钢结构的特点及应用.doc

毕业论文（设计）学 生 姓 名:_ 吴盛欣_ _指导教师:_李冰_专业名称: _ _ 建筑工程技术_所在系部: _ 建筑工程系_2010年 12 月 22 日辽宁林业职业技术学院毕业论文评审书论文摘要（由论文作者填写）钢结构工程是现代化工程的先驱，引领着现代化工程的发展方向，其良性的优点做到了很多其他结构工程很难达到的效果，以及精良的施工工艺弥补了钢结构本身的一些缺点，迄今为止在世界上令人称叹的钢结构建筑比比皆是，更有一些堪称为世界奇观。通过研究钢结构的特点、性质、施工工艺和应用，说明了钢结构在今后的建筑结构中的地位及发展前景。指导教师评语（含观点、内容、文字表达方面的评价）指导教师评定成绩： 指导教师： 年 月 日评审小组意见及成绩：评审小组组长签字：年 月 日答辩小组意见及成绩：答辩小组组长签字：年 月 日毕业论文成绩：备注：论钢结构的工程特点及应用【摘 要】钢结构工程是现代化工程的先驱，引领着现代化工程的发展方向，其良性的优点做到了很多其他结构工程很难达到的效果，以及精良的施工工艺弥补了钢结构本身的一些缺点，迄今为止在世界上令人称叹的钢结构建筑比比皆是，更有一些堪称为世界奇观。通过研究钢结构的特点、性质、施工工艺和应用，说明了钢结构在今后的建筑结构中的地位及发展前景。【关键词】钢结构 特点 性质 施工工艺 应用辽宁林业职业技术学院毕业论文（设计）目录序言2第一章 钢结构的特点及其性质 31.1钢结构的特点 31.2钢结构用钢的基本要求 4第二章 钢结构的施工工艺 42.1钢构件的安装 42.2钢结构的高强螺栓连接 42.3钢结构的焊接施工 52.4钢结构的涂装施工 7第三章 钢结构的应用 83.1大跨度钢结构 83.2重型厂房结构 83.3高层建筑 93.4高耸建筑 93.5轻型钢结构 10结论：钢结构的未来发展趋势 11参考文献12序言1996年我国钢产量首次突破一亿吨，跃居世界第一，为我国的钢结构发展奠定了物质基础。近20年的时间里，我国钢结构事业和其他行业一样，得到了前所未有的繁荣和发展，具体表现在以下几个方面。1)在设计方法方面，以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法钢结构设计规范(GBJ17-88)的设计法代替了半经验、半概率的极限状态设计法钢结构设计规范(TJ17-74)。现行的新规范钢结构设计规范(GB50017-2003)仍然采用一次二阶矩极限状态设计法，该方法虽然是一种近似概率设计法，但比以前已进了一大步。完整的全概率法还有待今后的深入和完善。2)高强度低合金钢的产量和品种有较大的发展，在钢结构中的应用有明显提高。3)在高层建筑，特别是在超高层建筑中，钢结构得到了较多的应用。最近几年在上海、北京、广州、深圳、香港等大城市建造了不少钢结构超高层建筑，如目前在建的高632m的上海中心，共有127层，建成后将会成为我国第一高楼，主楼主要采用了混凝土芯筒与钢结构。4)平板网架结构在工业与民用建筑中达到了广泛采用，技术已经非常成熟。与此同时，网壳等其他空间结构也取得了迅速发展，如上海体育场屋盖结构，采用马鞍形大悬挑钢管空间结构，长轴为288.4m，中间敞开椭圆孔的长轴为213m，短轴为150m，屋盖面积为36100。64榀悬挑主桁架的一端分别固定在32根钢筋混凝土柱上，最大悬挑跨度达73.5m，为世界同类型建筑中悬挑跨度最大的屋盖结构。5)冷弯薄壁型钢构件在工业与民用建筑中的应用(如檩条、墙梁、屋面板、墙板等)日益普遍。门式钢架轻型房屋钢结构在吊车起重量较小(Q20t)和无吊车的厂房、仓库及需要大空间的民用建筑中的应用迅速推广，并在继续发展。6)钢与混凝土组合梁-板结构、钢管混凝土结构及预应力钢结构等，都得到了不同程度的应用和发展。7)高强度螺栓在钢结构连接中得到了广泛的应用。第一章 钢结构的特点及其性质1.1钢结构的特点一般来说，材料的特性是推出新型建筑形式的出发点。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和其它材料的结构相比，钢结构有如下一些特点：1.1.1 材质均匀钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。钢材内部组织比较均匀，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。1.1.2 重量轻钢结构容重虽然较大，与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度。1.1.3 抗振（震）性钢材的强度高，塑性和韧性都比较好。和其它建筑材料相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。在一般条件下不会因超载而突然断裂，对动力荷载的适应性强。良好的性能使钢结构具有优越的抗震性。1.1.4 制造简便，易于工业化生产钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。1.1.5 易腐蚀构筑物如果长期暴露于空气或潮湿的环境中而未加有效的防护时，表面就会锈蚀。锈蚀就能引起应力集中，促使结构早期破坏，特别是处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀，必须刷涂料或镀锌，而且在使用期间还应定期维护。因而处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。1.1.6 耐火性差温度在200以内时，钢材性能降低不多，温度超过200后，强度逐步降低，温度到达500后，钢材便进入塑性状态不能继续承载.。当结构周围存在着辐射热，温度在150以上时，就应采取遮挡措施。如果一旦发生火灾，结构温度达到500以上时，就可能全部瞬间崩溃。为了提高钢结构的耐火等级，通常都用混凝土或砖把它包裹起来。1.2 钢结构用刚的基本要求钢材种类繁多，规格、用途也不同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面要求：1.2.1 较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；1.2.2 较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；1.2.3良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能。第二章 钢结构的施工工艺2.1 钢构件的安装（1） 复核预埋螺栓的规格、定位尺寸、标高、露出长度等。对照图纸，查验核对现场构件编号与设计的一致性，防止错装。（2） 钢柱采用一点或两点起吊，就位后临时固定，经校正后最终固定。（3） 钢梁采用两点起吊法，吊装前应事先确定吊点，并进行试吊，以保障其稳定性。钢梁吊装后进行临时固定，安装水平支撑后，经复核垂直度后最终固定。（4） 整体框架安装完毕后，应当对已经安装的框架再作一次检查，确认所有构件的安装的正确性，连接件是否都已紧固，整体弯曲度是否在规范规定的偏差以内。2.2 钢结构的高强螺栓连接（1） 安装时高强螺栓应自由穿入孔内，不得强行敲打。扭剪型高强螺栓的垫圈安在螺母一侧，垫圈孔有倒角的一侧应和螺母接触，不得装反。（2） 螺栓不能自由穿入时，不得用气割扩孔，要用绞刀绞孔，修孔时需使板层紧贴，以防铁屑进入板缝，绞孔后要用砂轮机清除孔边毛刺，并清除铁屑。（3） 螺栓穿入方向宜一致，穿入高强螺栓用扳手紧固后，再卸下临时螺栓，以高强螺栓替换。不得在雨天安装高强螺栓，且摩擦面应处于干燥状态（4） 螺栓紧固高强度螺栓紧固时，应分初拧、终拧。对于大型节点可分为初拧、复拧和终拧。初拧：由于钢结构的制作、安装等原因发生翘曲、板层间不密贴的现象，当连接点螺栓较多时。先紧固的螺栓就有一部分轴力消耗在克服钢板的变形上，先紧固的螺栓则由于其周围螺栓紧固以后，其轴力分摊而降低。所以，为了尽量缩小螺栓在紧固过程中由于钢板变形等的影响，采取缩小互相影响的措施，规定高强度螺栓紧固时，至少分二次紧固。第一次紧固称之为初拧。初拧轴力一般宜达到标准轴力的60%-80%，初拧轴力值最低不应小于标准轴力的30%。复拧：即对于大型节点高强度螺栓初拧完成后，在初拧的基础上，再重复紧固一次，故称之为复拧，复拧扭矩值等于初拧扭矩值。终拧：对安装的高强度螺栓作最后的紧固，称之为终拧。终拧的轴力值以标准轴力为目标，并应符合设计要求。考虑高强度螺栓的蠕变，终拧时预拉力的损失、根据试验，一般为设计预拉力的5%-10%。2.3钢结构的焊接施工2.3.1 预热在建筑钢结构的焊接施工中，必须根据钢种、板厚、接头的约束度和焊缝金属中含氢量等因素，来决定预热温度和方法等。预热区域范围应为焊接坡口两侧各80-100mm(GBJ205-83要求)；预热时应尽可能使加热均匀一致。普通碳素结构钢厚度大于34 mm和低合金结构厚度大于或等于30 mm，工作地点温度不低于0时，应加温到100-150进行预热。钢材预热方法可选用火焰加热或电加热等。但对于钢材的屈服极限强度460N/mm2 的焊接区域进行预热时，宜选用电加热方法，原则上禁用火焰加热。钢材预热温度的测定方法一般在钢材加热的反面距焊缝中心线50 mm处测定。2.3.2 气温、天气及其他要求气温低于0时，原则上应停止焊接工作。但如能将焊接坡口两侧加热到36以上时，仍允许进行焊接。强风天，应在焊接区周围设置挡风屏，雨天或温度大的场合（相对湿度大于80%），应保证母材的焊接区不残留水份，否则应采用加热方法，把水份彻底清除后才能进行焊接。当采用气体保护半自动焊时，若环境风速大于2m/sec，原则上应停止施焊，但如果采用适当的挡风措施或采用抗风式焊机，仍允许进行焊接。2.3.3 引弧与熄弧严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧。在坡口内引弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑。对接和T形接头的焊缝，引弧和熄弧，应在焊件两端的引入板和引出板开始和终止。当采用包角焊时，注意不得在焊缝转角处引弧和熄弧。引弧处不应产生熔合不良和夹渣，熄弧处和焊缝终端为了防止裂纹应充分填满坑口。2.3.4 多层焊多层焊焊接接头应连续施焊一次完成，每一层焊道焊完后及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。对于重要结构处的多层焊必须采用多层多道焊，不允许摆宽道焊接。多层焊过程中的层间温度若无特殊要求一般应与预热时的温度相同。2.3.5 焊接结束后的处理焊接结束后的焊缝及其两侧，必须彻底清除焊渣、飞溅和焊瘤等。无特殊要求时，一般根据焊接接头的残余应力、组织状态、熔敷金属含氢量和力学性能等决定是否需要焊后热处理。焊接结束后，如发现焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因生，订出修补措施，方可处理。2.4钢结构的涂装施工2.4.1涂装前的要求涂漆前应严格检查钢材表面处理质量，是否达到了设计规定的除锈质量等级，如没有达到标准，则应重新除，直至达到标准为止。在除锈后施工之前，由于各种原因而造成钢材表面返锈，要根据返锈的程度，进行不同程度的再除锈，并经检查合格后，方能进行涂漆施工。涂装施工还应在规定的施工环境下进行。施工环境温度过高，溶剂挥发快，漆膜流平性不好；温度过低，漆膜干燥慢而影响其质量；施工环境湿度过大，漆膜易起鼓、附着不好，严重的会大面积剥落。2.4.2施工方法的选用目前涂装施工方法有很多种，但每一种方法都有各自的特点和适用范围。正确选用涂装施工方法是涂装管理工作的重要内容，它对保证涂装质量、施工进度、节省材料和降低成本有很大的影响。一般可根据各种施工方法的特点，并考虑 被涂物的材质、表面状态、形状和尺寸；选用的涂料品种； 施工现场环境与安全条件；现有的施工设备及施工技术力量等因素进行选用。2.4.3禁止涂漆部位：（1）地脚螺栓和底板；（2）高强度螺栓摩檫接合面；（3) 与混凝土紧贴或埋入混凝土的部位；（4) 机械安装所需的加工面；（5) 密封的内表面；（6) 现场待焊接的部位、相邻两侧100mm的热影响区以及超声波控伤区域；（7) 通过组装紧密接合的表面；（8) 设计上注明不涂漆的部位。2.4.4 修补漆和补涂涂装结束后，安装前经自检或检查员检查发现涂层有缺陷，应找出产生的原因并及时修补；修补方法和要求应与完好涂层部分一样。整个工程安装完后，除需要进行修补漆外，还应对以下部位进行补漆:（1）接合部的外露部位和紧固件等；（2）安装时焊接及烧损的部位；（3）组装符号和漏涂的部位；（4）运输和组装时损伤的部位。第三章 钢结构的应用3.1大跨度钢结构国家大剧院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。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。整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 3.2重型厂房结构西安变压器厂（400t吊车）3.3高层建筑TC大厦外观如同高字，高约347.5m、加上天线约378m，是全台湾首栋使用高性能的混凝土，可抗压达8000磅以上，是一般建筑抗压承受力高出三倍以上，外墙采用网架式吊挂顶级花岗石材，搭配强化胶合玻璃帷幕，可抗风压12.7Kpa以上，而地下室则采用钢骨混凝土结构，地上采用純钢骨结构，其韧的特性能轻松以平衡的波动抵消外力，通过严格的强震考验，也是全台第一个引进抗风阻尼器的大楼。中央电视台总部大楼是目前单体用钢量最多的钢结构工程，被国内钢结构建筑专家称为“世界级工程”。它用地面积总计187000，总建筑面积约550000，高约234m，钢结构总重120000t，工程建设总投资约50亿元。由中央电视台(CCTV)主楼、服务楼、电视文化中心(TVCC)及室外工程组成。主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。3.4高耸建筑电视塔、微波塔、通讯塔、输电线塔、石油化工塔、水塔、烟囱等东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高塔。它于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。 3.5轻型钢结构伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构形式,由厚4mm以上钢板焊接成轧制的大断面薄壁H 型钢墙梁和屋面檩条,园钢制成柔性支撑系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系,柱距6 9 m ,跨度可达到30 m 或更大,高度可多达10 m ,并可设轻型吊车。用钢量20 30 kg/ m2 。现已有标准化的设计程序和专业化生产企业,产品质量好、安装速度快、重量轻、投资少,施工不受季节限制。适用于各种轻型工业厂房。 结论我国钢产量连年居世界首位，钢结构建筑的建筑条件基本成熟，但钢结构技术仍未得到特别有力的推广，我国钢结构建筑的发展相对国外有些滞后。主要表现在：国产型钢、方钢管、可搭接的斜卷边冷弯薄壁型钢、抗腐蚀性能更好的镀铝锌薄板等型材的品种、规格还