第七章 钢结构工程

1. 第七章 钢结构工程 济南铁道职业技术学院 2006年7月

2. §7-1 钢结构加工制作工艺 钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点： （1）材料强度高，钢材质量轻。 （2）韧性、塑性好。 （2）材质均匀。 （3）制造简单，施工周期短。 （4）密封性好。

3. 钢结构的缺点有： （1）耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。 （2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。

4. 一、钢结构的加工制作 • （一）加工制作前的准备工作 • 1.加工制作图;2.加工制作前的施工条件分析;3.钢卷尺：同一把尺;4.上岗培训、操作考核、技术交底 • 二、钢结构加工制作的工艺程序 • 1、放样 • 放样是钢结构制作工艺中的第一道工序，其工作的准确与否将直接影响到整个产品的质量，至关重要。 • 放样工作包括如下内容：核对图纸的安装尺寸和孔距；以1:1的大样放出节点；核对各部分的尺寸；制作样板和样杆作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据 • 2、号料 • 号料（也称划线），即利用样板、样杆或根据图纸，在板料及型钢上画出孔的位置和零件形状的加工界线。号料的一般工作内容包括：检查核对材料；在材料上划出切割、铣、刨、弯曲、钻孔等加工位置，打冲孔，标注出零件的编号等。

5. 常采用以下几种号料方法：①集中号料法 ②套料法③统计计算法④余料统一号料法常采用以下几种号料方法：①集中号料法 ②套料法③统计计算法④余料统一号料法 • 3、切割下料 • 目的就是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下料分离。钢材的切割可以通过切削、冲剪、摩擦机械力和热切割来实现。 • 常用的切割方法有：机械剪切、气割和等离子切割三种方法。 • 4、坡口加工 • 5、开孔 •  在钢结构制孔中包括铆钉孔、普通螺栓连接孔、高强度螺栓孔、地脚螺栓孔等，制孔方法通常有冲孔和钻孔两种。 • 6、组装 • 二、钢结构构件的验收、运输、堆放

6. §7-2 钢结构构件的焊接 一、钢结构构件常用的焊接方法 • 焊接结构根据对象和用途大致可分为建筑焊接结构、贮罐和容器焊接结构、管道焊接结构、导电性焊接结构。主要焊接方法：手工电弧焊、气体保护焊、自保护电弧焊、埋弧焊、螺柱焊、点焊 a）手工电弧焊； b）自动电弧焊 电弧焊 1—电源；2—导线；3—夹具；4—焊条；5—电弧；6—焊件； 7—焊缝；8—转盘；9—漏斗；10——熔剂；11熔化的熔剂；12—移动方向

7. 二、 质量检查 • 1.焊前检验 • 2.焊接生产中的检验： • 无损检验（外观检查、致密性检验、无损探伤） • 破坏性检验 • 3.成品检验

8. §7-3紧固件连接工程 螺栓作为钢结构连接紧固件，通常用于构件间的连接、固定、定位等。钢结构中的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓或高强度螺栓而不施加紧固力，该连接即为普通螺栓连接；高强度螺栓并对螺栓施加紧固力，该连接称高强度螺栓连接。 • 一、普通螺栓连接 • 钢结构普通螺栓连接即将普通螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。 • 普通螺栓的施工要求： • （1）连接要求 • （2）直径和长度选择 • （3）螺栓紧固

9. 二、高强螺栓连接 • 高强度螺栓连接已经发展成为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一，它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高，施工简便等优点，被广泛地应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工地连接中。 高强度螺栓连接按其受力状况，可分为摩擦型连接、摩擦-承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型，其中摩擦型连接是目前广泛采用的基本连接形式。 • （1）高强度六角头螺栓 钢结构用高强度大六角头螺栓，分为8.8和10.9两种等级，一个连接副为一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。高强度螺栓连接副应同批制造，保证扭矩系数稳定，同批连接副扭矩系数平均值为0.110~0.150，其扭矩系数标准偏差应不大于0.010。 •  （2）扭剪型高强度螺栓 钢结构用扭剪型高强度螺栓一个螺栓连接副为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈，它适用于摩擦型连接的钢结构。

10. 高强度螺栓施工只要包括以下几个方面：    （1）施工的机具a．手动扭矩扳手      各种高强度螺栓在施工中以手动紧固时，都要使用有示明扭矩值的扳手施拧，使达到高强度螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。一般常用的手动扭矩扳手有指针式、音响式和扭剪型三种。 • b.扭剪型手动扳手        这是一种紧固扭剪型高强度螺栓使用的手动力矩扳手。配合扳手紧固螺栓的套筒，设有内套筒弹簧、内套筒和外套筒。这种扳手靠螺栓尾部的卡头得到紧固反力，使紧固的螺栓不会同时转动。内套筒可根据所紧固的扭剪型高强度螺栓直径而更换相适应的规格。紧固完毕后，扭剪型高强度螺栓卡头在颈部被剪断，所施加的扭矩可以视为合格。c．电动扳手   钢结构用高强度大六角头螺栓紧固时用的电动扳手有：NR-9000A，NR-12和双重绝缘定扭矩、定转角电动扳手等，是拆卸和安装六角高强度螺栓机械化工具，可以自动控制扭矩和转角，适用于钢结构桥梁、厂房建设、化工、发电设备安装大六角头高强度螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高强度螺栓的初拧，以及对螺栓紧固件的扭矩或轴力有严格要求的场合。

11. （2）高强度螺栓的施工a．大六角头高强度螺栓       （a）扭矩法施工        在采用扭矩法终拧前，应首先进行初拧，对螺栓多的大接头，还需进行复拧。初拧的目的就是使连接接触面密贴，一般常用规格螺栓（M20、M22、M24）的初拧扭矩在200~300N·m，螺栓轴力达到10~50kN即可。初拧、复拧及终拧一般都应从中间向两边或四周对称进行，初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记，避免漏拧、超拧等不安全隐患，同时也便于检查人员检查紧固质量。      （b）转角法施工     转角法就是利用螺母旋转角度以控制螺杆弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。采用转角法施工可避免较大的误差。

12. 转角法施工分初拧和终拧两步进行（必要时需增加复拧），初拧的要求比扭矩法施工要严，因为起初连接板间隙的影响，螺母的转角大都消耗于板缝，转角与螺栓轴力关系不稳定。初拧的目的是为消除板缝影响，使终拧具有一致的基础。转角法施工在我国已有30多年的历史，但对初拧扭矩尚没有一定的标准，各个工程根据具体情况确定，一般地讲，对于常用螺栓，初拧扭矩定在200~300N·m比较合适，初拧应该使连接板缝密贴为准。终拧是在初拧的基础上，再将螺母拧转一定的角度，使螺栓轴向力达到施工预拉力。转角法施工分初拧和终拧两步进行（必要时需增加复拧），初拧的要求比扭矩法施工要严，因为起初连接板间隙的影响，螺母的转角大都消耗于板缝，转角与螺栓轴力关系不稳定。初拧的目的是为消除板缝影响，使终拧具有一致的基础。转角法施工在我国已有30多年的历史，但对初拧扭矩尚没有一定的标准，各个工程根据具体情况确定，一般地讲，对于常用螺栓，初拧扭矩定在200~300N·m比较合适，初拧应该使连接板缝密贴为准。终拧是在初拧的基础上，再将螺母拧转一定的角度，使螺栓轴向力达到施工预拉力。 • b．扭剪型高强度螺栓      扭剪型高强度螺栓连接副紧固施工比大六角头高强度螺栓连接副紧固施工要简便得多，正常的情况采用专用的电动扳手进行终拧，梅花头拧掉标志着螺栓终拧的结束。

13. §7-4 单层钢结构安装工程 • 钢结构单层工业厂房一般由柱、柱间支撑、吊车梁、制动梁（桁架）屋架、天窗架、上下支撑、檩条及墙体骨架等构件组成。柱基通常采用钢筋混凝土阶梯或独立基础。

15. 安装前的准备工作 • 核对进场资料、质量证明、设计变更、图纸等技术资料 • 落实深化施工组织设计，做好起吊前的准备工作 • 掌握安装前后的外界环境，如风力、温度、风雪、日照等 • 图纸的会审和自审 • 基础验收 • 垫板设置 • 灌筑砂浆采用无收缩微膨胀砂浆，且比基础砼高一个等级

16. 二、钢柱子安装 设置标高观测点和中心线标志，标高观测点的设置应与牛腿支承面为基准，且便于观察，无牛腿柱应以柱顶端与桁架连接的最后一个安装孔中心为基准。 中心线标志应符合相应规定 多节柱安装时，宜将柱组装后再整体吊装。 钢柱吊装后应进行调整，如温差、阳光侧面照射等引起的偏差 柱子安装后允许偏差应符合相应规定 屋架、吊车梁安装后，进行总体调整，然后再进行固定连接。 长细比较大的柱子，吊装后应增加临时固定措施。 柱间支撑应在柱子找正后再进行安装。

17. 三、吊车梁的安装 • 应在柱子第一次校正的柱间支撑安装后进行，安装顺序从有柱间支撑的跨间开始，吊装后的吊车梁应进行临时固定。 • 吊车梁的校正应在屋面系统构件安装并永久连接后进行，其允许偏差应符合相应规定。 • 其标高的校正可通过调整柱底板下垫板厚度进行。 • 吊车梁下翼缘与柱牛腿的连接应符合相应规定。 • 吊车梁与辅助桁架的安装宜采用拼装后整体吊装，其侧向弯曲、扭曲和垂直度应符合规定。 四、吊车轨道安装 五、屋面系统结构安装 六、维护系统结构安装 七、平台、梯子及栏杆的安装

18. 国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m×76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面 ，总用钢量达16万t 。 国家体育场

19. §7-5 多层及高层钢结构安装工程 用于钢结构高层建筑的体系有：框架结构、框架-剪力墙结构、框筒结构、组合筒体系及交错钢桁架体系等。钢结构具有强度高、抗震性能好、施工速度快的优点，所以在高层建筑中得到广泛应用。但同时对钢量大、造价高、防火要求高。 大跨度钢结构 • 钢屋架 • 网架、网壳结构 • 悬索结构 • 拱架结构 • 桥梁结构

20. “绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运” 建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。 天津奥林匹克体育场俯瞰效果图

21. 国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。

22. （2）重型厂房结构 西安变压器厂（400t吊车）

23. 由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。 上海环球金融中心

24. 金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。 上海金茂大厦

25. 央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行 。 央视新台址

26. 长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。 台北101 直径5.5m，中670t的阻尼器

27. （4）高耸建筑 电视塔、微波塔、通讯塔等 东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高 塔。她于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。 东方明珠电视塔

28. 一、安装前的准备工作 • 检查并标注定位轴线及标高的位置 • 检查钢柱基础，包括基础的中心线、标高、地角螺栓等 • 确定流水方向，划分施工段 • 安排钢构件在现场的堆放位置 • 选择起重机械 • 选择吊装方法：分件吊装、综合吊装等 • 轴线、标高、螺栓允许偏差应符合相应规定。 二、安装与校正 （一）钢柱的吊装与校正 • 钢柱吊装：选用双机抬吊（递送法）或单机抬吊（旋转法），并做好保护。 • 钢柱校正：对垂直度、轴线、牛腿面标高进行初验，柱间间距用液压千斤顶与钢楔或倒链与钢丝绳校正。 • 柱底灌浆：先在柱脚四周立模板、将基础上表面清除干净，用高强聚合砂浆从一侧自由灌入至密实。

29. （二）钢梁的吊装与校正 • 钢梁吊装前，应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距，并应在梁上装好扶手和扶手绳，以便待主梁吊装就位后，将扶手绳与钢柱系牢，以保证施工人员的安全。钢梁一般可在钢梁的翼缘处开孔为吊点，其位置取决于钢梁的跨度。 • 为减少高空作业，保证质量，并加快吊装进度，可将梁、柱在地面组装成排架后进行整体吊装。 • 要反复校正，符合要求。 三、构件间的连接 • 钢柱间的连接常采用坡口焊连接，主梁与钢柱的连接一般上、下翼缘用坡口焊连接，而腹板用高强螺栓连。次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接，少量再在上、下翼缘处用坡口焊连接。 • 柱与梁的焊接顺序，先焊接顶部柱、梁节点，再焊接底部柱、梁结点，最后焊接中间部分的柱、梁节点。 • 高强螺栓连接两个连接构件的紧固顺序是：先主要构件，后次要构件。 • 工字形构件的紧固顺序是：上翼缘、下翼缘、腹板。 • 同一节柱上各梁柱节点的紧固顺序：柱子上部的梁柱节点、柱子下部的梁柱节点、柱子中部的梁柱节点。

30. §7-6 钢网架结构安装工程 • 网架结构是由多根杆件按照一定的规律布置，通过结点连接而成的网格状杆系结构。具有空间受力特点 • 网架结构的整体性好，能有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动力荷载。其构件和节点可定型化，适用于工厂成批生产，现场拼装。 • 网架结构安装方法：高空拼装法、整体安装法、高空滑移法

31. 一、高空拼装法 • 先在地面上搭设拼装支架，然后用起重机把网架构件分件或分块吊至空中的设计位置，在支架上进行拼装的方法。 • 网架的总的拼装顺序是从建筑物的一端开始向另一端以两个三角形同时推进，待两个三角形相反后，则按人字形逐渐向前推进，最后在另一端的正中闭合。每榀块体的安装顺序，在开始的两个三角形部分是由屋脊部分开始分别向两边拼装，两个三角形相交后，则由交点开始同时向两边推进。 二、整体安装法 • 1.多机抬吊法 • 准备工作简单，安装快速方便，适用于跨度40m左右、高度在25m左右的中小型网架屋盖吊装。 • 2.提升机提升法 • 在结构柱上安装升板工程用的电动穿心式提升机，将地面正位拼装的网架直接整体提升到柱顶横梁就位。本方法不需大型吊装设备，机具和安装工艺简单，提升平稳，劳动强度底，工效高，施工安全，但准备工作量大。适用于跨度50~70m左右、高度在40m以上、重复较大的大、中型周边支承网架屋盖吊装。

32. 3.桅杆提升法 • 网架在地面错位拼装，用多根独脚桅杆将其整体提升到柱顶以上，然后进行空中旋转和移位，落下就位安装，本法起重量大，可达1000~2000kN，桅杆高度可达50~60m，但所需设备数量大、准备工作的操作较复杂，适用于安装高、重、大（跨度80~100m）的大型网架屋盖吊装。 • 4.千斤顶顶升法 • 是利用支承结构和千斤顶将网架整体顶升到设计位置。其设备简单，不用大型吊装设备；顶升支承结构可利用永久性支承，拼装网架不需要搭设拼装支架，可节省费用，降低施工成本，操作简便安全。但顶升速度较慢，且对结构顶升的误差控制要求严格，以防失稳。适用于安装多支点支承的各种四角锥网架屋盖。 三、高空滑移法 • 不需大型设备；可与室内其他工种作业平等进行，缩短总工期；用工省，减少高空作业；施工速度快。适用于场地狭小或跨越其他结构、起重机无法进入网架安装区域的中小型网架。