钢结构技术ppt课件

5钢结构技术,目录,5.1 深化设计技术 5.2 厚钢板焊接技术 5.3 大型钢结构滑移安装施工技术 5.4 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 5.5 钢与混凝土组合结构技术 5.6 住宅钢结构技术 5.7 高强度钢材应用技术 5.8 大型复杂膜结构施工技术 5.11 模块式钢结构框架组装、吊装技术,5.1深化设计技术,5.1.1 国内发展概况 深化设计的发展已经历三个阶段： 1)在平台上放1 ：1实体大样，根据放样实际尺寸加工构件； 2)采用计算机CAD绘图软件二维制图，量出杆件和节点细部尺寸； 3)运用钢结构详图软件建三维实体模型，计算机自动校核干涉碰撞，自动纠错，自动生成布置图和详图，自动统计材料、螺栓、构件、重量、表面积等数据。,5.1.2基本原理与定义 深化设计是在设计技术图的基础上，根据结构构件位置关系、截面尺寸、连接形式、孔洞位置等已知条件，配合土建、机电、电梯、幕墙等专业需要，结合构件加工工艺，运输条件和安装单元的划分，进行细节设计，求得细部尺寸，提供满足加工需要，满足安装施工的钢结构深化详图。,5.1.3主要技术内容及特点 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； 准确的连接节点尺寸； 焊接连接的焊缝种类、焊缝质量等级； 螺栓连接的螺孔直径、数量、排列形式等参数； 人孔、混凝土浇筑孔等临时固定件 的设计和布置； 钢材表面预处理等级，涂装厚度和 遍数、涂装部位等； 销轴、铆钉的直径加工长度及精度， 数量级安装定位等。,5.1.4技术指标与技术措施 深化设计工作标准: 1）符合原设计意图； 2) 符合国家相关规范标准; 3) 所有杆件连接和支座连接节 点要可靠、合理、经济； 4) 深化设计结果应经原设计人认可。 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。,5.3大型钢结构滑移安装施工技术,5.3.1 国内外发展概述 5.3.2 基本原理与定义 滑移技术是在建筑物的一侧搭设一条施工平台，在建筑物两边或跨中铺设滑遣，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。,5.3.3主要技术内容及特点 1.对于大跨度空间钢结构采用滑移法安装只需在结构一端搭设拼装平台，完成一个滑移单元拼装后，利用牵引设备向前滑移该拼装单元，接着拼装下一个单元，并再次向前滑移，依此类推，最终滑移到位。该方法与散装法相比除结构端部的拼装支架外不用搭设满堂支架，对土建等相关专业影响小，可以实现钢结构和其他专业平行施工 。 2.该方法具有广泛的适用性。除单向桁架外，对于结构刚度较小的双向桁架或网架通过增加支撑点(减小跨度)，加大组装平台宽度，增加平台上同时拼装桁架的数量，同样可以采用滑移法安装。,3.滑移法施工不仅可以单独滑移桁架或网架，对于张弦钢屋架滑移时采取拖带索的方法，既可解决桁架滑移到位后不易挂索的难题，又能保证工程质量、安全，且减少对其他工序施工的干扰。 4. 滑移的推进装置采用计算机控制同步液压爬行器。设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，使用面广，通用性强。,5.3.4技术指标与技术措施 1施工仿真计算与施工方案编制 2高空组装平台搭设及桁架拼装 3滑移轨道设置 4 液压同步滑移系统安装 5 同步滑移 6. 应力、变形监测 7. 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，当钢与钢面滑动磨擦时，磨擦系数取0.120.15；当滚动磨擦时，滚动轴处磨擦系数取0.1；当不锈钢与四氟聚乙烯板之间的滑靴摩擦时，磨擦系数取0.08。滑移时要确保同步，位移不同步应小于 50mm，同时应满足结构安全的要求。,5.4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,5.4.1国内外发展概述 5.4.2基本原理与定义 计算机控制整体提升安装施工采用“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，目前常用有两种方式：上拔式和爬升式。 计算机控制同步提升采用行程及位移传感监测和计算机控 制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作，负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。 计算机控制整体顶升安装施工采用液压顶升器作为顶升机具，顶升支架作为承重结构。与提升方法相反，采用顶升方法时顶升支点设于被顶升结构的下面，顶升机具采用实心千斤顶，利用临时支架支承以配合顶升千斤顶回行程。,5.4.3 主要技术内容及特点 1.待提升设备或钢结构在地面或低标高平台组装(如高层结构钢连廊提升利用裙房顶做拼装平台)，主要的拼装、焊接及涂装等动作在地面完成，蒋高空作业量降至最少， 施工安全、质量易保证且效率高，有利于保证钢结构施工工期。 2.对土建等其他相关专业影响小，可以实现平行施工，有利于缩短工期。 3,与其他安装方法相比临时设施投入小,有利于降低造价，保证工期。,4.电脑同步控制可以实现提 升全过程的精细控制，配合 监控测量真正实现信息化施 工，施工过程安全可靠，风险小. 5提升能方可按需要进行组合配置，提升重量、面积、跨度基本不受设备制约。 6.目前一般由专业公司提供设备租赁和专业施工，安全质量有保证，同时避免了一次性较大的设备投入。,5.4.4技术指标与技术措施 1.提升或顶升方案的确定 2.方案设计 3. 液压提升系统配置 4. 计算机同步控制 5. 液压系统调试 6. 分级加载预提升 7.正式提升 8. 施上监测,5.5钢与混凝土组合结构技术,5.5.1国内外发展概述 钢与混凝土组合结构体系发展成以下类型： 1.组合框架结构体系： 由三部分组成:钢管或型钢混凝土柱、钢-混凝土组合梁、钢-混凝土组合板。 2.横向组合结构体系： 如采用钢管混凝土或钢板组合剪力墙形成框筒或实腹筒，由钢-混凝土组合梁与组合柱形成外框架。两者之间通过组合楼盖或伸臂桁架的作用保持上作。 3.竖向混合结构： 4.巨形结构体系：由巨型组合构 件组成的简单而巨大的桁架或框架 等作为主体结构，与其他结构构件 组成的次结构共同工作的一种超高 层建筑结构体系。,5.5.2基本原理与定义 钢与混凝土组合结构是指钢(钢筋和型钢)与混凝上(素混凝土和钢筋混凝土)组成一个结构或构件而共同工作的结构。 钢与混凝土组合结构是继木结构、砌体结构、钢筋混 凝土结构和钢结构之后发展兴起的第五大类结构。 国内外常用的钢一混凝土组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、钢与混凝土板组合在一起的组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和外包钢混凝土结构五大类。 组合结构充分发挥了钢材与混凝土各自的自身特点和优势，取长补短,组合结构在强度、刚度和延性等方面都比一般的钢筋混凝土结构要好，同时还方便施工，因此组合结构具有广阔的发展前景。 剪切连接件的形式可以分为两大类：即带头栓钉、斜钢筋、环形钢筋以及带直角弯钩的短钢筋等柔性连接件和块式连接的刚性连接件。,5.5.3主要技术内容及特点 1压型钢板混凝土组合板及其特点 1）不需要模板，因此也不需模板拆卸安装工作，也可避免由易燃的模板而引起的建筑失火的危险。 2)压型钢板的作用相当于抗拉主钢筋，用以抵抗板底面的正弯矩，只在认为需要之处才加设抵抗混凝土收缩及温度影响的钢筋。 3)压型钢板本身为混凝土楼层提供了平整的顶棚表面。 4)压型钢板可叠在一起，并可置于集装箱内，易于运输、存储、堆放与装卸。 5)压型钢板的波纹间有预加工的槽，供电力、通信等工程之用。 6)在安装后，压型钢板可用做上人、工具、材料、设备的安全工作台。 7)使用组合板，施工时间人为减少，可以继续进行另一楼层混凝土浇筑，而不需要等待前一层浇筑的楼板达到要求的混凝土强度等级。 8)整个结构的恒荷载减少，节约了下部基础的费用。,2 钢与混凝土组合梁及其特点 组合粱由于能充分发挥钢与混凝土两种材料的力学性能，在国内外获得广泛的发展与应用。组合梁结构除了能充分发挥钢材和混凝土两种材料受力特点外，与非组合梁结构比较，具有以下特点： 1)节约钢材;钢筋混凝土板与钢梁共同工作的组合梁，节约钢材17%-25%。 2)降低梁高；组合梁较非组合梁不仅节约钢材，降低造价，而同时降低了梁的高度，这在建筑或工艺限制梁高的情况下，采用组合梁结构特别有利 3)增加梁的刚度。在一般的民用建筑中，钢梁截面往往由刚度控制，而组合粱由于钢梁与混凝土板共同上作，大大地增强了梁的刚度 4)抗震性能好，抗疲劳强度高。 大大地增 强了梁的刚度。 5)增加梁的承载力，局部受 压稳定性能良好。,3.钢管混凝土柱及其特点 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。 钢管混凝土具有下列基本特点： 1)承载力大大提高;钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独 承载力之和的1.7-2.0倍。 2)具有良好的塑性和抗震性能：在钢管混凝土构件轴压试验中，塑性性能非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，表明出的抗震性能大大优于钢筋混凝土。 3)施工简单，可大大缩短工期。和钢柱相比，零件少，焊缝短，且柱脚构造简单，可直接插人混凝土基础预留的杯口中，免去了复杂的柱脚构造；和钢筋混凝土相比,免除支模、绑扎钢筋和拆模等工作；由干自重的减轻，还简化了运输和吊装等工作。 4)经济效果显著；和钢柱相比，可节约钢材50，和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70，减少自重约70，节省模板100 %，而用钢量约略相等。,4. 型钢混凝土结构及其特点 由混凝土包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构。 型钢混凝土与钢筋混凝土框架相比较具有以下特点： 1）型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上；可以减小构件的截面，对于高层建筑，可以增加使用面积和楼层净高， 2)型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。型钢混凝土中的型钢在混凝土浇筑前已形成钢结构，具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工时的括荷载，并可将横板悬挂在型钢上，而不必为模板设置支柱，因而减少了支模板的劳动力和材料。型钢混凝土多层和高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层。 施工中不需架立临时支柱，可留出设备安装的工作面，让土建和安装设备的工序实行平行 流水作业。 3)型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，尤其是实腹式的构件。因此在大地震中此种结构呈现出优良的抗震性能;日本抗震规范规定高度超过45m的建筑物不得使用钢筋 混凝土结构。而型钢混凝土结构则不受此限制。 4)型钢混凝土框架较钢框架在耐久性、耐火 度等方面均胜一筹。,5.外包钢混凝土结构及其特点 外包钢混凝土结构(以下简称外包钢结构)是外部配型钢的混凝土结构。由外包型钢杆件拼装而成。 外包钢混凝土结构主要有以下特点。 1)构造简单:外包钢结构取消了钢筋混凝土结构中的纵向柔性钢筋以及预埋件，构造简单，有利于混凝土的捣实，也有利于采用高强度等级混凝土，减小杆件截面，便于构件规格化，简化设计和施上。 2)连接方便：外包钢结构的特点就在于能够利用它的可焊性，杆件的连接可采用钢板焊接的干式接头,管道等的支吊架也可以直接与外包角钢连接。和装配式钢筋混混凝土结构相比，可以避免钢筋剖口焊和接头的二次浇筑混凝土等工作。 3 )使用灵活：外包角钢和箍筋焊成骨架后，本身就有一定强度和刚度，在施工过程中可用来直接支承模板，承受一定的施工荷载。这样 施工方便、速度快，又节约了材料。 4)抗剪强席提高。双面配置角钢的杆件，极限抗剪强度与钢筋混凝土结构相比提高 22%左右。 5）延性提高：剪切破坏的外包钢杆件，具有很好的变形能力，剪切延性系数和条件相同的钢筋混凝土结构相比要提高1倍以上 。,5 5.4技术指标与技术措施 1组合板的构造要求 压型钢板的表面应有保护层,应采用镀锌钢板;除了仅供施工用的压型钢板外，压型钢板的厚度不应小于0.7mm.常用的钢板厚度为0.75mm-2.5mm.组合楼板截面的全高不应小于90mm，而压型钢板顶面至组合板顶面的高度不应小于50mm。简支组合板的跨高比不大于25， 连续组合板的跨高比不大于35。组合板在 钢梁上的支撑不应小于 75mm，而其中压 型钢板的支承长度不应小于50mm,支承于 钢筋混凝土梁或砌体上时，则组合板的支 承长度不应小于100mm，而其中压型钢板 的支承长度不应小于75mm。,2.组合梁的构造要求 组合梁中现浇混凝土板的混凝土强度等级不低于C20，组合梁中混凝土板的厚度，一般采用100-160mm，采用压型钢板与混凝土组合板，则压型钢板肋顶至混凝上板顶间的距离不小于50mm,组合板的整个高度不小于90mm，混凝土板中应设置板托.钢梁顶面不得涂刷油漆，在浇筑或安装混凝土板之前应消除铁锈、焊渣 及其他脏污杂物。 3.型钢混凝土计算方法 钢管混凝土设计时应遵循钢管混凝土结构设计与施工规程CECS28的要求。型钢混凝土设计时应遵循型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138的要求。,4.钢管混凝土的构造要求 钢管与钢管的连接应尽可能采用直接连接的方式。只有在 直接连接实在困难的情况下才采用节点板连接，与节点连接的空钢管，必须在管端焊接钢板封住，以免湿气侵入腐蚀钢管内壁。主钢管在任何情况下都不允许开洞。钢管上的焊缝应尽可能在浇筑混凝土前完成。在浇筑混凝土后，只允许施加少量的构造焊缝。以免在焊接高温下产生温度应力,影响钢管与混凝土的受力性能。 钢管混凝土柱与现浇钢筋混凝上梁连接时，可将粱端宽度加大，使纵向主筋绕过钢管直通，然后浇筑混凝土，将钢管包围在节点混凝土中，而在梁加宽处加设附加钢箍，梁宽加大部分的斜面坡度应1/ 6。钢管混凝土柱柱脚与基础的连接可分为两大类;一类是与钢柱连接类似，在柱脚底焊接底板与柱脚加劲肋，底板与基础顶面预埋的钢板直接焊接，然后浇筑混凝土，也可将底板与基础预埋螺栓用螺栓连接；另一类柱脚与钢筋混凝土基础的 连接构造类似，做成刚性连接，连接 时将钢管混凝土柱肢插入 混凝土杯形基础的杯口中。,5.6住宅钢结构技术,5.6.1国内外发展概况 5.6.2基本原理与定义 钢结构住宅建筑是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构建造而成，其中主要承重骨架是由钢构件或钢管(圆管或矩形管)混凝土构件所组成。它具有重量轻、强度高、抗震抗风性能好、便于工厂化生产、钢材可以回收、建造和拆除时对环境污染较少等优点。,5.6.3主要技术内容及特点 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C型格栅加轻板；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。 钢结构住宅是目前最具有发展潜力的节能型住宅,突破了我国传统建造模式，替代了传统的红砖及混凝土，完全使用工业化生产的建筑材料，是21世纪人类居住环境的理想建筑。其主要特点如下： 1 钢结构的重量轻、强度高，抗震性能好。 2 工业化程度高，易于实现住宅产业化。 3 空间利用率高，能合理布置功能区间。 4 绿色环保，节能省地。,5.6.4技术指标与技术措施 钢结构住宅体系区别于传统体系住宅的内容主要是指主体钢结构体系、外围护墙和内隔墙体体系以及楼板休系。 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3540kg/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5Okg/m2左右，开问尺寸为3.37.2m为宜。,5.7高强度钢材应用技术,5.7.1国内发展概况 5.7.2基本原理与定义 钢材的强度和其他其他综合性能越好，建筑钢结构使用的钢材就越省、成本就越低。钢材的屈服强度、极限强、可焊性、冲击韧性、耐候性、耐磨性等综合性能指标均好的钢，即 为“高性能钢”。按目前冶金水平分类: Q295-Q420为低合金中等强度钢，Q4 60以上为 低合金高性能钢。 高性能钢是低合金钢发展的方向。 高性能钢的强化机为: 1)采用降碳提高钢的可焊性: 2)低合金化或微合金化处理改善钢的某些性能; 3)通过降低杂质、先讲的脱硫技术提高均匀性； 4)采用热机械控制轧制工艺，使晶粒细化，提高塑韧性。,5.7.3主要技术内容 国家标准规定的低合金高强度结构钢有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号等。 因为高性能钢具有屈服强度高、极限强度高、可焊性好、冲击韧性展延性好、耐候性 和耐磨性佳的特点，则在相同结构相同载荷的情况下使用高性能钢就有以下优势和特点： l) 可减少钢材用量，因而降低材料费、加工费、运输和安装费; 2) 使用的钢板变薄则焊 缝焊接量减少而降低焊接工程量 3) 结构自重减轻可降低地基处理和基础费用； 4) 韧性 展延性好而结构可抗较大变形，提高了抗震及服役安全性等。,5.7.4技术指标 钢厂供货品种及规格：轧制钢板的厚度为6120，宽度为15003600，长度为600018000；低合金高强度结构钢的机械性能和化学成分，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和化学成分，详见桥梁用结构钢GB/T714。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。,5.8大型复杂膜结构施工技术,5.8.1国内外发展概述 5.8.2基本原理 膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来出一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部 产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定出外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。充气膜结构是靠室内不断充气，使室内外产生一定压力差(一般在10b-30mm水柱之间)，室外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力，从而实现较大的跨度。张拉膜结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型，其造型非常优美灵活。,5.8.3主要特点 膜结构的主要特点是： 重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、耐扭曲、耐老化、使用寿命长。具有高透光率，热吸收量很少。正是因为这种跨时代的膜材料的发明。使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑。,5.8.4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；膜结构安装技术；膜材及膜结构质量检查技术。 膜结构施工质量控制要点： 1)膜结构的施工质量应严格遵照膜结构技术规程 CECS158：2004;及相关标准相应条文执行。 2)膜结构的安装位置及中心点位，角部点位必须与设计要求一致。 3)膜结构表面保持清洁，无污染。 4)膜结构提升完成后，立即进行初张拉，让膜面获得初步预应力，防止膜面在风作用下起伏过大。 5)膜结构张拉时，循环张拉，一次张拉行程不大于3cm。当局部膜面应力超张拉时，停止张拉。让膜面应力均匀后，才能继续缓慢张拉，直至到位。 6)膜结构张拉过程中，采用膜面应力测试仪检测膜面应力，用以指导控制张拉速度及张拉行程。 7)膜结构的应力应根据设计单位的要求进行施工控制。,5.8.5技术指标 通过找形分析、裁剪设计