建筑业钢结构新技术及应用

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1、建筑业钢结构新技术及应用1.1深化设计技术1.主要技术内容深化设计是在钢结构工程原设计图的基础上，结合工程情况、钢结构加工、运输及安装等施工工艺和其他专业的配合要求进行的二次设计。其主要技术内容有：使用详图软件建立结构空间实体模型或使用计算机放样制图，提供制造加工和安装的施工用详图、构件清单及设计说明。施工详图的内容有：构件平、立面布置图，其中包括各构件安装位置和方向、定位轴线和标高、构件连接形式、构件分段位置、构件安装单元的划分等；准确的连接节点尺寸，加劲肋、横隔板、缀板和填板的布置和构造、构件组件尺寸、零件下料尺寸、装配间隙及成品总长度；焊接连接的焊缝种类、坡口形式、焊缝质量等级；螺栓连接

2、的螺孔直径、数量、排列形式，螺栓的等级、长度、初拧终拧参数；人孔、手孔、混凝土浇筑孔、吊耳、临时固定件的设计和布置；钢材表面预处理等级、防腐涂料种类和品牌、涂装厚度和遍数、涂装部位；销轴、铆钉的直径加工长度及精度，数量和安装定位等。构件清单的主要内容有：构件编号、构件数量、单件重量及总重量、材料材质等。构件清单尚应包括螺栓、支座、减震器等所有成品配件。设计说明的主要内容有：原设计的相关要求、应用规范和标准、质量检查验收标准、对深化设计图的使用提供指导意见。深化设计贯穿于设计和施工的全过程，除提供加工详图外，还配合制定合理的施工方案、临时施工支撑设计、施工安全性分析、结构变形分析与控制、结构安装

3、仿真等工作。该技术的应用对于提高设计和施工速度、提高施工质量、降低工程成本、保证施工安全有积极意义。2.技术指标通过深化设计满足钢结构加工制作和安装的设计深度需求。使用计算机辅助设计，推动钢结构工程的模数化、构件和节点的标准化，计算机自动校核、自动纠错、自动出图、自动统计，提高钢结构设计的水平和效率。深化设计应符合原设计人设计意图和国家标准与技术规程，并经原施工图设计人审核确认。3.适用范围适用于各类建筑钢结构工程，特别适用于大型工程及复杂结构工程。4.已应用的典型工程该技术在钢结构工程中已得到普遍应用，比较典型的工程，如：国家体育场、国家体育馆、首都国际机场13航站楼、深圳市民中心等。1.2

4、厚钢板悍接技术1.主要技术内容在高层建筑、大跨度工业厂房、大型公共建筑、塔桅结构等钢结构工程中，应用厚钢板焊接技术的主要内容有：厚钢板抗层状撕裂Z向性能级别钢材的选用；焊缝接头形式的合理设计；低氢型焊接材料的选用；焊接工艺的制定及评定，包括焊接参数、工艺、预热温度、后热措施或保温时间；分层分道焊接顺序；消除焊接应力措施；缺陷返修预案；焊接收缩变形的预控与纠正措施。2.技术指标焊后做焊缝的超声波探伤，焊缝质量达到国家验收合格标准，并扩大焊缝周围母材的检测，不允许母材出现裂纹、层状撕裂、淬硬等现象。板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接时，应有Z向性能保证，可根据厚度方向性能钢板G

5、B/T 5313的规定选取Z向性能等级。3.适用范围适用于高层建筑钢结构、大跨度工业厂房、大型公共建筑、塔桅结构等工程厚度40mm以上的钢板焊接。4.巳应用的典型工程近年来，厚钢板尤其是Q390、Q420、Q460高强厚钢板的应用已越来越普遍，比较典型的工程，如：国家体育场首次应用了国产100/110mm厚Q460E-35高强厚钢板、国家游泳中心应用了国产Q420厚钢板、新保利大厦应用了进口 Q420厚钢板等。1.3大型钢结构滑移安装施工技术1.主要技术内容大跨度空间结构与大型钢构件在施工安装时，为加快施工进度、减少胎架用量、节约大型设备、提高焊接安装质量，可采用滑移施工技术。滑移技术是在建筑

6、物的一侧搭设一条施工平台，在建筑物两边或跨中铺设滑道，所有构件都在施工平台上组装，分条组装后用牵引设备向前牵引滑移（可用分条滑移或整体累积滑移）。结构整体安装完毕并滑移到位后，拆除滑道实现就位。滑移可分为结构直接滑移、结构和胎架一起滑移、胎架滑移等多种方式。牵引系统由卷扬机牵引、液压千斤顶牵引与顶进系统等。2.技术指标结构滑移设计时要对滑移工况进行受力性能验算，保证结构的杆件内力与变形符合规范和设计要求。滑移牵引力要正确计算，当钢与钢面滑动摩擦时，摩擦系数取0.120.15； 当滚动摩擦时，滚动轴处摩擦系数取0.1；当不锈钢与四氟聚乙烯板之间的滑靴摩擦时，摩擦系数取0.08。滑移时要确保同步，

7、位移不同步应小于50mm，同时应满足结构安全的要求。3.适用范围适用于大跨度网架结构、平面立体桁架（包括曲面桁架）及平面形式为矩形的钢结构屋盖的安装施工、特殊地理位置的钢结构桥梁。特别是由于现场条件的限制，吊车无法直接安装的结构。4.已应用的典型工程国家体育馆，奥林匹克五棵松篮球馆、重庆江北机场、郑州会展中心、厦门太古二、三期飞机维修库等。1.4钢结构与大型设备计算机控制整体顶升与提升安装施工技术1.主要技术内容计算机控制整体顶升与提升技术是一项先进的钢结构与大型设备安装技术，它集机械、液压、计算机控制、传感器监测等技术于一体，解决了传统吊装工艺和大型起重机械在起重高度、起重重量、结构面积、作

8、业场地等方面无法克服的难题。采用该技术施工安全可靠、工艺成熟、技术先进、经济效益显著。该技术采用 “柔性钢绞线承重、液压油缸集群、计算机控制同步提升”的原理。顶升或提升施工时应用计算机精确控制各点的同步性。2.技术指标提升或顶升方案的确定，必须同时考虑承载结构（永久的或临时的）和被提升钢结构或设备本身的强度、刚度和稳定性。要作施工状态下结构整体受力性能验算，并计算各项、提点的作用力，配备千斤顶。对于施工支架或下部结构及地基基础应验算承载能力与整体稳定性，保证在最不利工况下足够的安全性。施工时各作用点的不同步值应通过计算合理选取。提升方式选择的原则，一是力求降低承载结构的高度，保证其稳定性，二是

9、确保被提升钢结构或设备在提升中的稳定性和就位安全性。确定提升点的数量与位置的基本原则是：首先保证被提升钢结构或设备在提升过程中的稳定性；在确保安全和质量的前提下，尽量减少提升点数量；提升设备本身承载能力符合设计要求。提升设备选择的原则是：能满足提升中的受力要求，结构紧凑、坚固耐用、维修方便、满足功能需要（如行程、提升速度、安全保护等）。3.适用范围（1）体育场馆、剧院、飞机库、钢天桥（廊）等大跨度屋盖与钢结构，具有地面拼装条件，又有较好的周边支承条件时，可采用整体顶升与提升技术。（2）电视塔钢桅杆天线、电站锅炉等超高构件的整体提升。（3）大型龙门起重机主梁、锅炉等大型设备的整体提升等。4.已应

10、用的典型工程国家图书馆主体钢结构（10800t）整体提升、首都国际机场A380飞机维修库屋盖钢结构（10500t）整体提升，深圳市民中心大屋盖、广州新电视塔、东方锅炉厂130mm4200mm数控液压卷板机安装、海洋石油工程（青岛）有限公司800t185m龙门起重机（4750t）整体提升等。1.5钢与混凝土组合结构技术1.主要技术内容型钢与混凝土组合结构主要包括钢管混凝土柱，十字形、H形、箱形、组合型钢骨混凝土柱，箱形、H形钢骨梁、型钢组合粱等。钢管混凝土可显著减小柱的截面尺寸，提高承载力；钢骨混凝土承载能力高，刚度大且抗震性能好；组合梁承载能力高且高跨比小。钢管混凝土施工简便，梁柱节点采用内环

11、板或外环板式，施工与普通钢结构一致，钢管内的混凝土可采用高拋免振搗混凝土，或顶升法施工钢管混凝土。关键技术是设计合理的梁柱节点与确保钢管内浇捣混凝土的密实性。钢骨混凝土除了钢结构优点外还具备混凝土结构的优点，同时结构具有良好的防火性能。其关键技术是如何合理解决梁柱节点区钢筋的穿筋问题，以确保节点良好的受力性能与加快施工速度。组合梁是在钢梁上部浇筑混凝土，形成混凝土受压、钢结构受拉的截面合理受力形式， 充分发挥钢与混凝土各自的受力性能。组合梁施工时，钢梁可作为模板的支撑。组合梁设计时要确保钢梁与混凝土结合面的抗剪性能，又要充分考虑钢梁各工况下从施工到正常使用各阶段的受力性能。2.技术指标钢管混凝

12、土设计时应遵循钢管混凝土结构设计与施工规程CECS 28要求。型钢混凝土设计时应遵循型钢混凝土组合结构技术规程JGJ 138的要求。3.适用范围钢管混凝土特别适用于高层、超高层建筑的柱及其他有重载承载力设计要求的柱；钢骨混凝土适合于高层建筑外框柱及公共建筑的大柱网框架与大跨度梁设计；组合梁适用于结构跨度较大而高跨比又有较高要求的楼盖结构。4.已应用的典型工程深圳地王大厦、深圳世贸中心大厦（招商大厦）、国家体育馆、上海世贸中心大楼、法门寺合十舍利塔等。1.6住宅钢结构技术1.主要技术内容采用钢结构作为住宅的主要承重结构体系，对于低密度住宅以采用冷弯薄壁型钢结构体系为主，墙体为墙柱加石膏板，楼盖为

13、C形格栅加轻板；对于多层住宅以钢框架结构体系， 楼板宜采用混凝土楼板，墙体为预制轻质板或轻质砌块。多层钢结构住宅的另一个方向是采用带钢板剪力墙或与普钢混合的轻钢结构；对于高层住宅，则以钢框架与混凝土筒体组合构成的混合结构或以带钢支撑的框架结构。2.技术指标对于低层冷弯薄壁型钢住宅体系，其总结构用钢量为2225kg/m2开间尺寸为3.34.8m；多层钢框架住宅体系，其钢结构用钢量为3540 kg/m2，开间尺寸以3.34.5m为宜；高层钢框架混合结构或带钢支撑钢框架体系，其钢结构用钢量为50 kg/m2左右，开间尺寸为3.37.2m化为宜。3.适用范围冷弯薄壁型钢可广泛应用于低层住宅（13层）的

14、建设；钢框架结构可广泛应用于多层住宅（47层）的建设；钢与混凝土混合结构或带钢支撑框架结构可应用于高层住宅（924层）的建设。钢结构住宅建设要以产业化为目标做好墙板的配套工作，以试点工程为基础做好钢结构住宅的推广工作。4.已应用的典型工程武汉世纪家园高层住宅项目，都江堰幸福家园逸苑钢结构住宅小区，北京金宸公寓等。1.7高强度钢材应用技术1.主要技术内容对承受较大荷载的钢结构工程，选用更高强度级别的钢材，可减少钢材用量及加工量， 节约资源，降低成本。国家标准规定的低合金高强度结构钢有Q295、 Q345、 Q390、 Q420、Q460五个牌号，桥梁用结构钢有Q235q、Q345q、Q370q、

15、Q420q四个牌号，高层建筑结构用钢有Q235GJ、Q345GJ、Q235GJZ、Q345GJZ四个牌号。而目前钢厂供货及工程设计使用较多的是Q345强度等级钢材，很少使用Q390及以上更高强度等级钢材，还大有提高使用高强度级别钢材的空间。2.技术指标钢厂供货品种及规格：轧制钢板的厚度为6120mm，宽度为15003600mm，长度为600018000mm；低合金高强度结构钢的机械性能及化学成分，详见碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带GB/ 3274；高层建筑结构用钢的机械性能和化学成分，详见高层建筑结构用钢板YB4104；桥梁结构钢的机械性能及化学成分，详见桥梁用结构钢GB/T 714

16、。使用高强度钢材时注意选用匹配的焊接材料和焊接工艺，并经过工艺评定检验。3.适用范围适用于高层建筑、大型公共建筑、大型桥梁等结构用钢、摩擦型钢桩、其他承受较大荷载的钢结构。4.已应用的典型工程国家体育场、国家游泳中心、中央电视台新址、新保利大厦、广州新电视塔、法门寺合十舍利塔等。1.8大型复杂膜结构施工技术1.主要技术内容膜结构工程属较新的结构体系，按受力体系可分为整体张拉式膜结构、骨架式膜结构、骨架支承张拉式膜结构、索系支承式膜结构和空气支承膜结构五种基本类型。按照膜材性质划分为织物类和薄膜类膜结构两类膜结构。该技术主要包括以下几个方面：膜结构优化及深化设计技术；膜结构加工制作技术；膜结构安

17、装技术；膜材及膜结构质量检查技术。2.技术指标通过找形分析、裁剪设计等深化设计过程将膜结构优化为受力最优状态的空间曲面，符合设计要求；采取合理的施工技术进行膜结构安装，保证施工质量满足膜结构技术规程CECS 158及国家相关标准的要求。3.适用范围适用于各类复杂膜结构施工。4.已应用的典型工程国家体育场采用了 45000m2ETFE单层张拉膜屋面和550000 m2PTFE膜声学吊顶，国家游泳中心采用了 10万m2ETFE膜气枕用于屋面和维护结构。上海体育场、上海世博轴、上海F1国际赛车场、青岛颐中体育场、长沙世界之窗剧场、深圳欢乐谷中心、广州海洋世界海豚馆等。1.9模块式钢结构框架组装吊装技

18、术1.主要技术内容模块式钢结构组装、吊装技术是指：将大型超高钢结构框架分割成若干个框架单元（模块）分别在地面进行各个框架单元（模块）的组装，在符合吊装能力的前提下，将框架内的设备和部分管道预先安装到位，减少了高空施工作业，然后选用符合工况条件的大型起重机分别进行各个框架单元（模块）的吊装就位。其技术特点是：（1）采用分段立体式地面低空组装，减少了散装大型钢结构高空组装测量时受风载荷和温度而引起的测量误差。（2）采用分段立体式模块以框架单元地面组装减少了大量的高空作业量和组装吊装的难度。（3）模块框架单元地面组装减少了大量的脚手架搭设，只需搭设少量简易脚手架或设置操作性爬梯或挂篮。（4）模块框架

19、单元地面组装降低了大量的高空作业所形成的安全施工控制难度及安全风险。（5）采用模块框架单元地面组装可以多个框架单元同时进行组装，扩大了施工作业面， 缩短了组装周期，有利于工程总迸度的控制。2.技术指标满足钢结构工程施工质量验收规范GB 50205；现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范GB 50236；建筑地基处理技术规范JGJ 79。3.适用范围适用于钢结构框架总体高度较高（50m以上），且采用四根或六根主立柱独立布置的大型超高钢结构框架。不适应用于施工场地较小的工程。4.已应用的典型工程上海高桥分公司炼油厂140万t/年延迟焦化装置工程中90.16m化高的焦炭塔塔架安装工程；上海赛科石油化工有限责任公司60万t/年聚乙烯装置中52.996. 4m高的八座钢结构框架安装工程。