新型建筑材料及应用

1、工程师继续教育 新型建筑工程材料及应用,第一篇 结构材料 （结构材料： 是以力学性能为基础，主要利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料。）,随着科学技术的进步，我国建筑水平提高很快，建筑造型、结构、功能、装饰装修水平都明显改观，要求发展多功能和高效的新型建筑材料及制品以适应社会进步的要求。,传统建材工业的发展是以资源、能源的大量消耗和环境的严重破坏为代价的。开发并使用性能优良、节省能耗的新型建筑材料，是人类合理地解决生存与发展、实现“与自然协调，与环境共生”的一个重要方面。,前言,新型建筑材料”的英文为New Building Materials，在国外是一个泛指的名词，意思是新的建筑

2、材料。,这个名词出现于我国改革开放之初，在我国属于一个专业名词，界定“新型建筑材料”所包含的内容是一个比较复杂的问题。,1.1 新型建筑材料的定义,不管是传统的建筑材料，还是新型建筑材料，均是由“无机非金属材料”、“金属材料”、 “有机高分子材料”、“复合材料”四大类构成，按中国新型建材(集团)公司和中国建材工业技术经济研究会新型建材专业委员会编著的新型建筑材料实用手册(第二版)是采用“用途分类”的原则，把建材分为十六类：,“新型”的概念规范为既不是传统材料，也不是在花色品种和性能方面大致已经处于很少变化的材料。,地面装饰材料 卫生洁具， 门窗、玻璃及配件 给排水管及其配道件 工业管道及其配件

3、 胶结剂 灯饰和灯具 其他,墙体材料 屋面和楼板构件 混凝土外加剂 建筑防水材料 建筑密封材料 绝热、吸声材料 墙面装饰材料 顶棚装饰材料,本书将建筑材料按结构材料、围护材料、功能材料分类进行介绍。,1.4 国内外新型建材的发展现状,蒸压加气混凝土砌块,(一)墙体材料,1.混凝土砌块,轻质混凝土砌块,纸面石膏板,2. 纸面石膏板,3. 蒸压灰砂砖,4. 复合轻质板,GRC轻质板,（二） 保温隔热材料,(三)防水材料,SBS改性沥青防水卷材,聚氨酯防水涂料,JS复合防水涂料,（四）屋面材料,彩钢夹芯板,(五)装饰装修材料,1.建筑涂料,交联型氟树脂涂料,使用效果,2.壁纸壁布,纺织玻璃漆色壁布,

4、弹性壁布,3. 塑料管道,工程用管道,PE埋地燃气管道,建筑用冷、热水供水管,建筑排水用PVC管道,塑料自来水管道,4.塑料门窗,适应先进施工技术, 改善建筑功能, 降低成本, 具有巨大市场潜力和良好发展前景,技术含量高, 功能多样化;,生产与使用节能、节地, 综合利用废弃资源, 有利于生态环境保护;,1.2 新型建材的特点和发展的必要性,特点,节约耕地，有利于农业的发展,节约能源，促进国民经济的发展,降低建材运输量，减轻运输的压力,综合利用工业废渣，有利环境保护,促进建筑技术进步，推动建筑业现代化,改善工作、学习、生活环境，适应人民生活水平的不断提高,必要性,第一篇 结构材料,结构材料是以力

5、学性能为基础，以制造受力构件所用材料，同时对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等 。 最常用的结构材料是各种牌号的钢材、混凝土,第一章 高性能混凝土,高性能混凝土基本理念 1.高性能混凝土不是混凝土的一个品种，而是达到工程结构耐久性的质量要求和目标。 2.“混凝土的质量不是实验室配出来的，而是经过优选配合比的混凝土由生产、设计、施工和管理人员在结构中实现的”。,混凝土(定义-类别水泥,沥青,聚合物,硫磺) 5000年前，甘肃省秦安县大地湾地区（草筋墙.炕） 2000年前，古罗马（地下水道.剧场、万神庙等） 建筑发展： 宋代明代安徽和州城墙、南京城墙、河堤、桥等

6、1824年，英国工人烧制出“波特兰水泥”硅酸盐水泥原型(石灰石.粘土混合锻烧生成硅酸二钙.硅酸三钙) 上天、入地、下水 近代误区：片面追求强度力学性能,一.混凝土发展历史及相关问题：,1987年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起了轰动，统计表明：美国近期混凝土腐蚀损失每年2760亿美元（中国约2000亿人民币），约25.3万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到20年，就已不同程度地破坏，且每年还将新增3.5万座。,由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使用高强混凝土，但是看来这无济于事。根据美国国家公路合作研究计划1995年检查的结果表明：10万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔

7、13米的贯穿性裂缝。,1.近代误区后遗症, 据统计：在正常工作条件下，混凝土结构从建成到拆除重建的周期平均为4050年。,正常情况下，混凝土建筑4050年毁坏 非正常情况- 日本沿海港湾建筑、桥梁10年开裂、剥落、钢筋锈蚀外露 中国安徽佛子岭水库(年亏1700万) 北京西直门桥、北海近海钻井油田等 原因不是强度不够，而是耐久性不足 耐久性：主要是环境作用下的耐久性。环境对混凝土结构材料的作用因素，主要是温度和湿度及其变化（干湿交替、冻融循环），以及环境中的水、气、盐、酸等介质，环境作用所造成的材料劣化则表现为钢筋的锈蚀和混凝土的腐蚀与损伤。,石家庄百孔桥大桥盐的腐蚀,青藏公路桥梁墩柱冻融剥蚀,

8、一座桥何以只有二十年寿命？,拆除前的西直门桥,为什么混凝土结构不耐久？, 水泥质量过细、水化过快 （C3A） 水泥用量过多 水灰比过大 混凝土早期强度过高 外加剂过乱 施工质量较差,古罗马万神殿：公元128年(哈德联)大帝时期建造的一座建筑物，它的圆形壁厚6.1m;穹顶的直径43.3m、高21.6m，使用了12000吨轻混凝土。,万神殿内景,古罗马圆形剧场,当代也有历时100多年的波特兰水泥（硅酸盐水泥）混凝土建筑物, 英国南安普墩海港工程 美国西雅图海滨海上水泥船 大连、厦门的混凝土炮台 沿海、沿江商埠大量保存的混凝土建筑物,这些建筑物耐久的共同特点：, 采用符合现代耐久要求的胶凝材料(培烧

9、粘土.石灰.石膏.火山灰. 糯米汁.羊桃藤汁等) 复合使用有机外加剂（动物油脂牛油.桐油.乳液.动物血牛.猪血等 ） 低水灰比 工作性好，易于施工 匀质性好 具有合理的孔结构和密实度 采用严格的施工工艺,20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。 (挪威),1990年5月，在美国马里兰州由美国国家标准与技术研究院( NIST) 和 美国混凝土学会(ACI )主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。(美国 及 日本学派),2.高性能混凝土的提出：,2000年建设部委托中国土木工程学会与清华大学

10、土木系就建筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。 2001年、2002年两次学术会议上并在会后广泛征求意见并多次修改，2003年6月对混凝土结构耐久性设计与施工指南进行审查和鉴定并获得通过。该指南作为中国土木工程学会技术标准。 水利部、铁道部也同期进行研究，并在港口、铁路工程中率先使用(2001年6月29日开工修建的青藏线-50年耐久性混凝土）。,国内,高性能混凝土 以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。 这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定

11、性。 （摘至2005年中国土木工程学会标准: 混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CECS2004-01）,1 降低水灰比：可大量减少水泥石的孔隙。 水泥完全水化时结合水量占水泥质量的0.227。 水泥完全水化而无毛细孔时水胶比为0.379。 水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率时的水胶比为0.437。 在无外加剂掺入的情况下，水灰比大于0.5时混凝土才具有可施工的流动性。 水胶比越大，水化越充分，凝胶量越大，硬化后收缩越大。 方法：掺入高效减水剂,掺入活性矿物细掺量,第二节 混凝土高性能化的微观结构,2 改善混凝土中水泥石的孔结构,引入封闭孔（C2SC3SC4AF 水化热:C3AC3SC4AFC

12、2S 强 度:C3SC2SC4AFC3A 耐化学侵蚀:C4AFC2SC3SC3A 干缩性:C3AC3SC2SC4AF,2、细骨料 细骨料应选用处于级配区的中粗河砂（用于预制梁时，砂的细度模数要求为2.63.0）。当河砂料源确有困难时，经监理和业主同意也可采用质量符合要求的人工砂。 细骨料的品质应满足表4的要求。,表4 细骨料的技术要求,重点:品种和级配 选用中砂细度模量2.62.8,小于0.63和0.16筛的累计筛余（4070）% 和（95100）%。,3、粗骨料 粗骨料宜选用二级配碎石，掺配比例应通过 试验确定。 粗骨料的品质应满足表5的要求。,表5 粗骨料的技术要求,施工过程在中粗骨料强度

13、可用压碎指标值进行控制且应符合表6的要求。,注： 1 沉积岩（水成岩）包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩 包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。 2 对于压碎指标值不符合表3.6-2规定的粗骨料，可通过试验，建立岩石抗压强度与压碎指标 值的对应关系，确认岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不小于1.5（预应力混凝土为2.0） 且混凝土的力学及耐久性能满足要求后，方可使用。 3 用于梁体时，压碎指标不应大于10%。,表6 粗骨料的压碎指标值（%）,重点:级配、紧密空隙率。 A 级配:二级级配或多级级配（计算法或试配法） B 松散堆积密度1500k

14、g/m3，紧密空隙率1mm)，所以具有良好的抗滑性和耐磨性。,二、开级配抗滑磨耗层（OGFC）混合料,（大空隙开级配排水式沥青磨耗层）开级配抗滑磨耗层（OGFC）是指用大孔隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的路面。设计空隙率大于18%，具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。 近年来我国城市开始修筑降噪排水路面，以提高城市道路的使用功能和减少城市交通噪声。而在沥青路面结构组合选用上就使用到了OGFC作为上面（磨耗层），中面层、下（底）面层等采用密级配沥青混合料。既满足沥青路面强度高、高低温性能好和平整度密实等路用功能，又实现了城市道

15、路降噪排水的环保功能。,（二） OGFC混合料设计的关键技术,保证良好的高温温度性；工程实践总结表明，该混合料必须具有较高的粘度、粘稠性和较高的软化点，一般采用60 70号沥青，是世界各国所总结公认的理论与经验。 保证抗松散型；因混合料粗集料多，因此沥青用量比较少，集料颗粒表面沥青膜较薄，如沥青质量不佳，该混合料路面在行车荷载作用下容易出现粒料脱落现象，应选用粘滞性好的沥青具有较好的抗松散性能。如不满足技术选用的性能时；可在混合料中掺入纤维并使用橡胶改性沥青。 保证较强的力学性能：一般沥青的粘度越大混合料的粘结强度越高，通常采用马歇尔稳定度试验，当大于5KN时即认为满足性能要求。,（三） OG

16、FC混合料对原材料的要求,集料 OGFC混合料的粗集料达到80%左右,由粗骨料形成骨架结构,所以粗骨料的性能好坏是关系到混合料性能好坏的关键,其性质、形状及级配对OGFC混合料的性能有着重要的影响。对粗骨料的选择首先要考虑集料的岩性,碱性石料与沥青接触时,会发生化学吸附反应,在沥青与石料接触面上形成新的化合物,对于保持混合料的水稳定性有利,因此一般选用碱性石料作为OGFC混合料的集料。 OGFC混合料对细集料、填料(主要指矿粉)、纤维稳定剂等都有相应的技术要求,沥青 沥青混合料是由沥青胶结料与矿料组成的路面材料,胶结料的性能对混合料影响很大。OGFC路面由于混合料粗颗粒过多,细颗粒过少,虽然能

17、形成骨架,但颗粒之间不能够形成强有力的嵌锁作用,混合料的强度受胶结料的粘结影响很大,所以要求沥青具有很高的粘性,以确保沥青混合料的稳定,(四)配合比设计,1.确定设计矿料级配 2.确定沥青用量 A=(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74 3.制作马歇尔试件,马歇尔试件的击实次数为双面50次。用体积法测定试件的空隙率,绘制236mm通过率与空隙率的关系曲线。根据期望的空隙率确定混合料的矿料级配,并再次按式(1)和式(2)的方法计算初始沥青用量。,三、 纤维沥青混合料,沥青路面因其行车舒适、维修方便在路面铺装中占有非常重要的地位，尤其是高速

18、公路的路面铺装大都采用沥青路面。但是由于受到沥青材料自身特性的影响，沥青路面在使用过程中存在许多问题，特别是在现代交通向着高速、重载、大流量和渠化明显的方向发展的情况下，沥青路面的早期破损严重、使用寿命不足、表面性能低下、车辙和开裂严重等问题对道路建设者提出了更严峻的挑战。这就要求我们不断的改善沥青路面的使用品质、延长路面的使用寿命、提高经济效益。聚酯纤维沥青混凝土有着良好的道路使用性能，可以改善沥青路面的使用品质、延长路面的使用寿命、提高社会经济效益。因此，在沥青混凝土中加入聚酯纤维来改善沥青路面的性质在近年得到了越来越多的重视和应用。,(二）纤维沥青混合料对材料的要求（P.129),1、集

19、料的要求 2、填料的要求 3、沥青结合料的要求 4、聚酯纤维 直径10-70um、分散性好，不缠绕,(二）聚酯纤维对混合料性能的影响,1.施工工艺方面 沥青混合料中掺加聚酯纤维后，施工简单，无需增加任何附属设备。由于聚酯纤维对沥青的吸附作用，掺加聚酯纤维后，沥青混凝土的沥青用量需随纤维掺量的增加而适当增加。沥青混合料的拌和时间适当延长，压路机的碾压遍数也适当增加。 2.力学性能方面 1)高温抗车辙性能的改善 试验数据表明，与未掺加聚酯纤维的沥青混合料相比，加入聚酯纤维后，沥青混合料的马歇尔稳定度、流值以及车辙动稳定度指标均有所提高，沥青混合料的高温稳定性能有所改善。 (2)水稳性的改善 试验数

20、据表明，与未掺加聚酯纤维的沥青混合料相比，加入聚酯纤维后，沥青混合料的浸水马歇尔试验测得的残留稳定度、冻融劈裂试验测得的冻融劈裂抗拉强度比均有所提高，沥青混合料的水稳性能有所改善。 (3)低温抗裂性能 试验数据表明，与未掺加聚酯纤维的沥青混合料相比，加入聚酯纤维后，沥青混合料的低温抗裂试验测得的劈裂抗拉强度均有所提高，沥青混合料的低温抗裂性能有所改善。,第五节 工业废渣,工业废渣是指工业生产过程中排放的固体废物。中国的工业部门每年排出的废渣达数亿吨，其中以冶金、能源、采矿、化工等部门的排放量最多。工业废渣在土木建筑材料中的应用，其重点是发展冶金渣、粉煤灰和煤矸石三大工业废渣的综合利用。 一、粉

21、煤灰路堤 粉煤灰：是一种火山灰质矿物外加剂，是火力发电厂燃煤锅炉排除的烟道灰。粉煤灰是由结晶体、玻璃体以及少量未燃尽的碳粒所组成。粉煤灰是一种理想的轻质填料，为电厂废弃之物，取材容易，无须二次加工，同时路堤用灰量又大，这就缓解了公路路堤大量填方用土与农业争地的矛盾，对开拓筑路材料的新来源、节约能源、减少环境污染、改善路堤稳定性和加快雨季施工进度，都具有实用意义。,1、粉煤灰的化学成分 以二氧化硅和三氧化二铝为主，其它为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。,煤粉炉粉煤灰的化学成分 单位：,（一）粉煤灰基本性能,2.物理力学性能 1）轻质 2）强透水性 3

22、）击实特性与粘性土相似 4）小压缩性,（二）粉煤灰路堤设计,1. 用粉煤灰修筑公路路堤,应采取相应的技术措施,做好断面设计、结构设计和排水设计,保证粉煤灰路堤有足够的强度和稳定性,在荷载作用和水温等自然因素的不利影响下,应能满足设计要求,并具有可供铺筑路面的坚实基础。 2. 粉煤灰路堤由路堤主体部分(粉煤灰)、护坡和封顶层 (粘性土或其他材料)、隔离层、排水系统等部分组成。粉煤灰路堤结构示意图如图4-4（P。132）所示。 纯灰路堤的边坡和路肩应采取土质护坡保护措施。,3.土质护坡的坡面防护应符合现行的路基设计规范的规定。 4.护坡上料宜采用塑性指数不低于6的粘质土。土质护坡厚度应根据道路等级

23、、地理环境、自然条件、土质、施工条件等因素而定,土质护坡水平方向厚度应保证不小干lm。如果护坡土的塑性较低,应适当加宽护坡宽度并采取坡面防护措施,防止地表径流水冲刷坡面。 5.应根据施工季节或当地降雨量大小,决定是否在土质护坡中设置排水盲沟。盲沟断面尺寸宜为40cm50cm,水平间距1015m,垂直间距l.01.5m呈梅花形交叉布置。路堤底都可适当增加盲沟数量,并应采取措施防止盲沟淤塞。 6. 粉煤灰路堤路横标高以下2030cm应设置土质封顶层,也可与路面结构层相结合,采用石灰土、二灰土等路面底基层材料作封顶层。,二、粉煤灰混凝土路面,1.粉煤灰混凝土的特性 粉煤灰混凝土与普通混凝土性能对比如

24、下: (1)和易性、泌水性、离析现象、水化热、徐变、抗硫酸盐侵蚀性及抗碱集料反应性能与普通混凝土相比有较大改善; (2)坍落度损失、密实度、最大抗压强度、抗弯与抗拉强度、收缩性、抗渗性好于普通混凝土; (3)凝结时间、弹性模量、抗磨性、抗冻性与普通混凝土相近; (4)早期强度、抗碳化能力不如普通混凝土。 粉煤灰混凝土性能具有以上优点是粉煤灰效应作用的结果。首先,由于粉煤灰的活性效应,它能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢进行二次反应,在表面生成具有胶凝性能的水化铝硅酸钙,它与水泥浆硬化体晶格坚固地结合起来,进而增长混凝土后期强度,提高混凝土的抗渗性和耐久性;其次,由于粉煤灰的形态效应和微集料效

25、应,使粉煤灰在混凝土中具有超出火山灰活性的物理功能,比如粉煤灰的减水功能、增加浆体的体积功能、调节凝胶量和凝胶过程的功能、填充浆体孔隙和堵截毛细孔功能、与水泥整体的协和功能等,使粉煤灰混凝土物理化学作用达到动态平衡,起到了使混凝土性能改善和质量提高的作用。,三、高钙粉煤灰沥青混合料,高钙粉煤灰的矿物成分主要以高钙玻璃体为主,含量在60 %80 %之间,粒径为1025m。此外,还含有CaO、CaSO4 、- C2 S、C3 S、C3A 等熟料矿物以及石英、莫来石、赤铁矿等。高钙粉煤灰中晶体矿物由于形成和冷却极其迅速,所以晶体极其细小,晶粒极不完整,常以分散的状态与玻璃体混在一起,也有吸附于玻璃体

26、表面的。高钙粉煤灰有4 种微观结构: 1) 表面光滑,密度大的球状玻璃体; 2) 表面疏松多孔的玻璃体; 3)熔融状态或中空裹物玻璃体; 4) 表面疏松不规则块状体。 由于高钙粉煤灰的需水量小、火山灰活性高,用作混凝土掺和料,有以下优点: 1) 节约水泥,可取代10 %30 %; 2) 增加混凝土流动性。掺入10 %20 %的细高钙灰可减少用水量3 %5 %。 3) 降低水化热。 4) 混凝土早期强度高于低钙粉煤灰混凝土,抗压、轴压、劈拉强度及弹性模量与普通混凝土相同,混凝土后期强度提高。 5) 混凝土的收缩、徐变量减少。 6) 混凝土抗渗性提高,碳化速度减慢。因此,高钙粉煤灰可用于生产大流动

27、性混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、碾压混凝土及高强混凝土。 将粉煤灰添加到沥青混合料中，来提高沥青混合料的高温稳定性能、抗车辙能力及其它路用性能。,四、石灰稳定工业废渣基层,（一）石灰稳定工业废渣基层 分为两大类：石灰粉煤灰类和石灰煤渣（煤渣、高炉矿渣、钢渣等）类 特点：良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性，其抗冻性比石灰土高得多，抗裂性能比石灰稳定土和水泥稳定土都好， 适用范围：适合各类交通类别的基层和底基层。但二灰土不应作高级沥青路面的基层。在快速路和主干路的水泥砼面板下，二灰土也不应做基层。,（二）石灰工业废渣稳定土施工技术要求 1.宜在春末和夏季组织施工。施工期间日最低气

28、温应在5以上，并应在第一次重冰冻（-3-5）到来前1-1.5个月完成。 2.配料应准确。以石灰：粉煤灰：集料的质量比表示。 3城市道路宜选用集中厂拌法，运到现场摊铺。应在混合料处于或略大于最佳含水量时碾压。基层厚度150mm时，用1215t三轮压路机；150mm厚度 200mm时，可用1820t三轮和振动压路机。 4.二灰砂砾基层施工时，严禁用薄层贴补法进行找平，应适当挖补。 5.必须保湿养生，不使二灰砂砾层表面干燥，在铺封层或者面层前，应封闭交通，临时开放交通时，应采取保护措施。 可总结为实、稳、匀、洁、干。,第五章 钢结构（P.137),第一节 概述 以钢材为主制作的结构，是主要的建筑结构

29、类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产；加工精度高、效率高、密闭性好，故可用于建造气罐、油罐和变压器等。其缺点是耐火性和耐腐性较差。主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和飞机库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；此外要轧制新品种的型钢，例如H型钢（又称宽翼缘型钢）和T形钢以及

30、压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。 1.钢结构的特点 钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点： （1）材料强度高，钢材质量轻。 （2）韧性、塑性好。 （2）材质均匀。 （3）制造简单，施工周期短。 （4）密封性好。 钢结构的缺点有： （1）耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。 （2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。,国家大剧院,整体结构用钢量达6750t，195kg/m。,西安变压器厂（400t吊车）,2.钢结构的应用,主要应用形式为大跨度结构； 高层建筑的骨架； 重型厂房结构； 轻型钢结构； 塔桅结构；

31、 容器和管道； 移动式结构； 可拆卸、搬移的结构； 在地震区抗震要求高的工程结构。,三、钢结构的设计方法,1.基本要求 对于钢结构设计来讲，设计师至少要使其所设计的结构满足两个方面的基本要求:安全性与适用性。 （1）是安全性，即满足特定的、与建筑物的功能相适应的承载力极限状态，这对于钢结构来讲是最为基础的，也是最为根本的。 （2）是适用性，即保证钢结构在日常使用中满足要求，在常规荷载作用下不会发生影响正常使用的问题满足正常使用极限状态的要求。在钢结构设计中，适用性一般不需要特殊设计，正如前文所叙述的那样，是在钢结构满足与保证其安全性的基础之上，再进行相应的验算。 （3）钢结构设计者还必须考虑钢

32、结构的耐久性钢结构保证承载力的持续时间与承载力的环境适应度。,设计方法 1. 设计计算原则 轻型钢结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方 法，以分项系数设计表达式进行计算。按承载能力极限状 态和正常使用极限状态进行设计。 按承载力极限状态设计时，应根据国家现行标准建 筑结构荷载规范GB50009-2001的规定计算， 其中：RK ：抗力标准值； ：材料抗力分项系数； fk ：钢材强度标准值； A ：截面几何因素； f ：材料强度设计值。,即：,SQiK ：按可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值； ：可变荷载Qi的组合值系数（查规范）。 由恒荷载效应控制的组合 此处不区分各可变荷载作用的大小。

33、,（）,对框架、排架，公式简化为：, 由活荷载效应控制的组合,或, 由恒荷载效应控制的组合,仍用（）式，即：,取不利组合,注：a. 基本组合中的设计值适用于荷载与荷载效应线性 的情况； b. SQ1K无法判断时，轮次以各可变荷载为SQ1K ，然 后取不利者； c. 当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，可 变荷载仅取竖向荷载； d. 取值： =1.2 （可变荷载效应控制时） =1.35 （永久荷载效应控制时） 当效应对结构有利时： =1.0 =1.4 =1.3 (工业楼面活荷标准值4kN/m2),当效应对结构不利时,取值：,按正常使用极限状态设计时， SC 式中：C：结构或构件达到正常使用要

34、求的规定限值。 S：荷载效应组合的标准值。 S 取值： 标准组合： 频遇组合： 准永久组合： 钢结构只考虑荷载的标准组合。 准永久组合适用于钢与混凝土组合梁，另外还得考 虑标准组合。,准永久值系数,应考虑,第二节 钢结构的连接,一、钢结构构件常用的焊接方法 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。主要焊接方法：手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺柱焊、点焊,a）手工电弧焊； b）自动电弧焊 电弧焊 1电源；2导线；3夹具；4焊条；5电弧；6焊件； 7焊缝；8转盘；9漏斗；10熔剂；11熔化的熔剂；12移动方向,二、 质量检查

35、1.焊前检验 2.焊接生产中的检验： 无损检验（外观检查、致密性检验、无损探伤） 破坏性检验 3.成品检验,2.紧固件连接工程,螺栓作为钢结构连接紧固件，通常用于构件间的连接、固定、定位等。钢结构中的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓或高强度螺栓而不施加紧固力，该连接即为普通螺栓连接；高强度螺栓并对螺栓施加紧固力，该连接称高强度螺栓连接。 一、普通螺栓连接 钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。 普通螺栓的施工要求： （1）连接要求 （2）直径和长度选择 （3）螺栓紧固,二、高强螺栓连接 高强度螺栓连接已经发展成为与焊接并举的钢结构

36、主要连接形式之一，它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高，施工简便等优点，被广泛地应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工地连接中。 高强度螺栓连接按其受力状况，可分为摩擦型连接、摩擦-承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型，其中摩擦型连接是目前广泛采用的基本连接形式。 （1）高强度六角头螺栓 钢结构用高强度大六角头螺栓，分为8.8和10.9两种等级，一个连接副为一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。高强度螺栓连接副应同批制造，保证扭矩系数稳定，同批连接副扭矩系数平均值为0.1100.150，其扭矩系数标准偏差应不大于0.010。 （2）扭剪型高强度螺栓 钢结构用扭剪型高强度螺栓一个螺栓连接副

37、为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈，它适用于摩擦型连接的钢结构。,高强度螺栓施工只要包括以下几个方面： （1）施工的机具 a手动扭矩扳手 各种高强度螺栓在施工中以手动紧固时，都要使用有示明扭矩值的扳手施拧，使达到高强度螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。一般常用的手动扭矩扳手有指针式、音响式和扭剪型三种。 b.扭剪型手动扳手 这是一种紧固扭剪型高强度螺栓使用的手动力矩扳手。配合扳手紧固螺栓的套筒，设有内套筒弹簧、内套筒和外套筒。这种扳手靠螺栓尾部的卡头得到紧固反力，使紧固的螺栓不会同时转动。内套筒可根据所紧固的扭剪型高强度螺栓直径而更换相适应的规格。紧固完毕后，扭剪型高强度螺栓卡头在颈部被剪断，所施加的

38、扭矩可以视为合格。 c电动扳手 钢结构用高强度大六角头螺栓紧固时用的电动扳手有：NR-9000A，NR-12和双重绝缘定扭矩、定转角电动扳手等，是拆卸和安装六角高强度螺栓机械化工具，可以自动控制扭矩和转角，适用于钢结构桥梁、厂房建设、化工、发电设备安装大六角头高强度螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高强度螺栓的初拧，以及对螺栓紧固件的扭矩或轴力有严格要求的场合。,（2）高强度螺栓的施工 a大六角头高强度螺栓 （a）扭矩法施工 在采用扭矩法终拧前，应首先进行初拧，对螺栓多的大接头，还需进行复拧。初拧的目的就是使连接接触面密贴，一般常用规格螺栓（M20、M22、M24）的初拧扭矩在200300Nm，螺栓轴力达到1050kN即可。初拧、复拧及终拧一般都应从中间向两边或四周对称进行，初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记，避免漏拧、超拧等不安全隐患，同时也便于检查人员检查紧固质量。 （b）转角法施工 转角法就是利用螺母旋转角度以控制螺杆弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。采用转角法施工可避免较大的误差。,转角法施工分初拧和终拧两步进行（必要时需增加复拧），初拧的要求比扭矩法施工要严，因为起初连接板间隙的影响，螺母的转角大都消耗于板缝，转角与螺栓轴力关系不稳定。初