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論文關(guān)鍵詞:高層概況發(fā)展體系施工
論文摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題的調(diào)研,分析了在鋼材、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等方面國(guó)產(chǎn)化所面臨的主要問(wèn)題,為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提出了一些建議。
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在國(guó)外已有110多年的歷史,1883年最早一幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國(guó)芝加哥拔地而起,到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價(jià)的上漲和人口的迅速增長(zhǎng),以及對(duì)高層及超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日趨完善、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高,使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面積比率越來(lái)越大,在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到質(zhì)疑;同時(shí)高強(qiáng)度鋼材應(yīng)運(yùn)而生,在超高層建筑中采用部分鋼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)的理論研究與設(shè)計(jì)建造可說(shuō)是同步前進(jìn)。
超高層建筑的發(fā)展體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑科技水平、材料工業(yè)水平和綜合技術(shù)水平,也是建設(shè)部門(mén)財(cái)力雄厚的象征。來(lái)源于/
一、我國(guó)的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展
我國(guó)的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑自改革開(kāi)放以來(lái)已有20年的歷史,并在設(shè)計(jì)和施工中積累了不少經(jīng)驗(yàn),已有我國(guó)自行編制的《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。
1、鋼材的國(guó)產(chǎn)化
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國(guó)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,制訂我國(guó)第一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB4104-2000),比目前仍在實(shí)施的《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94)又前進(jìn)了一步,其性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。
2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)化
截止2003年3月,我國(guó)已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)有60余幢,按其結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分,鋼框架-RC核心筒占4314%,SRC框架-RC核心筒占1617%,二者合計(jì)6011%;鋼框架-支撐體系占1813%;巨型框架占813%;純鋼框架占617%,筒體和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)各占313%。統(tǒng)計(jì)表明,目前我國(guó)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)以混合結(jié)構(gòu)為主。
鑒于我國(guó)對(duì)混合結(jié)構(gòu)尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究,所以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)暫不列入這種結(jié)構(gòu)類(lèi)型是合理的。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定,在一般情況下,應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定,否則應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)論證或試驗(yàn)研究。建設(shè)部第111號(hào)令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》和建質(zhì)[2003]46號(hào)文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》,對(duì)加強(qiáng)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制意義重大,具有可操作性。
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分兩個(gè)階段,即設(shè)計(jì)圖階段和施工詳圖階段?,F(xiàn)在有的設(shè)計(jì)院完全采取國(guó)外設(shè)計(jì)模式,無(wú)構(gòu)件圖、節(jié)點(diǎn)圖和鋼材表等,對(duì)工程招投標(biāo)和施工詳圖設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。因此,建議有關(guān)部門(mén)對(duì)此做出具體規(guī)定。關(guān)于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)問(wèn)題,國(guó)內(nèi)應(yīng)多做一些理論和試驗(yàn)研究工作,比如柱梁剛性節(jié)點(diǎn)塑性鉸外移和防止焊接節(jié)點(diǎn)的層狀撕裂等。由于鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比較低,在研發(fā)各種耗能支撐和節(jié)點(diǎn)的減震消能體系方面,國(guó)際上研究和應(yīng)用較多,國(guó)內(nèi)應(yīng)加快進(jìn)行此方面的研究。
二、高層及超高層結(jié)構(gòu)體系
對(duì)于高層及超高層建筑的劃分,建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定,一般認(rèn)為建筑總高度超過(guò)24m為高層建筑,建筑總高度超過(guò)60m為超高層建筑。
對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則,選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系,一般分為六大類(lèi):框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框—筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。
三、鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝1、鋼柱的安裝
鋼柱是高層、超高層建筑決定層高和建筑總高度的主要豎向構(gòu)件,在加工制造中必須滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
100m高的超高層鋼柱一般分為8~12節(jié)構(gòu)件,鋼柱在翻樣下料制作過(guò)程中應(yīng)考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形,所以鋼柱的翻樣下料長(zhǎng)度不等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,即使只有幾毫米也不能忽略不計(jì)。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時(shí)也不允許互換,要求對(duì)每節(jié)鋼柱應(yīng)編號(hào)予以區(qū)別,正確安裝就位。
矩形或方形鋼柱內(nèi)的加勁板的焊接應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范要求采用熔嘴電渣焊,不允許采用其他如在箱板上開(kāi)孔、槽塞焊等形式。
鋼柱標(biāo)高的控制一般有二種方式:
(1)按相對(duì)標(biāo)高制作安裝。鋼柱的長(zhǎng)度誤差不得超過(guò)3mm,不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形,建筑物的總高度只要達(dá)到各節(jié)柱子制作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格,這種制作安裝一般在12層以下,層高控制不十分嚴(yán)格的建筑物。
(2)按設(shè)計(jì)標(biāo)高制作安裝。一般在12層以上,精度要求較高的層高,應(yīng)按土建的標(biāo)高安裝第一節(jié)鋼柱底面標(biāo)高,每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求的總尺寸。每一節(jié)柱子的接頭產(chǎn)生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應(yīng)加到每節(jié)鋼柱加工長(zhǎng)度中去。
2、框架梁的制作與安裝
高層、超高層框架梁一般采用H型鋼,框架梁與鋼柱宜采用剛性連接,鋼柱為貫通型,在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內(nèi)設(shè)置橫向加勁肋。
框架梁應(yīng)按設(shè)計(jì)編號(hào)正確就位。
為保證框架梁與鋼柱連接處的節(jié)點(diǎn)域有較好的延性以及連接可靠性和樓層層高的精確性,在工廠(chǎng)制造時(shí),在框架梁所在位置設(shè)置懸臂梁(短牛腿),懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連接采用剖口熔透焊縫,腹板采用貼角焊縫??蚣芰号c鋼柱的懸臂梁(短牛腿)連接,上下翼緣的連接采用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫,腹板采用高強(qiáng)螺栓連接。
由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)的精度要求,當(dāng)框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時(shí),腹板的連接板可開(kāi)橢圓孔,橢圓孔的長(zhǎng)向尺寸不得大于2d0(d0為螺栓孔徑),并應(yīng)保證孔邊距的要求。
框架梁的翻樣下料長(zhǎng)度同樣不等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算再按實(shí)際加工之后校核,確定其翻樣下料的精確長(zhǎng)度。
框架梁上下翼緣的連接可采用高強(qiáng)螺栓連接或焊接連接,目前大部分采用帶襯板的全熔透焊接連接。施工時(shí)先焊下翼緣再焊上翼緣,先一端點(diǎn)焊定位,再焊另一端。
[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu);鋼材;普通碳素鋼;結(jié)構(gòu)鋼
提起鋼結(jié)構(gòu)用鋼大家并不陌生,像Q235和Q345這樣的鋼材是最常用的,也是生活中接觸最多的。的確,從材性、材質(zhì)方面看,現(xiàn)在市場(chǎng)充分供應(yīng)的Q235及Q345號(hào)鋼的各類(lèi)鋼材,可以保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的基本需求。鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu),是主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。它的基本特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大、材料勻質(zhì)性和各向同性好。
因此,用什么類(lèi)型的鋼材對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響很大。下面就從鋼結(jié)構(gòu)用鋼的鋼種鋼號(hào)及版帶鋼中的鋼結(jié)構(gòu)用鋼這兩方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的選用做一介紹。
一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼的鋼種鋼號(hào)
1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼
普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,按用途可以分為:一般用途普通的普通碳素和專(zhuān)用普通碳素鋼。
按含碳量及屈服強(qiáng)度高低分為5種牌號(hào):Q195,Q215,Q235,Q255,Q275.QISH其中鋼結(jié)構(gòu)主要用Q235號(hào)鋼。Q215和Q255也可作結(jié)構(gòu)用,但是產(chǎn)量和用量相對(duì)較少。
使用該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)要注意一下幾點(diǎn):
(1)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)主要用作工程用和一般結(jié)構(gòu)用鋼。
(2)該標(biāo)準(zhǔn)鋼在在使用品種方面主要有鋼板,鋼帶和型鋼。
(3)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)可用作焊接和栓接結(jié)構(gòu)用鋼。但焊接結(jié)構(gòu)不宜選用A級(jí)鋼,除非有含碳量<0.0022的保證,以保證良好的可焊性。
(4)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)一般在熱軋狀態(tài)下交貨和使用。
2.焊接結(jié)構(gòu)耐候鋼
在鋼中加入少量合金元素,其耐候性較焊接結(jié)構(gòu)耐候鋼更好。其牌號(hào)為Q295GNH,Q295NHL,Q345GNHL。
3.低合金鋼
低合金鋼,按用途可以分為:低合金結(jié)構(gòu)鋼:耐腐蝕用鋼:低溫鋼:鋼筋鋼:耐磨鋼:特殊用途的專(zhuān)用鋼。按屈服強(qiáng)度高低分為5種牌號(hào),每牌號(hào)鋼中分別包含了若干鋼種,其中鋼結(jié)構(gòu)用為Q345,Q390,Q420三個(gè)牌號(hào)。
二、板帶鋼中的鋼結(jié)構(gòu)用鋼
結(jié)構(gòu)用的板帶鋼主要有:熱軋鋼板和鋼帶,冷軋鋼板和鋼帶,花紋鋼板以及高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板。
三、鋼材選用的標(biāo)準(zhǔn)
1.用于承重的冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼和鋼板,應(yīng)采用先行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700規(guī)定的Q235鋼和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591規(guī)定的Q345鋼。
2.門(mén)式剛架、吊車(chē)梁、和焊接的檁條、墻梁等構(gòu)件宜采用Q235B或Q345A及以上等級(jí)的鋼。非焊接的檁條和墻梁等構(gòu)件可采用Q235A鋼。當(dāng)有根據(jù)時(shí),門(mén)式剛架、檁條和墻梁可采用其他牌號(hào)的鋼制作。
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003中3.3.1規(guī)定,承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼,其質(zhì)量應(yīng)分別符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí),尚應(yīng)符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。
這些都是鋼結(jié)構(gòu)的一些用鋼,當(dāng)然還有其他的。以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu),是主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大,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(zhì)性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學(xué)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(dòng)力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高,可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn);加工精度高、效率高、密閉性好,故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點(diǎn)是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車(chē)間的承重骨架、受動(dòng)力荷載作用的廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、高聳電視塔和桅桿結(jié)構(gòu)、橋梁和庫(kù)等大跨結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑等。鋼結(jié)構(gòu)今后應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材,大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱(chēng)寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。由于鋼結(jié)構(gòu)的這些特點(diǎn),它將會(huì)在建筑方面占有很重要的地位。
參考文獻(xiàn):
[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部和中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.
[2]低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼—GB1597-94.
1.1研究背景
不斷擴(kuò)大的城市化進(jìn)程將會(huì)越來(lái)越多的利用到國(guó)家的土地,這些土地將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)用地,而之前工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然資源的爭(zhēng)奪,使得我國(guó)的工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)了很多高消耗、重污染的工業(yè)疾病,這將會(huì)對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成不可估量的傷害和破壞。面對(duì)這樣的情況,我們的工業(yè)決策者們正在逐漸調(diào)整自身的工業(yè)發(fā)展模式,正在向節(jié)約資源的生產(chǎn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
1.2研究意義
本文研究的意義是為了讓更多的人去接受輕型鋼結(jié)構(gòu),讓人們能夠真實(shí)的感受到輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的廣闊發(fā)展前景,改變工業(yè)建筑在大眾記憶里的傳統(tǒng)形象,為我國(guó)工業(yè)的現(xiàn)代化以及工業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展路線(xiàn)貫徹落實(shí)貢獻(xiàn)力量。
2輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中應(yīng)用的特點(diǎn)
建筑鋼結(jié)構(gòu)材料大多數(shù)采用的是薄壁型鋼、圓鋼、角鋼等,拼接成多種輕型的承重結(jié)構(gòu)形式,比如輕型的門(mén)式鋼架、多層建筑鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼等。此外,輕型鋼結(jié)構(gòu)和其他傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)相比,其用鋼量指標(biāo)相對(duì)比較低,而輕型鋼結(jié)構(gòu)最大的一個(gè)特點(diǎn)就是輕,它主要是由輕型的建筑材料和輕型的鋼構(gòu)件組成的,它的出現(xiàn)可以滿(mǎn)足人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活建筑空間的不同需求。
3輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中應(yīng)用的建筑優(yōu)勢(shì)
3.1建筑空間實(shí)體輕巧
輕型鋼結(jié)構(gòu)的截面比較小,而且自重很輕,其承重結(jié)構(gòu)截面可根據(jù)實(shí)際的受力狀況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì),它要比普通的鋼結(jié)構(gòu)所使用的工字鋼截面受力更加合理。因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)自重只有普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的一半左右,這樣就可以節(jié)約建筑的成本。此外,輕型鋼結(jié)構(gòu)體系所采用的空間體系分析方法優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),已經(jīng)形成了自身獨(dú)特的設(shè)計(jì)理論,它能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)大型無(wú)柱空間的需求,與此同時(shí),輕型鋼結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)截面很小,不會(huì)占用室內(nèi)的建筑面積,這也為工業(yè)建筑室內(nèi)留出了生產(chǎn)、儲(chǔ)藏的空間。
3.2輕型鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定
輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑材料重量輕,而且材質(zhì)分布很均勻,材料本身就具有非常好的抗震功能。輕型鋼結(jié)構(gòu)主要的承重構(gòu)件是鋼結(jié)構(gòu)的,所采用的鋼材塑性、韌性都非常好,而且鋼結(jié)構(gòu)自身還可以承受很大的動(dòng)力荷載,輕型鋼結(jié)構(gòu)的桿件基本上都是在工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算之后加工出來(lái)的,這也在一定程度上保證了鋼材的質(zhì)量。在一些地震比較頻繁的地區(qū),輕型鋼結(jié)構(gòu)體系始終是廠(chǎng)房建設(shè)的首選鋼材結(jié)構(gòu),同時(shí)還被用做地震后的救災(zāi)安置房鋼材。用于地震救災(zāi)安置房主要是因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)體積輕,因?yàn)榈卣饏^(qū)在震后還會(huì)出現(xiàn)很多的余震,這些余震雖然震感不是特別強(qiáng)烈,但是對(duì)于一個(gè)剛剛經(jīng)過(guò)大地震的地區(qū)來(lái)講則是致命的,所以運(yùn)用輕型鋼結(jié)構(gòu)材料作為安置房的鋼材,可以很好保護(hù)人們免受第二次的傷害。
3.3施工建筑方式簡(jiǎn)單方便
輕型鋼建筑是采用最為先進(jìn)的自動(dòng)化制造設(shè)備批量生產(chǎn)出來(lái)的,建筑的大體可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝,在現(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)候不會(huì)受到氣候等外界因素的影響,施工的速度非??欤话惚容^普通的廠(chǎng)房在三個(gè)月之內(nèi)就能夠完全安裝完畢。
4輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑空間設(shè)計(jì)
4.1整體式輕型鋼結(jié)構(gòu)體系
門(mén)式鋼架建筑體系的結(jié)構(gòu)工業(yè)化生產(chǎn)程度會(huì)更高一些,在建筑使用后,進(jìn)行拆除時(shí)對(duì)資源的重復(fù)利用率也是最高的,這種建筑體系非常適用于工業(yè)廠(chǎng)房和倉(cāng)庫(kù)的建設(shè),也正是因?yàn)槿绱?,這種建筑體系逐漸成為了現(xiàn)階段工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中使用最廣的一類(lèi)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。
4.2輕型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系
4.2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最早是在20世紀(jì)40年代興起的,一經(jīng)興起就取代了當(dāng)時(shí)普遍使用的鋼筋混凝土殼體結(jié)構(gòu),之后又建造了一些非常經(jīng)典的公共建筑,比如英國(guó)的哈羅文娛中心、美國(guó)的芝加哥國(guó)會(huì)大廳、我國(guó)的首都體育館等建筑都是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的。
4.2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
【關(guān)鍵詞】建筑鋼結(jié)構(gòu),焊接技術(shù),現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢(shì)
改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)取得了尤為迅速的發(fā)展,而隨著物質(zhì)基礎(chǔ)的日趨牢固,當(dāng)前對(duì)各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求也越來(lái)越大,對(duì)各型建筑的要求無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量都有極大的增長(zhǎng),這一方面是生產(chǎn)力發(fā)展的迫切需要,另一方面是建筑行業(yè)本身能力與水平不斷提升的內(nèi)在要求。鋼結(jié)構(gòu)建筑作為當(dāng)前建筑物中的一種主要形式,可以說(shuō)與混凝土建筑具有同等重要的地位,并且鋼結(jié)構(gòu)建筑還具有諸多混凝土建筑不具備的性能,因此被越來(lái)越多的應(yīng)用到建筑之中。時(shí)代的發(fā)展對(duì)于建筑提出了更高的要求,鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊接技術(shù)也需要保持與時(shí)俱進(jìn)。
1 我國(guó)鋼材的使用情況概述
我國(guó)每年的鋼產(chǎn)量是非常大的,而巨大的鋼產(chǎn)量意味著巨大的焊接需求。建筑行業(yè)是鋼鐵的消耗大戶(hù),因此探究建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)具有重要的意義。相較于其他的建筑形式,鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工周期更短,適應(yīng)性強(qiáng)、外形豐富、施工方便,因而鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于高層建筑、廠(chǎng)房、倉(cāng)庫(kù)、碼頭、橋梁等的施工中,現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多,對(duì)于鋼材的用量越來(lái)越大的同時(shí),對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)也提出了更高的要求。
2 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)現(xiàn)狀分析
2.1 焊接技術(shù)和焊接材料的發(fā)展現(xiàn)狀
近些年來(lái)我國(guó)除了在經(jīng)濟(jì)方面取得了舉世矚目的成就,在工業(yè)方面同樣實(shí)現(xiàn)了跨越式的進(jìn)步。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,各種新型建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)也層出不窮,焊接技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。當(dāng)前各種焊接技術(shù)種類(lèi)繁多,但是并沒(méi)有出現(xiàn)哪一種焊接技術(shù)能夠廣泛適用于各種建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接之中,鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工仍舊需要根據(jù)建筑的原材料以及焊接材料來(lái)確定焊接技術(shù)與焊接工藝。
2.2 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀
焊接設(shè)備的質(zhì)量與建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量息息相關(guān),雖然我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑越來(lái)越多,對(duì)于焊接技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越多,但是在焊接設(shè)備方面的發(fā)展卻一直處于停滯狀態(tài),當(dāng)前焊接施工中很多設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口或者采用國(guó)外技術(shù)在中國(guó)制造,我國(guó)并不具有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán),這不僅帶來(lái)了更加高昂的焊接成本,也不利于我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展。從當(dāng)前的情況來(lái)看我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)與國(guó)外企業(yè)仍舊存在一定的差距亟待彌補(bǔ)。
2. 3 焊接技術(shù)人員的培養(yǎng)現(xiàn)狀
隨著市場(chǎng)上的鋼材的種類(lèi)日益增多,鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作對(duì)于技術(shù)人員的技術(shù)水平及綜合素質(zhì)的要求也越來(lái)越高,雖然我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑被廣泛的應(yīng)用,但是對(duì)于專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)卻仍舊稍顯不足,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)在對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)、管理以及資質(zhì)考核等方面還有諸多差距,這就導(dǎo)致了從事建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的工作人員職業(yè)素質(zhì)參差不齊,既不利于建筑工程的施工也不利于我國(guó)焊接技術(shù)的發(fā)展。
3 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1 新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用
1) 高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)。隨著城市土地資源的日益稀缺,城市的建筑越來(lái)越高,這就對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度提出了更高的要求。當(dāng)前將高強(qiáng)鋼應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)中的情況也越來(lái)越多,為了保證高強(qiáng)鋼焊接之后的強(qiáng)度能夠達(dá)到要求,高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)更為嚴(yán)格,需要控制好焊接電壓、電流、焊接速度、冷卻時(shí)間以及焊縫當(dāng)中碳氧等元素的配置比例,同時(shí)還要控制好應(yīng)力和變形。
2) 低溫焊接技術(shù)。建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接同樣會(huì)受到溫度的影響,在低溫下焊接時(shí)焊縫會(huì)出現(xiàn)裂紋,在工作狀態(tài)下容易發(fā)生脆斷,而低溫焊接技術(shù)的出現(xiàn)則很好地解決了低溫天氣對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)施工的影響,國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”的鋼結(jié)構(gòu)工程就是最顯著的代表。一般來(lái)說(shuō)低溫焊接技術(shù)的應(yīng)用溫度要在 -15 ℃以上,溫度太低時(shí)測(cè)溫儀以及送絲機(jī)的工作狀態(tài)難以保障。
3) 組合樓板栓釘穿透焊技術(shù)。當(dāng)前我國(guó)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于組合樓板的使用也越來(lái)越多,這使得組合樓板栓釘穿透焊技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。所謂的組合樓板栓釘穿透焊技術(shù)指的是在焊接時(shí)通過(guò)電弧的燃燒使得栓釘穿透壓型鋼板并焊接在鋼梁的表面上,栓釘將組合樓板緊密結(jié)合在一起,使得樓板的強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)使用的需求。
4) 鑄鋼及鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)。對(duì)于一些跨度比較大的大型廠(chǎng)房建筑或者體育館類(lèi)的建筑,鑄鋼及鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)得到了很好的應(yīng)用。鑄鋼及鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)在處理復(fù)雜多變的建筑造型時(shí)更為有效,但是這種焊接方式也不是最完美的,因其含碳量比較高,在焊接時(shí)容易帶入各種雜質(zhì),而且鑄態(tài)時(shí)的組織晶粒比較大,導(dǎo)致了其焊接性能會(huì)相對(duì)差,所以鑄鋼節(jié)點(diǎn)對(duì)于焊接工藝的要求也很高,主要表現(xiàn)在減少殘余應(yīng)力來(lái)防止裂紋的產(chǎn)生。
3. 2 焊接設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展
隨著科技的發(fā)展,焊接設(shè)備也處在不斷的更新?lián)Q代之中,當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中主要使用的機(jī)械有手工電焊機(jī)、電渣焊機(jī)、MIG 和 MAG 焊機(jī)、埋弧焊機(jī)等,隨著科技的發(fā)展以及人們對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的不斷追求,焊接設(shè)備必將朝著高效節(jié)能的方向發(fā)展。新型焊接設(shè)備可以采用逆變電源以及微處理器,逆變電源的出現(xiàn)能夠顯著降低焊接設(shè)備的質(zhì)量和體積,而微處理器的應(yīng)用則能夠提高其智能性,用同一臺(tái)焊接設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種焊接技術(shù)。
3. 3 提高焊接技術(shù)人員的素質(zhì)
焊接技術(shù)人員的職業(yè)素質(zhì)對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量的影響至關(guān)重要,而隨著各種新型焊接技術(shù)的發(fā)展,焊接技術(shù)人員必須不斷地提高自身的職業(yè)素質(zhì)才能滿(mǎn)足建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的要求。作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)性非常強(qiáng)的技術(shù),從事建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的人員需要進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核,獲取相關(guān)的操作資格,以此來(lái)保證操作的質(zhì)量。而各種新型鋼材的出現(xiàn)使得新興的焊接技術(shù)也層出不窮,想要提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量,相關(guān)焊接的工作人員需要不斷提高自身的知識(shí)水平,了解各種新型鋼材的物理性能和焊接方法,從而推動(dòng)焊接技術(shù)的發(fā)展。
4 結(jié)語(yǔ)
高層建筑的形式層出不窮,鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛使用對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求,筆者從焊接技術(shù)和焊接材料的發(fā)展現(xiàn)狀及建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀、建筑技術(shù)人員的培養(yǎng)現(xiàn)狀探究了建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè),建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)在建筑行業(yè)中占有舉足輕重的地位,建筑行業(yè)需要審度當(dāng)前科技發(fā)展的形勢(shì),從新技術(shù)、新設(shè)備、新人員三個(gè)角度來(lái)考慮建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),從多個(gè)方面來(lái)提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量,以便充分保證建筑物的整體質(zhì)量,繼而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。
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作者簡(jiǎn)介:
中圖分類(lèi)號(hào):TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
一、前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的建筑業(yè)中的使用雖然起步比較晚,但是發(fā)展的速度卻是十分迅猛,近年來(lái)出現(xiàn)了許多著名的鋼結(jié)構(gòu)工程,例如,上海的金茂大廈、深圳的賽格大廈、大連世貿(mào)中心等鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特別是在高層建筑中的應(yīng)用為我國(guó)的建筑行業(yè)快速發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。
二、鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)
近年來(lái),由于鋼結(jié)構(gòu)施工速度快以及工業(yè)化強(qiáng)度高的特點(diǎn),使得鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑施工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型有很多,比如高層重型鋼結(jié)構(gòu)、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)等等。鋼結(jié)構(gòu)是一種熱傳導(dǎo)性很好的金屬材料,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性會(huì)給整個(gè)高層建筑帶來(lái)毀滅性的破壞。所以,當(dāng)高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí),施工過(guò)程中,我們必須加強(qiáng)對(duì)防火設(shè)施的設(shè)計(jì)與施工,以確保真正遇到火災(zāi)時(shí)能盡量減少損失。高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工要依賴(lài)于大型塔吊,所以,塔吊起重能力的高低和幅度要求直接影響鋼結(jié)構(gòu)安裝效率的高低。塔吊通常分為附著塔吊和內(nèi)爬式塔吊,附著塔吊的造價(jià)比內(nèi)爬式高很多,但是它們的起吊的能力相差不大,所以從經(jīng)濟(jì)上考慮,優(yōu)先選用內(nèi)爬式塔吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的施工。
1、鋼柱鋼梁的安裝
(一)鋼柱吊裝,鋼柱豎直于地面,鋼柱影響了建筑高度和層數(shù)。對(duì)其生產(chǎn)加工需考慮目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鋼柱在用料制作時(shí)要注意焊接過(guò)程會(huì)導(dǎo)致材料收縮并且將其豎直放置后受力改變后也有可能受向下的壓力扭曲,因此翻樣、下料時(shí)選擇材料要比完成長(zhǎng)度略長(zhǎng)些,大概幾毫米的差距。且鋼柱上相兩截的尺寸即使一樣也不能互換。每節(jié)鋼柱用編號(hào)加以區(qū)分。準(zhǔn)確安裝。高層鋼結(jié)構(gòu)吊裝一般需劃分吊裝作業(yè)區(qū)域,吊裝按劃分的區(qū)域,平行順序同時(shí)進(jìn)行。為了避免鋼柱安裝的時(shí)候撞壞螺栓絲牙部位,要在地腳處安裝保護(hù)保護(hù)裝置。鋼柱被吊起來(lái)等待安全前需做好前期設(shè)置工作,在預(yù)定位置按好應(yīng)用于上下的梯子,掛藍(lán)等。起重時(shí)用雙機(jī)還是單機(jī)設(shè)備的選擇根據(jù)高柱的輕重和起重機(jī)的載重能力來(lái)判定。雙機(jī)抬吊時(shí),鋼柱吊離地面后在空中進(jìn)行回直。單機(jī)吊裝時(shí)需在柱子根部墊以墊木,以回轉(zhuǎn)法起吊,嚴(yán)禁柱根拖地。鋼柱就位后,先調(diào)整標(biāo)高,再調(diào)整位移,最后調(diào)整垂直度。柱子要按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行校正標(biāo)準(zhǔn)柱子的垂直偏差應(yīng)校正到零。當(dāng)上柱與下柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)錯(cuò)位時(shí),可在連接上下的耳板處加墊板進(jìn)行調(diào)整。為了控制安裝誤差,對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)先確定標(biāo)準(zhǔn)柱。正方形框架取4根轉(zhuǎn)角柱,長(zhǎng)方形框架當(dāng)長(zhǎng)邊與短邊之比大于2時(shí)取6柱,多邊形框架則取轉(zhuǎn)角柱為標(biāo)準(zhǔn)柱。鋼柱軸線(xiàn)位移校正,以下節(jié)鋼柱頂部的實(shí)際柱中心線(xiàn)為準(zhǔn),安裝鋼柱的底部對(duì)準(zhǔn)下節(jié)鋼柱的中心線(xiàn)即可。校正位移時(shí)應(yīng)注意鋼柱的扭轉(zhuǎn),鋼柱扭轉(zhuǎn)對(duì)杠架安裝很不利。
(二)鋼梁吊裝,主梁起吊前期要調(diào)查好各項(xiàng)安全設(shè)施,梁上安裝好輔助工具:扶手干,繩。起吊安裝到位后把扶手繩和柱子緊緊擠在一起,確定穩(wěn)固。這是
施工安全的重要組成部分。通常情況下選擇梁上邊界處打孔使之成為吊點(diǎn)。它的大小和方位反映的是鋼梁跨度的大小。如果小梁數(shù)量很多也可以用一次多吊的方法節(jié)省時(shí)間。此外還有一種方法增加施工安全和效率是將梁、柱在地面組合成一個(gè)大的整體一次性起吊,但需要保證整體性不會(huì)因?yàn)楦呖罩亓Χ⒓堋?/p>
2、高強(qiáng)螺栓連接
高強(qiáng)度螺栓連接有三個(gè)步驟,分別是節(jié)點(diǎn)處理、螺栓安裝以及螺栓緊固。在鋼結(jié)構(gòu)架設(shè)調(diào)整完畢后,要對(duì)接合件進(jìn)行矯正,消除接合件的變形、錯(cuò)位和錯(cuò)孔、板束接合摩擦面要貼緊后才能安裝。螺栓安裝時(shí)要按照同一個(gè)方向穿進(jìn),最好采用由內(nèi)而外的方向進(jìn)入螺栓,這樣安裝時(shí)比較方便。安裝螺栓時(shí)也要掌握一定的尺寸,如果不能順利組合時(shí)不能硬來(lái),可以用澆刀來(lái)調(diào)整孔的大小。安裝完后還要用砂輪打磨掉螺栓上的毛糙部位,使其貼合度高。螺栓緊固時(shí),分為初擰和終擰。如果鋼板扭曲和螺栓的切合程度不是很緊實(shí),就需要進(jìn)行初擰,防止鋼板和螺栓相互影響,初擰的軸力一般能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)軸力的60%~80%。終擰是對(duì)螺栓做的最后的緊固,終擰的軸力值要符合設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)軸力,終擰時(shí)預(yù)拉力的損失、根據(jù)試驗(yàn),一般為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的5%~10%。終擰扭矩可以根據(jù)下面的公式進(jìn)行計(jì)算:
M=(P+ΔP)·k·d
其中:M-終扭矩kNom;
P-設(shè)計(jì)預(yù)拉力kN;
ΔP-預(yù)拉力損失值,一般為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的5-10%;
k-扭矩系數(shù);
d-螺栓公稱(chēng)直徑(mm)。
3、鋼結(jié)構(gòu)焊接
鋼結(jié)構(gòu)的焊接焊縫分為工廠(chǎng)制作焊縫和現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫兩大類(lèi)。設(shè)計(jì)要求分為I、Ⅱ、Ⅲ級(jí),I級(jí)焊縫要求最高,Ⅲ級(jí)焊縫要求最低。Ⅲ級(jí)焊縫只需要進(jìn)行外觀(guān)檢查,表面應(yīng)無(wú)氣孔、夾渣、弧坑裂紋等缺陷。I、Ⅱ級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)探傷檢驗(yàn),其檢驗(yàn)方法按以下原則確定:①對(duì)工廠(chǎng)制作的焊縫,應(yīng)按每條焊縫計(jì)算百分比,且探傷長(zhǎng)度應(yīng)不小于200mm。②對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫,應(yīng)按同一類(lèi)型,同一施焊條件的焊縫條數(shù)計(jì)算百分比,探傷長(zhǎng)度應(yīng)不小于200mm,且應(yīng)不少于1條焊縫。Ⅰ級(jí)焊縫的探傷比例為100%,Ⅱ級(jí)焊縫的探傷比例為20%。施工中鋼柱之間的連接常采用坡口電焊連接。主梁與鋼柱間的連接,一般上、下翼緣用坡口電焊連接,而腹板用高強(qiáng)螺栓連接。次梁與主梁的連接基本上是在腹板處用高強(qiáng)螺栓連接,少量再在上、下翼緣處用坡口電焊連接,柱與梁的焊接順序,先焊接頂部柱、梁節(jié)點(diǎn),再焊接底部柱、梁節(jié)點(diǎn),最后焊接中間部分的柱、梁節(jié)點(diǎn)。對(duì)坡口進(jìn)行電焊粘貼的前期工作有檢測(cè)坡口平實(shí)度、清理雜物廢物使之符合焊接標(biāo)準(zhǔn)、先加溫使其適應(yīng)焊接、兩個(gè)柱子結(jié)合時(shí)用兩個(gè)焊接人員兩邊同時(shí)開(kāi)工,柱子和梁也采用這種連接方式,這樣可以緩解形狀不對(duì)稱(chēng)或變形。對(duì)于厚板的坡口焊,打底層焊多用直徑4mm焊條焊接,中間層可用5mm或6mm焊條,蓋面層多用直徑5mm焊條。三層應(yīng)連續(xù)施焊,每一層焊完后及時(shí)清渣。焊縫余高不超過(guò)對(duì)接焊體中較薄鋼板厚的1/10,但也不應(yīng)大于3.2mm。焊后當(dāng)氣溫低于0℃時(shí),用石棉布保溫使焊縫緩慢冷卻。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)均按二級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。
4、安全施工,是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié),高層鋼結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)是高空、懸空作業(yè)點(diǎn)多。為了杜絕安全事故,項(xiàng)目部成立安全監(jiān)督小組,設(shè)立專(zhuān)職安全員,嚴(yán)格管理,制定周密完的安全生產(chǎn)條例,對(duì)職工進(jìn)行定期安全教育,樹(shù)立“安全第一,預(yù)防為主”的思想。在嚴(yán)格管的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目部不惜花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力進(jìn)行嚴(yán)密的防保。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)介紹了高層建筑施工過(guò)程中,鋼結(jié)構(gòu)技藝的各個(gè)階段,細(xì)述了流程必須措施。列舉大量數(shù)字以求明確化地使相關(guān)從業(yè)人員有所參考和批評(píng)指導(dǎo)。強(qiáng)調(diào)了施工安全的各種危害和預(yù)防事故的重要手段,最后解釋了前期設(shè)計(jì)的圖紙對(duì)未來(lái)工作的影響作用,目的是鋼結(jié)構(gòu)工作能夠更加科學(xué)化實(shí)用化,為更多人所接受。
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【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu),建筑,發(fā)展
目前國(guó)內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)主要是混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu),混凝土結(jié)構(gòu)目前在我國(guó)應(yīng)用較多,而鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用沒(méi)有混凝土那樣的普遍,但其發(fā)展具有很大的潛力。由于混凝土結(jié)構(gòu)有很多缺點(diǎn),和科技的進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的提高,鋼結(jié)構(gòu)得到了很大的發(fā)展。
一、選題背景
近數(shù)十年來(lái),前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前三位的國(guó)家,其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此,這幾個(gè)國(guó)家的建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展。而在同一時(shí)期,我國(guó)在這方面的發(fā)展則比較緩慢,水平也相對(duì)落后。近幾年來(lái),隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。在此期間,我國(guó)的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。1996年,我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān);1998年我國(guó)鋼產(chǎn)量已達(dá)11434萬(wàn)t,而且每年增產(chǎn)300萬(wàn)t.鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)為發(fā)展我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時(shí)機(jī)。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展迅速,應(yīng)用擴(kuò)大、用量增大,涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員,設(shè)計(jì)軟件和科研成果不斷開(kāi)發(fā),修訂了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范,編寫(xiě)技術(shù)規(guī)程、設(shè)計(jì)圖集90多本,出版了大量鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)教材,論文著作和應(yīng)用手冊(cè)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂已經(jīng)啟動(dòng),鋼材單設(shè)一章,鋼材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修訂基本完成。一大批有實(shí)力的鋼結(jié)構(gòu)安裝企業(yè)承擔(dān)了國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大型鋼結(jié)構(gòu)工程安裝,新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備層出不窮,其施工安裝水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。鋼結(jié)構(gòu)配套產(chǎn)品齊全。2007年10月經(jīng)科技部批準(zhǔn)成立的“國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心”在中冶集團(tuán)建筑研究總院成立。2008年6月上海同濟(jì)大學(xué)成立建筑鋼結(jié)構(gòu)教育部工程研究中心。根據(jù)協(xié)會(huì)這幾年陸續(xù)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的數(shù)據(jù)顯示,近幾年鋼結(jié)構(gòu)消耗鋼材的總量,2000年為850萬(wàn)噸,今年應(yīng)該在2300萬(wàn)噸左右,到2010年達(dá)到2600萬(wàn)噸,占鋼材產(chǎn)量從現(xiàn)在的4.28%,發(fā)展到2010年達(dá)到5.5%。這充分說(shuō)明我們鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)有很大的發(fā)展空間,發(fā)展的情況基本上還比較正常。
二、鋼結(jié)構(gòu)的定義
鋼結(jié)構(gòu)是把鋼板、圓鋼、鋼管、鋼索及各種型鋼等鋼材加工、連接、安裝組成的工程結(jié)鋼結(jié)構(gòu)需要承受各種可能的自然和人為環(huán)境的作用,是具有足夠可靠性和良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)的工程結(jié)構(gòu)物和構(gòu)筑物。由于鋼材可以回收冶煉而重復(fù)利用,所以鋼結(jié)構(gòu)是一種節(jié)能環(huán)保型、可循環(huán)使用的建構(gòu),符合經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的要求。除了在高層建筑、大型廠(chǎng)房、大跨度空間結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)住宅建筑中大量采用鋼結(jié)構(gòu)外,各部門(mén)中也大量采用鋼結(jié)構(gòu),如公路鐵路橋梁、火電主廠(chǎng)義鍋爐鋼架、輸變電鐵塔、廣播電視通信塔、海洋石油平臺(tái)、核電站、風(fēng)力發(fā)電、水利建設(shè)、地礎(chǔ)鋼板樁等。城市建設(shè)需要大量的鋼結(jié)構(gòu),如地鐵、城市輕便鐵路、立交橋、環(huán)保建筑、公施、臨時(shí)建筑等。
三、鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)介
從美國(guó)、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看,建筑業(yè)即將成為鋼材的主要市場(chǎng)。而目前我國(guó)與之相比還有差距。因此我國(guó)的高層建筑鋼材到目前為止還都從國(guó)外進(jìn)口,特別是大于50mm的厚鋼板,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求。國(guó)外不僅鋼板厚度較大,而且可以滿(mǎn)足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板,具有以下類(lèi)型: ①有高強(qiáng)度低預(yù)熱型(以前預(yù)熱75℃,現(xiàn)在預(yù)熱50℃)的厚鋼板590N/mm2級(jí)(HT590級(jí));②抗地震的厚鋼板,主要有低屈服比高強(qiáng)度鋼材(HT590~HT780級(jí))和低屈服點(diǎn)鋼板,這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn),用于次要結(jié)構(gòu)上,當(dāng)?shù)卣饡r(shí)這種材料先屈服,保證主要 結(jié)構(gòu)減少地震損失;③防火厚鋼板。有400N/mm2及490N/mm2,當(dāng)其在600℃ 時(shí)屈服強(qiáng)度還能達(dá)到常溫下的2/3;④裝飾用的奧氏體不銹鋼板及鐵素體不銹鋼板(沿海用,優(yōu)于前者 )。目前,國(guó)內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國(guó)外進(jìn)口,工程總承包由國(guó)外承擔(dān),制造和安裝則由國(guó)內(nèi)廉價(jià)勞動(dòng)力承包,這種局面應(yīng)從速扭轉(zhuǎn),因?yàn)檫@與我國(guó)產(chǎn)鋼大國(guó)的地位很不相稱(chēng)。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼材不像高層鋼結(jié)構(gòu)那樣突出,但設(shè)計(jì)方案經(jīng)常國(guó)外中標(biāo),這種局面與中央強(qiáng)調(diào)建立我們自己的創(chuàng)新體系的號(hào)召相距甚遠(yuǎn),應(yīng)該引起我國(guó)建筑界的關(guān)注,是水平低還是其它原因,值得我們深思。
四、鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展前景
我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入跨越式發(fā)展的新階段。鋼結(jié)構(gòu)建筑規(guī)模越來(lái)越大、跨度越來(lái)越大、造型越來(lái)越新穎獨(dú)特,有很大的發(fā)展?jié)摿?。以前我?guó)的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展緩慢主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)造價(jià)高(畢竟我們是發(fā)展中國(guó)家)以及鋼材產(chǎn)量有限。今非昔比,鋼結(jié)構(gòu)施工速度快,施工污染小,重量輕,這些優(yōu)勢(shì)讓它成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的同時(shí),還推動(dòng)了新型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)規(guī)模從幾百萬(wàn)噸發(fā)展到2000萬(wàn)噸以上。同屬于金屬制造業(yè),對(duì)鋼材進(jìn)行深加工的產(chǎn)品還有焊接鋼管、金屬絲、繩、鉸線(xiàn)及冷彎型鋼,其產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)6000萬(wàn)噸以上。由此可見(jiàn),鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)是一個(gè)正在蒸蒸日上、向著更高階段發(fā)展的朝陽(yáng)行業(yè)。
五、結(jié)論
隨著機(jī)電鋼結(jié)構(gòu)是今后發(fā)展的一個(gè)方向,隨著科技的進(jìn)步,審美觀(guān)念改變必然使得鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷的去擴(kuò)展自身的表達(dá)語(yǔ)匯而尋求發(fā)展。我們提倡的是拋棄風(fēng)格,從結(jié)構(gòu)的理性主義出發(fā),從現(xiàn)代和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)中吸取精華,創(chuàng)造出技術(shù)和藝術(shù)有機(jī)融合的鋼結(jié)構(gòu)精品建筑。我們要分清楚,鋼結(jié)構(gòu)框架是建筑中承重體系和服務(wù)部分,它不是建筑使用中的主要部分,鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)首先要遵循建筑設(shè)計(jì)的一般原則,然后才是發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
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【關(guān)鍵詞】高層鋼框架結(jié)構(gòu);施工工藝;焊接變形
1引言
高層結(jié)構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》雖然已經(jīng)頒布,但在我國(guó),真正意義上的純鋼結(jié)構(gòu)高層建筑采用的仍較少,普遍采用的是鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu),雖然其具有造價(jià)低、用鋼省等優(yōu)點(diǎn),但其應(yīng)用范圍和技術(shù)上還有待進(jìn)一步研究和完善。而且我國(guó)的建筑鋼材存在很大不足,在品種、規(guī)格和質(zhì)量水平上和發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域,技術(shù)水平高、管理能力強(qiáng)的建筑企業(yè)很少,鋼框架結(jié)構(gòu)施工成套技術(shù)尚處于完善階段。為此,有必要加強(qiáng)對(duì)高層框架結(jié)構(gòu)的施工工藝及其焊接變形方面的探討,這也是本論文的研究出發(fā)點(diǎn)。
2高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工工藝及其變形分析
2.1 鋼框架結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)分析
鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù),主要包括鋼柱、鋼梁、樓梯的吊裝、測(cè)量校正、連接、壓型鋼板的鋪設(shè)等工序,但在鋼結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)往往要穿插土建、機(jī)電等部分的施工。鋼框架結(jié)構(gòu)的施工必須要與土建等其它單位進(jìn)行密切配合,做到統(tǒng)籌兼顧,才能高效、高質(zhì)地完成施工任務(wù)。其主要特點(diǎn)有:
2.1.1 測(cè)量、定位、放線(xiàn)精度要求高。測(cè)量、定位、放線(xiàn)是貫穿制作和安裝階段的控制重點(diǎn)。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中,由于體型大,誤差積累將非常顯著,柱子或其它構(gòu)件微小的偏移會(huì)造成上部很大的變位,極大地改變結(jié)構(gòu)的受力,影響設(shè)計(jì)效果,甚至產(chǎn)生工程事故。
2.1.2 鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中,由于鋼材熱脹冷縮現(xiàn)象突出,天氣、溫度等條件影響大,溫度變化會(huì)對(duì)安裝精度產(chǎn)生較大影響。特別是在鋼構(gòu)件連接中,焊接和螺栓連接受天氣、溫度影響更大。在焊接技術(shù)規(guī)程中規(guī)定,自然條件不能滿(mǎn)足焊接環(huán)境要求時(shí),要采取人工措施給焊接創(chuàng)造條件,比如焊條的預(yù)熱、鋼板的預(yù)熱加溫等。
2.1.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝對(duì)起重、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械的性能要求高。由于鋼構(gòu)件重量大、體型大,高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝中高空作業(yè)多,對(duì)吊裝過(guò)程中的技術(shù)要求高,吊裝中不同工況條件下的施工荷載必須同其自身設(shè)計(jì)承載力相吻合,鋼構(gòu)件在運(yùn)輸、堆放、起吊、就位及安裝過(guò)程中,要按事先模擬設(shè)計(jì)的條件進(jìn)行。
2.1.4 由于鋼材的特點(diǎn),決定了鋼框架結(jié)構(gòu)要求防腐、防火嚴(yán)格。
2.1.5 高層鋼框架結(jié)構(gòu)安裝工程量大,構(gòu)件多,現(xiàn)場(chǎng)往往必須設(shè)置臨時(shí)堆放場(chǎng)地及相應(yīng)的中轉(zhuǎn)堆場(chǎng)才能滿(mǎn)足安裝需要。
2.2 鋼框架焊接變形分析
2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)變形類(lèi)型
鋼結(jié)構(gòu)變形類(lèi)型,可分為總體變形和局部變形兩類(lèi)??傮w變形是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的外形和尺寸發(fā)生變化,局部變形是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在局部區(qū)域出現(xiàn)變形。二者可能單獨(dú)出現(xiàn),但更多地是組合出現(xiàn)。它們都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的諸多方面,如外觀(guān)、剛度和穩(wěn)定性等,降低承載力,危及結(jié)構(gòu)安全。
2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)變形原因
鋼材的初始變形;加工制作中的變形;運(yùn)輸及安裝過(guò)程中產(chǎn)生的變形;使用過(guò)程中產(chǎn)生的變形等。
2.2.3 變形控制方法
傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法是制定合理的吊裝、焊接方案等,如采用先內(nèi)而外的吊裝順序、對(duì)稱(chēng)焊接等,在測(cè)量控制上預(yù)留變形等,這種籠統(tǒng)地控制方法在一定條件下可以取得較好的效果,但遇到復(fù)雜、多變的條件,效果有限。
焊接變形是高層鋼結(jié)構(gòu)框架變形的主要構(gòu)成因素,但相關(guān)的論文分析也多以靜態(tài)、局部的分析為主,如針對(duì)于某個(gè)焊接面或焊接構(gòu)件的分析,針對(duì)建筑鋼框架結(jié)構(gòu)焊接變形的整體分析方法尚未出現(xiàn)。
3 高層鋼框架結(jié)構(gòu)焊接施工工藝及其變形矯正探討
3.1 焊接變形原因分析
鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)性能良好、建設(shè)工期短、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),所以在工業(yè)與民用建筑中廣泛應(yīng)用。焊接對(duì)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一把雙刃劍,它成就了鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的高速度,但是鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)產(chǎn)生的變形問(wèn)題,也會(huì)極大地影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中出現(xiàn)變形是不可避免的,但可以通過(guò)合理的施工措施來(lái)予以控制。
焊接變形產(chǎn)生的主要原因是由于焊接過(guò)程中對(duì)焊件進(jìn)行了局部的不均勻加熱,以及隨后的不均勻冷卻作用和結(jié)構(gòu)本身或外加的剛性拘束作用,通過(guò)力、溫度和組織等因素的變化,從而在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的收縮變形,焊縫的縱向和橫向縮短是引起各種復(fù)雜變形的根本原因。
3.1.1 結(jié)構(gòu)剛度
剛度就是結(jié)構(gòu)抵抗拉伸和彎曲變形的能力,它主要取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀及其尺寸大小。如桁架的縱向變形,主要取決于橫截面面積和弦桿截面的尺寸;再如工字型、丁字型或其它形狀截面的彎曲變形,主要取決于截面的抗彎剛度。
3.1.2 焊縫位置和數(shù)量
在鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時(shí),焊縫在結(jié)構(gòu)中對(duì)稱(chēng)布置,施焊程序合理,則只產(chǎn)生線(xiàn)性縮短;當(dāng)焊縫布置不對(duì)稱(chēng)時(shí),則還會(huì)產(chǎn)生彎曲變形;焊縫截面重心與接頭截面重心在同一位置上時(shí),只要施焊程序合理,則只產(chǎn)生線(xiàn)性縮短;當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重心時(shí),則還會(huì)產(chǎn)生角變形。
3.1.3 焊接工藝
焊接電流大,焊條直徑粗,焊接速度慢,都會(huì)造成焊接變形大;自動(dòng)焊接的變形較小,但焊接厚鋼板時(shí),自動(dòng)焊比手工焊的焊接變形稍大;多層焊時(shí),第一層焊縫收縮量最大,第二、三層焊縫的收縮量則分別為第一層的20%和5%~10%,層數(shù)越多焊接變形也越大;斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量??;對(duì)接焊縫的橫向收縮比縱向收縮大2倍~4倍;焊接次序不當(dāng)或未先焊好分部構(gòu)件,然后總拼裝焊接,都易產(chǎn)生較大的焊接變形。所以在施工時(shí)要制定合理的焊接工藝措施。
3.2 焊接變形矯正措施探討
3.2.1 焊接工藝措施
焊接施工時(shí),應(yīng)選擇合適的焊接電流、速度、方向、順序,以減少變形。焊接金屬構(gòu)件時(shí),應(yīng)先焊短,后焊長(zhǎng);先焊立,后焊平;先焊對(duì)接縫,再焊搭接縫,應(yīng)從中間到兩邊,從里到外焊接。集中的焊縫應(yīng)采用跳焊法,長(zhǎng)焊縫采用分段退步焊和對(duì)稱(chēng)焊接法。
3.3.2 機(jī)械矯正法
機(jī)械矯正法是利用機(jī)械力的作用,以矯正焊接變形,常采用撐直機(jī)、壓力機(jī)、千斤頂及各種小型機(jī)具頂壓矯正構(gòu)件變形。矯正時(shí),將構(gòu)件變形部位放在兩支撐之間,對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件凸出部位緩慢施力,即可矯正變形。
3.3.3 火焰矯正法
采用火焰矯正的原理與焊接變形的原理相同,只是反其道而用之,通過(guò)給金屬輸入熱量,使金屬達(dá)到塑性狀態(tài),從而產(chǎn)生變形,構(gòu)件被局部加熱后,依靠加熱區(qū)的膨脹與收縮差,使構(gòu)件按照預(yù)定的方向發(fā)生變形,從而達(dá)到矯正的目的。
3.3.4 剛性固定法
焊接時(shí)在平臺(tái)上或在重疊的構(gòu)件上設(shè)置夾具固定構(gòu)件,增加剛性后,再進(jìn)行焊接,這樣焊接中的加熱和冷卻的收縮變形,被固定夾具等外力所限制,但這種方法只適應(yīng)塑性較好的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼,不適應(yīng)中碳鋼和可焊性更差的鋼材,因?yàn)楹附討?yīng)力常使焊件產(chǎn)生裂紋。
4 結(jié)語(yǔ)
高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工工藝與焊接變形分析的影響因素多而且具有較強(qiáng)的模糊性和不確定性,本論文重點(diǎn)對(duì)高層鋼框架結(jié)構(gòu)的焊接施工工藝進(jìn)行了分析研究,詳細(xì)探討了焊接變形的原因及其矯正措施,對(duì)于進(jìn)一步提高鋼材鋼框架結(jié)構(gòu)的施工工藝水平具有較好的理論指導(dǎo)時(shí)間。
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關(guān)鍵詞:房屋建筑;鋼筋混凝土;框架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)措施
Abstract: according to the author in recent years practice, the housing the advantages of the reinforced concrete frame mainly reflects in: flexible space space, it is light weight, saving material, etc. The article to the housing construction steel reinforced concrete frame structure characteristics, the scope of application, this paper expounds the design principle, the combination of case and discuss the specific construction measures.
Keywords: housing construction; Reinforced concrete; Frame structure; Measures designed
中圖分類(lèi)號(hào):TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
0. 概 述
框架結(jié)構(gòu)又統(tǒng)稱(chēng)為構(gòu)架式結(jié)構(gòu)。目前,房屋的框架按跨數(shù)分有單跨、多跨;按層數(shù)可以分有單層、多層;按立面構(gòu)成可以分有對(duì)稱(chēng)、不對(duì)稱(chēng);按所用材料分有鋼框架、混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。其中最常用的是鋼筋混凝土框架,它包括現(xiàn)澆整體式、裝配式、裝配整體式等。其中這里面的裝配式、裝配整體式混凝土框架和鋼框架適合大規(guī)模工業(yè)化施工,效率較高,工程質(zhì)量較好,其余的適合房屋建筑使用。
1. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)筆者近年來(lái)實(shí)踐來(lái)看,房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:空間分隔靈活,它自重輕,節(jié)省材料;具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點(diǎn),利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu);框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化,便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu),以縮短施工工期;采用現(xiàn)澆混凝土框架時(shí),結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好,設(shè)計(jì)處理好也能達(dá)到較好的抗震效果,而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。
2. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍
根據(jù)現(xiàn)在建筑的使用性質(zhì)來(lái)看,房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廣泛用于住宅、學(xué)校、辦公樓等地方,也有根據(jù)需要對(duì)混凝土梁或板施加預(yù)應(yīng)力,以適用于較大的跨度;框架鋼結(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠(chǎng)房和一些特殊用途的建筑物中,如劇場(chǎng)、商場(chǎng)、體育館等。但總體來(lái)說(shuō),現(xiàn)在施工框架結(jié)構(gòu)種類(lèi)比較多,在選擇起來(lái)應(yīng)靈活多變。
3.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則一般地,房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一定的原則,這樣方能確保房屋的建筑質(zhì)量。
3.1遵循有抗震性能的原則。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有足夠的承載能力和變形能力是兩個(gè)同時(shí)需要滿(mǎn)足的條件。不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力,還要求其有適當(dāng)?shù)膭偠取7课萁ㄖY(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移的大小密切相關(guān),過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使隔墻、維護(hù)墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié)構(gòu)分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計(jì)算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移角,剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu),但均小于規(guī)范要求,且富裕量較大,說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)體系滿(mǎn)足剛度要求。
3.2遵循經(jīng)濟(jì)性原則。 在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系中,在保障節(jié)約資金的情況下確保工程質(zhì)量是關(guān)鍵。根據(jù)筆者工作實(shí)踐,通過(guò)對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費(fèi)的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費(fèi)相差不是很多,其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最大,框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最小,其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出12.5%,比大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出7.3%,大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出4.9%。
4. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜多變的過(guò)程,筆者在此建議在設(shè)計(jì)中要注意以下幾方面:
4.1抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題。房屋在抗震設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),一般不要采用單跨框架。如果不可避免的話(huà),建議可設(shè)計(jì)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),多層建筑也可僅在單跨方向設(shè)置剪力墻。但是,后者框架結(jié)構(gòu)部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)選用,而剪力墻部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)選用。
4.2框架結(jié)構(gòu)選擇。在目前的小高層結(jié)構(gòu)體系里比較適合采用框架結(jié)構(gòu),筆者建議首先盡可能將過(guò)于狹長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)用伸縮縫脫開(kāi)。如果建筑專(zhuān)業(yè)不允許,可通過(guò)加大端部開(kāi)間的抗側(cè)剛度達(dá)到限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的。具體可將邊框架的角柱斷面增大,加大框架梁的高度,如條件允許,中間增加框架住,既增加框架的跨數(shù)。這些方法可以顯著增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。
5.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施
根據(jù)筆者實(shí)踐,結(jié)合案例來(lái)簡(jiǎn)單闡述下這方面的措施。某小區(qū)工程為6-8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系,按8度抗震設(shè)防,場(chǎng)地土類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),各建筑單體設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為70年,建筑安全等級(jí)為2級(jí),建筑抗震類(lèi)別為丙類(lèi)。根據(jù)有關(guān)要求,柱混凝土強(qiáng)度等級(jí):一~三層為C25,三層以上為C20;樓面為C20,屋面板、為C25密實(shí)性混凝土。
5.1計(jì)算分析。根據(jù)工程建筑要求,在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)基本指標(biāo)。我們一般采用彈性設(shè)計(jì)方法,即在正常使用情況下,建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性受力狀態(tài)中,結(jié)構(gòu)具有較大的剛度,這一點(diǎn)施工人員要做好這方面的計(jì)算分析。
5.2防雷主要措施。我們可以采取該工程住宅屋面采用φ12鍍鋅圓做避雷帶,組成不大于20m×20m的網(wǎng)格。所有突出屋面的金屬構(gòu)件均應(yīng)與避雷帶可靠焊接。
這其中引下線(xiàn)利用柱內(nèi)的兩根直徑大于φ16的對(duì)角主筋通長(zhǎng)焊接作為避雷引下線(xiàn),上端與避雷帶連接,下端與地梁兩根主筋焊接。
5.3梁、柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。我們?cè)诜课菰O(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)時(shí),通常出現(xiàn)多根梁交叉在一起的現(xiàn)象,主次梁的負(fù)彎矩鋼筋多層也會(huì)疊加在一起,這樣會(huì)對(duì)梁截面截面造成較大的影響。這也是房屋在建時(shí)它的成本很難控制的一方面。在此,筆者建議可采取降低次梁底面的標(biāo)高和降低主梁底面標(biāo)高的有關(guān)措施來(lái)加以控制。
5.4變形的分析。一旦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了過(guò)度變形,就會(huì)產(chǎn)生對(duì)之相對(duì)應(yīng)的裂縫。一般來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)的過(guò)度變形是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足或者剛度不足的標(biāo)志,它并沒(méi)有直接反映出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的因素有跨度、截面的尺寸、支座的形式、材料的質(zhì)量和荷載等,結(jié)構(gòu)變形是鑒定房屋安全的重要內(nèi)容。所以在進(jìn)行房屋安全鑒定時(shí),需要對(duì)房屋的綜合情況進(jìn)行考慮。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);抗震;鋼結(jié)構(gòu)彈塑性
中圖分類(lèi)號(hào):TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、工業(yè)化程度高、便于加固、有利于環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn),在建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用,特別是近年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的數(shù)條熱軋H型鋼生產(chǎn)線(xiàn)為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了基礎(chǔ),在這種大背景和形勢(shì)下,高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)推廣就勢(shì)在必行。由于鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均勻,符合力學(xué)假定,與其他結(jié)構(gòu)相比,鋼結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相差很小,也是鋼結(jié)構(gòu)的特色之一。但是,由于鋼結(jié)構(gòu)與在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,具有截面輪廓尺寸小、構(gòu)件細(xì)長(zhǎng)和板件柔弱的特點(diǎn)。因此,鋼結(jié)構(gòu)分析理論尤其是穩(wěn)定性理論的發(fā)展不僅僅具有理論上的意義,而且具有重要的實(shí)用
價(jià)值。
一、鋼結(jié)構(gòu)框架的優(yōu)點(diǎn)
鋼材是一種很適宜建造抗震結(jié)構(gòu)的材料,原目在于鋼材具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特性,可減輕結(jié)構(gòu)的自重。從而減輕結(jié)構(gòu)所受的地震作用。鋼材材質(zhì)均勻,強(qiáng)度易于保證,因此結(jié)構(gòu)的可靠性大。它的延性好,使結(jié)構(gòu)具有很大的變形能力,即使在很大的變形下仍不倒塌,從而目保證結(jié)構(gòu)的安全性。鋼結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn):
1、密封性能好
由于焊接結(jié)構(gòu)可以做到完全密封,一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫(kù)、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)。
2、具有一定的耐高溫性
溫度在250度內(nèi),鋼的性質(zhì)變化很小,溫度達(dá)到300度以上,強(qiáng)度逐漸下降,達(dá)到450度~650度時(shí),強(qiáng)度降為零。因此,鋼結(jié)構(gòu)適用于溫度不高于250度的場(chǎng)臺(tái)。在自身有特殊防火要求的建筑中,鋼結(jié)構(gòu)必須月耐火材料予以維護(hù)。
3、鋼結(jié)構(gòu)的彈、塑性好,抗震能力強(qiáng)
在承載力相同的條件下,鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。木結(jié)構(gòu)相比,構(gòu)件較小,重量教輕、便于運(yùn)輸和安裝。與鋼材料的勻質(zhì)性和強(qiáng)韌性,可有較大的變形,能很好地承受動(dòng)力的荷載,具有很好的抗震能力。其中,屈強(qiáng)比是衡量鋼的加工硬化能力的一個(gè)重要參數(shù)。屈強(qiáng)比越低,鋼結(jié)構(gòu)抵抗強(qiáng)震的能力就越強(qiáng)。歐洲建筑鋼要求屈強(qiáng)比小于0.91,而日本要求建筑鋼屈強(qiáng)比小于0.80。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)具有良好的彈、塑性和抗沖擊能力,在一般情況下,鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)荷載的適應(yīng)能力較強(qiáng),其良好的延性和耗能能力可以保證它不因?yàn)橥獠亢奢d的變化而突然斷裂,這對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的抗震是非常有利的。
4、施工周期短,裝配化程度高
二、鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用
1、重型工業(yè)廠(chǎng)房。
例如大型冶金企業(yè)、火力發(fā)電廠(chǎng)和重型機(jī)械制造廠(chǎng)等的一些車(chē)間,由于廠(chǎng)房跨度和柱距大、高度高、車(chē)間內(nèi)設(shè)有工作繁忙和起重量大的起重運(yùn)輸設(shè)備和有強(qiáng)大振動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備,因而常必需采用由鋼屋架、鋼柱和鋼吊車(chē)梁等組成的全鋼結(jié)構(gòu)。
2、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)
房屋高度愈大,所受側(cè)向水平荷載如風(fēng)荷載及地震作用的影響也愈大,所需柱截面也大大加大。采用鋼結(jié)構(gòu)可減小柱截面而增大建筑物的使用面積和提高房屋的抗震性能。
3、大跨度結(jié)構(gòu)。
由于受彎構(gòu)件在均布荷載下的彎矩M與跨度L的平方成正比,當(dāng)跨度增大到一定程度時(shí),為了減輕結(jié)構(gòu)的自重,也就需要采用自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)。一般情況下,跨度等于或大于60m的結(jié)構(gòu)就稱(chēng)為是大跨度結(jié)構(gòu)。在我國(guó)主要應(yīng)用于體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、演出場(chǎng)館、飛機(jī)庫(kù)、航空站和火力發(fā)電廠(chǎng)的大煤庫(kù)等。
4、高聳結(jié)構(gòu)。
電視塔和煙囪等高聳結(jié)構(gòu)同樣由于風(fēng)荷載和地震作用隨高度的加大而加大,需要采用鋼結(jié)構(gòu)。同事,建造在軟土地基上的高聳結(jié)構(gòu),為了減少地基處理費(fèi)用,在一定高度時(shí)也宜采用鋼結(jié)構(gòu)。
此外,需要使用鋼結(jié)構(gòu)的還有很多,如電力工業(yè)中的高壓輸電塔、高壓容器、煤氣柜、塔式起重機(jī)、采油井架等。
綜上所述,鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)和其他各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。
二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究
1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本概念
工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載和其它作用的影響下處于某種平衡狀態(tài),例如薄腹工字形梁在橫向荷載作用下處于平面彎曲的平衡狀態(tài);樓蓋結(jié)構(gòu)中柱子處于壓彎平衡狀態(tài)等等。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于平衡形式的不穩(wěn)定,從初始平衡位置轉(zhuǎn)變到另一個(gè)平衡位置,稱(chēng)為屈曲,或稱(chēng)為失穩(wěn)。穩(wěn)定分析是研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定的問(wèn)題。處于平衡位置的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,在任意微小外界擾動(dòng)下,將偏離其平衡位置,當(dāng)外界擾動(dòng)除去后,仍能自動(dòng)回復(fù)到初始平衡位
置時(shí),則初始平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。如果不能回復(fù)到初始平衡位置,則初始平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。
2、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)判定
(1)判斷平衡穩(wěn)定性的最根本準(zhǔn)則
我們最常采用一剛性小球在光滑平面上的三種不同位置來(lái)引出平衡穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則。在三種情況下,小球雖然都處于平衡狀態(tài),但是它們所對(duì)應(yīng)的平衡特征卻是不相同的,由此引出的判斷平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定的最根本準(zhǔn)則為:
假設(shè)對(duì)處于平衡狀態(tài)的體系施加一微小干擾,當(dāng)干擾撤去后,如體系能恢復(fù)到原來(lái)的平衡位置,則該平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的;反之,若體系偏離原來(lái)的平衡位置越來(lái)越遠(yuǎn),則該平衡位置是不穩(wěn)定的;如體系停留在新的位置不動(dòng),則該平衡狀態(tài)是隨遇的。
以上述最根本準(zhǔn)則為基礎(chǔ),從隨遇平衡的靜力特征可得到判斷平衡穩(wěn)定性的靜力準(zhǔn)則:從穩(wěn)定平衡和隨遇平衡的動(dòng)力特征可得到判斷平衡穩(wěn)定性的動(dòng)力準(zhǔn)則;從不同平衡狀態(tài)的能量特征可得到判斷平衡穩(wěn)定性的能量準(zhǔn)則。
(2)靜力準(zhǔn)則
又稱(chēng)平衡法,是求解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限荷載的最基本的方法。對(duì)于有平衡分岔點(diǎn)的彈性穩(wěn)定問(wèn)題,在分岔點(diǎn)存在著兩個(gè)極為鄰近的平衡狀態(tài),一個(gè)是原結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài),一個(gè)是已經(jīng)有微小變形的結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)。平衡法是根據(jù)已產(chǎn)生了微小變形后結(jié)構(gòu)的受力條件建立平衡方程而后求解的。如果得到的符合平衡方程的解有不止一個(gè),那么其中最小值的一個(gè)才是該結(jié)構(gòu)的分岔屈曲荷載。平衡法只能求解屈曲荷載,不能判斷結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性。
3動(dòng)力準(zhǔn)則
動(dòng)力法屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定問(wèn)題。處于平衡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系,如果施加微小干擾使其發(fā)生振動(dòng),這時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)加速度都和已經(jīng)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有關(guān)。當(dāng)荷載小于穩(wěn)定的極限值時(shí),加速度和變形的方向相反,因此干擾撤去后,運(yùn)動(dòng)趨于靜止,結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的;當(dāng)荷載大于極限值時(shí),加速度和變形的方向相同,即使將干擾撤去,運(yùn)動(dòng)仍是發(fā)散的,因此結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的;臨界狀態(tài)的荷載即為結(jié)構(gòu)的屈鹽荷載,可由結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率為零的條件解得。
三、設(shè)計(jì)時(shí)常用的鋼結(jié)構(gòu)的加固方法
1.減輕荷載:改用輕質(zhì)材料或其它減少荷載的方法。如工業(yè)廠(chǎng)房的屋架可在下弦增設(shè)臨時(shí)支柱,或組成撐桿式結(jié)構(gòu)的方法來(lái)卸荷;托架的卸荷可以采用上述方法,也可以利用吊車(chē)梁作為支點(diǎn)使托架卸荷;柱子一般采用設(shè)置臨時(shí)支柱卸去屋架和吊車(chē)梁的荷載;平臺(tái)結(jié)構(gòu)因其高度不高,一般采用臨時(shí)支柱進(jìn)行卸荷。
2.改變結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算圖形:采取措施使結(jié)構(gòu)發(fā)生符合設(shè)計(jì)意圖的內(nèi)力重分布,以調(diào)整原有結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力,改善被加固構(gòu)件的受力情況。如增加支撐或輔助構(gòu)件以增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度,使結(jié)構(gòu)可以按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算,挖掘結(jié)構(gòu)潛力,也可以改善結(jié)構(gòu)的抗振性能;變更荷載的分布情況,或變更構(gòu)件的支座情況,或施加預(yù)應(yīng)力等來(lái)改變構(gòu)件的彎矩圖形;增設(shè)撐桿、加設(shè)拉桿或?qū)㈧o定結(jié)構(gòu)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)來(lái)改變精架的內(nèi)力;將被加固構(gòu)件與其它結(jié)構(gòu)共同工作形成混合結(jié)構(gòu),以改善受力情況。
3.原結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面和連接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。此方法在鋼結(jié)構(gòu)加固中是常用的方法,因其涉及面窄,施工較為簡(jiǎn)便,尤其是在一定的前提條件下,可在負(fù)荷狀態(tài)下加固,這對(duì)廠(chǎng)房?jī)?nèi)的生產(chǎn)影響較小。采用此方法時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)注意加固時(shí)凈空的限制,要使桿件不與其它桿件或零件相碰;
(2)能適應(yīng)原有構(gòu)件的幾何尺寸或己發(fā)生的變形清況,以利于施工;
(3)應(yīng)盡量減少加固施工的工作量;
(4)盡可能使補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的重心位置不變,減少偏心所產(chǎn)生的彎矩;
(5)當(dāng)采用焊接補(bǔ)強(qiáng)時(shí),應(yīng)采用合理的焊接順序,減小焊接變形和焊接應(yīng)力;
(6)補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件應(yīng)便于維護(hù)和油漆。
結(jié)束語(yǔ):鋼結(jié)構(gòu)在抗震方面的優(yōu)點(diǎn)使得它在建筑方面得到了廣泛的應(yīng)用,但是鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題鋼結(jié)構(gòu)的加固問(wèn)題一直以來(lái)都是被廣為關(guān)注的熱點(diǎn)。所以,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要掌
握地域、場(chǎng)地特性,考慮結(jié)構(gòu)特征、用途和坍塌時(shí)的危害性,在最新資料的基礎(chǔ)上,重新認(rèn)識(shí)既定的一些數(shù)值、公式、方法的適用性。同時(shí),抗震設(shè)計(jì)應(yīng)在執(zhí)行規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,盡量全面地考慮結(jié)構(gòu)各種地震受力工況,根據(jù)力學(xué)原理簡(jiǎn)化、評(píng)估其力學(xué)行為。
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