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钢结构工程设计及施工规范解读---------大鹏钢结构工程设计及施工规范方案分析内容摘要以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，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；建筑工期短；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、桥梁和仓库等大跨度结构、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形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。钢结构又分轻钢和重钢，判定没有一个统一的标准。目录•第一章钢结构工程的发展背景及展望•第二章钢结构工程的特点•第三章大鹏钢结构工程设计及施工方案案例分析第一章钢结构工程的发展背景及展望•1.1钢结构工程的历史发展背景•钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。•改革开放以来，我国的钢产量有了很大的提高，特别是从1997年以后，我国的钢产量连续四年超过亿吨，但我国的钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为2%，而在钢结构用钢量中，建筑钢结构用钢量又仅占10%，这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的，为此，国家外经贸委会同冶金部制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，争取在十五期间建筑钢结构的用量达到总钢产量的3%，至2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6%，而建设部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点，并且制定了《钢结构住宅建筑体系产业化技术导则》和《钢框架核心筒住宅建筑体系技术导则》。钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高的特点，同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料，因此钢结构住宅是符合国家产业政策的推广项目。随着国家禁用实心粘土砖和限制使用空心粘土砖的政策的推出，加快住宅产业化进程、积极推广钢结构住宅体系已迫在眉睫。但我国的钢结构住宅尚处于探索起步阶段，这种体系在钢结构防火、梁柱节点做法、楼板形式、配套墙体材料、经济性及市场可接受程度上尚有许多不完善之处。从前几年开始，全国陆续现了一批钢结构住宅试点项目，如山东莱钢的樱花间住宅小区、天津的钢框架一剪力墙高层住宅、北京赛博思金属结构有限公司的钢框架核心筒多层住宅、上海冶金设计院设计的陆海城、中福城项目、马鞍山钢铁股份有限公司设计的18层示范实验住宅楼等。•1.221世纪建筑钢结构的应用及展望通过国内外众多的工程实例,对广泛应用的钢结构,即高层钢结构,大跨钢结构,桥梁钢结构,轻钢结构及住宅钢结构逐一进行了介绍。概括钢结构所具有的无以伦比的优势,分析了其存在的问题,提出了已正式列入国家级重点技术创新项目。并根据国内外对钢结构研究的新动向和应用现状,对其前景进行了展望。通常我们将由钢材组成的承重结构称之为钢结构,就目前应用的主要工程范围,大致可分为以下几个领域,即:高层钢结构、大跨钢结构、桥梁钢结构、轻钢结构、住宅钢结构、城市形象工程。1.2.1高层钢结构10层及10层以上的住宅建筑,总高度超过24m的公共建筑及综合性建筑称之为高层建筑,100m以上称之为超高层建筑。目前有钢混结构、钢结构以及钢2混凝土组结构三大体系,在超高层建筑领域后两者更有优势和发展前景。1.2.2大跨度空间钢结构像大型体育馆、展览中心、飞机库等公共娱乐建筑,通常有大跨度要求。未来大跨结构的特点是“新、轻、奇、美”。在该领域,钢结构更是占有绝对的垄断地位,象1990年的北京亚运会曾掀起一次热潮。2008年的奥运会申办成功,为空间钢结构又迎来一个大发展的契机。目前最有发展前途的新型结构体系如下:1)网架结构;2)悬索结构;3)充气结构;4)索膜结构;5)整体张拉结构;6)折叠结构;7)开合结构;8)杂交结构1.2.3桥梁钢结构近十年来,钢结构桥梁得到了广泛应用,在今后几年也将不断涌现。它充分发挥了钢结构大跨的特点,主要结构体系为“悬索桥、斜拉桥、桁拱桥、钢管混凝土桥。1.2.4轻钢结构何谓轻钢结构?目前学术界没有确切的定义,但有以下共识:1)用钢量小;2)以冷弯薄壁型钢以及H型钢做承重结构体系;3)采用彩钢复合板等轻质墙板作围护结构。近年来,中国轻钢结构发展迅猛,被广泛应用于轻型工业厂房、超市、展厅、体育馆、活动房屋以及加层建筑等。国外公司纷纷进入中国市场,如:BUT2LER、BHP、ABC、ASTRON、WARD公司等。国内几百家公司相继成立,竞争日益激烈。值得一提的是:轻钢结构在工业厂房中的应用是目前的优势,每年大约有300多万m2的建筑竣工。低于混凝土结构的造价优势和工期短是广泛应用的主要原因。但存在下列问题值得注意:1)承重结构与维护结构耐久年限不协调;2)防火、防腐问题重视不够;3)低价残酷竞争已严重影响到工程质量。1.2.5住宅钢结构就国内外的研究及应用现状而言,美国、日本、澳大利亚及加拿大等国在钢结构住宅领域已开展了多年的理论与实验研究,形成了自己的完善体系,并•已新建了一大批示范性建筑。而相比之下,我国的钢结构住宅目前尚处于启动阶段,虽然近年来在上海、北京、天津、山东等地探索性地兴建了一批钢结构住宅,积累了点滴经验,但系统性的研究尚属空白。钢结构住宅建筑是以钢结构作为承重结构并与轻质墙板体系相配套的一种新型的住宅建筑体系。它的各种优点使得它成为替代砖混结构和混凝土结构的最佳选择。近两年来,我国钢材年产量突破1.2亿t,属世界钢材大国。但长期以来受国家节约钢材政策的制约,再加上人们对钢结构造价高的习惯看法,大大限制了钢结构的发展。我国建筑用钢量仅占总产量的22%,而发达国家一般在30%以上。就住宅而言,我国每年竣工的城乡住宅已超过10亿m2,而钢结构住宅占不到1%。因此,国家的政策由节约用钢到鼓励用钢,以促进建筑上用钢比例。尤其是占建筑比例较大的钢结构住宅建筑成为我国重点发展对象。钢结构体系住宅的发展现已正式列入国家级重点技术创新项目。并采取一系列政策和举措以提高钢结构住宅的市场占有率。因此,钢结构住宅建筑体系的应用前景将十分广阔,必将成为国民经济新的支柱产业和新的经济增长点,同时对推进我国建筑业、冶金工业及相关产业大发展具有重大意义。第二章钢结构工程的特点•1、钢结构自重较轻；•2、钢结构工作的可靠性较；•3、钢材的抗振（震）性、抗冲击性好；•4、钢结构制造的工业化程度较高；•5、钢结构可以准确快速地装配；•6、钢结构室内空间大；•7、容易做成密封结构；•8、钢结构易腐蚀；•9、钢结构耐火性差。2.1钢结构工程的优点•抗震性：低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的板肋结构体系，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。•抗风性：型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。•耐久性：轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。•保温性：采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。•隔音性：隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。•健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。?舒适性：轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。•快捷：全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。•环保：材料可100%回收，真正做到绿色无污染。•节能：全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。2.2钢结构工程的缺点•钢材耐腐蚀性差：钢材在湿度大、有侵蚀介质的环境中易锈蚀截面不断削弱使结构受损影响使用寿命因而钢结构需要定期维护。第三章大鹏钢结构工程设计及施工方案案例分析•3.1钢结构介绍•3.1.1钢结构工程概况大鹏钢结构位于会展中心大鹏区屋顶，数字轴从PC-1到PC-10轴，长度90m，字母轴从PC-G到PC-AK轴,长度246m。其钢结构主要由屋顶钢结构及合成柱组成。其中屋顶钢结构由13榀主桁架、188榀次桁架及水平支撑组成，其下方由28个混凝土柱和4根合成柱支撑。结构为对称式结构，水平投影面积约15000平方米。屋顶主桁架为平面管桁架，共13榀，其截面中心高度为2m，最大跨度为36m，最大悬挑长度为14m，有30种规格：最小的D60x3.5，最大的D600x35。•次桁架也为平面管桁架，共有188榀，其截面高度约为2m，长度为18-20m不等；水平支撑共44对，为圆管结构。其规格为D219x10﹑D203x12﹑D203x10﹑D180x10﹑D180x8﹑D168x8、D159x6﹑D140x6﹑D114x5﹑D102x4﹑D89x4﹑D76x4﹑D60x3.5、D180x8、D299x10.合成柱为三肢圆管格构式结构，共4根，规格为：Ф700x50、Ф700x35、Ф700x15缀条为方管，规格为：口600x250x20x25、口500x250x20x25口400x250x12x16、口400x250x12x12•主要节点上弦节点主次桁架连接节点下弦节点•3.2钢结构设计要求•3.2.1材料1.主构件（桁架、梁、柱）材质为Q345B、Q235B，质量符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94或《碳素结构钢》GB／T700-2006的规定，所有钢材均应具有抗拉强度、伸长率，屈服强度和硫、磷含量的合格保证，并应具有含碳量得合格保证和冷弯试验的合格保证。主构件钢板还需满足《高层建筑结构用钢板》YB4104-2000的标准要求。2.所有构件钢材需具有碳、硫、磷合格保证。3.本工程所采用的钢材除满足国家规范外，满足下列要求：1）钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1:2。2）钢材应有明显得屈服台阶，且伸长率应大于20%。3）钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。4）预埋螺栓及埋件与主结构构件材质相同，质量符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94的规定。焊接材料序号焊接方式钢号焊接材料1手工电弧焊Q345焊条：E50系列2埋弧自动焊焊剂与焊丝：HJ402-H08A3C02气体保护电弧焊焊丝：H08Mn2Si1手工电弧焊Q235焊条：E43系列2埋弧自动焊焊剂与焊丝：HJ401-H08A3C02气体保护电弧焊焊丝：H08Mn2Si螺栓序号名称技术要求1锚栓采用Q345-B钢材，其抗拉强度设计值f≥180MPa。2普通螺栓采用C级(4.6