第五章钢结构技术

5．钢结构技术5．1深化设计技术1.主要技术内容深化设计是在钢结构工程原设计图的基础上，结合工程情况、钢结构加工、运输及安装等施工工艺和其他专业的配合要求进行的二次设计。其主要技术内容有：使用详图软件建立结构空间实体模型或使用计算机放样制图，提供制造加工和安装的施工用详图、构件清单及设计说明。2.技术指标通过深化设计满足钢结构加工制作和安装的设计深度需求。使用计算机辅助设计，推动钢结构工程的模数化、构件和节点的标准化，计算机自动校核、自动纠错、自动出图、自动统计，提高钢结构设计的水平和效率。深化设计应符合原设计人设计意图和国家标准与技术规程，并经原施工图设计人审核确认。3.适用范围适用于各类建筑钢结构工程，特别适用于大型工程及复杂结构工程。佛山“岭南明珠”体育馆屋盖钢结构工程的节点深化设计、构件制作、整体拼装与施工安装全过程5．钢结构技术5．2厚钢板焊接技术目前国内钢结构建筑大量出现，建筑钢结构的用量占全国年钢产量的比例不断增大，2005年建筑钢结构的用量为1580万t，预计2010年达到2600万t。在许多超高层建筑和大跨度建筑中，为满足建筑造型和结构设计的需求，大量使用到厚钢板(一般指30～60mm以上)及超厚钢板(一般指60mm以上)。如1986年施工的国内第一座超高层钢结构大厦深圳发展中心，其钢柱最大厚度达到130mm；5．钢结构技术5．2厚钢板焊接技术1994年施工的深圳地王商业大厦钢板最大厚度100mm；2007年封顶的上海环球金融中心使用的钢板最大厚度为100mm，其中40mm以上钢板用量占钢结构总量的60％以上；央视新台址工程最大钢板厚度达到110mm，其外框筒结构中大量使用到60～100mm钢板，厚板约占钢结构总量的70％。5．钢结构技术5．2厚钢板焊接技术由于受现场垂直运输设备的起重能力以及运输条件的限制，大量钢结构构件如重型钢柱、超长钢梁、大型桁架等都需要分段分节后以散件的形式运到现场，然后在现场对这些构件进行组装，在分段对按的位置就产生了大量的厚板现场焊接。应用厚钢板焊接技术的主要内容有：①厚钢板抗层状撕裂Z向性能级别钢材的选用；②焊缝接头形式的合理设计；③低氢型焊接材料的选用；④焊接工艺的制定及评定，包括焊接参数、工艺、预热温度、后热措施或保温时间；⑤分层分道焊接顺序；⑥消除焊接应力措施；⑦缺陷返修预案；⑧焊接收缩变形的预控与纠正措施。5．钢结构技术5．2厚钢板焊接技术相对于工厂焊接，厚板现场焊接具有以下特点：(1)现场焊接的作业环境相对较差。(2)现场焊接位置受到周边环境的限制，焊接难度较大。(3)现场厚板焊接填充量较大。如一条1000mm长的焊缝，板厚100mm，采用CO2气体保护焊，需要连续焊接6h。5．钢结构技术5．2厚钢板焊接技术建筑钢结构厚板现场焊接质量对建筑结构的安全至关重要，在施工过程中容易出现质量问题。施工单位在焊接作业前首先应确保原材料的合格，做好焊接工艺评定试验，并针对现场的作业环境进行焊工培训，加强焊接操作过程的管理。焊后做焊缝的超声波探伤，焊缝质量达到国家验收合格标准，并扩大焊缝周围母材的检测，不允许母材出现裂纹、层状撕裂、淬硬等现象。板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接时，应有Z向性能保证，可根据《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定选取Z向性能等级。适用范围：适用于高层建筑钢结构、大跨度工业厂房、大型公共建筑、塔桅结构等工程厚度40mm以上。5．钢结构技术5．3大型钢结构滑移安装施工技术大跨度空间结构与大型钢构件在施工安装时，为加快施工进度、减少胎架用量、节约大型设备、提高焊接安装质量，可采用滑移施工技术。滑移技术是在建筑物的一侧搭设一条施工平台，在建筑物二边或跨中铺设滑道，所有构件都在施工平台上组装，分条组装后用牵引设备向前牵引滑移(可用分条滑移或整体累积滑移)。结构整体安装完毕并滑移到位后，拆除滑道实现就位。滑移可分为结构直接滑移、结构和胎架一起滑移、胎架滑移等多种方式。牵引系统由卷扬机牵引、液压千斤顶牵引与顶进系统等。逐条滑移逐条累积滑移例1：国家体育馆（双向张拉弦桁架）效果图每榀桁架在地面分六段组装→吊至高空胎架上→拼装→滑移…设置滑道和拼装国家体育馆：双向张拉弦桁架累积滑移法施工滑移和再拼装顶推滑移滑道设置限位滑块柱顶处滑道设置•跨中支撑及滑道国家体育馆钢结构整体滑移技术施工国家体育场卸载之前国家体育场卸载支撑点与顶升点国家体育场支撑塔架上卸载点国家体育场卸载点(200t油缸)5．钢结构技术5．3大型钢结构滑移安装施工技术结构滑移设计时要对滑移工况进行受力性能验算，保证结构的杆件内力与变形符合规范和设计要求。滑移牵引力要正确计算，当钢与钢面滑动磨擦时，磨擦系数取0.12～0.15；当滚动磨擦时，滚动轴处磨擦系数取0.1；当不锈钢与四氟聚乙烯板之间的滑靴摩擦时，磨擦系数取0.08。滑移时要确保同步，位移不同步应小于50mm，同时应满足结构安全的要求。适用范围：适用于大跨度网架结构、平面立体桁架(包括曲面桁架)及平面形式为矩形的钢结构屋盖的安装施工、特殊地理位置的钢结构桥梁。特别是由于现场条件的限制，吊车无法直接安装的结构。北京五棵松体育馆屋顶结构为双向正交桁架体系，跨度为120×120m，26榀钢桁架支撑于沿建筑物四周布置的20根砼柱上，柱顶标高为+29.3m，采用三组平行滑道、累积滑移的安装工艺，滑移总重量3300t，滑移距离120m。滑移过程：中滑道及树状支撑轨道、树状支撑及爬行器馆外拼装胎架1）桁架地面组装2）高空拼装3）累积滑移国家体育总局训练局比赛馆主桁架滑移该馆屋盖采用钢网壳结构，5榀跨度为50m的主桁架及檩条等结构采用液压同步累积滑移工艺安装，滑移总重量约500t。滑移施工全景架空滑道桁架支座与滑道43首都国际机场地面交通中心屋面拱架滑移该屋盖结构为单向拱架，13榀间距18m、跨度77～119m的钢结构拱构成双曲面屋顶造型。共设置七根滑移轨道，其中三根轨道在5.82m标高,四根轨道在0.0m标高，滑移总重量4500t，滑移距离220m。滑移就位全景单向拱架滑移施工中44郑州机场钢结构滑移[广东]干煤棚网架结构液压滑移方案5．钢结构技术5．4钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与提升安装施工技术计算机控制整体顶升与提升技术是一项先进的钢结构与大型设备安装技术，它集机械、液压、计算机控制、传感器监测等技术于一体，解决了传统吊装工艺和大型起重机械在起重高度、起重重量、结构面接、作业场地等方面无法克服的难题。采用该技术施工安全可靠、工艺成熟、技术先进、经济效益显著。该技术采用“柔性钢绞线承重、液压油缸集群、计算机控制同步提升”的原理。提升或顶升施工时应用计算机精确控制各点的同步性。整体提升法——利用提升设备，整体提升到位。(b)上移支撑角钢(c)上移顶升设备42(a)随顶随加设垫块整体顶升法利用原有结构柱作为顶升支架，将大吨位千斤顶直接设在网架支座下面，在顶升过程中只能垂直顶升，不能或不允许平移或转动。整体顶升法505．钢结构技术5．4钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与提升安装施工技术提升方式选择的原则，一是力求降低承载结构的高度，保证其稳定性，二是确保被提升钢结构或设备在提升中的稳定性和就位安全性。确定提升点的数量与位置的基本原则是：首先保证被提升钢结构或设备在提升过程中的稳定性；在确保安全和质量的前提下，尽量减少提升点数；提升设备本身承载能力符合设计要求。提升设备的选择能满足提升中的受力要求，结构紧凑、坚固耐用、维修方便、满足工程需要（如行程、提升速度、安全保护等）。钢结构整体提升国家图书馆上部钢结构（重10388t，提升高度26m）该工程地上三层为钢筋砼结构，四至五层为钢结构。10388t钢结构在地面拼装，一次性整体提升成功，创造了新的世界提升重量纪录。54钢结构安装（2）基坑开挖（3）地下结构施工（4）地下结构及核心筒施工完毕（5）提升（5）提升济南燕山立交桥整体顶升济南燕山立交桥长170m、重6020t的北侧左半幅桥梁采用75台200t液压千斤顶整体顶升到位，最大顶升高度4.139m，与二环东路高架桥顺利对接。创造了我国桥梁顶升的单体重量和顶升高度两项之最。济南燕山立交桥整体顶升施工605．钢结构技术5．4钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与提升安装施工技术适用范围:（1）体育场馆、剧院、飞机库、钢天桥（廊）等大跨度屋盖与钢结构，具有地面拼装条件，又有较好的周边支承条件时，可采用整体顶升与提升技术。（2）电视塔钢桅天线、电站锅炉等超高构件的整体提升。（3）大型龙门起重机主梁、锅炉等大型设备的整体提升。5．钢结构技术5．5钢与混凝土组合结构技术型钢与混凝土组合结构主要包括钢管混凝土柱(显著减小柱的截面尺寸，提高承载力)，十字、H型、箱型、组合型钢骨混凝土柱(承载能力高，刚度大且抗震性能好)，箱型、H型钢骨梁、型钢组合粱(承载能力高且高跨比小)等。钢管混凝土的施工与普通钢结构一致，关键技术是设计合理的梁柱节点与确保钢管内浇捣混凝土的密实性。5．钢结构技术5．5钢与混凝土组合结构技术钢骨混凝土除了钢结构优点外还具备混凝土结构的优点，同时结构具有良好的防火性能。其关键技术是如何合理解决梁柱节点区钢筋的穿筋问题，以确保节点良好的受力性能与加快施工速度。组合梁是在钢梁上部浇筑混凝土，形成混凝土受压、钢结构受拉的截面合理受力形式，充分发挥钢与混凝土各自的受力性能。组合梁施工时，钢梁可作为模板的支撑。组合梁设计时要确保钢梁与混凝土结合面的抗剪性能，又要充分考虑钢梁各工况下从施工到正常使用各阶段的受力性能。香港中银大厦港珠澳大桥5．钢结构技术5.5钢与混凝土组合结构技术技术指标：钢管混凝土设计时应遵循《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28的要求。型钢混凝土设计时应遵循《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138的要求。适用范围：钢管混凝土特别适合应用于高层、超高层建筑的柱及其他有重载承载力设计要求的柱；钢骨混凝土适合于高层建筑外框柱及公共建筑的大柱网框架与大跨度梁设计；组合梁适用于结构跨度较大而高跨比又有较高要求的楼盖结构。组合结构施工钢骨柱检查、核对、并注明编号及方向钢骨柱预留孔，钢筋从中穿过去钢结构连接钢骨柱焊缝检测，判定焊缝级别（一级焊缝、二级焊缝）钢筋与钢柱连接的处理，采用套筒焊接在钢柱上钢柱节点5．钢结构技术5．6住宅钢结构技术1.主要技术内容采用钢结构作为住宅的主要承重结构体系，对于低密度住宅以采用冷弯薄壁型钢结构体系为主，墙体为墙柱加石膏板，楼盖为C型格栅加轻板；对于多层住宅以钢框架结构体系，楼板宜采用混凝土楼板，墙体为预制轻质板或轻质砌块,或者采用带钢板剪力墙或与普钢混合的轻钢结构；对于高层住宅则以钢框架与混凝土筒体组合构成的混合结构或以带钢支撑的框架结构。2.技术指标对于低层冷弯薄壁型钢住宅体系，其总结构用钢量为22～25kg/m2，开间尺寸为3.3～4.8m；多层钢框架住宅体系，其钢结构用钢量为35～40kg/m2，开间尺寸以3.3～4.5m为宜；高层钢框架混合结构或带钢支撑钢框架体系，其钢结构用钢量为50kg/m2左右，开问尺寸为3.3～7.2m为宜。。武汉香利国庭:杭萧打造的钢结构住宅5．钢结构技术5．6住宅钢结构技术3.适用范围冷弯薄壁型钢可广泛应用于低层住宅(1～3层)的建设；钢框架结构可广泛应用于多层住宅(4～7层)的建设；钢与混凝土混合结构或带钢支撑框架结构可应用于高层住宅(9～24层)的建设。5．钢结构技术5.7高强度钢材应用技术1.主要技术内容对承受较大荷载的钢结构工程,选用更高强度级别的钢材，可减少钢材用量及加工量，节约资源，降低成本。国家标准规定的低合金高强度结构钢有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号，桥梁用结构钢有Q235q、Q345q、Q370q、Q420q四个牌号，高层建筑结构用钢有Q235