钢结构基础整理_图文

2019-03-11 19:03:00
1. 概述 钢结构距有强度高、重量轻、施工工期短和精度高的特点。 1.1. 结构类型 1.1.1. 工业厂房 吊车起重量较大或者其工作较繁重的车间的主要承重骨架多采用钢结构。另 外,有强烈辐射热的车间,也经常采用钢结构。结构形式多为由钢屋架和阶形柱 组成的门式刚架或排架,也有采用网架做屋盖的结构形式。 1.1.2. 轻型钢结构 钢结构重量轻不仅对大跨结构有利, 对屋面活荷载特别轻的小跨结构也有优 越性。因为当屋面活荷载特别轻时,小跨结构的自重也成为一个重要因素。冷弯 薄壁型钢屋架在一定条件下的用钢量可比钢筋混凝土屋架的用钢量还少。 轻钢结 构的结构形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构(包括金属拱形波纹屋 盖)以及钢管结构等。 1.1.3. 多层和高层结构 由于钢结构的综合效益指标优良,近年来在多、高层民用建筑中也得到了广 泛的应用。其结构形式主要有多层框架、框架-支撑结构、框筒、悬挂、巨型框 架等。 1.1.4. 高耸结构 高耸结构包括塔架和桅杆结构,如高压输电线路的塔架、广播、通信和电视 发射用的塔架和桅杆、火箭(卫星)发射塔架等。 1.1.5. 容器及其他结构 冶金、 石油、 化工企业中大量采用钢板做成的容器结构, 包括油罐、 煤气罐、 高炉、热风炉等。此外,经常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、锅炉支架等 其他钢构筑物,海上采油平台也大都采用钢结构。 1.1.6. 组合结构 钢构件和板件受压时必须满足稳定性要求, 往往不能充分发挥它的强度高的 作用,而混凝土则最宜于受压不适于受拉,将钢材和混凝土并用,使两种材料都 充分发挥它的长处, 是一种很合理的结构。近年来这种结构在我国获得了长足的 发展。主要构件形式有钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱等。 1.1.7. 大跨结构 结构跨度越大, 自重在荷载中所占的比例就越大,减轻结构的自重会带来明 显的经济效益。 钢材强度高结构重量轻的优势正好适合于大跨结构,因此钢结构 在大跨空间结构和大跨桥梁结构中得到了广泛的应用。 所采用的结构形式有空间 桁架、网架、网壳、悬索(包括斜拉体系) 、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架 等。 1.2. 钢结构所用钢材: 均应根据市场规格表选用(各类规格表待补全) 钢带(加工) 工字钢 H 型钢 钢板(可加工) 槽钢及角钢 钢管、矩管、方管 圆钢 1.3. 钢材进场验收 质量证明文件:刚才进场应有随货同行的质量合格证明; 外观检查:刚才短边或端口处不应分层、夹渣等缺陷; 允许偏差抽查: 钢板抽查厚度, 型钢抽出规格尺寸, 每一种规格各抽查 5 处。 抽样复验:国外进口钢材、钢材混批、厚板大于 40mm 且有 Z 向性能要求的 厚板、 结构安全等级为一级大跨度结构中主要受力构件采用的钢材、设计有复验 要求的钢材、对质量有疑义的钢材赢进行抽样复验。 2. 构件的制作 钢结构构件制作一般在工厂进行,包括放样、号料、切割下料、边缘加工、 弯卷成型、折边、矫正和防腐与涂饰等工艺过程。 2.1. 放样与号料 2.1.1. 放样 根据结构施工详图要求的形状和尺寸,按 1:1 的比例把产品的实体图华仔放 样太火平板上,求取市场并制成样板的过程。对复杂的桥堍零部件,还需作图展 开。有条件时应采用计算机辅助设计。 2.1.2. 号料 根据样板在钢材上画出构件的式样,并打上各种加工记号,为钢材的切割下 料做准备。 2.2. 切割下料 切割是将放样和号料的零件形状从材料上进行下料分离。常用的切割方法有: 气割、机械剪切和等离子切割。 2.2.1. 气割下料 利用央企一可燃气体混合产生的预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使 金属发生剧烈的氧化, 放出大量的热促使下层金属也自行燃烧。同时通以高压洋 气射流,将氧化福吹除而形成一条狭小而整齐的割缝。 气割分为:手动气割、半自动气割和自动气割。手动气割割缝宽度为 4mm, 自动气割割缝宽度为 3mm。 气割法设备灵活,费用低廉、精度高,能切割各种厚度的钢材,尤其是带曲 线的零件霍厚钢板,是目前使用最广泛的切割方法。 2.2.2. 机械剪切下料 通过冲剪、切削、摩擦等来实现。 冲剪切割:当钢板厚度小于 12cm 时,采用剪板机、联合冲剪机切割钢材, 速度快、效率高,但切口率粗糙。 切削切割:采用弓锯床、带锯机等切削钢材,精度较高。 摩擦切割: 采用摩擦锯床、 砂轮切割等切割钢材, 速度快, 但切口不够光洁, 噪声大。 2.2.3. 等离子切割下料 利用刚问高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并吹掉来完成切 割,能切割任何金属,特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。 2.3. 构件加工 2.3.1. 边缘加工 对于尺寸精度要求高的腹板、翼缘板、加劲板、支座支撑面和技术要求的焊 接坡口,要求对剪切霍气割过的钢板边缘进行加工。 边缘加工方法有:铲边、刨边、铣边和碳弧气刨边。 2.3.2. 弯卷成型 (1)钢板卷曲 钢板卷曲是通过旋转锟轴对板料进行连续三点弯曲所形成的。钢板卷曲包括 预弯、对中和卷曲三个过程。 预弯:钢板在卷板机上卷曲是,两端边缘总有卷不到的部分,即剩余直边。 通过预弯消除剩余直边。 对中:为防止钢板在卷板机上卷曲是发生弯扭,应将钢板对中,使钢板的纵 向中心线与滚轮轴线保持严格的平行。 卷曲:对中后,你用调节锟筒的位置使钢板发生初步的弯曲,然后来回滚动 而卷曲。 (2)型材弯曲 型钢弯曲:型钢弯曲时断面会发生畸变,弯曲半径越小,则畸变越大。应 控制型钢的最小弯曲半径。 构件的曲率半径越大,宜采用冷弯。 构件的曲率半径越小,宜采用热弯。 钢管弯曲:在自由状态下弯曲时截面会变形,外侧管壁会减薄,内侧管壁 会增厚。制作方法:管中加入填充物(砂)或穿芯棒进行弯曲;或用滚轮和花草 在管外进行弯曲。弯曲半径:不小于管径的 3.5 倍(热弯)到 4 倍(冷弯) 。 (3)折边 把构件的边缘压弯成倾角或一定形状的操作过程成为折边。折边可提高构 件的强度和刚度。 弯曲折边你用折边机进行。 (4)制孔 包括铆钉孔、螺栓孔,可钻可冲。钻孔用钻孔机进行,能用于钢板、型钢 的孔加工;冲孔用冲孔机进行,一般只能在较薄的钢板、型钢上冲孔,且孔径一 般不小于钢材的厚度。施工现场的制孔可用电钻、风钻等加工。 2.3.3. 构件矫正 钢材在存放、运输、吊运和加工成型过程中会变形,必须对不符合技术标准 的钢材、 构件进行矫正。 钢结构的矫正, 是通过外力或加热作用迫使刚才反变形, 使刚才或构件达到技术标准要求的平直或几何形状。 矫正方法:火焰矫正(热矫正) 、机械校正和手工矫正(冷矫正) 。 2.4. 除锈、防腐与涂饰 钢结构的防腐与涂饰包括普通涂料涂装和防火涂料涂装。涂装前,刚才表面 应除锈。 2.4.1. 钢材的除锈 钢材的除锈方法有:喷砂、抛丸、酸洗以及钢丝刷人工除锈、现场砂轮打磨 等。抛丸除锈是最理想的除锈方式。 2.4.2. 防腐与涂饰 施涂的方法有刷涂法(油性基料的涂料)和喷涂法(快干性和挥发性强的涂 料) 防火涂料的涂层厚度应符合耐火极限的设计要求。 3. 连接与拼装 钢构件的连接方法有焊接、紧固件连接(螺栓连接、自攻钉、拉铆钉)及铆 接三种。 3.1. 钢结构构件焊接 钢结构常用焊接方法、特点及适用范围 3.1.1. 手工电弧焊 又称焊条电弧焊:是最普通的熔化焊焊机方法,它是利用电弧产生的高温、 高热量进行焊接的。 电焊机:交流弧焊机、直流弧焊机。 焊条:焊条(焊芯、药皮)供手工电弧焊用。焊条的表示方法(E4303) ,E 2 代表焊条,43 表示 焊缝金属的抗拉强度(430N/mm ) ,0 表示焊接位置,3 表 示电源种类及药皮类型。 焊接接口与坡口:焊接前根据焊接部位的形状、尺寸、受力的不同,选择适 合的机头类型。常见的接头类型有对接、搭接、丁字接和角接等。 (为确保焊件能焊透,必须开一定形状的坡口) 焊接层数:视焊件的厚度而定。除薄板外,一般都采用多层焊,每层焊缝的 厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利影响,施工中每层焊缝的厚度不应大于 4-5mm。 焊接准备:包括坡口制备、焊口清理、焊条烘干、预热、预变性及高强度钢 切割表面探伤等。 3.1.2. 埋弧自动焊 优点:生产效率高、焊缝质量好、节约钢材和电能。 缺点:适应能力差,只能在水平位置焊接直焊缝或大直径的环焊缝。 3.1.3. CO2 气体保护焊 二氧化碳气体保护焊施焊时焊缝被保护,所以焊缝金属纯度高、性能好;焊 接加热集中,焊件变形小;电弧稳定性好,在小电流时电弧也能稳定燃烧,是一 种高效率,低成本的焊接方法、缺点是只适合焊接小于 6mm 薄板。 3.2. 紧固件连接 包括普通螺栓、高强度螺栓、射钉、自攻钉、拉铆钉的紧固连接。连接螺栓 分为 8 级:3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、10.9s(如 5.6s 表示抗拉强度为 500MPa,屈强比为 60%) ,其中后两集为高强度螺栓,其余为普通螺栓。 3.2.1. 普通螺栓连接 (1)普通螺栓种类及用途 普通螺栓连接按外形分为:六角螺栓、双头螺栓、地脚螺栓。 六角螺栓:按质量和产品等级分为 A(精致) 、B(半精致) 、C(粗制)三 种。A、B 级螺栓适用于连接部位与传递较大剪力的重要结构的安装,C 级螺栓 适用于钢结构安装中的临时固定。 双头螺栓:又称螺柱,多用于连接厚板或不方便使用六角螺栓连接的地方, 如混凝土屋架、屋面梁悬挂单轨梁挂件等。 地脚螺栓:分为一般地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓和锚固地脚螺栓, 一般地脚螺栓、 直角地脚螺栓和锤头螺栓是在混凝土浇筑前预埋在基础中,用于 固定钢柱;锚固地脚螺栓是在已成型混凝基础上经钻机成孔后,再安装、灌浆固 定的一种地脚螺栓。 (2)普通螺栓的施工 连接要求:螺栓头和螺母的下面应放置平垫圈。螺母下面的点券不应多于 2 个,螺栓头下面的垫圈不应多于 1 个; 螺栓头和螺母应与结构构件的便面及垫圈密贴; 倾斜面的螺栓连接,应放置斜垫片垫平; 动荷载或重要部位的螺栓,应放置弹簧垫圈; 螺栓伸出螺母的长度应不小于两个完整螺纹的长度。 紧固轴力: 螺栓紧固必须从中心开始, 对称施拧; 大型街头采用复拧, 即 “两 次紧固法” 。 3.2.2. 高强螺栓连接 (1)高强螺栓种类及用途 即高强度螺栓,是一种标准件。是继铆接连接后的新型钢结构连接形式,是 目前钢结构连接的主要手段。 高强螺栓从外形上分为扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓。 (2)高强螺栓施工的机具 手动扭矩扳手:高强螺栓以手动紧固时,要使用有示明扭矩值的扳手施拧, 以达到高强螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。常用的手动扭矩扳手有指针式、音 响式和扭剪式三种。 电动扳手:定扭矩、顶转角电动扳手适用于大六角头高强螺栓的紧固,可自 动控制扭矩和转角, 适用于钢结构桥梁、厂房建设安装大六角头高强螺栓施工的 初拧。 扭剪型电动扳手适用于扭剪型高强螺栓的终拧紧固, 常用的扭剪型电动扳手 有 6922 型和 6924 型。 (3)高强螺栓的施工要点 螺栓紧固前,应对螺栓孔、被连接件的位移,不平度、不垂直度、磨光顶紧 的贴合情况,以及板叠合处摩擦面的处理,连接间隙,孔眼的同心度,临时螺栓 的不妨等进行检查。 紧固顺序个节点中心向边缘一次进行。紧固时,应分初拧和终拧两次紧固; 对于大型节点,可分为初拧、复拧和终拧。初拧、复拧轴力宜为 60-80%标准轴 力,终拧轴力为标准轴力。当天安装的螺栓,要在当天终拧完毕,防止螺纹被玷 污和生锈,引起扭矩系数值发生变化。 高强大六角头螺栓检查:是否有漏拧和施工扭矩值,在终拧完成 1h 后、48h 内进行。 扭剪型高强螺栓检查:只要观察期尾部被拧掉即可。 3.2.3. 自攻螺栓、钢拉铆钉、射钉连接 连接薄板用的自攻螺栓、钢拉铆钉、射钉等起规格尺寸与连接钢板匹配,紧 固密贴,其间距、边距符合设计要求。 3.3. 构件的组装 受运输、吊装等条件的限制,钢构件可按构件组装后出厂。 除管结构为立体预拼装外, 其他结构一般均为平面拼装,且构件应处于自由 状态,不得强行固定。 4. 钢结构安装 4.1. 施工准备 技术准备:制定安装技术方案,单层钢结构工程宜采用分拣安装法,屋盖系 统宜采用综合安装法。多层钢结构工程一般采用综合安装法。 施工机具及材料准备:包括吊装机械、各类辅助施工机具、钢构件、各类焊 接材料及紧固件等。 安装前柱底除锈清理 柱基检查:柱基找平和标高控制,复核轴线并弹好安装对位线,检查计较螺 栓轴线位置、尺寸及质量。 构建清理:清理钢柱等先行吊装构件,编号并弹好安装就位线。 4.2. 单层钢结构安装 4.2.1. 钢柱安装 钢柱宜采用直吊绑扎法起吊,就位时对准地脚锚栓缓慢落下,对位后拧上螺 帽将柱临时固定,矫正其平面位置和垂直度;校正后终拧螺帽,用垫板与柱底板 焊牢,然后柱底灌浆固定。 钢柱吊装 终拧地脚螺栓 柱底灌浆固定 4.2.2. 钢吊车梁安装 吊车梁采用两点绑扎, 吊升时用溜绳控制吊升过程中构件的空中姿态,方便 对位及避免碰撞。 就位临时固定后要矫正吊车梁的出制度、 标高及纵横轴线位置。 4.2.3. 屋面系统安装 屋架安装应在柱子矫正固定后进行;屋面系统可采用扩大组合拼装后吊装, 扩大组合拼装单元宜成为具有一定刚度的空间结构。 檩条等构件安装应在屋架调 整定位后进行。 4.3. 多层及高层钢结构安装 多层及高层钢结构的柱、 梁、支撑等构件的长度尺寸应包括焊接收缩余量等 变形值。 4.3.1. 钢柱的安装与校正 轴线引测: 柱的定位轴线应从地面控制线引测,不测从下层柱的定位轴线引 测,避免累积误差。 钢柱校正: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。 4.3.2. 钢梁的安装与校正 安装准备: 吊装前应检查钢柱牛腿标高与柱子间距。吊点一般设在翼缘板开 孔处,其位置取决于钢梁的跨度。 钢梁校正:对标高及中心线要反复教政治符合标准。 4.3.3. 构件间的连接 钢柱间的连接常采用坡口对接焊缝连接; 主梁与钢柱的连接一般翼缘用坡口 对接焊缝连接, 腹板用高强螺栓连接;次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高 强螺栓连接,少量再在翼缘处用坡口对接焊缝连接。 柱与梁的焊接顺序:先焊顶部梁柱节点,再焊底部梁柱节点,最后焊中间部 分的梁柱节点。 高强螺栓连接的紧固顺序:现主要构件,后次要构件。 工字型构件的紧固顺序:先上翼缘,再下翼缘,最后腹板。 同一节柱上各梁柱节点的紧固顺序: 先上部的梁柱节点, 再下部的梁柱节点, 最后柱子中部的梁柱节点。 4.4. 钢网架安装 网架结构广泛用作大跨度的屋盖结构。 特点是汇交与节点上的杆件数量较多, 制作安装较平面结构复杂。 网架结构节点有焊接球、螺栓球、钢板节点三种形式。网架的基本单元有三 角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等,可组合成平面形状的人和形体,详参考 钢网架结构设计图集。 4.4.1. 高空拼装法 现在设计位置吃搭设拼装支架,用起重机把网架构件分件(分块)吊至空中 的设计位置, 在支架上进行拼装。 此法不需大型起重设备, 但拼装支架用量较大, 高空作业较多。适用于螺栓球节点的钢管网架。 落地支架拼装网架 网架高空拼装施工 4.4.2. 整体安装法 先讲网架在地面上拼装成整体, 再用起重设备将起整体提升至设计位置加以 固定。 此法不需拼装支架, 高空作业少, 以保证焊接质量, 但对起重设备要求高, 技术较复杂。适用于焊接球节点的钢网架。根据所用设备的不同,整体安装法又 分为多机抬吊法、拔杆提升法、千斤顶提升法及千斤顶顶升法等。 (1)多机抬吊法 (2)拔杆提上法 (3)整体提升法和顶升法 利用电动螺栓提升机或顶升千斤顶, 将在地面原位拼装好的钢网架整体提升 或顶升至设计标高。 4.4.3. 高空滑移法 按滑移方式分为逐条滑移法和逐条累积滑移法两种; 按摩擦方式分为滚动式 滑移和滑动式滑移两种。 北京五棵松体育馆屋顶结构为双向正交桁架体系,跨度 120*120m,26 榀钢 桁架支撑于沿建筑物四周布置的 20 根混凝土柱上,柱顶标高为 29.3m,采用三 组平行滑道,累积滑移的安装工艺,滑移总重量 3300t,滑移距离 120m。 馆外拼装钢架 滑移施工中 中滑道、树状支撑及爬行机器
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