于传统的混凝土结构 而言，这个优势更加明显。钢结构尤其适合于重荷载、大跨度的结构形式，其 第 4 页 共 25 页 优点就是抗震能力强、抗风性能优越、安全性能突出。这是因为钢材的特殊属 性决定的：较好的塑性能够让钢材在承受静力荷载的时候有效吸收结构自身的 变形，因此，一旦超载，钢结构只会增加本身的变形而不会突然断裂，施工者 发现结构变形之后可以采用其他的有效措施来处理和解决这个问题。其次，除 了具有高强度优势之外，高韧性也是钢结构的显著特征。优秀的动力工作性能 能够让钢结构在动力荷载下进行工作，所以可以在最大程度上满足建筑灵活分 离的要求，提高建筑物单位面积的使用率与整体使用率。 再次，施工时间方面钢结构也具有显著的优势。相对于混凝土施工而言， 钢结构的施工时间大大缩短，施工时间的缩短意味着施工企业可以更快地回笼 资金，进而提高企业的投资回报预期。最后，环境污染程度低。之所以这么讲， 是因为钢材可以回收，所以在建筑拆除之后，其中的钢结构可以回收利用，从 而减少了因为建筑拆除而对环境造成的二次污染。众所周知，土木项目等建设 领域是高耗能领域，建设过程中的能源消耗极大，由于可以回收利用，与传统 的建筑形式相比，钢结构显然更急节能。在住宅建筑建设领域当中，钢结构的 具体应用已经初具规模，在耗能的降低、节能环保的设计方面都已经取得了不 少成就。就钢结构目前的发展趋势来看，其前景非常广阔，所以对钢结构开展 相关的研究也是非常必要的。下面分项介绍钢结构建筑的特点： 2.1.12.1.1 经济低廉经济低廉 钢结构建筑采用先进的设计和加工工艺以及大规模的生产方式，造价低廉 经济。 2.1.22.1.2 抗震性能好抗震性能好 钢结构重量轻，塑性好，承受静力荷载时吸收变形的能力强，不会由于偶 然超载而忽然断裂，易于察觉和躲避，具有良好的抗震性能。 2.1.32.1.3 承载能力强承载能力强 钢结构建筑重量通常相当于其设计承载能力的 1/6，构件重量远轻于钢筋 混凝土构件。 2.1.42.1.4 灵活性高灵活性高 可以较好的满足建筑物的灵活分割，提高使用面积。 2.1.52.1.5 施工时间短施工时间短 安装简单迅速而且节省大量的施工费用，并使企业开发商得以更快投产见 效。 2.1.62.1.6 可回收使用可回收使用 钢材可回收使用，建造和拆除对环境破坏较小。 第 5 页 共 25 页 2.1.72.1.7 环保节能环保节能 钢结构较传统结构减少了土地使用面积，降低了建造和使用的能耗。 2.22.2 钢结构建筑的缺点钢结构建筑的缺点 当然，每种材料都不是完美的，所以钢结构的应用和施工也存在着一定的 缺点，其主要表现为以下几个方而： 2.2.12.2.1 材料缺点材料缺点 尽管钢结构的刚度要远远大于混凝土，但是对于一个给定的负载，钢结构 的构件截面刚度则要小于与其对比的混凝土结构，这主要是因为钢的强度优势 导致其构件的尺寸相对较小。因此要提高这些构件的稳定性，就要增加型钢的 尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的刚度。并且钢 材的耐火性和耐腐蚀性都相对有欠缺。钢材长期受到 100 度的辐射热时强度的 变化不大，表现出一定的耐热性能，但当温度达到 150 度时，就要采用隔热层 进行保护，并且重要部位的钢结构一定要涂刷防火涂料。 2.2.22.2.2 市场环境市场环境 （1）设计力量较薄弱 在设计建筑结构时要注意结构的功能要求是不是属于钢结构合理的应用范 围。通常在设计较高承载力需要使用钢结构时，要考虑用不适合继续承载的巨 大变形为结构设计的极限状态为准则。钢结构有很多节点，要对每个螺丝、垫 板以及焊缝进行精确的计算，而且每个专业要一次性到位，所以钢结构的设计 要比混凝土结构的设计更复杂，并且图纸也远远多于混凝土结构。 （2）钢结构生产未形成体系 只有在大规模生产的情况下才可以体现出钢结构的优越性。并且目前钢结 构的生产标准、价格标准以及质量标准都没有统一，国家标准以及监管机制方 面也都有一定的欠缺，因此很多设计师以及开发商都相对比较茫然。 2.2.32.2.3 价格问题价格问题 由于钢结构的生产未形成体系，因此钢结构的价格比较高。虽然钢产量近 年有大幅度的提高，但是人均产量仍然相对较低，钢材仍是我国国民经济中比 较贵重的材料，而混凝土的价格优势就体现出来了。 2.2.42.2.4 钢结构的使用年限钢结构的使用年限 混凝土结构号称永不损坏，但是钢结构一般的使用寿命只有五十年，如果 钢结构用在住宅建筑中，那么人们想到自己花费终身积蓄而购买的房子只能住 五十年，会让很多人丧失购买的欲望。不过随着保险业的发展，住宅寿命问题 应该相对容易解决。 第 6 页 共 25 页 2.32.3 我国各类钢结构建筑特点我国各类钢结构建筑特点 高层重型钢结构建筑主要采用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接、 焊接而成的结构体，往往是一个国家经济实力和科技水平的反映，又往往当做 一个城市标志性建筑。80 年代至今已建成和在建高层钢结构达 80 多幢，总面 积约 6007 平方米，钢材用量 60 多万吨，包括正在规划和建设的已有 100 多幢 高层钢结构。如上海环球金融中心（101 层，高约 492 米，用钢量 65 万吨）等， 估计全国每年有 200300 万平方米高层钢结构建筑施工，用钢量约为 45 万吨。 但高层钢结构在设计和制图方面，静力弹塑性分析还很少采用，弹塑性动力时 程分析仍是难点。 2.3.12.3.1 大跨度空间钢结构大跨度空间钢结构 近几年，大空间跨度的钢结构建筑发展迅速，不仅应用于民用建筑，更多 地出现在了机场、博物馆、体育馆、剧院等，通常采用圆钢管、矩形钢管制作 为空间桁架、拱架及斜拉网架结构，无论在使用范围、结构形式、安装施工工 法等具有中国建筑结构的特色。如上海、北京、南京、深圳、南宁等一批飞机 航站楼、机库、会展中心、体育场馆、大剧院、音乐厅，均成为各地新颖二富 有现代特色的标志性建筑物。最近在悬索和膜的张拉结构研究和开发和工程应 用取得了新的进展，预应力空间结构开始得到应用。 2.3.22.3.2 轻钢结构轻钢结构 轻钢结构是相对于重钢结构而言，其类型有门式钢架、拱形波纹钢屋盖结 构等。用钢量一般在 30kg/左右（不含钢筋用量） 。我国轻钢结构建筑发展较 快，主要用于轻钢的工业厂房、港口码头、保税区仓库、农产品市场、建材市 场、家具市场、体育场馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。 2.3.32.3.3 钢钢- -混组合结构混组合结构 钢-混组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合。不 但具有优异的静、动力工作性能，而且还能大量节约钢材，降低工程造价和加 快施工进度，是可以广泛推广的结构。对环境污染也较少，是符合我国建筑结 构发展方向的一种比较新颖的结构，如建成的超高层建筑深圳赛格广场大厦高 291.6m，属于当时世界最高的钢-混组合结构建筑。 2.3.42.3.4 钢结构住宅钢结构住宅 钢结构住宅较前几种建筑结构有着无可比拟的建筑优势，采用钢结构建造 的住宅不仅质量高抗震性能好，而且环保可回收利用的特点符合国家发展节能 省地型住宅的政策。因此，钢结构住宅建筑体系今年逐渐发展起来，建设部组 织 46 项钢结构住宅体系及关键技术研究课题，开展试点工程，在北京、天津、 山东、安徽、上海、广东、浙江等地建造了低层、多层、高层钢结构住宅试点 第 7 页 共 25 页 示范工程，目前已建成了 500 多万平方米钢结构住宅，体现了钢结构住宅发展 的良好势头。 3 3 钢结构在建筑工程中的应用钢结构在建筑工程中的应用分析分析 3.13.1 钢结构在土木工程中的特点钢结构在土木工程中的特点 3.1.13.1.1 强度强度 一般来说，结构构件承受或者容纳作用效应的能力是由材料强 度来决定的。近几年来，建筑用钢发生了很大的变化，目前，加拿大对于 工程结构钢以及普通建筑结构钢的标准定出 7 个钢种和 8 个强度级别。根据屈 服强度其范围为 260700MPa。不过，并不是全部的钢种都有所有的强度级别， 因此如果是一个特定的建筑钢结构设计，那么对钢种类型和强度级别的选择就 非常重要。从整体来说，采用钢结构可以减少物料消耗、减轻结构自重、降低 支撑部件与地基的尺寸，最终降低整个建筑的结构成本。 3.1.23.1.2 刚度刚度 振动、变形等适用性参数由构件的刚度来决定，进而由结构体系的刚度来 决定。结构体系的实际刚度又由其构件和连接件的分布来决定。不过简单说来， 构件的刚度由材料的几何截面特性以及材料的弹性模量来决定，结构钢的弹性 模量通常为 200GPa。而普通密度抗压强度在 20-40GPa 范围内的混凝土其弹性 模量通常在 20-28GPa 范围内；即使对于高强度混凝土来说，其弹性模量也不过 在 40-45GPa 之间由此可见，钢结构的钢性是混凝土的十倍及五倍左右，所以钢 结构的刚性有着显著的优势。 3.1.33.1.3 延性延性 延性指的是某种材料拉伸的过程中无断裂的塑性变形能力。一般情况下延 性是结构设计中，特别是抗震设计中比较重要的特性参数，地震中幸存的建筑 物直接依赖于主要结构框架经历大的非弹性变形时的滞后耗能性。钢结构可以 说是目前使用最广泛的、韧性最好的工程材料之一。不过材料内在的延性并不 一定都会转化为建筑结构的内在延性，因此要充分认识到这一点，采取适当的 设计策略和可靠、稳定的滞消机制。 3.1.43.1.4 韧性韧性 衡量材料断裂前吸收能量以及塑性变形的能力的指标就是韧性。它可以抵 抗缺口部位的不稳定裂纹的扩展。韧性通常表示钢结构在制造、安装以及使用 过程中可以承受比较大的工业变形，是钢结构一个很重要的特点。正是因为钢 构件的韧性才使其在弯曲、剪切、冲孔、锻造、钻孔等制作过程中降低了产生 裂纹的可能性。钢结构足够的断裂韧性是必须具备的，特别对受到交变荷载以 及冲击荷载的建筑结构来说更要具备此特性。钢结构的断裂韧性对于温度条件 第 8 页 共 25 页 很敏感，并且随着温度的减小而降低。所以在天气寒冷的地区设计钢结构，首 先要考虑韧性。相对来说，低碳铌钢比高碳钢成分钢更能改善韧性。 钢结构的施工流程难度大，复杂程度高，其在建筑工程中的应用需要注意 的几个关键因素： 3.23.2 钢结构操作工艺钢结构操作工艺 3.2.13.2.1 钢结构电弧焊接钢结构电弧焊接 作业准备电弧焊接（平焊、立焊、横焊、仰焊）一焊检查 （1）选择合适的焊接工艺。焊条直径，焊接电流，焊接速度，焊接电弧长 度等，通过焊接工艺实验验证 （2）清理焊口：焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固， 焊缝周围不得有油污、锈物 （3）烘焙焊条应符合规定的温度与时间，从烘箱中取出的焊条，放在焊条 保温桶内，随用随取 （4）焊接电流：根据焊条厚度、焊接层次、焊条型号、直径、焊工熟练程 度等因素，选择适宜的焊接电流 3.2.23.2.2 油漆工艺流程油漆工艺流程 （1）基层处理 首先把金属的表面清理干净，然后再做除锈。手工处理先用钢丝刷反复刷 打，再用精砂布打磨，使得表面光亮、平滑，然后再用棉纱或者纱布把打磨下 的锈粉和浮灰清理干净。如果表面腐蚀严重，则用钢丝刷和铲刀处理，大面积 的锈蚀则可以用砂轮机来配合清理。 （2）涂防锈漆、刮腻子 在涂漆前要保证金属表面的干燥，如果有水份则要立即擦干。施涂时要刷 细、刷满、涂刷到位，并且要注意铆孔内不能有涂料涂入。待到防锈漆干燥后， 采用和油漆配套的腻子把构件的表面缺陷刮平。可以在腻子中加入适量的红丹 粉或者厚漆，从而增加其干硬性。在腻子干燥后要打磨平整，并清理干净。如 果堆放的时间太长，则要再做一次涂刷。 （3）涂磷化底漆 磷化底漆包括底漆和磷化液两部分。在涂刷磷化底漆两个小时以后就可以 涂刷其它面漆或底漆。通常情况下，二十四个小时后可以用清水或者毛刷清理 表面的磷化残留物。干燥后如果表面形成了均匀的灰褐色的磷化膜，则代表已 经达到了磷化的要求。 （4）刷涂面漆 第 9 页 共 25 页 刷涂面漆时要多理多刷，油要不流不坠、饱满均匀、色泽光亮一致。涂刷 后要及时检查避免漏刷。钢结构的面漆通常需要刷两遍以上，厚度达 70 微米。 3.2.33.2.3 质量标准质量标准 （1）保证项目 1）焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书烘焙记 录 2）焊工必须经考试合格，检查焊工相应施工条件的合格证及考核日期 3）一、二级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的 规定，检查焊缝探伤报告 4）焊缝表面一二级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。二级焊 缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷，且一级焊缝不得有 咬边、未焊满等缺陷 （2）基本项目 1）焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑， 焊渣和飞溅物清除干净 2）表面气孔：一二级焊缝不允许；三级焊缝每 50mm 长度焊缝内允许直径 小于等于 4t；且小于等于 3mm 气孔 2 个：气孔间距小于等于 6 倍孔径 3）咬边 4）一级焊缝不允许。二级焊缝：咬边小于等于 0.05t，且小于等于 0.5mm，连续长度小于等于 100mm，且两侧咬边总长小于等于 10%焊缝长度。三 级焊缝：咬边深度小于等于 0.1t，且小于等于 1mm。注：t 为连接处较薄的板 厚。 3.2.43.2.4 钢结构成品保护钢结构成品保护 （1）焊后不准幢扎接头，不准往刚焊完的钢材上浇水。低温下就采取缓冷 措施 （2）不准随意在焊缝外母钢才上引弧 （3）各种构件校正好之后方可施焊，并不得随意移动垫铁和卡具，以防造 成构件尺寸偏差。隐蔽部位的焊缝必须办理完隐蔽验收手续后，方可进行下道 隐蔽工序 （4）低温焊接不准立即清渣，应等焊缝降温后进行 3.33.3 钢结构安装的准备钢结构安装的准备 3.3.13.3.1 施工组织设计施工组织设计 钢结构安装的施工组织设计简要描述工程概况、全面统计工程量、正确选 择施工机具和施工方法、合理编排安装顺序、详细拟定主要安装技术措施、严 第 10 页 共 25 页 格制定安装质量和安全标准、认真编制工程进度表、劳动力计划以及材料供应 计划。 3.3.23.3.2 施工机具及测量器的检验施工机具及测量器的检验 安装前对重要的吊装机械、工具、钢丝绳及其他配件均须进行检验，保证 具备可靠的性能，以确保安装的顺利安全。安装时测量仪器及器具要定期到国 家标准局的检测单位进行监测、标定，以保证测量标准的准确性。 3.3.33.3.3 基础的复制基础的复制 钢结构是固定在钢基座（基础、柱顶、牛腿等）上的。因而对基座及其锚 栓的准确性、强度要进行复测。基座复测要对基座面的水平标高、平整度、锚 栓水平位置的偏差、锚栓埋设的准确性做出测定。并把复测结果和整改要求交 付基座的施工单位。 3.3.43.3.4 编制计划编制计划 编制安装计划和构件供应计划，组织好施工。 3.3.53.3.5 检查钢构件检查钢构件 钢构件出厂时应具有出厂合格证，安装前按图纸查点复合构件，将构件以 找安装顺序运到安装范围内，在不影响安装的条件下，尽量把构件放在安装位 置下边，以保证安装的便利。 3.3.63.3.6 钢柱安装钢柱安装 吊装前首先确定构件掉点位置，确定绑扎方法，吊装时做好防护措施，钢 柱起吊后，当柱脚距地脚螺栓约 30-40cm 时扶正，使柱脚的安装孔对准螺栓， 缓慢落勾就位。经过初校待垂直偏差在 20mm 内，拧紧螺栓，临时固定即可脱钩。 3.3.73.3.7 安装校正安装校正 钢柱校正：钢柱垂直度校正用经纬仪或吊线锤检验，当有偏差时采用千斤 顶进行校正，标高校正用千斤顶将底座少许抬高，然后增减垫板厚度，柱脚校 正无误后立即禁锢地脚螺栓，待钢柱整体校正无误后在柱脚底板下浇注细石混 凝土固定； 钢梁校正：钢梁轴线和垂直度的测量校正，校正采用千斤顶进行，校正后 立即进行固定。 3.43.4 钢结构吊装、指挥注意事项钢结构吊装、指挥注意事项 3.4.13.4.1 吊装注意事项吊装注意事项 在吊装过程中，不得利用已安装就位的构件吊其他重物；不得在主要受力 部位焊其他物件；当天安装的钢构件应形成空间稳定体系；进行钢构安装时， 楼面上堆放的安装和荷载，不得超过钢梁和亚型钢板的承载力；安装柱与柱之 第 11 页 共 25 页 间的主梁构件时，应对柱的垂直度进监测。除监测一根梁两端的柱子的垂直度 变化外，还应监测相邻各柱因梁连接而产生的垂直度变化。 3.4.23.4.2 指挥注意事项指挥注意事项 起重吊装指挥由技术熟练，懂得起重机械性能，并经过准工业培训的人员 担任，持证上岗。严禁无证人员指挥起重机起重吊装作业；指挥作业中，要严 格执行起重作业的安全技术和规范、规程；熟练各种指挥信号，发出信号准确， 洪亮清楚；掌握一般物件的绑挂技术、方法及吊点的选择原则；在起重作业中， 只允许一个人对司机的操作发出指挥信号，其他指挥人员只能互相传递指挥信 号。 4 4 钢结构建筑案例钢结构建筑案例 工程名称：电极高压浸渍工程名称：电极高压浸渍/ /二次焙烧车间工程二次焙烧车间工程 施工单位：四川新诚实建筑工程承包有限公司施工单位：四川新诚实建筑工程承包有限公司 4.14.1 工程概况工程概况 4.1.14.1.1 合同要求合同要求 （1）工程发包范围：土建、钢构、电气、设备基础 （2）工程质量要求：合格 （2）工程工期要求：2012 年 8 月 30 日开工，190 日历天 4.1.24.1.2 材料及技术要求材料及技术要求 本工程主钢构钢材材质均为 Q235B，其余材料材质均为 Q235，其化学成分 和力学性能必须符合现行 GB/T159194低合金高强度结构钢和 GB700 88碳素结构钢的规定，同时，还应满足下列要求： （1）钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于 0.85 （2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于 20% （3）钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性 （4）Q235 与 Q235 钢之间焊接应采用 E43焊条；Q345 与 Q235 钢之间 焊接应采用 E43焊条。手工焊所用碳钢焊条与低合金焊条性能应分别符合 GB511795碳钢焊条和 GB511795低合金焊条的要求；埋弧焊所用碳 钢焊丝与焊剂或低合金钢焊丝与焊剂的性能应分别符合 GB/T5293埋弧焊用碳 钢焊丝和焊剂和 GB/T12740低合金钢埋弧焊用焊剂 、GB/T14975熔化焊 用焊丝的规定。 （5）梁与梁、梁与柱连接高强度螺栓采用大六角头摩擦型高强度螺栓，强 度等级为 10.9 级，现场抽样送检；高强度螺栓、螺母和垫圈采用GB3077 第 12 页 共 25 页 88和GB69988规定的钢材制作，其规格和尺寸应符合钢结构用高强度 大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈形式尺寸与技术条件GB1228123191 的 规定；高强度螺栓的孔距、边距以及螺栓计算长度应符合钢结构高强度螺栓 连接的设计、施工及验收规程JCJ8291 的规定。 （6）本工程所用普通螺栓（含锚栓）和高强度螺栓均为 C 级螺栓，普通 螺栓的性能等级分别为 4.6 级或 4.8 级螺栓。 （7）屋面：铁青灰色 YX51-380-760 型暗扣板，厚度为 0.6mm，与檩条固 定采用卡座连接方式； 墙面：铁青灰色 900 型板，厚度为 0.6mm，与檩条固定采用自攻螺钉连接 方式。 （8）技术指标应高于国家有关材料的技术指标。构件制作完毕进行表面抛 丸除锈，除锈等级为 Sa2.5 级，底漆采用立灰色酚醛防锈漆，面漆采用深灰色 三峡牌醇酸调和漆。 （8）檩条采用冷弯薄壁型钢，其质量标准符合通用冷弯开口型钢技术 规范。 4.1.34.1.3 建筑概况建筑概况 （1）本工程主体结构为钢结构，主体结构设计正常使用年限为 50 年；结 构安全等级为二级；抗震设防烈度为 7 度，基本地震加速度为 0.10g，分组为 第组；抗震设防类别为丙类。 （2）本工程屋面做法为：有组织排水，2.5mm 钢板天沟。屋面板采用镀铝 锌暗扣压型彩钢板，铁青灰色，板型参照 06J925-2 第 94 页 YX-51-380-760， 基板厚 0.600mm；彩板镀锌量50/50g/m；涂层采用硅改性聚酯漆，涂层要求 按 06J925-2 第 7 页执行；彩色压型钢板与檩条采用卡座连接方式，屋面设有屋 脊通风器。 （3）本工程墙面做法： 1）1.2m 以下围护墙采用砌块材料墙体：墙体厚 240，采用 MU10 页岩标准 砖，M5 水泥砂浆砌筑；墙体与钢柱拉结做法：在钢柱上设 6500 拉结钢筋， 锚固长度 1000；墙身设防潮层 20，设在-0.060mm 标高处，采用 1:2 水泥砂浆 加 5%防水剂 内墙装修：混合砂浆刷乳胶漆，按西南 J515 第 4 页 N05； 外墙装修：白色面砖饰面，按西南 J516 第 59 页 5049； 2）墙面 1.2m 以上墙面采用镀铝锌暗扣压型彩钢板，铁青灰色 900 型板， 厚度为 0.6mm，与檩条固定采用自攻螺钉连接方式，基板厚 0.600mm；彩板镀锌 量50/50g/m；涂层采用硅改性聚酯漆，涂层要求按 06J925-2 第 7 页执行； 第 13 页 共 25 页 彩色压型钢板与檩条采用卡座连接方式。 （4）建筑尺寸： 平面尺寸为 132m72m，其跨度为 72m，平均柱高 17.5m，柱距为 6m； 4.1.44.1.4 工程特点工程特点 （1）充分体现钢结构施工“短、平、快”的特色及实现流水作业。 （2）在工程质量、现场文明、安全管理等方面达到优良，实现标准化管理， 塑造公司形象工程。 4.1.54.1.5 施工部署施工部署 （1）前言 总承包单位：四川新诚实建筑工程承包有限公司 原材料试验、砼、砂浆试配、试压：成都建科院 各劳务层的组织安排，随各阶段施工的不同而灵活调动，形成严密的动态 管理。调集经严格训练的人员作为本工程的主要施工力量。其特点主要为群体 建筑全面开花，应配足所需操作班级，在技能方面，选择精兵强将，特别是在 钢结构制作时，操作人员必须持上岗证。 （主要劳动力需用计划详附表一） （2）总体安排 本工程施工总体安排分四个大的阶段，即第一阶段，全面进行土、石方挖 填，并达到设计要求；第二阶段，跟随土石方进度及时插入基础施工，第三阶 段，钢结构工程；第四阶段，墙面、装修施工阶段。 1)土、石方挖填施工阶段：挖土采取机械、人工相结合的方法进行。 2)施工流水段的划分：划分两段平行流水，即做到一段砼基础完成后进行 结构吊装时，另一段可做砼的浇注。 （3）主要施工程序 土建施工：土石方工程挖、填钢筋砼承台施工0.000 以下砌体 施工围护砌体施工内、外抹灰施工地面、散水施工 钢结构施工：基础锚栓预埋钢柱吊装柱间支撑安装钢梁安装 次钢构安装屋面围护结构安装墙面围护结构安装 4.24.2 钢结构加工制作钢结构加工制作 4.2.14.2.1 生产工艺生产工艺 （1）生产工艺流程图： 第 14 页 共 25 页 图 1 生产工艺流程图 （2）工艺流程 制作样板和样杆作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据； 1）所需工具及设备：划针、冲子、手锤、粉线、弯尺、直尺、钢卷尺、大 第 15 页 共 25 页 钢卷尺、剪子、小型剪板机、折弯机。钢尺必须经过计量部门的校验复核，合 格的方能使用。 2）放样时以 1：1 的比例在样台上弹出大样。当大样过大时，可分段弹出。 对一些三角形的构件，如果只对其节点有要求，则可缩小比例弹出样子，但应 注意其精度。放样弹出的十字基准线，二线必须垂直。然后据此十字线逐一划 出其他各个点及线，并在节点旁注上尺寸，以备复查及检验。 3）样板一般用 0.500.75mm 的铁皮或塑料板制作。样杆一般用钢皮或扁 铁制作，当长度较短时可用木尺杆。 4）用作计量长度依据的钢盘尺，特别注意应经授权的计量单位计量，且附 有偏差卡片，使用时按偏差卡片的记录数值校对起误差数。钢结构制作、安装、 验收及土建施工用的量具，必须用同一标准进行鉴定，应具有相同的精度等级。 5）样板、样杆上应注明工号、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。 6）类型不同的样板的用途： 号孔样板。专用于号孔的样板； 卡型样板。用于煨曲或检查构件构件弯曲形状的样板。中卡型样板又分 为内卡型样板和外卡型样板两种。 成型样板。用于煨曲或检查构件构件弯曲形状的样板。此种样板不仅用 于检查各部分的弧度，同时又可以作为端部割豁口的号料样板。 号料样板。供号料或号料同时号孔的样板。 7）对不需要展开的平面形零件的号料样板有如下两种制作方法： 画样法。即按零件图的尺寸直接在样板料上作出样板。 过样法。这种方法又叫移出法，分为不覆盖过样和覆盖过样两种。不覆 盖过样是通过作垂线过平行线，将实样图中的零件形状过到样板料上；而覆盖 过样法，则是把样板料覆盖在实样图上，再根据事前作出的延长线，画出样板。 8）放样所画的石笔线条粗细不得超过 0.5mm，粉线在弹线时的粗细不得超 过 1mm。 9）剪切后的样板不应有锐口，直线与圆弧剪切时应保持平直和圆顺光滑。 10）样板的精度要求见下表： 表 1 项 目允许偏差 平行线距离和分段尺寸0.5mm 第 16 页 共 25 页 对角线差1.0mm 宽度、长度0.5mm 孔距0.5mm 加工样板的角度20 钢板或型钢采用气割切割时，要放出气割的割缝宽度，其宽度可按下表数 值考虑： 表 2 气割方式材料厚度（mm）割缝宽度留量（mm） 1012 10202.5 20403.0 气割下料 40 以上4.0 号料的允许偏差（mm） 表 3 项 目允许偏差 零件外形尺寸1.0 孔距0.5 11）切割：采用氧割。选用多头直条气割机进行切割下料。 12）制孔：采用三维数控钻床进行钻孔。 4.2.24.2.2 构件组装构件组装 （1）一般规定： 1）拼装必须按工艺要求的次序进行。 2）组装前，零件、部件的连接接触面和沿焊缝边缘每边 3050mm 范围内 的铁锈、毛刺、污垢应清理干净。 3）组装时的点固焊缝长度宜大于 40mm，间距宜为 500600mm，点 3 固焊 缝高度不宜超过设计焊缝高度的 2/3。 4）拼装好的构件应用油漆在明显部位编号，写明图号、构件号和件数，以 便查找。 （2）组装方法：地样法、仿形复制装配法、立装、卧装、胎膜装配法 1）焊接 埋弧自动焊：用于 H 型钢的组装。 气体保护焊：用于钢梁、钢柱的劲板焊接。 手工焊：次钢构件的组装。 第 17 页 共 25 页 4.2.34.2.3 生产工序质量控制要点生产工序质量控制要点 （1）材料验收 1）钢材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准偏差和设计要求。 进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求。检查数