谈轻钢结构存在的质量问题及预防措施-天大

1、精选优质文档-倾情为你奉上天 津 大 学 网 络 教 育 学 院专科毕业论文题目：浅谈轻钢结构存在的质量问题及预防措施完成期限：2013年 7月 5日 至 2013年 11月 5日学 习 中 心 年 级 2011级 专 业 建筑工程技术 指 导 教 师 姓 名 学 号摘 要自进入21 世纪以来,我国钢结构建筑的发展十分迅速,轻钢结构的发展则更是如火如荼,特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。从钢结构制造加施工企业数量的大幅增长就可窥见一斑,如青海省的钢结构制造和施工单位已由原来的十几家一下子发展到现在的200 多家。大好形势下,如何因势利导,抓好设计和施工质量,这是当前一个十分迫切的问题。本文拟就

2、轻钢结构的概念、施工和设计中的注意点进行论述,利于读者对轻钢结构有一个比较全面的了解。关键词：轻钢结构 ； 施工质量 ； 钢结构 浅谈轻钢结构存在的质量问题及预防措施 一、轻钢结构概述 （一）轻钢结构概念轻型钢结构是指这样一种结构：围护结构自重轻，承重结构截面小，标准化、自动化、机械化快速制作安装，采用新结构钢材、新结构体系。它分为一般轻型和超轻型钢结构。一般轻型钢结构主要采用薄钢板焊接截面或冷弯薄壁型钢构件，典型的结构体系为门式刚架，也可采用轧制型钢板截面。超轻型轻钢结构主要采用压型钢板， 冷弯薄壁构件和圆钢为承重构件，典型的结构体系是褶皱拱桥屋面。轻钢结构主要体系有焊接（轧制）门式刚架结构

3、体系、冷弯薄壁型钢结构体系、薄壁褶皱拱桥屋面体系、多层框架结构体系、空间和张拉结构体系。（二）轻钢结构的优势1、 自重轻, 抗震性能好, 安全性高。轻钢结构采用高效轻型薄壁型材, 承载力高, 构件尺寸小, 围护结构采用自重小的轻质墙体和楼面材料, 一般可减轻建筑结构自重的30 % , 质量是钢筋混凝土住宅的1/2 左右。轻钢结构整体刚度大, 钢材强度高、延性好, 因此抗震性能好, 用于结构抗震措施的费用少, 适用于地震多发区; 结构自重轻, 基础负担小还可大幅减少基础造价,尤其适用于地质条件较差的地区。2、 建筑造型简洁美观, 内部空间布置灵活丰富。钢材强度高, 可以采用大空间柱网布置, 建筑

4、设计不受结构限制, 这种住宅为建筑师的创维设计提供了无限想象空间。因此, 轻钢结构住宅外形轻巧美观, 墙体与屋面色彩丰富, 屋顶造型别致,尽显现代风格。室内大空间无梁无柱, 跨度可达12 m , 为业主提供了个性化分隔室内空间的可能。真正体现“以人为本”的设计理念; 同时, 墙柱等构件截面尺寸小, 可增加净使用面积5 %8 % , 当考虑楼板的组合作用, 使用组合梁或扁梁时, 还可以增加净高, 实现大空间住宅设计理念。3、 施工快捷、工期短, 不受季节限制。与传统住宅体系相比, 轻钢结构住宅至少可缩短1/ 3 的工期。真正做到既快又经济, 因此最大限度地为业主节约了投资。4、 防腐耐久, 舒适

5、性好。轻钢墙体龙骨完全封闭在隔水层与石膏板之间, 不锈蚀, 不腐蚀, 不生霉菌, 防潮性能好; 墙体采用新型轻质围护材料, 不助燃, 不霉变, 不虫蛀; 装修一次到位, 少维修; 管线可暗埋在墙体及楼层结构中; 在保温、隔热、隔声等性能方面比传统结构的住宅好, 因此住宅的舒适性更好。5、 绿色、环保, 符合国家可持续性发展的要求。轻钢结构住宅不使用粘土砖, 符合国家土地资源政策; 施工过程中环境破坏及污染少, 符合国家环保政策; 而且大部分材料可回收和再生, 具有很高的可重复使用性和可循环性, 符合国家可持续发展战略。因此, 轻钢结构堪称绿色环保型建筑典范。6、 设计技术先进。利用先进的计算机

6、辅助设计(CAD) 和计算机辅助制造(CAM) 技术, 能全面按用户要求进行设计, 且效率高、报价快、造价低、供货迅速。轻钢结构除了上述的优势，自身还具有强度高，自重轻，具有较好的塑性变形能力，抗震性能好等特点。加之随着经济与技术的发展，我国钢产量大大提高，而使其在建筑领域的应用越来越广泛。国家对于钢结构“鼓励使用”的政策，也对轻钢结构在我国的推广起到了很好的促进作用。2003 年我国的钢产量已经超过2 亿吨， 居世界第一。同时， 随着我国加入WTO，建筑行业与国际接轨的速度加快。经济的快速发展，使得城市建设对于大跨、高层建筑的需求量大量增加。与混凝土结构相比，钢结构由于自重低、强度高、工业化

7、程度高等优势，更适合于大跨、高层建筑。尤其是钢结构限制较少，建筑表现力强，给建筑师的发挥提供了广阔的空间。同时，钢结构在环保方面具有混凝土材料难以比拟的优势。在环保意识日益强化的现代社会，钢结构建筑成为必然的推广方向。（三）发展轻钢结构住宅的意义轻钢结构是近十年来发展最快的领域， 轻钢住宅的研究开发已在各地试点，是轻钢发展的一个重要方向，现已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的住宅结构模式产生较大冲击。而目前轻钢在我国应用最广的还是工业厂房。但与国外相比，我国钢结构建筑的发展相对滞后， 目前我国建筑

8、设计界普遍存在着对钢结构建筑认识不足，观念落后；对钢结构体系积极性不高，管理跟不上等问题。这些都阻碍着钢结构建筑在我国的发展。尽管目前还存在着种种不尽人意或有待提高的方面， 但钢结构的发展潜力巨大，前景广阔。我国20 年来的改革开放和经济发展，已经为钢结构体系的应用创造极为有利的发展环境。发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化进程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义；经原国家经贸委批准，将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用” 作为我国建筑业用钢的突破口，并正式列为国家重点技术创新项目。可见，轻钢结构住宅产业在我国大有发展前途。二、 轻钢结构国内外发展及应

9、用轻钢结构用于厂房建设, 在西方国家已近40 年历史。80 年代初, 我国开始从国外引进全套厂房。这些轻钢结构体系均由国外厂家负责设计和构件的加工制作, 然后用集装箱运到施工现场, 外方派人进行技术指导, 或由外方提供安装指导手册, 由中方负责基础、地面以上的构件安装等, 土建工程及水、暖、电也由中方负责。我国最先大规模采用轻钢结构的是宝钢。宝钢从日本新日铁公司引进安装的冶炼车间至今已使用18 年。（一） 国外轻钢结构发展概况美国、英国、日本、法国等在60 年代就开始用轻钢结构建造厂房。在美国轻钢结构的特约代理店有8500 家, 1988 年的销售额达16 亿美元, 占整个单层非住宅建筑的50

10、% 左右。应用的范围非常广泛, 根据1988 年的统计, 轻钢结构的用途比例如下:商业: 仓库、小商店、事务所、银行、车库等设施占42% ;制造业: 工厂、仓库、飞机库占34%;其它: 占15% 。在日本建筑结构中, 钢结构应用的最多, 范围最广。二战以后日本为了适应战后经济发展 的需要和多地震的国情, 工厂、仓库绝大多数采用钢结构。随着轻钢设计理论的改进, 新钢种的开发及计算机的应用, 多种先进加工机械的出现, 轻钢结构有了很大的发展。例如新日铁建筑事业部, 现在年销售130 万 , 约500 栋轻钢建筑。还有川铁建材工业、住友金属工业等。1990 年, 日本的低层非住宅钢结构建筑7310

11、万 , 其中工厂仓库占4000 万 , 而四家大公司承建的非住宅钢结构才占4. 3% , 不到工厂仓库的8. 1% 。由此可见市场是巨大的。1991 年10 月以六家公司为主, 成立了建筑体系协会, 以所有低层建筑为目标, 大力发展轻钢结构建筑体系, 逐步达到占日本低层非住宅钢结构的10 15% , 目标是30% 左右。（二） 国内轻钢结构发展概况我国最先大规模使用轻钢建筑结构的项目是宝钢。该项目从冶金技术、工程设计、生产设备到施工技术等基本上是从国外引进, 第一个采用轻钢结构的冶炼车间至今已有18 年, 自80 年代初以来, 我国已引进了约100 万 的轻钢结构建筑。并已发展到深圳、珠海、珠

12、江三角州开发区、大连、上海、青岛、厦门、湛江、北京等沿海地区和开发区及内陆城市。这些轻钢结构建筑多用于单层厂房、仓库等, 中外合资企业占大多数。由于轻钢结构的独特优点, 将会在我国得到迅速发展。建筑用钢在世界上历来是钢材消耗大户。先进国家建筑用钢, 占钢材总量的50%以上。我国只占40% 左右。而这40% 左右混凝土用钢量占70% , 其余的30% 大部分是用在门、窗、容器、管道等方面, 而轻钢结构用钢量仅占建筑用钢量的0. 5% 。随着我国经济的发展, 到1995 年, 据不完全统计, 已建成1000万的轻钢结构厂房、仓库。近几年, 美国的厂家已开始抢占我国轻钢结构建筑市场。先后在珠江三角洲

13、和长江三角洲开发区建立了办事机构和代理店, 已有5 家在上海建立了合资加工制造安装厂, 如美国的VP 公司的宝成钢材公司, 年加工能力6 万吨, 目前已达4 万吨, 扩建的二期工程已于1997 年1 月投产。轻钢结构在实际应用中存在大量的问题，主要体现在施质量工和结构稳定性设计中。三、 轻钢结构施工存在的质量问题及预防措施由于钢结构本身具备自重轻、强度高、施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构更是非常理想。轻型金属板材及其配套的门式刚架等系列轻型钢结构已得到了较为广泛的应用。下面简单谈一谈轻型钢结构工程中常见的一些质量问题及预防措施。（一） 柱脚的制作安装1

14、、预埋地脚螺栓与砼短柱边距离过近。在刚架吊装时，经常不可避免的会人为产生一些侧向外力，而将柱顶部砼拉碎或拉崩。在预埋螺栓时，钢柱侧边螺栓不能过于靠边，应与柱边留有足够的距离。同时，砼短柱要保证达到设计强度后，方可组织刚架的吊装工作。2、 往往容易遗忘抗剪槽的留设和抗剪件的设置。柱脚锚栓按承受拉力设计，计算时不考虑锚栓承受水平力。若未设置抗剪件，所有由侧向风荷载、水平地震荷载、吊车水平荷载等产生的柱底剪力，几乎都有柱脚锚栓承担，从而破坏柱脚锚栓。3、 柱脚底板与砼柱间空隙过小，使得灌浆料难以填入或填实。一般二次灌料空隙为50mm。4、 有些工程地脚螺栓位置不准确，为了方便刚架吊装就位，在现场对底

15、板进行二次打孔，任意切割，造成柱脚底板开孔过大，使得柱脚固定不牢，锚栓最小边（端）距亦不能满足规范要求。（二） 梁、柱连接与安装1、多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计，而实际工程却把中柱与斜梁焊死，致使实际构造与设计计算简图不符，造成工程事故。所以，安装要严格按照设计图纸施作；，采用弹簧板或者Z 型板用螺栓与之连接，如图3.1 所示。图3.1 钢柱、钢梁、弹簧板示意2、翼缘板与加厚或加宽连接板对接焊缝时，未按要求做成倾斜度的过渡。对接焊缝连接处，若焊件的宽度或厚度不同，且在同一侧相差4mm 以上者，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5（1：4）的斜角，如图3.2所示。图3.2

16、板材宽度不同时的处理方法节点图3、端板连接面制作粗燥，切割不平整，或与梁柱翼缘板焊接时控制不当，使端板翘曲变形，造成端板间接触面不吻合，连接螺栓不得力，从而满足不了该节点抗弯受拉、抗剪等结构性能。4、刚架梁柱拼接时，把翼缘板和腹板的拼接接头放在同一截面上，造成工程隐患。拼接接头时，翼缘板和腹板的接头一定要按规定错开。5、刚架梁柱构件受集中荷载处未设置对应的加劲肋，容易造成结构构件局部受压失稳。6、连接高强螺栓不符合钢结构用扭剪型高强度螺栓连接的技术条件或钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈型式尺寸与技术条件的相关规定。高强螺栓拧紧分初拧、终拧，对大型节点还应增加复拧。拧紧应在同一天完

17、成，切勿遗忘终拧。一定要在结构安装完成后，对所有的连接螺栓应逐一检查，以防漏拧或松动。7、有些工程中高强螺栓连接面未按设计图纸要求进行处理，使得抗滑移系数不能满足该节点处抗剪要求。必须按照设计要求的连接面抗滑移系数去处理。8、有的工程缺乏有针对性的吊装方案，吊装刚架时，未采用临时措施保证刚架的侧向稳定，造成刚架安装倒塌事故。应先安装靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架，而后安装其他刚架。头两榀刚架安装完毕后，应在两榀刚架间将水平系杆，檩条及柱间支撑，屋面水平支撑，隅撑全部装好，安装完成后应利用柱间支撑及屋面水平支撑调整构件的垂直度及水平度，待调整正确后方可锁定支撑，而后安装其他刚架。（三） 檩条、支

18、撑等构件的制作安装1、为了安装方便，随意增大、加长檩条或檩托板的螺栓孔径。檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度，有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。若檩条或檩托板孔径过大过长，隅撑就失去了应有的作用。2、隅撑角钢与钢梁的腹板直接连接，当刚架受侧向力时，使腹板在该处局部受到侧向水平力作用，容易导致钢梁局部侧向失稳。3、有的工程所用檩条仅用电镀，造成工程尚未完工，檩条早已生锈。檩条宜采用热镀锌带钢压制而成的檩条，且保证一定的镀锌量。4、因墙面开设门洞，擅自将柱间垂直支撑一端或两端移位。同一区隔的柱间支撑、屋面水平支

19、撑与刚架形成纵向稳定体系，若随意移动其位置将会破坏其稳定体系。5、有些单位为了节省钢材和人工，将檩条和墙梁用钢板支托的侧向加劲肋取消，这将影响檩条的抗扭刚度和墙梁受力的可靠性。故施工单位不得任意取消设计图纸的一些做法。6、有的单位擅自增加屋面荷载，原设计未考虑吊顶或设备管道等悬挂荷载，而施工中却任意增加吊顶等悬挂荷载，从而导致钢梁挠度过大或坍塌。任何单位均不得擅自增加设计范围以外的荷载。7、 屋面板未按要求设置，将固定式改为浮动式，使檩条侧向失稳。往往设计檩条时，会考虑屋面压型钢板与冷弯型钢檩条牢固连接，能可靠的阻止檩条侧向失稳并起到整体蒙皮作用。8、刚性系杆、风拉杆的连接板设置位置高低不一，

20、使得水平支撑体系不在同一平面上，从而影响刚架的整体稳定性。刚性系杆与风拉杆构成水平支撑体系，其设置高度在同一坡度方向应保持一致。目前，我国钢结构住宅产业已进入一个新的发展阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，有了一批钢结构住宅试点与示范的建设经验和科技成果，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。当然，在钢结构住宅发展方面，还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作，完善不同类型结构设计规范和施工技术标准，研制新型的轻质保温墙体材料以及与住宅部品的配套问题，同时还要广泛宣传开发轻钢住宅的益处，让更多的开发商、设计师和用户认识了解钢结构住宅的优点。（四）地脚螺栓

21、位置偏差、螺杆损坏首先，在基础施工过程中，由于地脚螺栓预埋时定位不准确、地脚螺栓固定不牢靠等原因导致地脚螺栓位置偏移较大，其位置超出了钢结构工程施工质量验收规范要求的允许偏差，给后续的钢结构安装工序带来了严重的安装质量问题。例如某工程吊装前对其基础复测时，发现螺栓的位置偏位较大，最大误差为40mm，已超出了规范允许偏差，因此给后续的钢结构柱子的安装带来了严重的安装质量问题。其次，在浇筑基础混凝土和基础回填时未对预埋的地脚螺杆采取有效保护措施，从而导致地脚螺栓的螺栓弯曲、螺纹损坏等现象，由此也给柱子的安装埋下了质量隐患。图3.3某工程定位模板图在轻钢结构厂房的基础工程施工过程中，运用专用的预埋模

22、板（模板根据施工图中螺栓与轴线位置关系采用56钢板进行制作） 对地脚螺栓进行准确定位，定位后将螺栓与基础短柱的钢筋笼焊接固定。如某工程为4 根M24 地脚螺栓，制作的地脚螺栓预埋模板（如图3.3所示），在施工过程中先利用模板对一组螺栓相对位置定位，再利用模板控制线与轴线之间的关系将此组螺栓准确定位，这种运用预埋模板的施工工艺，既能对地脚螺栓进行准确的定位又提高了施工的效率。地脚螺栓定位固定后，对照施工图纸重新检查螺栓的位置，经复查正确后方可浇筑混凝土，在浇筑混凝土过程中也应随时检查螺栓的位置偏差以便在混凝土终凝前及时进行调整。钢结构施工单位与土建施工单位共同协作完成地脚螺栓预埋工作，钢结构施工

23、单位应给予土建单位详细的施工技术交底。针对各工程特点，在地脚螺栓预埋前均对土建施工单位做出详细的技术交底。地脚螺栓预埋完成后浇筑混凝土前均应对地脚螺栓螺牙采取一定的保护措施。采用一次性塑料袋用胶带缠绕进行包裹保护，钢结构安装时撕开地脚螺栓保护膜后，安装十分便利。混凝土浇筑完成后的地脚螺栓应采取箱、盒等保护措施，并严禁利用已预埋的螺栓作施工牵引或矫正使用，严禁基础回填时受到施工机械或其他外力的扰动。钢结构安装前，钢构施工单位必须对地脚螺栓进行复测，并与土建单位做好相应的交接记录，即做好对上道工序的交接验收工作。（五 ）钢结构高强螺栓连接不符合要求钢结构螺栓的螺帽拧紧程度不一，同厚度连接件螺杆露出

24、螺母长度不均、位偏差时采用气割或电焊进行扩孔。图3.4为某工程高强螺栓终拧后，螺栓外露长度的实际情况。高强螺栓拧紧后扭矩值不符合设计和规范要求，产生超拧或欠拧，严重影响连接节点的可靠度。在工程施工过程中常遇到以上两种质量问题。某工程使用的高强螺栓为M2075，根据T=KPd（扭矩系数K=0.128） 计算得出终拧扭矩值为435kNm，但在实际终拧时，发现扭矩扳手扭矩值却为325kNm（属欠拧）和625kNm（属超拧）。图3.4螺栓外露长度不统一图防治措施：拧紧高强螺栓时，按正确的程序依次由中间向外侧对称进行，拧紧高强螺栓的工具必须与螺栓的规格一致，严禁两人合力或用套管加大臂长的方法拧紧，以防超

25、拧或受力不均匀。使用螺栓的长度应符合设计要求，现场不得任意更改螺栓长度和随意替换使用。安装前，对构件上的孔径和孔距进行复核，复核后方可吊装。若孔径或孔距有偏差时，必须采取过孔冲或补焊后，重新制孔，严禁使用气割或电焊扩孔。高强螺栓终拧，必须使用经检测合格后的专用扳手。施拧扭矩根据T=KPd计算得出，施拧时严格按照此值执行。四、 轻钢结构失稳及其设计准则由于轻钢结构设计过程中所存在的缺陷，因此，导致轻钢结构出现失稳，使人的生命和财产安全受到威胁。目前，随着高层建筑量的增加，作为轻钢结构工程设计的重要内容之一，越来越多的设计者对轻钢结构稳定性的考虑将更为突出。（一）轻钢结构失稳的种类1、分支点失稳轻

26、钢结构轴心受压构件在完好的情况下，当端部受到荷载压力时，所承受的压力小于等于某一限值，依然保持稳定平衡状况，那么轻钢结构构件截面承受着均匀的压应力，即使沿轴线所产生的状况也只是压缩变形。相反，如果当端部受到荷载压力时，所承受的压力大于限值，钢结构构件将发生弯曲变化，那么就会导致原有的轴心受压平衡形式发生改变，从而分支点失稳。如图 4.1 所示，当荷载增加时，轻钢结构平衡出现改变的同时，还出现新的平衡形式造成失稳 图4.1 分支点失稳（ABO 为荷载侧移曲线）2、 极值点和跳跃失稳该失稳主要是由于塑性扩展到一定程度时，钢材做成的偏心受压构件失去了稳定性能力，从而导致平衡形式发生改变出现失稳。与分

27、支点和极值点失稳不同，跳跃失稳主要是当钢结构构件状态失去稳定性平衡后，跳跃至其他稳定性平衡状态。如图 4.2 所示，在荷载 q 下，荷载曲线 OA 成稳定上升阶段，一旦曲线达到最高点 A，就会自动跳跃到 C 点，拱结构下垂，由于 AB 曲线不稳定，而 BC 曲线处于稳定上升阶段，不存在分支点和极值点，因此，断定轻钢结构失稳图 4.2 跳跃失稳（二）轻钢结构稳定性设计的基本准则1、轻钢结构在安排的时候，必须要详细对整个钢结构体系和组成部分的稳定性要求进行考虑。由于目前许多钢结构的设计主要是以平面体系为主，因此，为了确保平面结构不会发生失稳状况，钢结构平面的整体安排是整个稳定性设计的关键。例如：在框架和桁架上增加支撑构建。同时，还要确保结构构件的稳定计算必须要与结构安排保持一致。2、轻钢结构需计算的简图必须要与实际钢结构计算方式所规定的简图相同。在进行单层、多层框架结构设计的过程中，要进行稳定性计算，以获取框架稳定的柱长度系数，并通过稳定性分析，确保柱稳定计算与框架稳定性计算想同。根据