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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



鋼結構具有強度高,自重輕,結構可靠性高,綠色環保,可重復利用等優勢,隨著鋼結構建筑建設得越來越高,體量越來越大,應用越來越廣泛,對于鋼結構的質量控制尤為重要,下面整理了相關要點,一起來看看吧。


鋼結構設計要點


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??紤]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后的有效性。

利用軟件對設計模型進行建模,并進行計算分析。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后的受力情況外,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為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變形成薄弱部位,產生過大的內力、變形集中。對于可能出現的薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。因此在進行結構布置時,應確保質量與剛度分布均衡和結構的整體性和傳力明確。

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,為此屋蓋、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。


鋼結構質量控制要點


安裝精度控制

復雜空間鋼結構在安裝時應進行測控,由于鋼結構施工測量控制作為施工技術的一部分,其工程施工方案的合理性、先進性,從大量的測控數據信息中分析結果并得到反應和證實。對于大跨度鋼結構,由于在施工過程中,結構的變形和受力狀態與成型后有很大的差異,所以需要利用各式各樣支撐胎架來保證結構的精度。

拆卸控制

由于大跨度鋼結構具有卸載總噸位大,卸載點分布廣,單點卸載受力大,卸載計算分析工作量大等特點,若支撐力釋放不合理,會破壞結構或使腳手架逐步失穩。因此在鋼結構卸載時必須以體系轉換方案為原則,以結構計算分析為依據,以結構安全為宗旨,以變形協調為核心,以實時監控為保障,嚴格按照等比法和等距法兩種卸載方法的要求進行操作。

吊裝方案

大跨度鋼梁吊裝時,若未進行合理的吊點計算,仍然選擇傳統的兩點吊裝,由于鋼梁結構較長,吊點間距較大,以及自重和可變荷載作用等因素,鋼梁和鋼索都受到很大的軸向力作用,易出現鋼梁側向彎曲,甚至發生更加嚴重的變形。大跨度鋼結構施工現場應加強管理,增加工人業務知識培訓,使其對構件的受力特性及吊裝知識有更加具象的理解。同時強化施工組織設計對吊裝方案進行合理的論證,以選擇較為合理的吊裝方案。

安裝順序

由于大跨度鋼結構對安裝順序要求較高,若未合理考慮安裝順序,鋼構件也不符合吊裝的需要,則可能影響到結構的安全。施工組織設計時,應合理安排安裝順序,工廠加工、構件運輸、現場安裝應統一配合,施工過程中,嚴格執行。除認真制訂適合工程的安裝順序外,還應選擇有經驗的施工隊伍進行安裝,避免產生質量隱患。


鋼結構施工技術要點


結構構件和異型節點的制作技術 

各種大跨度、復雜空間形狀的鋼結構建筑由于需要局部受力復雜,制作難度大的鋼構件,因此在復雜工程項目施工時應考慮結構構件和異型節點的制作應滿足受力條件,確保工程質量安全。

整體滑移施工技術 

大跨度鋼結構施工中較為關鍵的問題是結構在形成空間整體前的穩定性。通過滑移施工技術利用能夠控制同步的牽引設備,將分成若干個穩定體的結構沿著一定的軌道,由拼裝位置水平移動到設計位置,可較好地解決了該問題。但在使用時要注意其要求結構平面外剛度大,需要鋪設軌道,多點牽拉時同步控制難度大的特點。

整體提升施工技術

該技術通過以液壓千斤頂作為動力設備,根據各作業點提升力的要求,將若干液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群,并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臺,利用結構自身剛度形成穩定單元,通過不斷擴大單元接裝,最后形成整體結構。

鋼結構焊接施工技術

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,可選用長弧預熱后再焊接焊縫的起頭處與接頭處,并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,并盡可能保持垂直,避免過度傾斜。

鋼結構防腐施工技術

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


鋼結構加固要點


改變鋼結構計算圖形加固法

采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加桿件和支撐、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為:

(1)增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算,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)增設支撐或輔助桿件,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、板在跨中增設支點后,減小了跨度,從而能較大幅提高承載能力,并能減小和限制梁、板的撓曲變形。適用于房屋凈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,加固后的構件,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優點外,還具有耐腐濁,耐潮濕,幾乎不增加結構自重,耐用,維護費用較低等優點,但需專門的防火處理,適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。

加固工程完成后,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,為檢驗加固效果,須抽樣進行荷載試驗,一般僅作標準使用荷載試驗,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。

預應力加固鋼結構技術

采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔,削弱了截面,形成新的應力集中區;普通螺栓在動載作用下易松動,高強螺栓易發生應力松弛現象,降低了結構的修補效果。粘鋼加固技術是在鋼結構表面用特制的建筑結構膠粘貼鋼板,依靠結構膠使之粘結成整體共同工作,以提高結構承載力。缺點是使結構重量增加很多,鋼板不易制作成各種復雜形狀,運輸和安裝也不方便,且鋼板易銹蝕,影響粘結強度,維護費用高。

鋼結構



鋼結構具有強度高,自重輕,結構可靠性高,綠色環保,可重復利用等優勢,隨著鋼結構建筑建設得越來越高,體量越來越大,應用越來越廣泛,對于鋼結構的質量控制尤為重要,下面整理了相關要點,一起來看看吧。

鋼結構設計要點


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??紤]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后的有效性。

利用軟件對設計模型進行建模,并進行計算分析。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后的受力情況外,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為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變形成薄弱部位,產生過大的內力、變形集中。對于可能出現的薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。因此在進行結構布置時,應確保質量與剛度分布均衡和結構的整體性和傳力明確。

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,為此屋蓋、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。

鋼結構質量控制要點


安裝精度控制

復雜空間鋼結構在安裝時應進行測控,由于鋼結構施工測量控制作為施工技術的一部分,其工程施工方案的合理性、先進性,從大量的測控數據信息中分析結果并得到反應和證實。對于大跨度鋼結構,由于在施工過程中,結構的變形和受力狀態與成型后有很大的差異,所以需要利用各式各樣支撐胎架來保證結構的精度。

拆卸控制

由于大跨度鋼結構具有卸載總噸位大,卸載點分布廣,單點卸載受力大,卸載計算分析工作量大等特點,若支撐力釋放不合理,會破壞結構或使腳手架逐步失穩。因此在鋼結構卸載時必須以體系轉換方案為原則,以結構計算分析為依據,以結構安全為宗旨,以變形協調為核心,以實時監控為保障,嚴格按照等比法和等距法兩種卸載方法的要求進行操作。

吊裝方案

大跨度鋼梁吊裝時,若未進行合理的吊點計算,仍然選擇傳統的兩點吊裝,由于鋼梁結構較長,吊點間距較大,以及自重和可變荷載作用等因素,鋼梁和鋼索都受到很大的軸向力作用,易出現鋼梁側向彎曲,甚至發生更加嚴重的變形。大跨度鋼結構施工現場應加強管理,增加工人業務知識培訓,使其對構件的受力特性及吊裝知識有更加具象的理解。同時強化施工組織設計對吊裝方案進行合理的論證,以選擇較為合理的吊裝方案。

安裝順序

由于大跨度鋼結構對安裝順序要求較高,若未合理考慮安裝順序,鋼構件也不符合吊裝的需要,則可能影響到結構的安全。施工組織設計時,應合理安排安裝順序,工廠加工、構件運輸、現場安裝應統一配合,施工過程中,嚴格執行。除認真制訂適合工程的安裝順序外,還應選擇有經驗的施工隊伍進行安裝,避免產生質量隱患。

鋼結構施工技術要點


結構構件和異型節點的制作技術 

各種大跨度、復雜空間形狀的鋼結構建筑由于需要局部受力復雜,制作難度大的鋼構件,因此在復雜工程項目施工時應考慮結構構件和異型節點的制作應滿足受力條件,確保工程質量安全。

整體滑移施工技術 

大跨度鋼結構施工中較為關鍵的問題是結構在形成空間整體前的穩定性。通過滑移施工技術利用能夠控制同步的牽引設備,將分成若干個穩定體的結構沿著一定的軌道,由拼裝位置水平移動到設計位置,可較好地解決了該問題。但在使用時要注意其要求結構平面外剛度大,需要鋪設軌道,多點牽拉時同步控制難度大的特點。

整體提升施工技術

該技術通過以液壓千斤頂作為動力設備,根據各作業點提升力的要求,將若干液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群,并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臺,利用結構自身剛度形成穩定單元,通過不斷擴大單元接裝,最后形成整體結構。

鋼結構焊接施工技術

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,可選用長弧預熱后再焊接焊縫的起頭處與接頭處,并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,并盡可能保持垂直,避免過度傾斜。

鋼結構防腐施工技術

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

鋼結構加固要點


改變鋼結構計算圖形加固法

采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加桿件和支撐、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為:

(1)增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算,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)增設支撐或輔助桿件,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、板在跨中增設支點后,減小了跨度,從而能較大幅提高承載能力,并能減小和限制梁、板的撓曲變形。適用于房屋凈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,加固后的構件,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優點外,還具有耐腐濁,耐潮濕,幾乎不增加結構自重,耐用,維護費用較低等優點,但需專門的防火處理,適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。

加固工程完成后,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,為檢驗加固效果,須抽樣進行荷載試驗,一般僅作標準使用荷載試驗,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。

預應力加固鋼結構技術

采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔,削弱了截面,形成新的應力集中區;普通螺栓在動載作用下易松動,高強螺栓易發生應力松弛現象,降低了結構的修補效果。粘鋼加固技術是在鋼結構表面用特制的建筑結構膠粘貼鋼板,依靠結構膠使之粘結成整體共同工作,以提高結構承載力。缺點是使結構重量增加很多,鋼板不易制作成各種復雜形狀,運輸和安裝也不方便,且鋼板易銹蝕,影響粘結強度,維護費用高。

(新聞來源:裝配式鋼結構技術)
2020年07月02日
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