探討鋼結構在建筑中的應用

【摘 要】在建筑工程中，鋼結構工程被廣泛運用于工業(yè)廠房、民用建筑、橋梁。傳統(tǒng)的磚混結構已逐漸被取代。鋼結構工程的優(yōu)越性越來越被人們所認同，質量問題也越來越引起人們的重視，本文探討鋼結構在建筑工程施工過程中加強質量控制的積極作用。

【關鍵詞】鋼結構；建筑施工；應用；安全措施

1.鋼結構在建筑施工中的特點

1.1屋面系統(tǒng)

輕鋼結構住宅屋面系統(tǒng)是由屋架、結構OSB面板、防水層、輕型屋面瓦組成的。

1.2墻體結構

輕鋼結構住宅的墻體主要由墻架柱、墻頂梁、墻底梁、墻體支撐、墻板和連接件組成。

1.3保溫節(jié)能技術

輕鋼結構為確保達到保溫效果，在建筑物的外墻和屋面中使用的保溫隔熱材料能長期使用并能保溫隔熱。

1.4防火技術

輕鋼結構一個最關鍵的問題是防火技術的應用。

1.5隔聲技術

輕鋼結構在內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉，有效阻止了通過空氣傳播的音頻部分，用二道墻柱構成帶有中間空隙的二道墻體有效減少樓層間的固體聲傳播。

2.鋼結構在建筑施工中的應用

2.1平面布置和結構選型

鋼結構適合于平面布置基本規(guī)正、勻稱、凹凸變化較少的建筑平面，不適宜軸線錯開較多，形心和質心距離較大和易于產生較大扭轉的住宅平面。鋼結構住宅設計需要對風荷載和地震荷載作用下的水平位移進行控制，因此，抗側力結構的考慮是非常重要。在住宅結構設計中常常把樓梯間、電梯間墻體設計為抗側力結構。如果位移仍然不能控制在允許值范圍內時，可以把單元之間的分戶墻或廚房、衛(wèi)生間的部分墻體也做為抗側力結構。

2.2變形限值的討論

抗側力結構可以是鋼結構，也可以是鋼筋混凝土結構。當采用鋼桁架作為抗側力結構組成純鋼結構時，規(guī)范規(guī)定:在風力作用下，層間位移1/400，頂點位移1/500;在地震作用下，層間位移1/250，頂點位移1/300。因此，采用鋼桁架作抗側力結構可能造成用鋼指標有較大提高，從而增加造價。

2.3層數(shù)和層高的確定

任何一種結構形式都有它的適用范圍、最佳建造高度。鋼結構正是在高層、超高層建筑中具有獨到的優(yōu)勢，高層住宅由于地震設防，梁、柱斷面雖然與同條件鋼筋混凝土梁、柱相比要小的多，但在尋常百姓家的居室中，梁柱的存在仍然是十分尷尬的事。相比之下，我們認為鋼結構用于多層和“小高層”，是具備一定優(yōu)勢的。

2.4柱網確定和柱斷面型式的選擇

柱網的確定一般根據(jù)平面分割情況，結合梁的位置和截面高度，以及鋼梁的隱蔽方法來決定。外墻處的柱距是柱網確定的關鍵，把沿外墻鋼梁和外墻窗上皮的高度關系處理好，柱網也就基本確定了。鋼柱的截面型式大體分為三種:圓管柱、方管(箱形)柱和H型鋼柱。其中，管柱內澆注混凝土，形成鋼管混凝土柱，承載力比鋼筋混凝土柱大幅度提高，因此用鋼量較省。

2.5鋼結構對連接的要求及連接方法

設計時應根據(jù)連接節(jié)點的位置及其所要求的強度和剛度，合理地確定連接方式及節(jié)點的細部構造和計算方法，并應注意以下幾點；（1）連接的設計應與結構內力分析時的假定相一致；（2）結構的荷載，內力組合應能提供連接的最不利受力工況；（3）連接的構造應傳力直接，各零件受力明確，并盡可能避免嚴重的應力集中；（4）連接的計算模型應能考慮剛度不同的零件間的變形協(xié)調；（5）構件相互連接的節(jié)點應盡可能避免偏心，不能完全避免時應考慮偏心的影響；（6）避免在結構內產生過大的殘余應力，尤其是約束造成的殘余應力，避免焊縫過度密集；（7）厚鋼板沿厚度方向受力容易出現(xiàn)層間撕裂，節(jié)點設計時應予以充分注意；（8）連接的構造應便于制作、安裝，綜合造價低。

2.6結構體系選擇

5-6層以下的，可采用框架體系或框架-支撐體系，6層以上的可采用框架支撐體系或框架-混凝土剪力墻體系。多層房屋大多采用雙重體系。框架柱有H型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱。在小高層中，組合柱比H型鋼柱省鋼。剪力墻比鋼支撐的延性低，在大震時延性低的地震力大，延性好的地震力小，從抗大震的性能來說，鋼支撐比砼剪力墻好。 鋼框架-砼剪力墻體系屬混合結構，對它的抗震性能目前研究還不夠，未列入抗震規(guī)范，雖然現(xiàn)在應用較多，選用時應慎重。核心筒宜用小鋼柱加強，也有利于安裝。

3.鋼結構制作與安裝

3.1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件，在加工制造中必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的驗收標準。100m高的超高層鋼柱一般分為8～12節(jié)構件，鋼柱在翻樣下料制作過程中應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度不等于設計長度，即使只有幾毫米也不能忽略不計。矩形或方形鋼柱內的加勁板的焊接應按現(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。

鋼柱標高的控制：按相對標高制作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過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，制作安裝一般在12層以下，層高控制不十分嚴格的建筑物；按設計標高制作安裝。一般在12層以上，精度要求較高的層高，應按土建的標高安裝第一節(jié)鋼柱底面標高，每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。

3.2框架梁的制作與安裝

為保證框架梁與鋼柱連接處的節(jié)點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，在框架梁所在位置設置懸臂梁(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。框架梁與鋼柱的懸臂梁連接，上下翼緣的連接采用襯板全熔透焊縫，腹板采用高強螺栓連接。

由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大于鋼結構的精度要求，當框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時，腹板的連接板可開橢圓孔，橢圓孔的長向尺寸不得大于2d0(d0為螺栓孔徑)，并應保證孔邊距的要求。框架梁的翻樣下料長度同樣不等于設計長度，需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經驗公式計算再按實際加工之后校核，確定其翻樣下料的精確長度。腹板則采用高強度螺栓連接，要充分理解設計時采用摩擦型還是承壓型高強螺栓。采用摩擦型高強螺栓的摩擦系數(shù)應選用合理。采用高強螺栓群連接時，孔位的精度十分重要。

4.鋼結構安裝階段的質量與安全控制

嚴格按照施工圖施工安裝，作為施工單位，取得施工圖以后，一定要組織有經驗的技術人員進行圖紙會審，看看應用規(guī)范有沒有問題：節(jié)點圖有沒有表述清楚：強制性條文所要求的內容在設計總說明中有沒有顯示，各種材料的規(guī)格、型號、性能、等級、施工的質量要求和工程的安全等級有沒有明確：節(jié)點設計是否合理；施工中有沒有不可逾越的難度等，都要向設計單位預先提出。鋼構件安裝質量控制。柱、梁安裝時，主要檢查柱底版下的墊鐵是否墊實、墊平，柱是否垂直和位移，梁的垂直、平直、側向彎曲、螺栓的擰緊程度以及摩擦面清理，驗收合格后，方可起吊。當鋼結構安裝形成空間固定單元，并進行驗收合格后，要求施工單位將柱底板和基礎頂面的空間用膨脹混凝土二次澆筑密實。

螺栓安裝質量的控制。鋼結構工程中螺栓連接一般用高強螺栓和普通螺栓，普通螺栓連接，每個螺栓一端不得墊2個以上墊片，螺栓孔不得用氣割擴孔，螺栓擰緊后外露螺紋不得少于2個螺距高強螺栓使用前我們檢查螺栓的格證和復試單，安裝過程中板疊接觸面應平整，接觸面必須大于75％，邊緣縫隙不得大于0.8mm，高強螺栓應自由穿入，不得敲打和擴孔：高強螺栓不得作為臨時安裝螺栓，螺栓擰緊應按一個方向施擰，當天安裝的應終擰完畢，終擰完畢應逐個檢查，對欠擰、超擰的應進行補擰或更換。

5.結束語

鋼結構工程的結構性能好、施工速度快，大量的鋼結構工業(yè)廠房、高層建筑、橋梁相繼出現(xiàn)，取代了一部分傳統(tǒng)的磚混結構、混凝土框架結構建筑。鋼結構的大部分構件在工廠中加工完成，施工現(xiàn)場的主要工作是組合安裝，施工質量的好壞是直接影響工程結構的安全，因此控制工程施工質量是保證施工安全、高效的必要條件。