钢结构专业知识、优化设计培训课件

钢结构专业知识、优化设计培训第一部分钢结构简介第二部分钢结构工程施工流程第三部分钢结构优化设计第一部分（11）装配式钢结构住宅第 26 页缩短建设工期钢结构装配式住宅的施工周期是传统建筑的2/3左右，老旧小区改造可在2年内全部完成。为什么快？预制构件工厂化生产装配式施工一体化装修第 27 页缩短建设工期预制构件工厂化生产在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），并全部按照安装位置在工厂配置成模块。工厂化在工厂完成混凝士浇筑工作，现场无需砼施工养护周期。串行的工作并行做在打基础的同时，完成材料的采购和部品部件的制作、装配。在上层进行结构安装时，下面几层可以同步进行外墙窗、风水电、内墙门的安装。施工装配化现场采用高强螺栓将各部件连接拼装，无需焊接。摆脱了以往“看天施工”的局限,克服了北方冬季不能施工的短板。第 28 页新型窗墙一体系统装配式窗墙一体化系统是采用工厂预制的集成模块，在施工现场组合而成的装饰配建筑外围护系统，是由熟练的工人在车间流水生产线上制作完成，墙体、窗、外保温装饰、室内装饰等全部在工厂完成，模块化成品运输，在施工现场进行集成模块的装配式建筑施工。创新科技工装设备的研发，采用精确数控的设备自动化，吊挂平移贯连〞一步到位”的栓接方式，装配工序小、安装速度快、

可独立连续施工、

主辅材损耗少．轻质结构节省人工，精准高效的安装，经项目现场实测

，可在30分钟内完成一面10平米的墙体从吊装到安装的全工序。第 29 页装配式内装修系统装配式内装是一种将工业化生产的部品部件通过可靠的连接方式，由产业工人按照标准程序采用干法施工的手段装修装配的过程，

是装配式建筑发展的必然产物。第 30 页缩短建设工期钢结构装配式住宅建筑工业化方式与传统模式建造阶段资源消耗对比（以15万方精装住宅为例）第 31 页缩短建设工期0100200300400500600700800竣工验收粉刷工程楼地面工程外装工程屋面工程主体六层主体四层主体二层地下室工程施工准备VS钢结构装配式住宅施工进度横道图传统模式施工进度横道图020040060080010001200竣工验收粉刷工程楼地面工程外装工程屋面工程主体六层主体四层主体二层地下室工程施工准备系列1 系列2采用钢结构装配式住宅技术，施工周期是传统模式的2/3左右，15万方老旧小区改造可在2年内全部完成，缩短建设工期成效显著。（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）a.公寓模块化每款户型都含有独立睡房，卫浴，厨房和起居室。公寓模块使用标准40尺高柜的进行设计研发，符合长途海运、降低运输成本要求。每期施工周期一般不超过6个月，比传统建筑方式大大降低成本，缩短建造周期，提高效率。（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）b.单栋住宅模块介绍住宅型模块属于低层独立建筑，

基本以单个或小量模块组合为主；住宅型模块会有1房，2房或3房的单元组合内部功能基本含客厅，餐厅，厨房，睡房和卫生间；满足家庭的日常使用（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）c.酒店模块采用高度集成的集装箱拼接而成（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）（12）模块化集成建筑（主要为海外市场）第二部分2.1深化设计设计院提供的设计图是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。加工制作图是最后沟通设计人员及施工人员的意图，它起到制作要领书的作用，又是实际尺寸、划线、剪切、坡口加工、打孔、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，还起到进行高水平管理的检查表的作用。材料采购加工其它专业安装运输深化设计BIM其它专业，土建、幕墙、机电等深化设计施工技术节点分析安装分段材料工艺圆管卷制压头或二次卷圆圆管卷制筒体卷制筒体对接焊常规材质径厚比20倍工厂预拼装西塔循环预拼（制作提前很多），桥梁线型预拼3+N超宽超高运输，费用高运输体积18*4.5*3.56米宽拆关卡立柱0.9米低平板车钢结构质量控制•••••••钢结构吊装施工必须按照审批后的钢结构施工组织设计实施，实施过程中必须严格按照方案执行，如施工方案有所变更，需提前上报项目部批准后方能实施。构件进场需完成报验手续，严禁不合格及无合格证明文件构件、配件到场卸车。二层（及以上）楼面应做好成品保护措施，构件摆放及翻身不得破坏成品地面。构件存放场地应平整坚实，无积水，应按种类、型号、安装顺序分区存放，必须在底层垫足够支承面的枕木，相同型号的叠放时，各层的支点应在同一垂直线上，并应防止钢构件被压坏和变形。对构件底漆破损处应及时补涂，使用的油漆与加工厂同样品牌的底漆。严禁使用不匹配的油漆补涂。钢结构主体吊装前必须对定位轴线的间距、基面标高和地脚螺栓预埋位置进行检查、测量，并做好记录，复测合格后才可进行吊装工作。钢结构吊装时，柱底在二次浇注前，在靠近地脚螺栓(锚栓)的柱脚底板加劲板或柱肢下，必须设2组对称的垫板；严禁不符合图纸及规范的违规操作。柱、梁等主要构件安装就位后，应立即进行校正、固定，当天安装的构件应形成稳定的空间体系，构件未形成稳定的空间体系前需系缆风绳。禁止单根钢柱独立。高强螺栓施工，应保证摩擦面清洁、干燥，严格按扭矩值进行施工，不得超拧，24小时内完成初拧和终拧。如采用扭剪型高强螺栓，遇梅花头拧不断的情况，严禁切割，必须更换高强螺栓，禁止高强螺栓用做临时连接件，气割扩孔。终拧的螺栓要做标记以便复核，并提供终拧记录。屋面檩条安装保证平直；次结构采用张紧器的必须张紧，保证挠度；普通螺栓不得漏装。普通螺栓做为永久螺栓的，应有防松动措施。地脚螺栓保护轴线复测构件堆放构件存放场地应平整坚实，无积水，应按种类、型号、安装顺序分区存放，必须在底层垫足够支承面的枕木。严禁钢构件无枕木随意堆放梁拼装完两侧增设防倾倒措施在吊装前对构件底漆破损处应及时补涂，使用的油漆与加工厂同样品牌的底漆。严禁使用不匹配的油漆补涂。钢结构吊装时，在靠近地脚螺栓(锚栓)的柱脚底板加劲板或柱肢下，必须设2组对称的垫板，保证柱的稳定性，同时复核抗剪槽尺寸。《钢结构结构施工质量验收规范》高强螺栓验收要求6．3．2高强度大六角头螺栓连接副终拧完成1h后、48h内应进行终拧扭矩检查，检查结果应符合本规范附录B的规定。（主控）检查数量：按节点数检查10%，且不应少于10个；每个被抽查节点按螺栓数抽查10%，且不应少于2个。6．3．3扭剪型高强度螺栓连接副终拧后，除因构造原因无法使用专用扳手终拧掉梅花头者外，未在终拧中拧掉梅花头的螺栓数不应大于该节点螺栓数的5%。对所有梅花头未拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副应采用扭矩法或转角头进行终拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副应采用扭矩法或转角法进行终拧并用标记，且按本规范第6.3.2条的规定进行拧扭矩检查。（主控）6．3．4高强度螺栓连接副的施拧顺序和初拧、复拧扭矩应符合设计要求和国家现行行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82的规定。6．3．5高强度螺栓连接副拧后，螺栓丝扣外露应为2-3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。6．3．6高强度螺栓连接磨擦面应保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧气铁皮、污垢等，除设计要求外磨擦面不应涂漆。6．3．7高强度螺栓应自由穿入螺栓孔。高强度螺栓孔不应采用气割扩孔，扩孔数量应征得设计同意，扩孔后的孔径不应超过1.2d(d为螺栓直径)。高强螺栓高强螺栓污染后不得使用，高强螺栓禁止重复使用。终拧的高强螺栓要做标记，以备复查。临时支撑的设置受力体系完善前的结构为可变体系此时的临时支撑起到稳定结构的关键作用支撑未张紧，未能发挥其功能螺牙未露出、削弱构件的抗力檩间支撑的螺母未拧紧—无效构件檩条旁弯冷弯薄壁构件不得焊接焊缝质量风机底座的支架也采用焊接，安全隐忧不合格焊缝第三部分材料的合理优化根据近些年的优化设计经验总结，优化设计重点考虑以下七个方面结构体系的合理优化截面优化节点构造的合理优化表面处理的合理优化深化设计图纸表达1245673主次梁布置优化特点采购难度大、采购单价高建议与原设计沟通，进行截面归并与代换

1、材料采购方面非标材料：非常见的角钢、槽钢、H型钢、圆管、圆钢等型材零星材料：一般指几百公斤至十几吨的用量少、种类多的较薄钢板及小截面型材。一、材料合理优化

2、材质方面普通钢结构的材质一般为Q235B,Q355B。吊车梁由于承受反复的疲劳荷载，因此一般采用Q355C。高建钢具有较低的屈强比,

能够使材料具有良好的冷变形能力和高的塑性变形功，吸收较多的地震能，提高建筑物的抗震能力。通俗的说高建钢比普通钢材更稳定，可靠性更高。高建钢常用于大型公共设施（如机场、火车站、体育场馆）、桥梁工程、海洋工程、风电核能项目、压力容器等项目。项目中应根据自身情况采用合适的材料。比如跨度50~60m的模糊边界处，可根据项目合同情况策划提高材质或降低材质。一、材料合理优化

3、型材方面焊接型钢与热轧型钢一般情况下，热轧型钢比焊接型钢便宜，且热轧型钢可省去组焊时间，节省工时，通常在深化设计前与原设计单位沟通，尽量将焊接型材用对应或相近截面的热轧型材代替。直缝与无缝管材直径325以下管材，无缝比直缝便宜；直径325以上管材，直缝比无缝便宜。一、材料合理优化

4、焊缝方面有的工程要求焊接H型钢柱、十字柱主体焊缝为全熔透焊缝。有些设计人员不够清晰或为了方便统一将全熔透焊缝采用一级焊缝。一级焊缝需要100%探伤，会增加成本。根据《高层民用建筑钢结构技术规程》

JGJ99-98第8.4.2条，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第8.3.6条，《钢结构设计标准》第七章的相应说明。H型钢柱、十字柱主体焊缝在节点区域范围内为全熔透焊缝，在非节点区域为部分熔透焊缝。同时规范仅要求全熔透焊缝强度等级不低于二级，可建议设计仅关键部位采用一级焊缝。一、材料合理优化

5、其他材料案例：广州市黄埔区知识城某项目，总建筑面积47.14万平方米。优化做法：将蒸压加气混凝土砌块墙优化为蒸压加气混凝土（ALC）轻质隔墙：降本增益：经过商务核算，原蒸压加气混凝土砌块的工程量为12085.49m³，优化前利润为129.33万元，采用蒸压加气混凝土砌块（ALC）轻质隔墙后利润为436.23万元，综合优化效益306.90万元。工期缩短效益：根据行业经验，使用墙板的施工速度约为砌筑墙体的两倍。一、材料合理优化

5、其他材料案例：海南某项目，总建筑面积为9120㎡，总建筑高度为20.8m。。原施工图纸中1#楼、3#楼、4#楼局部位置墙体材料为蒸压加气混凝土砌块，考虑到本工程楼层层高较高，其中4#楼首层层高达12m，墙体砌筑需要搭设多段操作平台，分段布置构造柱及圈梁，施工不便。另外结合盈亏分析，砌体为亏损项，亏损金额达137.6万元。优化做法：将蒸压加气混凝土砌块墙优化为ALC轻质隔墙，当板材10厘米高度超过4米、12厘米高度超过5米和15厘米高度超过6米，墙长大于8米或超过层高2倍时，都需要加方管或者是加钢梁、钢柱处理。如果安装高度超过核定高度时，可使用横装或者是横竖组合的安装形式。经过商务核算，原蒸压加气混凝土砌块的工程量为1168㎡，优化前效益为亏损137.6万元，采用ALC轻质隔墙后利润为26.9万元，使该项工程扭亏为盈，综合优化效益163.5万元。一、材料合理优化

5、其他材料案例：某项目原设计钢屋面为单层压型钢板保温面：0.7mm厚HV-470型镀锌彩钢板+50mm厚岩棉板(燃烧性能A级)+加筋铝箔+不锈钢丝网+C型檩条+屋面钢梁。单层彩板+岩棉板+铝箔是最便宜的保温屋面，但不是利益最大化的做法。优化做法为双层压型钢板复合保温屋面，采用0.7mm厚HV-470型镀锌彩钢板+1.5厚自粘聚合物改性沥青防水卷材+100厚超细玻璃棉保温层+0.2厚纸基夹筋铝箔+0.5mmQ900型镀锌铝压型钢板。双层压型钢板复合保温屋面的保温性能、耐久性、隔声效果均优于单层压型钢板保温面，同时利润空间更大。经商务核算，金属屋面优化前效益：63.43万元，优化后效益：221.35万元。双优化效益：157.92万元。一、材料合理优化

1、高层建筑的有关的钢结构体系房屋高度不超过50m的高层民用建筑可采用框架、框架-中心支撑或其他体系的结构；超过50m的高层民用建筑，8、9度时宜采用框架-偏心支撑、框架-延性墙板或屈曲约束支撑等结构，也可采用钢框架-钢筋混凝土核心筒体系、型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒体系、钢外筒-钢筋混凝土核心筒体系，型钢（钢管）外筒-钢筋混凝土核心筒体系。高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构。二、结构体系的合理优化案例：上海爱登堡临港项目研发中心项目地上建筑面积24024m2，主楼12层，建筑高度50.5m，原结构采用钢框架结构，主体结构用钢量为3200t，约130kg/m2，成本较大。因钢结构比较柔，因此在高层建筑中若没有其他抗侧力体系支撑，水平荷载给梁柱带来很大的弯矩，因此导致用钢量较大。优化做法：在楼梯间及电梯间设置中心支撑，形成钢框架支撑结构，水平荷载由支撑的轴力传导至地面，同时降低框架抗震等级。经计算分析，改成钢框架支撑结构后，主体结构用钢量降低为2400t，优化钢结构800t，优化后用钢量约100kg/m2。降低造价约640万。（后因造价相差过大，总包以已备料为由强烈抗议后作罢）二、结构体系的合理优化案例：新疆国润康养园项目有一部分单层钢连廊，高度为5.25m，原钢连廊用钢量为181t，按连廊面积计算用钢量达400kg/m2。原设计连廊结构内部按建筑的划分分缝，分成了好几段连廊，每一段连廊都很短，结构刚度很弱，导致用钢量很大。优化做法：将钢结构连廊连接成一个整体，事实上钢结构比较柔不怕温度应力不怕地震不怕扭，已经存在很多比这更复杂更长的连廊。经计算分析，优化后的钢结构用量约68t，材质为Q235B，节省了约114t，优化造价约91w。二、结构体系的合理优化

2、轻钢屋面钢结构体系对于轻钢厂房而言，跨度大于15m以上就可以考虑桁架式的钢结构屋面。二、结构体系的合理优化

3、大跨结构中索的应用二、结构体系的合理优化

3、大跨结构中索的应用二、结构体系的合理优化

3、大跨结构中索的应用

张弦结构长沙国际会展中心二、结构体系的合理优化

3、大跨结构中索的应用

张拉结构天津中医药大学体育馆二、结构体系的合理优化

1、混凝土楼面下的主次梁布置一般情况下单向双次梁是最优解。由于钢结构上均为同厚度的混凝土楼板，当遇到不同跨度时，当原设计的楼承板达不到最小支承长度需要而增加临时支撑时，应策划增大楼承板的型号（若有增概的需求则应增加次梁减小次梁的间距）。次梁的布置方向一般为沿长轴方向，这样短跨方向主梁高度与长跨方向的主梁高度相匹配。当由于结构需要将长轴的梁构造加强，而强度不大时，也可将次梁支承于长轴的主梁上。当短轴跨度不大，仅适合单次梁而楼板跨度又过大时，可设置短次梁。三、主次梁布置的优化

1、根据应力比控制截面截面应力比控制：

大跨主梁不大于0.75，主框架不大于0.9，次梁不大于0.95。由右图可看出，钢板越厚，钢材的屈服强度越低，因此会出现增大了板厚，应力比确没有相应提高的现象。所以钢结构应尽量将截面加高，增大抗弯刚度，尽量使用较薄的钢板。四、截面优化

2、蜂窝梁的使用钢结构抗弯计算时，腹板对抗弯刚度的影响较小，因此当跨度较大时，可采用蜂窝梁进行截面优化。四、截面优化

2、蜂窝梁的使用案例：中山大学北区多功能体育馆项目，跨度25m，介于实腹梁与桁架中间的模糊地带。采用1.2m高的蜂窝梁进行优化设计。优化结果，蜂窝梁比实腹梁节省15%的用钢量。四、截面优化

1、框架柱的现场拼接点思考：哪种分段点方案更合理？五、节点构造的合理优化

2、钢架的合理分段点五、节点构造的合理优化

3、梁柱节点构造全栓接节点费工费时，采用翼缘焊接腹板栓接的栓焊节点更能优化成本。一个极端案例杭州万象城项目MT塔楼，将梁柱栓焊节点优化为全焊节点，此工程总共约有2000个此类节点，整个工程可节约43200颗高强螺栓，同时减少开孔数量43200X3=129600个。五、节点构造的合理优化

4、次梁节点优化类型一 类型二类型一：次梁翼缘开槽，费料费工类型二：次梁端部齐平，加工快，安装便利五、节点构造的合理优化

5、箱型柱内隐蔽工程板件的优化五、节点构造的合理优化

6、框架梁下翼缘设置隅撑的优化老的图集里一直是在框架梁下翼缘设置隅撑以约束受压翼缘，但一直存在两侧梁高不一定相等以及现场施焊的问题，现可根据钢结构设计标准的6.2.7.3，在侧向未受约束的受压翼缘区段内，应设置隅撑或沿梁长设间距不大于2倍梁高并与梁等宽的横向加劲肋，设置加劲肋的方法更可靠更方便。五、节点构造的合理优化

7、复杂节点的优化给焊接带来困难，此处牛腿应作变截面过度处理，避免夹角过小！此处一个节点共计240颗高强螺栓，需开设720个螺栓孔。采用此种连接方式，将增加高强牛腿与梁连接时夹角太小，

螺栓成本，并耗费大量的人工钻孔、处理摩擦面、增加连接板材料成本，同时极大的增加现场安装难度，应修改为等强焊接连接。五、节点构造的合理优化

7、复杂节点的优化案例：某项目主塔高度为119.1米，主塔地上27层；副塔高度119.7米，地上29层，幕墙顶高度125.7米，连体结构位于两栋塔楼中区，连体高度8.4米，采用空间桁架结构，与两栋塔楼连接方式为刚接。项目采用GT-18型集成式附着升降脚手架（以下简称“爬架”）作为该楼标准层的外防护架，随主体施工进行爬升作业，爬升至屋面后在高空拆除解体。原结构节点较弱，不满足需求，因此做增概策划1.塔楼16层、18层的有挂板的H型钢梁处，挂板配筋和原H型钢梁加固加强；塔楼16层、18层的无挂板的H型钢梁处，H型钢梁需替换为箱型钢梁；塔楼17层有局部楼层无梁板的中空区域处，增加钢柱和箱型钢梁，待无需爬架时拆除此箱型钢梁。总优化效益金额约135.97万元五、节点构造的合理优化

8、其他构造优化十字柱对接处板上灌浆孔开设太小，灌浆质量很难保证！主次梁连接节点中次梁刚接，悬挑长度仅800mm，节点处理时应在工厂直接焊接在主梁上，省去制孔和现场高空焊接！五、节点构造的合理优化

8、其他构造优化异形封边梁作为一个构件出图，给运输带来很大麻烦，不但增加成本，而且容易变形，质量不易控制！五、节点构造的合理优化

8、其他构造优化异形幕墙钢结构成本较大，常常是亏损项。案例：海南某项目地上建筑面积27782.61㎡，地上五层，地下一层，建筑高度44.6米。原设计做法：原幕墙二三级骨架方案为多杆件非整体受力形式，杆件截面较大且不合理。优化做法：采用桁架体系，杆件整体受力，节约大量钢材，减小截面后方便施工；桁架杆件采用相贯连接，确保安全可靠。优化前：幕墙二三级钢结构总量为736.3吨；优化后：幕墙二三级钢结构总量为500吨；合计减少亏损100.1万元。优化后布置图优化前布置图五、节点构造的合理优化1、摩擦面优化

有的工程高强螺栓摩擦面系数要求u=0.5，车间在处理摩擦面时有一定的难度，且处理成本也高，深化设计时可与原设计沟通，尽量将摩擦系数优化为0.45。2、劲性构件及钢梁顶面表面处理劲性构件因埋入混凝土中，钢梁顶面设置混凝土板，均不需涂装，但有的工程要求构件需抛丸除锈，且除锈等级为Sa2.5，构件按要求加工完放置在堆场过程中也极易返锈。对于此类构件表面处理可优化为手工清除表面浮锈，除锈等级St3。六、表面处理的合理优化3、钢结构防腐防腐油漆（涂料）的选择一般的涂料选择应考虑以下几点：1、要考虑结构所处的使用条件及选用涂料的范围的一致性，根据腐蚀介质的情况（种类、温度和浓度）气相或液相，湿热地区或干燥地区等条件进行选用。对于有酸性介质，可采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆，而对于碱性介质，则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。2、要考虑施工条件的可能性。有的宜刷涂，有的宜喷涂，有的自然干燥成膜等等。对于一般情况，宜用干燥、便于喷刷的冷固型涂料。3、要考虑涂料的正确配套。由于大部分涂料是有机胶状物质为基料，涂料每涂一层结成薄膜后，难免有许多异常细小的微孔，腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此，目前涂料的施工都不是涂单层，而是涂多层，目的在于将微孔减少到最低限度。底漆和面漆之间应有良好的适应性。如过氯乙烯漆与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用，

才能得到很好的效果，而不能与油性底漆（如油性红丹漆）配套使用。因为过氯乙烯漆中含有强溶剂，会破坏底漆漆膜。六、表面处理的合理优化4、钢结构防火钢结构的防火保护措施，通常包括以下方式：喷涂(抹涂)防火涂料：重量轻、施工简便，适用于任何形状、任何部位的构件但对涂敷的基底和环境条件要求严。用于室外、应用广半室外钢结构时，应选择合适的产品。包覆防火板：预制性好，完整性优，性能稳定，表面平整、光洁，装饰性好，施工不受环境条件限制，特别适用于交叉作业和不允许湿法施工的场合。包覆柔性毡状隔热材料：隔热性好，施工简便，造价较高，适用于室内不易受机械伤害和免受水湿的部位。外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体：保护层强度高、耐冲击占用空间较大，在钢