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【技術交流】超實用!從這四方面解析鋼結構設計+施工要點


鋼結構



鋼結構具有强度高,自重轻,结构可靠性高,绿色环保,可重复利用等优势,随着鋼結構建筑建设得越来越高,体量越来越大,应用越来越广泛,对于鋼結構的质量控制尤为重要,下面整理了相关要点,一起来看看吧。


鋼結構设计要点


圖紙設計

首先要重視上部、下部結構的協同工作,應計入多向地震作用的效應。考慮上下部結構協同工作的最合理方法是按整體結構模型進行地震作用計算。下部結構簡化必須依據可靠且符合動力學原理,即應綜合考慮剛度和質量等效後的有效性。

利用軟件對設計模型進行建模,並進行計算分析。具體操作時,應合理確定計算模型,確保屋蓋等結構與主要支承部位的連接與構造相符。此外,還應考慮受力分析。計算分析時除模擬結構整體成型後的受力情況外,還要兼顧其施工過程的特殊受力情況,避免在結構成型前因爲局部受力超過設計值而破壞。對于施工過程的計算模擬需要考慮構件吊裝、不同施工階段工況、結構預變形技術、構件的預拼裝、卸載等。

結構布置

結構布置宜避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的内力、变形集中。对于可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。因此在进行結構布置时,应确保质量与刚度分布均衡和结构的整体性和传力明确。

屋蓋的地震作用應能有效地通過支座向下傳遞;避免屋蓋內力集中或較大扭轉效應,爲此屋蓋、支承及下部結構的布置宜均勻對稱;保證屋蓋結構的整體性,因此應優先采用空間傳力體系、避免局部削弱或突變的薄弱部位;宜采用輕型屋面系統,因此應嚴格控制屋面系統的單位自重。


鋼結構质量控制要点


安裝精度控制

复杂空间鋼結構在安装时应进行测控,由于鋼結構施工测量控制作为施工技术的一部分,其工程施工方案的合理性、先进性,从大量的测控数据信息中分析结果并得到反应和证实。对于大跨度鋼結構,由于在施工过程中,结构的变形和受力状态与成型后有很大的差异,所以需要利用各式各样支撑胎架来保证结构的精度。

拆卸控制

由于大跨度鋼結構具有卸载总吨位大,卸载点分布广,单点卸载受力大,卸载计算分析工作量大等特点,若支撑力释放不合理,会破坏结构或使脚手架逐步失稳。因此在鋼結構卸载时必须以体系转换方案为原则,以结构计算分析为依据,以结构安全为宗旨,以变形协调为核心,以实时监控为保障,严格按照等比法和等距法两种卸载方法的要求进行操作。

吊裝方案

大跨度钢梁吊装时,若未进行合理的吊点计算,仍然选择传统的两点吊装,由于钢梁结构较长,吊点间距较大,以及自重和可变荷载作用等因素,钢梁和钢索都受到很大的轴向力作用,易出现钢梁侧向弯曲,甚至发生更加严重的变形。大跨度鋼結構施工现场应加强管理,增加工人业务知识培训,使其对构件的受力特性及吊装知识有更加具象的理解。同时强化施工组织设计对吊裝方案进行合理的论证,以选择较为合理的吊裝方案。

安裝順序

由于大跨度鋼結構对安裝順序要求较高,若未合理考虑安裝順序,钢构件也不符合吊装的需要,则可能影响到结构的安全。施工组织设计时,应合理安排安裝順序,工厂加工、构件运输、现场安装应统一配合,施工过程中,严格执行。除认真制订适合工程的安裝順序外,还应选择有经验的施工队伍进行安装,避免产生质量隐患。


鋼結構施工技术要点


結構構件和異型節點的制作技術 

各种大跨度、复杂空间形状的鋼結構建筑由于需要局部受力复杂,制作难度大的钢构件,因此在复杂工程项目施工时应考虑结构构件和异型节点的制作应满足受力条件,确保工程质量安全。

整體滑移施工技術 

大跨度鋼結構施工中较为关键的问题是结构在形成空间整体前的稳定性。通过滑移施工技术利用能够控制同步的牵引设备,将分成若干个稳定体的结构沿着一定的轨道,由拼装位置水平移动到设计位置,可较好地解决了该问题。但在使用时要注意其要求结构平面外刚度大,需要铺设轨道,多点牵拉时同步控制难度大的特点。

整體提升施工技術

該技術通過以液壓千斤頂作爲動力設備,根據各作業點提升力的要求,將若幹液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群,並在計算機控制下同步運動,保證提升或移位過程中大型結構的姿態平穩、負荷均衡。

高空無支托拼裝施工技術 

高空塊體擴大單元無支托組裝技術,施工原理是:將結構體系合理的分段,選擇吊裝順序,使施工過程無需搭設支撐平台,利用結構自身剛度形成穩定單元,通過不斷擴大單元接裝,最後形成整體結構。

鋼結構焊接施工技术

焊接時,對于要求全焊透的焊縫,應盡量采用單面焊雙面成形工藝,以保證各處均勻加熱;而對于導熱快,散熱面積大的焊件,可選用長弧預熱後再焊接焊縫的起頭處與接頭處,並在焊前預熱或焊接的同時用火焰進行加熱。同時,選用的焊接電流不應過小,焊接速度不應過快。同時應時刻注意觀察熔渣的流動方向,以防止形成固體夾雜,並盡可能保持垂直,避免過度傾斜。

鋼結構防腐施工技术

應采用滾塗和刷塗料相結合的方法進行施工,大面積構建采用滾塗,小構件采用刷塗,具體施工方法應根據現場條件合理選擇。同時,應使第一層底漆塗刷時的方向保持一致,且接槎整齊,並應遵循勤沾、短刷的原則,按照規範要求操作,以防刷子帶漆太多而造成流墜。此外,塗刷時不能用力過大,回刷次數不宜過多,且應縱橫交織塗刷,以增加每層塗料相互粘結,並補充塗刷不足之處。


鋼結構加固要点


改变鋼結構计算图形加固法

采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加杆件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。改變結構計算圖形的一般方法爲:

(1)增加支撐形成空間結構並按空間結構驗算,加設支撐增加結構剛度或調整結構的自振頻率等,以提高結構承載力和改善結構動力特性;

(2)增設支撐或輔助杆件,使結構的長細比減小以提高其穩定性;

(3)在排架結構中重點加強某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其他柱列負荷。

增設支點加固法

梁、板在跨中增設支點後,減小了跨度,從而能較大幅提高承載能力,並能減小和限制梁、板的撓曲變形。適用于房屋淨空不受限制的大跨度結構中梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。其優點是簡單可靠,缺點是使用空間會受到一定影響。

有粘結外包型鋼加固法

外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般采用濕式外包法,即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構件粘結成一整體,加固後的構件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅提高,因此正截面承載力和截面剛度也大幅提高。

粘貼纖維增強塑料加固法

粘貼纖維增強塑料加固法除具有粘結外包型鋼加固法相似的优点外,还具有耐腐浊,耐潮湿,几乎不增加结构自重,耐用,维护费用较低等优点,但需专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

加固工程完成後,應用小錘輕輕敲擊粘貼鋼板,從響聲判斷粘接效果或用超聲波法探測粘貼密度。如錨固區粘貼面積少于90%,非錨固區粘貼面積少于70%,則此粘貼無效,應剝下重新粘貼。

對于重大工程,爲檢驗加固效果,須抽樣進行荷載試驗,一般僅作標准使用荷載試驗,即將卸去的荷載重新全部加上,其結構的變形和裂縫開展應滿足設計使用要求。

预应力加固鋼結構技术

采用螺栓连接需要在损伤部位附近的母材上开孔,削弱了截面,形成新的应力集中区;普通螺栓在动载作用下易松动,高强螺栓易发生应力松弛现象,降低了结构的修补效果。粘钢加固技术是在鋼結構表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,依靠结构胶使之粘结成整体共同工作,以提高结构承载力。缺点是使结构重量增加很多,钢板不易制作成各种复杂形状,运输和安装也不方便,且钢板易锈蚀,影响粘结强度,维护费用高。

鋼結構



鋼結構具有强度高,自重轻,结构可靠性高,绿色环保,可重复利用等优势,随着鋼結構建筑建设得越来越高,体量越来越大,应用越来越广泛,对于鋼結構的质量控制尤为重要,下面整理了相关要点,一起来看看吧。

鋼結構设计要点


圖紙設計

首先要重視上部、下部結構的協同工作,應計入多向地震作用的效應。考慮上下部結構協同工作的最合理方法是按整體結構模型進行地震作用計算。下部結構簡化必須依據可靠且符合動力學原理,即應綜合考慮剛度和質量等效後的有效性。

利用軟件對設計模型進行建模,並進行計算分析。具體操作時,應合理確定計算模型,確保屋蓋等結構與主要支承部位的連接與構造相符。此外,還應考慮受力分析。計算分析時除模擬結構整體成型後的受力情況外,還要兼顧其施工過程的特殊受力情況,避免在結構成型前因爲局部受力超過設計值而破壞。對于施工過程的計算模擬需要考慮構件吊裝、不同施工階段工況、結構預變形技術、構件的預拼裝、卸載等。

結構布置

結構布置宜避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的内力、变形集中。对于可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。因此在进行結構布置时,应确保质量与刚度分布均衡和结构的整体性和传力明确。

屋蓋的地震作用應能有效地通過支座向下傳遞;避免屋蓋內力集中或較大扭轉效應,爲此屋蓋、支承及下部結構的布置宜均勻對稱;保證屋蓋結構的整體性,因此應優先采用空間傳力體系、避免局部削弱或突變的薄弱部位;宜采用輕型屋面系統,因此應嚴格控制屋面系統的單位自重。

鋼結構质量控制要点


安裝精度控制

复杂空间鋼結構在安装时应进行测控,由于鋼結構施工测量控制作为施工技术的一部分,其工程施工方案的合理性、先进性,从大量的测控数据信息中分析结果并得到反应和证实。对于大跨度鋼結構,由于在施工过程中,结构的变形和受力状态与成型后有很大的差异,所以需要利用各式各样支撑胎架来保证结构的精度。

拆卸控制

由于大跨度鋼結構具有卸载总吨位大,卸载点分布广,单点卸载受力大,卸载计算分析工作量大等特点,若支撑力释放不合理,会破坏结构或使脚手架逐步失稳。因此在鋼結構卸载时必须以体系转换方案为原则,以结构计算分析为依据,以结构安全为宗旨,以变形协调为核心,以实时监控为保障,严格按照等比法和等距法两种卸载方法的要求进行操作。

吊裝方案

大跨度钢梁吊装时,若未进行合理的吊点计算,仍然选择传统的两点吊装,由于钢梁结构较长,吊点间距较大,以及自重和可变荷载作用等因素,钢梁和钢索都受到很大的轴向力作用,易出现钢梁侧向弯曲,甚至发生更加严重的变形。大跨度鋼結構施工现场应加强管理,增加工人业务知识培训,使其对构件的受力特性及吊装知识有更加具象的理解。同时强化施工组织设计对吊裝方案进行合理的论证,以选择较为合理的吊裝方案。

安裝順序

由于大跨度鋼結構对安裝順序要求较高,若未合理考虑安裝順序,钢构件也不符合吊装的需要,则可能影响到结构的安全。施工组织设计时,应合理安排安裝順序,工厂加工、构件运输、现场安装应统一配合,施工过程中,严格执行。除认真制订适合工程的安裝順序外,还应选择有经验的施工队伍进行安装,避免产生质量隐患。

鋼結構施工技术要点


結構構件和異型節點的制作技術 

各种大跨度、复杂空间形状的鋼結構建筑由于需要局部受力复杂,制作难度大的钢构件,因此在复杂工程项目施工时应考虑结构构件和异型节点的制作应满足受力条件,确保工程质量安全。

整體滑移施工技術 

大跨度鋼結構施工中较为关键的问题是结构在形成空间整体前的稳定性。通过滑移施工技术利用能够控制同步的牵引设备,将分成若干个稳定体的结构沿着一定的轨道,由拼装位置水平移动到设计位置,可较好地解决了该问题。但在使用时要注意其要求结构平面外刚度大,需要铺设轨道,多点牵拉时同步控制难度大的特点。

整體提升施工技術

該技術通過以液壓千斤頂作爲動力設備,根據各作業點提升力的要求,將若幹液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群,並在計算機控制下同步運動,保證提升或移位過程中大型結構的姿態平穩、負荷均衡。

高空無支托拼裝施工技術 

高空塊體擴大單元無支托組裝技術,施工原理是:將結構體系合理的分段,選擇吊裝順序,使施工過程無需搭設支撐平台,利用結構自身剛度形成穩定單元,通過不斷擴大單元接裝,最後形成整體結構。

鋼結構焊接施工技术

焊接時,對于要求全焊透的焊縫,應盡量采用單面焊雙面成形工藝,以保證各處均勻加熱;而對于導熱快,散熱面積大的焊件,可選用長弧預熱後再焊接焊縫的起頭處與接頭處,並在焊前預熱或焊接的同時用火焰進行加熱。同時,選用的焊接電流不應過小,焊接速度不應過快。同時應時刻注意觀察熔渣的流動方向,以防止形成固體夾雜,並盡可能保持垂直,避免過度傾斜。

鋼結構防腐施工技术

應采用滾塗和刷塗料相結合的方法進行施工,大面積構建采用滾塗,小構件采用刷塗,具體施工方法應根據現場條件合理選擇。同時,應使第一層底漆塗刷時的方向保持一致,且接槎整齊,並應遵循勤沾、短刷的原則,按照規範要求操作,以防刷子帶漆太多而造成流墜。此外,塗刷時不能用力過大,回刷次數不宜過多,且應縱橫交織塗刷,以增加每層塗料相互粘結,並補充塗刷不足之處。

鋼結構加固要点


改变鋼結構计算图形加固法

采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加杆件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。改變結構計算圖形的一般方法爲:

(1)增加支撐形成空間結構並按空間結構驗算,加設支撐增加結構剛度或調整結構的自振頻率等,以提高結構承載力和改善結構動力特性;

(2)增設支撐或輔助杆件,使結構的長細比減小以提高其穩定性;

(3)在排架結構中重點加強某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其他柱列負荷。

增設支點加固法

梁、板在跨中增設支點後,減小了跨度,從而能較大幅提高承載能力,並能減小和限制梁、板的撓曲變形。適用于房屋淨空不受限制的大跨度結構中梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。其優點是簡單可靠,缺點是使用空間會受到一定影響。

有粘結外包型鋼加固法

外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般采用濕式外包法,即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構件粘結成一整體,加固後的構件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅提高,因此正截面承載力和截面剛度也大幅提高。

粘貼纖維增強塑料加固法

粘貼纖維增強塑料加固法除具有粘結外包型鋼加固法相似的优点外,还具有耐腐浊,耐潮湿,几乎不增加结构自重,耐用,维护费用较低等优点,但需专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

加固工程完成後,應用小錘輕輕敲擊粘貼鋼板,從響聲判斷粘接效果或用超聲波法探測粘貼密度。如錨固區粘貼面積少于90%,非錨固區粘貼面積少于70%,則此粘貼無效,應剝下重新粘貼。

對于重大工程,爲檢驗加固效果,須抽樣進行荷載試驗,一般僅作標准使用荷載試驗,即將卸去的荷載重新全部加上,其結構的變形和裂縫開展應滿足設計使用要求。

预应力加固鋼結構技术

采用螺栓连接需要在损伤部位附近的母材上开孔,削弱了截面,形成新的应力集中区;普通螺栓在动载作用下易松动,高强螺栓易发生应力松弛现象,降低了结构的修补效果。粘钢加固技术是在鋼結構表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,依靠结构胶使之粘结成整体共同工作,以提高结构承载力。缺点是使结构重量增加很多,钢板不易制作成各种复杂形状,运输和安装也不方便,且钢板易锈蚀,影响粘结强度,维护费用高。

(新闻来源:裝配式鋼結構技术)
2020年07月02日
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