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大連德士鑫邦建筑安裝工程有限公司
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關于鋼結構(1)

【概要描述】

關于鋼結構(1)

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詳情

關于鋼結構(1)

1.基本介紹

(1)定義

 

鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛度好、抵抗變形能力強,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業化程度高,可進行機械化程度高的專業化生產。

鋼結構應研究高強度鋼材,大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。

另外還有無熱橋輕鋼結構體系,建筑本身是不節能的,本技術用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題;小桁架結構使電纜和上下水管道從墻里穿越,施工裝修都方便。

(2)特點

1、材料強度高,自身重量輕

鋼材強度較高,彈性模量也高。與混凝土和木材相比,其密度與屈服強度的比值相對較低,因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小,自重輕,便于運輸和安裝,適于跨度大,高度高,承載重的結構。

2、鋼材韌性,塑性好,材質均勻,結構可靠性高

適于承受沖擊和動力荷載,具有良好的抗震性能。鋼材內部組織結構均勻,近于各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。

3、鋼結構制造安裝機械化程度高

鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化制造鋼結構構件成品精度高、生產效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業化程度最高的一種結構。

4、鋼結構密封性能好

由于焊接結構可以做到完全密封,可以作成氣密性,水密性均很好的高壓容器,大型油池,壓力管道等。

5、鋼結構耐熱不耐火

當溫度在150以下時,鋼材性質變化很小。因而鋼結構適用于熱車間,但結構表面受150左右的熱輻射時,要采用隔熱板加以保護。溫度在300 -400.鋼材強度和彈性模量均顯著下降,溫度在600左右時,鋼材的強度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中,鋼結構必須采用耐火材料加以保護以提高耐火等級。

6、鋼結構耐腐蝕性差

特別是在潮濕和腐蝕性介質的環境中,容易銹蝕。一般鋼結構要除銹、鍍鋅或涂料,且要定期維護。對處于海水中的海洋平臺結構,需采用鋅塊陽極保護等特殊措施予以防腐蝕。

7、低碳、節能、綠色環保,可重復利用

鋼結構建筑拆除幾乎不會產生建筑垃圾,鋼材可以回收再利用。

(3)發展歷程

 

中國雖然早期在鐵結構方面有卓越的成就,但長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀末,我國才開始采用現代化鋼結構。新中國成立后,鋼結構的應用有了很大的發展,不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。輕鋼結構的樓面由冷彎薄壁型鋼架或組合梁、樓面OSB結構板,支撐、連接件等組成。所用的材料是定向刨花板,水泥纖維板,以及膠合板。在這些輕質樓面上每平方米可承受316365公斤的荷載。

 

鋼結構建筑的多少,標志著一個國家或一個地區的經濟實力和經濟發達程度。進入2000年以后,我國國民經濟顯著增長,國力明顯增強,鋼產量成為世界大國,在建筑中提出了要積極、合理地用鋼,從此甩掉了限制用鋼的束縛,鋼結構建筑在經濟發達地區逐漸增多。特別是2008年前后,在奧運會的推動下,出現了鋼結構建筑熱潮,強勁的市場需求,推動鋼結構建筑迅猛發展,建成了一大批鋼結構場館、機場、車站和高層建筑,其中,有的鋼結構建筑在制作安裝技術方面具有世界一流水平,如奧運會國家體育場等建筑。

奧運會后,鋼結構建筑得到普及和持續發展,鋼結構廣泛應用到建筑、鐵路、橋梁和住宅等方面,各種規模的鋼結構企業數以萬計,世界先進的鋼結構加工設備基本齊全,如多頭多維鉆床、鋼管多維相貫線切割機、波紋板自動焊接機床等。并且現在數百家鋼結構企業的加工制作水平具有世界先進水平,如鋼結構制作特級和一級企業。近幾年,鋼產量每年多達6億多噸,鋼材品種完全能滿足建筑需要。鋼結構設計規范、鋼結構材料標準、鋼結構工程施工質量驗收規范、以及各種專業規范和企業工法基本齊全。 [1] 

鋼結構下游行業對鋼結構行業的發展具有較大的牽引和驅動作用,它們的需求變化直接決定了行業未來的發展狀況。

1.鋼結構的上游行業為鋼鐵等原材料供應行業

鋼鐵行業是鋼結構產業發展的物質基礎,鋼鐵行業的技術進步為鋼結構的應用創造了有利條件。國內鋼鐵行業的一些大企業已經開始了建筑結構用鋼的品種和技術的研發,相繼開發了高強鋼和耐火、耐候、耐海水、抗層狀撕裂、抗低溫用鋼,以及H 型鋼、高性能彩涂鋼板、冷彎型鋼等,為鋼結構產業的發展奠定了良好的應用基礎。

2、上下游對本行業的影響

鋼結構的上游主要是鋼鐵行業,鋼材產品價格波動直接影響本行業的采購成本。從整體上看,上游行業基本屬于競爭性行業,生產用于鋼結構的各類鋼板、鋼管、型鋼等鋼材,其中H 型鋼和中厚板是鋼結構建筑中最為常用的產品。產業洞察研究數據2011 年粗鋼產量達6.96 億噸,產量相對飽和,鋼結構生產所需的原材料能獲得穩定的供應。

下游行業對鋼結構行業的發展具有較大的牽引和驅動作用,它們的需求變化直接決定了行業未來的發展狀況。鋼結構以其強度高、自重輕、抗震性能好、工業化程度高、施工周期短、可塑性強、節能環保等綜合優勢,在工業廠房、市政基礎設施建設、文教體育建設、電力、橋梁、海洋石油工程、航空航天等行業得到了廣泛的應用,市場空間逐步擴大。另外,一旦住宅鋼結構市場取得突破,逐步取代傳統建筑形態進入住宅建設領域,鋼結構行業將引來爆發性的增長。

(4)應用

屋面系統

是由屋架、結構OSB面板、防水層、輕型屋面瓦(金屬或瀝青瓦)及相關連接件組成的。邁特建筑輕鋼結構的屋面,外觀可以有多種組合。材料也有多種。在保障了防水這一技術的前提下,外觀有了許多的選擇方案。

墻體結構

輕鋼結構住宅的墻體主要由墻架柱、墻頂梁、墻底梁、墻體支撐、墻板和連接件組成。建筑輕鋼結構住宅一般將內橫墻作為結構的承重墻,墻柱為C形輕鋼構件,其壁厚根據所受的荷載而定,通常為0.842毫米,墻柱間距一般為400600毫米, 建筑輕鋼結構住宅這種墻體結構布置方式,可有效承受并可靠傳遞豎向荷載,且布置方便。

2.技術與制作

(1)技術性能

保溫節能技術輕鋼結構為確保達到保溫效果,在建筑物的外墻和屋面中使用的保溫隔熱材料能長期使用并能保溫隔熱。建筑輕鋼結構住宅一般除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維網格布外,在墻外側再貼一層保溫材料,有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋;樓層之間擱柵內填充玻璃纖維,減少通過樓層的熱傳遞;所有內墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維,減少戶墻之間的熱傳遞。

防火技術輕鋼結構一個最關鍵的問題是防火技術的應用, 輕鋼結構住宅的耐火等級為四級。建筑輕鋼結構住宅在墻的兩側與樓蓋的天花處貼防火石膏板,對于普通防火墻和分戶墻用25.4毫米厚(1吋)石膏板保護,以達到1個小時的防火要求,另外在墻體墻柱間與樓蓋擱柵間填充的玻璃纖維對于防火與熱傳遞也起了積極的保護作用。

隔聲技術輕鋼結構在內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉,有效阻止了通過空氣傳播的音頻部分,而對于通過固體傳播的沖擊聲,作如下構造處理:對于分戶墻用二道墻柱構成帶有中間空隙的二道墻體;而對于吊頂用的固定石膏板的小龍骨,用帶有小切槽的彈性構造以有效減少樓層間的固體聲傳播。

(2)施工技術

連接方法

焊接連接

螺栓連接

鉚釘連接

重鋼結構

1.廠房桁車起吊重量:≥25噸。

2.每平米用鋼量:≥50KG/㎡。

輕鋼結構

指用圓鋼和小于L45×4L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結構。國家規范和技術文件都并沒有重鋼一說。

《鋼結構設計規范》GBJ17-88已經于2003121日起廢除,現時實行的是《鋼結構設計規范》GB50017-2017

設備鋼結構

設備鋼結構是指大型設備中的鋼結構部分,根據技術人員的經驗,以下結構應可劃入設備鋼結構范疇:架橋機的塔架鋼結構、起重機的起重大梁、起重機車身、大型設備支架等,屬于對精密性、材質、連接等要求較高的精密鋼結構之一。對于成套設備來說,是最主要的受力部分,在功能上起到結構性作用。

(3)制作

設備鋼結構的加工制作與精密鋼結構類似,介于普通結構件(對加工要求不高)與精密機械加工(要求加工較精細)之間,采用焊接或者栓接的連接方式。

同時鋼結構類型主要有:用于廠房的排架結構、用于多高層建筑的框架結構、框架一剪力墻結構、框一筒結構,用于大空間的平板網架結構和彎頂網充結構等等。建筑功能不同,采用的結構形式也不同。鋼結構設計要執行國家的技術規范,做到技術先進、經濟合理、安全實用、確保質量。因此在結構設計制作的時候要注意以下要求:

1.首先根據建筑功能要求,采用相應合理的結構體系。做到技術先進、結構新穎、達到建筑和結構的完美統一。

2.鋼結構(除容器外)多以桿件為主,故桿件尺寸盡可能模數化、標準化,便于機械化制造、運送、安裝、提高生產率。

3.采用具有較高經濟指標的高效鋼材。

4.鋼結構的節點是至關重要的,要采用適當的連接方式,使節點設計與結構計算簡化模型相一致。以往的結構破壞絕大多數發生在節點,所以對節點要精心設計,精心施工.采用先進的、可靠的連接方法.

(4)材料要求

鋼結構在使用過程中會受到各種形式的作用(荷載、基礎不均勻沉降、溫度等),所以要求鋼材應具有良好的機械性能(強度、塑性、韌性)和加工性能(冷熱加工和焊接性能),以保證結構安全可靠。鋼材的種類很多,符合鋼結構要求的只是少數幾種,如碳素鋼中的Q235,低合金鋼中的l6Mn,用于高強螺栓的20錳釩鋼(20MnV)等。 [2] 

性能指標

1、強度

鋼材的強度指標由彈性極限σe,屈服極限σy,和抗拉極限σu,設計時以鋼材的屈服強度為基礎,屈服強度高可以減輕結構的自重,節省鋼材,降低造價??估瓘姸?/span>σu即是鋼材破壞前所能承受的最大應力,此時的結構因塑性變形很大而失去使用性能,但結構變形大而不垮,滿足結構抵抗罕遇地震時的要求。‘σu/σy值的大小,可以看作鋼材強度儲備的參數。

2、塑性

鋼材的塑性一般指應力超過屈服點后,具有顯著的塑性變形而不斷裂的性質。衡量鋼材塑性變形能力的主要指標是伸長率δ和斷面收縮率ψ。

3、冷彎性能

鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產生塑性變形時對產生裂紋的抵抗能力。鋼材的冷彎性能是用冷彎實驗來檢驗鋼材承受規定彎曲程度的彎曲變形性能。

4、沖擊韌性

鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下,斷裂過程中吸收機械動能的一種能力,是衡量鋼材抵抗沖擊荷載作用,可能因低溫、應力集中,而導致脆性斷裂的一項機械性能。一般通過標準試件的沖擊試驗來獲得鋼材的沖擊韌性指標。

5、焊接性能

鋼材的焊接性能是指在定的焊接工藝條件下,獲得性能良好的焊接接頭。焊接性能可分為焊接過程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能兩種。焊接過程中的焊接性能是指焊接過程中焊縫及焊縫附近金屬不產生熱裂紋或冷卻不產生冷卻收縮裂紋的敏感性。 焊接性能好,是指在一定焊接工藝條件下,焊縫金屬和附近母材均不產生裂紋。使用性能上的焊接性能是指焊縫處的沖擊韌性和熱影響區內延性性能,要求焊縫及熱影響區內鋼材的力學性能不低于母材的力學性能。我國采用焊接過程的焊接性能試驗方法,也采用使用性使用性質上的焊接性能試驗方法。

6、耐久性

影響鋼材耐久性的因素很多。首先是鋼材的耐腐蝕性差,必須采取防護措施,防止鋼材腐蝕生銹。防護措施有:定期對鋼材油漆維護,采用鍍鋅鋼材,在有酸,堿,鹽等強腐蝕介質條件下,采用特殊防護措施,如海洋平臺結構采用陽極保護措施防止導管架腐蝕,在導管架上固定上鋅錠,海水電解質會自動先腐蝕鋅錠,從而達到保護鋼導管架的功能。其次由于鋼材在高溫和長期荷載作用下,其破壞強度比短期強度降低較多,故對長期高溫作用下的鋼材,要測定持久強度。鋼材隨時間推移會自動變硬、變脆、即時效現象。對低溫荷載作用下的鋼材要檢驗其沖擊韌性。 [3] 

(5)要求

設備鋼結構通常會在以下方面提出特殊要求或者更高要求:

結構件:材質、表面粗糙度、公差、表面處理、直線度(或弧度)

連接:孔位偏差、螺栓等級;焊接方法、焊接標準、焊材;氣密性,要求進行無損檢測、液體滲透檢測等

整體結構:垂直度、水平度等

包裝:包裝材料、包裝方法

倉儲:環境溫度、環境濕度

運輸:裝卸、車內擺放、集裝箱內擺放,等等。

(6)鋼構

指用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的結構形式。鋼結構體系具有自重輕、工廠化制造、安裝快捷、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等綜合優勢,與鋼筋混凝土結構相比,更具有在高、大、輕三個方面發展的獨特優勢,在全球范圍內,特別是發達國家和地區,鋼結構在建筑工程領域中得到合理、廣泛的應用。鋼結構行業通常分為輕型鋼結構、高層鋼結構、住宅鋼結構、空間鋼結構和橋梁鋼結構五大子類。

鋼結構在各項工程建設中的應用極為廣泛,如鋼橋、鋼廠房、鋼閘門、各種大型管道容器、高層建筑和塔軌機構等。

(7)加固技術措施

鋼結構也是有損壞的時候,我們要即時發現即時解決問題,鋼結構網介紹鋼結構損壞的主要因素有:

1)由荷載變化,超期服役,規范和規程改變導致結構承載力不足;

2)構件由于各種意外產生變形、扭曲、傷殘、凹陷等,致使構件截面削弱,桿件翹曲,連接開裂等;

3)溫差作用下引起構件或連接變形、開裂和翹曲;

4)由于化學物質的侵蝕而產生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結構構件截面削弱;

5)其它包括設計、生產、施工中的失誤及服役期中的違規使用和操作等。

鋼結構的加固技術措施主要有三種:

1 截面補強法:在局部或沿構件全長以鋼材補強,連成整體使之共同受力;

2 改變計算簡圖:增設附加支承,調整荷載分布情況,降低內力水平,對超靜定結構支座進行強迫位移,降低應力峰值;

3 預應力拉索法:利用高強拉索加固結構薄弱環節或提高結構整體承載力、剛度和穩度。

(8)施工技術

一、鋼結構安裝焊接前的準備工作

試驗鋼材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼緣厚28mm),焊接位置為柱柱橫焊、柱梁平焊(包括桁架梁上下翼緣平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按設計要求。焊后外觀及超聲波檢查合格后取樣進行了力學和物理試驗。

試驗結果接頭的抗拉強度達到母材抗拉強度標準值,接頭彎曲180°無裂紋。采用的焊接材料和焊接設備技術條件應符合國家標準,性能優良。清渣、氣刨、焊條烘干保溫等裝置應齊全有效。

二、手工電弧焊及CO2氣保焊焊材和設備

1)焊條應在高溫烘干箱中烘干,焊條烘干次數不得超過兩次。

2)焊絲包裝應完好,如有破損而導致焊絲污染或彎折、紊亂時應部分棄之。

3CO2氣體純度應不低于99.9%(體積比),含水量應低于0.05%(重量比),瓶內高壓低于1MPa時應停止使用。

4)焊機電壓應正常,地線壓緊牢固,接觸可靠,電纜及焊鉗無破損,送絲機應能均勻送絲,氣管應無漏氣或堵塞。

三、安裝焊接程序及一般規定

焊接的一般順序為:焊前檢查預熱除銹裝焊墊板和引弧板焊接檢驗

1.焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯口量,坡口內和兩側的銹斑、油污、氧化鐵皮等應清除干凈。

2.預熱。焊前用氣焊或特制烤槍對坡口及其兩側各100mm范圍內的母材均勻加熱,并用表面測溫計測量溫度,防止溫度不符合要求或表面局部氧化,預熱溫度。

3.重新檢查預熱溫度,如溫度不夠應重新加熱,使之符合要求。

4.裝焊墊板及引弧板,其表面清潔程度要求與坡口表面相同,墊板與母材應貼緊,引弧板與母材焊接應牢固。

5.焊接:第一層的焊道應封住坡口內母材與墊板的連接處,然后逐道逐層累焊至填滿坡口,每道焊縫焊完后,都必須清除焊渣及飛濺物,出現焊接缺陷應及時磨去并修補。

6.一個接口必須連續焊完,如不得已而中途停焊時,應進行保溫緩冷處理,再焊前,應重新按規定加熱。

7.遇雨、雪天時應停焊,構件焊口周圍及上方應有擋風、雨棚,風速大于5m/s時應停焊。環境溫度低于零度時,應按規定采取預熱和后熱措施施工。

8.碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度、低合金結構鋼應在完成24h以后,進行焊縫探傷檢驗。

9.焊工和檢驗人員要認真填寫作業記錄表。

四、典形節點的焊接順序和工藝參數

1)上下柱無耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處時,切去耳板。

2)然后在切去耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處。

3)再由兩名焊工分別承擔相鄰兩面的焊接。

4)每兩層之間焊道的接頭應相互錯開,兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開,焊接過程中要注意檢測層間溫度。

5)焊接工藝參數:

CO2氣保焊:焊絲直徑Φ1.2mm,電流280320A,焊速350450mm/min

焊絲伸出長度:約20mm,氣體流量2580L/min,

電壓2934V,層間溫度120150

五、柱梁、梁梁節點

1)先焊梁的下翼緣,梁腹板兩側的翼緣焊道要保持對稱焊接。

2)待下翼緣焊完,然后焊接上翼緣。

3)如翼緣板厚大于30mm時,宜上下翼緣輪換施焊。

4)焊接工藝參數:

CO2氣保焊:焊絲直徑φ1.2mm,電流280360A,焊速300500mm/min

焊絲伸出長度約20 mm,氣體流量2080L/mm

電壓3038V,層間溫度120150

 

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