基于鋼結構設計和施工階段質量控制的探討

張珍 邵振偉

（1.鄭州長興建設工程有限公司 河南 鄭州 450000 2.河南天豐鋼結構建設有限公司 河南 新鄉 453000）

基于鋼結構設計和施工階段質量控制的探討

張珍1邵振偉2

（1.鄭州長興建設工程有限公司 河南 鄭州 450000 2.河南天豐鋼結構建設有限公司 河南 新鄉 453000）

我國高層鋼結構建筑起步比較晚，主要是在改革開放以后才有了底層或多層鋼結構建筑。隨著社會的發展，高層鋼結構建筑在我國也開始盛行起來，尤其最近幾年，高層復雜鋼結構建筑在我國建筑行業更是運用得比較廣泛。因為鋼結構具有輕質高強、抗震性好、造價低、施工進度快等一系列優點。

高層鋼結構；設計原理；施工質量

1 高層復雜鋼結構設計

1.1 結構功能要求

結構在規定的設計使用年限內應滿足以下的功能要求：①在正常施工和使用階段，應能承受可能出現的各種作用。②在正常使用階段應有良好的工作性能。③在正常使用和維護階段具有足夠的耐久性。④在設計的突發事件（如地震、火災、爆炸、撞擊作用等）發生時仍能保持其結構的穩定性。

1.2 結構的可靠度

結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力，稱為結構的可靠性。結構的可靠度是對結構可靠性的定量描述，即結構在相關條件下，完成預定功能的概率。一般鋼結構建筑物設計的使用年限為50年，即在使用年限內，結構要滿足預定的功能。

1.3 鋼結構設計原則與方法

鋼結構設計要遵循技術先進，經濟合理，安全使用，確保質量的原則。現行鋼結構設計規范采用的設計方法是以概率論為基礎的分項系數表達的極限狀態設計方法，對于結構構件或連接的疲勞強度計算則采用容許應力法。

1.4 概率極限狀態設計原理

結構的抗力R和結構或構件的作用效應S應滿足：Z=R-S≥0。當Z＞0時，結構處于可靠狀態；當Z=0時，結構處于極限狀態；當Z＜0時，結構處于失效狀態。

2 鋼結構的強度設計值

表1 鋼結構強度的設計值

3 鋼結構材料的選用

3.1 強度要求

鋼結構的鋼材應具有較高的抗拉強度，并且具有較高的屈服點，在建筑鋼材設計中，常把鋼材屈服點作為承載能力極限狀態的標志，因為其值越高，這樣可以減小鋼材的橫截面，從而減輕自重，節約鋼材，降低造價。抗拉強度值越高，可以增加結構的安全性。因此，對鋼材材料的選擇必須具有較高的抗拉強度和屈服點。

3.2 良好的塑性性能

如果鋼材的塑性性能好，則在結構破壞前，構件的變形比較明顯，從而可以減少脆性破壞的危險性。

3.3 較好的韌性性能

鋼結構的韌性性能好，表示在結構發生動荷載的作用下結構的吸收能量值就越好，而且能很好的抵抗疲勞荷載作用。

3.4 變形能力

鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞和脆性破壞。塑性破壞的主要特征是破壞前具有較大的塑性變形，只有當構件中的應力達到抗拉強度后才會發生破壞。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發生，且變形持續時間校長，容易被發現和搶修加固，因此不會發生嚴重后果。脆性破壞的主要特征是破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形.而突然迅速斷裂。這種破壞在破壞前沒有任何預兆，破壞速度又極快，無法察覺和補救，而且一旦發生常引發整個結構的破壞，后果非常嚴重，因此在建筑鋼材的設計、施工和使用過程中，要特別注意防止這種破壞的發生。

3.5 有良好的加工性能和連接性能

冷、熱加工性能好，冷彎性能要好，同時具有良好的可焊性，這樣，就不會因加工而對強度、塑性及韌性帶來較大的影響。

3.6 耐久性能好

在易受大氣侵蝕的露天環境下工作的結構，或在有有害介質的環境下工作的結構，要求對鋼材具有較好的防腐和抗銹能力。主要是控制有害化學成分或添加有益化學成分。

4 鋼結構的施工過程質量控制

4.1 鋼結構構件的廠家合格證書及進場驗收記錄

廠家合格證書必須提供原件且簽字、蓋章、并填寫完整，原材料的合格證書及復試報告、加工廠的質量控制記錄資料、廠家在鋼結構加工前所做的焊接工藝評定報告、重要部位焊接材料的復試報告、高強螺栓連接摩擦面抗滑移系數廠家試驗報告等。

高強度螺栓不允許露天存放，不同規格、不同生產批號、不同廠家、不同等級的螺栓要分類碼放，并掛牌標識。螺栓堆積不要高于3層以上，底層應距地面300mm以上（如表2）。

表2 高強度螺栓連接施工預拉力標準值（單位：kN）

4.2 鋼結構焊接

焊接連接是鋼結構中最主要的連接方法。其優點是：構造簡單，用料經濟，不會消弱鋼材的橫截面；制作加工也比較方便，可實現制動化操作。其缺點是：焊接時容易產生局部材質變脆，使受壓構件的承載力下降。鋼結構的焊接要滿足以下幾點：

（1）焊縫表面不得有裂紋、焊瘤、弧坑等缺陷。

（2）對接接頭、T形接頭、十字接頭等對接焊縫及對接焊縫，應在焊縫的兩端設置引弧和引出板，其材質應與焊件相同。

（3）焊成凹形的角焊縫，焊縫金屬與母材間應平緩過渡；加工成凹形的角焊縫，不得在其表面留下切痕。

（4）施工單位提供焊縫檢驗記錄（包括制作和安裝，并提供焊縫外觀檢查記錄）；監理單位提供抽查記錄。

（5）栓釘焊在目測外觀合格后，應進行彎曲試驗檢查，彎曲角度為15°。在焊接面上不得有任何缺陷。

4.3 鋼結構連接節點應遵循下列基本原則

（1）安全可靠性。應盡可能使受力分析接近于實際工作狀況，連接處應有明確的傳力路線和可靠的構造保證。

（2）便于制作、運輸、安裝。減少節點類型；在拼接處應留有一定的工作空間，盡量在施工時的具有比較方便的操作方法，如：避免仰焊等。

（3）經濟合理性。對于用材、制作、施工等綜合考慮后確定最經濟的方法。

4.4 面板和隔熱材料的安裝應符合下列規定

（1）在安裝墻板和屋面板時，墻梁和檁條應保持平直。

（2）隔熱材料宜采用帶有單面或雙面防潮層的玻璃纖維氈。隔熱材料的兩端應固定。

（3）壓型鋼板的縱向搭接長度應能防水滲透可采用：屋面板：150～250mm；墻板：60～100mm。

5 結論與建議

在鋼結構施工過程中，一些建筑物構件基本在工廠中已經加工好了，直接拉到現場進行安裝，這樣節省好多時間，同時也把施工進度提前很多。但是在細部方面（如細部放線）工作比較多、工作量比較大，這就會大量的消耗人力、物力，同時效率在細部方面就會降低。但是，在在高新技術日益發展的今天，全站儀和電子計算機得到了廣泛的應用，在鋼結構施工過程中得到普遍的應用，因此就會減少鋼結構細部方面的工作量。

[1]李宏.馬鞍山鋼鐵股份有限公司鋼結構方案設計研究[J].鋼結構工程施工，2010，06.

[2]李金根.鋼結構[S].西北工業大學出版社，2011，08.

TU758

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2015-7-4