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试论高层钢结构的应用优缺点及质量控制


试论高层钢结构的应用优缺点及质量控制
××市××建筑工程公司 【摘 要】 :分析了钢结构工程在高层建筑物上应用的优缺点,阐述了高层钢结构在制作与安装过程 中应控制的质量问题,提出了钢结构在高层建筑物上应用的发展方向。 【关键词】 :钢结构高层建筑,应用,质量控制

随着我国经济建设的飞速发展,到目前为止在广州、上海、深圳和大连等城市,已建成几千幢 钢结构高层建筑。根据国内外采用钢结构建造高层建筑和超高层建筑的实践经验表明,高层建筑钢 结构有着较为明显的优点。 1.高层建筑钢结构的优点及存在问题 1.1 高层建筑钢结构的优点 1.1.1 能够减少建筑中结构所占的面积 针对建于地震区 30 层~40 层的钢筋混凝土结构的高层建筑,其柱截面尺寸常取决于轴压比限 值,达到 1.8 m×1.8 m~2.0 m×2.0 m,核芯简在底部的壁厚将达 0.6 m~0.8 m,以满足结构侧向 刚度和层间位移的要求,此两项结构面积约为建筑楼层面积的 7%。如果采用钢结构,柱截面将大 大减少,核芯简采用钢柱及钢支撑时,包括外侧的装修做法,其厚度仍比简壁厚度薄很多,相应的 结构面积一般约为建筑面积的 3% ,比钢筋混凝土结构可减少约 4%,对业主来讲,将带来不少的 经济效益。 1.1.2 能够减轻结构自重,降低基础工程造价 一般钢筋混凝土框剪结构的高层建筑,当外墙采用玻璃幕墙或铝合金幕墙板,内墙采用轻质隔 墙时,包括楼面活荷载在内的上部建筑结构全部重力荷载约为 15kN/m ~17kN/m ,其中梁、板、 柱及剪力墙等结构的自重约为 10kN/m ~12kN/m 。相同条件下如果采用钢结构,全部重力荷载为 10kN/m ~12kN/m ,其中:钢结构和混凝土楼板的结构自重约为 5kN/m ~6kN/m ,可见,两类结 构的结构自重的比例为 2:1,全部重力荷载的比例约为 1.5:1,相当于 30 层高的钢结构高层建筑上 部重力荷载,可等同于 20 层高的钢筋混凝土结构高层建筑。荷载值的很大差异,决定了基础荷载必 然减轻,基础技术处理难度及工程造价将大大减小。 1.1.3 抗震性能明显优于钢筋混凝土结构 在地震力作用下,钢结构因具有良好的延性,它不仅能减弱地震反应,而且具有抵抗强烈地震 的变形能力,因为它属于较理想的弹塑性结构。而混凝土的抗拉和抗剪强度却较低,延性也差,混 凝土构件开裂后的承载力和变形能力将迅速降低,抗震能力较弱于钢结构。 1.1.4 能够缩短施工工期 钢结构的施工特点是钢构件在工厂制作,在现场安装。在安装时,不需搭设大量的脚手架,同 时采用压型钢板可作为混凝土楼板的永久性模板,无需另行支设模板,而且混凝土楼板的施工可与 钢结构安装交叉进行,实践证明,钢结构的施工速度比钢筋混凝土结构快 20%~30%,相应的施工
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周期将大大缩短,且获得明显的经济效益 1.1.5 钢结构工程造价明显下降 研究表明,上部高层钢结构(不包括基础及地下室结构在内)的造价,一般为工程造价(全部结构 造价及建筑装修、电梯、机电设备等)的 l5%~20%,而一般工程造价约为工程总投资(包括拆迁、 购地及市政设施增容费用等)的 50%~70%,相应上部钢结构造价约为工程总投资的 8%~15%。因 此,钢结构与钢筋混凝土结构的工程总投资差价约为 5%~l0%。同时,还因结构自重减轻而降低 基础造价,增加建筑使用面积和缩短施工周期,从而达到提高工程综合效益的目的。 1.2 钢结构工程存在的主要问题 1.2.1 原材料钢材的供应不易落实 目前,国内生产 H 型钢的厂家有:马鞍山钢铁公司、鞍山第一轧钢厂及莱芜钢铁公司等,生产 规格还不齐全,仅适应小批量供应的要求。上海宝山钢铁公司生产符合高层建筑钢结构中柱子及竖 向支撑使用的大于 40mm 钢材,但符合 z 向断面收缩率规定的厚钢板仍需改进和提高。否则,为使设 计方案和所用钢材得到落实,尚需考虑进口钢材,这将带来较大困难。 1.2.2 钢结构耐火性能差 钢结构在火灾的情况下,构件温度迅速上升,钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下 降。当结构温度达到 350℃及 500℃时,其强度可分别下降 30%~50%。至 600℃时结构完全丧失承 载能力,变形急剧增大,导致结构倒塌。因此,规范要求喷涂防火涂料进行保护。 1.2.3 钢结构设计尚需进一步完善 钢结构虽然有较好的延性,但是,由于地震的随机性和实际工程结构的复杂性,时刻潜伏着结 构的薄弱和遭受破坏的可能性。地震时难以避免连接节点的开裂、支撑的压屈,甚至发生柱子脆性 断裂的现象,因此,尚需进一步完善钢结构设计。 2.钢结构的制作、安装及质量控制 2.1 钢结构的制作 钢结构制作从钢材进厂到构件出厂,一般要经过如下工序:钢材进厂 号料 涂装 切割 编号 边缘加工 钢结构验收。 制孔 组装 焊接与焊接检验 校正和检查 矫正 放样

摩擦面处理

2.1.1 钢材材质的合理选择 是钢结构制作的首要问题,在制作中出现问题最多的是焊接问题,钢材必须具有质量证明书, 并符合设计要求。高层钢结构连接材料(焊接材料、高强度螺栓)也应符合设计要求,均应有质量证 明书,质量标准应分别符合现行国家标准要求。 2.1.2 钢构件的加工 关键是焊接。焊工应经过考试并取得合格证方准施焊.焊缝质量的检查,外形尺寸应符合国家 标准 GB10854 钢结构焊缝外形尺寸的规定; 焊接接头外观缺陷分级应符合国家标准 GB/T12469 焊接 质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级的规定 焊缝质量的外观检查应按设计文件规定的标准, 在 焊缝冷却后进行:对要求全熔透的焊缝,一般应进行超声波探测检查。 2.1.3 钢结构制作过程质量控制图:

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制作部门

作业人员

自检互检 检验记录

成品检 验记录

开 工 令

质保 部门

质检 部门

质控 质检 专职人员

制作过程 成品检验

检验报告 和统计表

2.1.4 钢结构制作质量控制一览表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 作业程序名称 放样、号料 落断、切割 钻 孔 各部尺寸核对 直角度,各部尺寸检查,切割面粗糙度,坡口角度 孔径,孔距,孔边距,光洁度,毛边,垂直度 钢材表面熔渣、锈、油污之清除,间隙,点焊长度、间距、焊脚、直角度, 各部位尺寸检验 预热温度、区域,焊渣清除,焊材准备工作;焊道尺寸,焊接缺陷,必要 的理化试验和无损检测 直角度,垂直度,拱度,弯曲度,扭曲度,平面度,加热温度 长度,端面平整度,端面角度 温度控制,硬度控制 外观缺陷,温度控制,尺寸偏差 表面清洁度,表面粗糙度 目测质量,涂层厚度(干膜) ,气候,不油漆处的处理 必要的标识,包装外观质量,包装实物核对 堆放平整,防变形措施,表面油漆状况 装车明细表,外观检查 安装部位尺寸偏差,方向标识 质 量 控 制 内 容

成型组装 焊 矫 接 正

端面加工、修整 热处理 锻 除 涂 件 锈 装

包装编号 贮 装 预 存 运 装

2.2 钢结构的安装 高层钢结构的安装无论安装的顺序、机械的选用、构件的进场与分类,还是对基础定位轴线、 顶面标高、地脚螺栓定位尺寸的检查验收,都应按照施工图纸的要求和已经批准的施工组织设计进 行。 2.2.1 安装时,尽量减少高空作业的起吊次数,提高结构安装质量;
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采用专用吊具,防止构件产生永久变形;大型构件(如梁和柱等)安装后应立即进行校正,高层 钢结构中柱的每一节定位轴线均应从地面控制轴线直接引出,避免误差积累,确保整根柱的偏差在 允许范围之内。钢构件的安装和混凝土楼板的施工应相继进行;对楼面上的施工荷载要严格限制; 同一单元的安装、校正、栓接、焊接全部完成并检验合格后,方可开始下一单元的安装。 2.2.2 钢结构的连接和固定 对主要的焊接接头,应进行焊接工艺试验;高强度螺栓在使用前应进行施工试验,计算复验扭 矩系数的平均值和偏差值,并按平均值确定施工扭矩;高层钢结构梁柱连接的螺栓焊接混合节点, 宜按先拧紧腹板上高强度螺栓,再焊接梁翼缘焊缝的顺序施工;螺栓钉在焊接前应进行试验。 2.2.3 钢结构安装工程质量控制内容一览表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 作业程序名称 原材料、钢构件等 的检查 堆存内运 基础复测 垫板设置 吊装就位与调整 高强度螺栓连接 焊 矫 接 正 质 量 控 制 内 容 核对材质规格,出厂证明书检查,各部尺寸的测量,构件外观检 查,必要的理化试验 外观检查,防变形措施 水平线,柱轴线 填实情况,尺寸位置,固定情况 吊装垂直度、水平度,位移偏差等尺寸检查 试验报告,初拧与终拧扭矩,摩擦面的处理情况,终拧后的检查 预热情况,焊渣清除,焊道尺寸,焊接缺陷与处理,必要的理化 试验和无损检测 刚架纠偏措施实施情况 实测数据核实认证 表面清洁度,外观油污等 测定干膜厚度,气候情况,补漆处的处理等 资料准备情况,实物情况

实测记录 除 涂 锈 装

交工验收

结束语: 由于钢结构体系具有自重轻,安装容易,施工周期短,抗震性能好,投资回收快,环境污染 少,工程受损或报废后,钢材可再生利用等优点,所以钢结构的发展与应用, 反映了一个国家的建筑发 展水平,也反映了一个国家的综合经济实力,我国的高层钢结构应用将会越来越广泛。

参考文献:张爱兰;建筑钢结构的发展现状[J];新型建筑材料;2002 年 10 期;93-96 李国强;我国高层建筑钢结构发展的主要问题[J];建筑结构学报;1998 年 01 期;24-32

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