探讨钢结构在建筑中的应用

【摘　要】在建筑工程中，钢结构工程被广泛运用于工业厂房、民用建筑、桥梁。传统的砖混结构已逐渐被取代。钢结构工程的优越性越来越被人们所认同，质量问题也越来越引起人们的重视，本文探讨钢结构在建筑工程施工过程中加强质量控制的积极作用。

【关键词】钢结构；建筑施工；应用；安全措施

1.钢结构在建筑施工中的特点

1.1屋面系统

轻钢结构住宅屋面系统是由屋架、结构OSB面板、防水层、轻型屋面瓦组成的。

1.2墙体结构

轻钢结构住宅的墙体主要由墙架柱、墙顶梁、墙底梁、墙体支撑、墙板和连接件组成。

1.3保温节能技术

轻钢结构为确保达到保温效果，在建筑物的外墙和屋面中使用的保温隔热材料能长期使用并能保温隔热。

1.4防火技术

轻钢结构一个最关键的问题是防火技术的应用。

1.5隔声技术

轻钢结构在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉，有效阻止了通过空气传播的音频部分，用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体有效减少楼层间的固体声传播。

2.钢结构在建筑施工中的应用

2.1平面布置和结构选型

钢结构适合于平面布置基本规正、匀称、凹凸变化较少的建筑平面,不适宜轴线错开较多,形心和质心距离较大和易于产生较大扭转的住宅平面。钢结构住宅设计需要对风荷载和地震荷载作用下的水平位移进行控制,因此,抗侧力结构的考虑是非常重要。在住宅结构设计中常常把楼梯间、电梯间墙体设计为抗侧力结构。如果位移仍然不能控制在允许值范围内时,可以把单元之间的分户墙或厨房、卫生间的部分墙体也做为抗侧力结构。

2.2变形限值的讨论

抗侧力结构可以是钢结构,也可以是钢筋混凝土结构。当采用钢桁架作为抗侧力结构组成纯钢结构时,规范规定:在风力作用下,层间位移1/400,顶点位移1/500;在地震作用下,层间位移1/250,顶点位移1/300。因此,采用钢桁架作抗侧力结构可能造成用钢指标有较大提高,从而增加造价。

2.3层数和层高的确定

任何一种结构形式都有它的适用范围、最佳建造高度。钢结构正是在高层、超高层建筑中具有独到的优势,高层住宅由于地震设防,梁、柱断面虽然与同条件钢筋混凝土梁、柱相比要小的多,但在寻常百姓家的居室中,梁柱的存在仍然是十分尴尬的事。相比之下,我们认为钢结构用于多层和“小高层”,是具备一定优势的。

2.4柱网确定和柱断面型式的选择

柱网的确定一般根据平面分割情况,结合梁的位置和截面高度,以及钢梁的隐蔽方法来决定。外墙处的柱距是柱网确定的关键,把沿外墙钢梁和外墙窗上皮的高度关系处理好,柱网也就基本确定了。钢柱的截面型式大体分为三种:圆管柱、方管(箱形)柱和H型钢柱。其中,管柱内浇注混凝土,形成钢管混凝土柱,承载力比钢筋混凝土柱大幅度提高,因此用钢量较省。

2.5钢结构对连接的要求及连接方法

设计时应根据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应注意以下几点；（1）连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；（2）结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利受力工况；（3）连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避免严重的应力集中；（4）连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变形协调；（5）构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时应考虑偏心的影响；（6）避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，避免焊缝过度密集；（7）厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应予以充分注意；（8）连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。

2.6结构体系选择

5-6层以下的,可采用框架体系或框架-支撑体系,6层以上的可采用框架支撑体系或框架-混凝土剪力墙体系。多层房屋大多采用双重体系。框架柱有H型钢柱,钢管砼柱和钢骨砼柱,后两种为组合柱。在小高层中,组合柱比H型钢柱省钢。剪力墙比钢支撑的延性低,在大震时延性低的地震力大,延性好的地震力小,从抗大震的性能来说,钢支撑比砼剪力墙好。 钢框架-砼剪力墙体系属混合结构,对它的抗震性能目前研究还不够,未列入抗震规范,虽然现在应用较多,选用时应慎重。核心筒宜用小钢柱加强,也有利于安装。

3.钢结构制作与安装

3.1钢柱的安装

钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。100m高的超高层钢柱一般分为8～12节构件,钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形,所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度,即使只有几毫米也不能忽略不计。矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。

钢柱标高的控制：按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm,不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形,建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格,制作安装一般在12层以下,层高控制不十分严格的建筑物；按设计标高制作安装。一般在12层以上,精度要求较高的层高,应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高,每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。

3.2框架梁的制作与安装

为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿),悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁连接,上下翼缘的连接采用衬板全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。

由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0(d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度。腹板则采用高强度螺栓连接,要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。采用高强螺栓群连接时,孔位的精度十分重要。

4.钢结构安装阶段的质量与安全控制

严格按照施工图施工安装，作为施工单位，取得施工图以后，一定要组织有经验的技术人员进行图纸会审，看看应用规范有没有问题：节点图有没有表述清楚：强制性条文所要求的内容在设计总说明中有没有显示，各种材料的规格、型号、性能、等级、施工的质量要求和工程的安全等级有没有明确：节点设计是否合理；施工中有没有不可逾越的难度等，都要向设计单位预先提出。钢构件安装质量控制。柱、梁安装时，主要检查柱底版下的垫铁是否垫实、垫平，柱是否垂直和位移，梁的垂直、平直、侧向弯曲、螺栓的拧紧程度以及摩擦面清理，验收合格后，方可起吊。当钢结构安装形成空间固定单元，并进行验收合格后，要求施工单位将柱底板和基础顶面的空间用膨胀混凝土二次浇筑密实。

螺栓安装质量的控制。钢结构工程中螺栓连接一般用高强螺栓和普通螺栓，普通螺栓连接，每个螺栓一端不得垫2个以上垫片，螺栓孔不得用气割扩孔，螺栓拧紧后外露螺纹不得少于2个螺距高强螺栓使用前我们检查螺栓的格证和复试单，安装过程中板叠接触面应平整，接触面必须大于75％，边缘缝隙不得大于0.8mm，高强螺栓应自由穿入，不得敲打和扩孔：高强螺栓不得作为临时安装螺栓，螺栓拧紧应按一个方向施拧，当天安装的应终拧完毕，终拧完毕应逐个检查，对欠拧、超拧的应进行补拧或更换。

5.结束语

钢结构工程的结构性能好、施工速度快，大量的钢结构工业厂房、高层建筑、桥梁相继出现，取代了一部分传统的砖混结构、混凝土框架结构建筑。钢结构的大部分构件在工厂中加工完成，施工现场的主要工作是组合安装，施工质量的好坏是直接影响工程结构的安全，因此控制工程施工质量是保证施工安全、高效的必要条件。