淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)分析

1、淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)分析    摘要:鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為材料做成受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu) ，鋼結(jié)構(gòu)住宅依其自重輕， 基礎(chǔ)造價(jià)低 ，適用于軟弱地基 ，安裝容易 ，施工快 ，周期短 ，投資回收快，施工污染環(huán)境少， 抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)而受到各方的重視。本文筆者經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐 ,概述了選用鋼結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)點(diǎn), 并在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)中作出了詳細(xì)的分析,供類似工程參考。關(guān)鍵詞: 高層建筑 材料性質(zhì) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 施工技術(shù)隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步 , 物質(zhì)文明極大的提高了建筑行業(yè)的發(fā)展步伐，高層及超高層建構(gòu)筑物也越來越多.為了保證建(構(gòu))筑物的正常使用壽命和安全性 ,對(duì)建筑技

2、術(shù)的要求也越來越高 ,筆者經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐 , 并在設(shè)計(jì)和施工中積累了不少經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。1. 選用鋼結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為材料做成受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu) ，鋼結(jié)構(gòu)住宅依其自重輕， 基礎(chǔ)造價(jià)低 ，適用于軟弱地基 ，安裝容易 ，施工快 ，周期短 ，投資回收快，施工污染環(huán)境少， 抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)而受到各方的重視。鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)相比， 在使用功能、 設(shè)計(jì)、施工， 以及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有優(yōu)勢(shì)，在住宅建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.1能合理布置功能區(qū)間 利用鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn) ，設(shè)計(jì)可采用大開間布置 ，使建筑平面能夠合理分隔 ，靈活方便 ，創(chuàng)造開放式住宅。

3、1.2自重輕 、抗震性能好 相同建筑面積的建筑樓層 ，鋼結(jié)構(gòu)自重輕 ，根據(jù)比較 ，六層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量 ，僅相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)住宅的重量。而且鋼材具有延性 ，能比較好的消耗地震帶來的能量 ，所以抗震性能好， 結(jié)構(gòu)安全度高。1.3施工方便、 工期短 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件， 可以實(shí)行工廠化生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)安裝。 由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小， 對(duì)周圍環(huán)境污染少 ，同時(shí) ，施工機(jī)械化程度高 ，加快了施工速度 ，根據(jù)統(tǒng)計(jì) ，同樣面積建筑物 ，鋼結(jié)構(gòu)比砼結(jié)構(gòu)工期 ，可縮短三分之一 ，而且可節(jié)省支模材料。1.4綜合造價(jià)低 由于自重輕 基礎(chǔ)費(fèi)用降低， 總體用料減少， 直接成本降低，建設(shè)工期短， 間接費(fèi)又可減少 ，所以綜合造價(jià)低。1.

4、5符合住宅產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求， 鋼結(jié)構(gòu)適宜工廠大批量生產(chǎn) ，工業(yè)化程度高 ，并且能將節(jié)能 、防水 、隔熱 、門窗等先進(jìn)成品集合于一體 ，成套應(yīng)用 ，將設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)、 施工一體化， 提高住宅產(chǎn)業(yè)化的水平。2 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講， 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： 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。高層和超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) (代號(hào)BC)外，還采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu) (代

5、號(hào)SRC)， 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)( 代號(hào)CFS)和全鋼結(jié)構(gòu) (代號(hào)S或SS)。3 制作與安裝3.1 定位軸線、 標(biāo)高和地腳螺栓鋼柱的定位軸線可根據(jù)場(chǎng)地的寬窄， 在建筑物外部或內(nèi)部設(shè)置控制軸線。 本工程高度在100m ,設(shè)置二個(gè)控制樁, 以供架設(shè)經(jīng)緯儀或激光儀控制樁的位置 ,要求以能滿足通視 ,可視為原則。鋼柱的長(zhǎng)度以滿足起重量的大小和運(yùn)輸?shù)目赡苄?，一般為23 層為一節(jié)， 對(duì)每一節(jié)柱子安裝不得使用下一節(jié)柱子的定位軸線， 應(yīng)從地面控制軸線引到高空， 以保證每節(jié)柱子安裝正確無誤， 避免產(chǎn)生累積誤差。柱腳與鋼筋混凝土基礎(chǔ)的連接， 一般采用埋入式剛性柱腳 ，地腳螺栓是在安裝就位第一節(jié)鋼柱時(shí)， 控制平面尺寸

6、和標(biāo)高的臨時(shí)固定措施。3.2 鋼柱的制作與安裝鋼柱是高層 ，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 812節(jié)構(gòu)件, 鋼柱在翻樣下料制作過程中應(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孔 、槽塞焊等形式。鋼柱標(biāo)高的控制一般有二種方式：鋼柱的長(zhǎng)度誤差不得超

7、過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。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。無論采用何種安裝方式， 都應(yīng)在翻樣下料制作過程中充分表達(dá)出來 ，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求的總高度。3.3 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，

8、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?？蚣芰簯?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)， 腹板的連接板可開橢圓孔， 橢圓孔的長(zhǎng)向尺寸不得大于2d0 并應(yīng)保證孔邊距的要求?？蚣芰旱姆瓨酉铝祥L(zhǎng)度

9、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?？蚣芰荷舷乱砭壍倪B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。腹板則采用高強(qiáng)度螺栓連接， 要充分理解設(shè)計(jì)時(shí)采用摩擦型還是承壓型高強(qiáng)螺栓。 采用摩擦型高強(qiáng)螺栓的摩擦系數(shù)應(yīng)選用合理。采用高強(qiáng)螺栓群連接時(shí) ，孔位的精度十分重要。 目前制孔一般采用模板制孔和多軸數(shù)控鉆孔， 前者精度低， 后者精度高， 應(yīng)優(yōu)先考慮采用后者。 當(dāng)采用模板制孔時(shí)， 應(yīng)保證模板的精度 ，以確保高強(qiáng)螺栓的組裝孔和工地安裝孔的精度要求。 如果孔位局部偏差， 只允許使用鉸刀擴(kuò)孔。 嚴(yán)禁使用氣割擴(kuò)孔 ，若用氣割擴(kuò)孔， 則應(yīng)按重大質(zhì)量事故處理。高強(qiáng)螺栓群應(yīng)同一方向插入螺栓孔內(nèi)，高強(qiáng)螺栓群的擰緊順序應(yīng)由中心按幅射方向逐層向外擴(kuò)展， 初擰和終擰都得按預(yù)先設(shè)定的鮮明色彩在螺帽頭上加以表示。4 結(jié)論4.1 一般高層建筑結(jié)構(gòu) ，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方面設(shè)有明顯的特點(diǎn)。 由于建筑平面決定， 剪力墻較強(qiáng)， 因此基本上是由剪力墻承受水平力。 結(jié)構(gòu)的變形性能有明顯的剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 鋼框架主要承受垂直荷載 。不起擔(dān)負(fù)第二道防線的作用。 因此 ，設(shè)計(jì)中保證剪力墻的較好抗震性能是非常重要。4.2 建筑高