《土木工程项目中的钢结构施工技术及实例分析》8200字（论文）

土木工程项目中的钢结构施工技术及实例分析目录TOC\o"1-2"\h\z\u7280一、引言 19992二、钢结构建筑的优缺点 14569（一）钢结构建筑的优点 126631（二）钢结构建筑的缺陷 115950三、钢结构建筑的应用范围 16899（一）工业厂房 126819（二）大跨度结构建筑 13461（三）单层和多层住宅 22139（四）高层建筑及超高层建筑 224949（五）高耸结构建筑 310888四、钢结构建筑应用现状 132412（一）钢结构建筑的规范和技术问题 112069（二）钢结构建筑市场结构现状及市场基本特征 110033（三）缺乏专业技术人员 212874五、钢结构建筑施工实例分析 118104（一）工程概况 131219（二）钢构件吊装 16558（三）钢结构安装焊接 111700（四）安全防护技术 231393六、钢结构建筑应用发展趋势 34350（一）向材料多样化、标准化发展 319560（二）向设计、生产、施工专业化发展 331957（三）向绿色环保、节能发展 326880（四）向民用住宅化发展 331710结论 53604参考文献 1一、引言建筑业已成为国民经济的重要支柱行业，它对国民经济的发展起到了推动作用。但在资源匮乏、环保口号和科学技术进步的推动下，钢结构在各个方面都具有明显的优越性，在现今的建筑领域中被运用得越来越广泛。在工厂建筑、住宅建筑或是办公建筑的建造中，钢结构都替代了传统的建筑结构。我们可以说，钢结构替代传统结构的建造是建筑业的一次重大技术创新，拥有高度的应用性与实用性。钢结构主要由钢梁、钢柱和钢桁架等构成，其中的各个构件通常采用焊接、螺栓、铆钉等形式，因此，钢结构更加具有高强度、轻重量、强韧性、可靠性等优势。在建筑工程中，钢结构的使用能使混凝土原材料降低很大一部分，减少了建筑垃圾的产生同时也减免了对不可再生资源的破坏。除此之外，钢结构操作灵活、施工方便，既不需要耗费大量财力物力人力，也会把在建造过程中产生的对环境的影响降到最低。充分发挥了施工效率高、占地面积小、延性好，塑性变形性好，结构抗震、抗风性能好，极大地提高了人们的生产和生活的安全性。尤其在遭遇各种地质、天气灾害中，能够避免建筑物的倒塌性破坏。钢结构建筑领域很广，但总体上来说都属于环保节能型建筑。将各行业间的隔阂融合在一起，形成一种新型的可持续发展工业体系，引导建筑“绿色生活”的建设方向，进一步促进了低碳经济的健康发展。二、钢结构建筑的优缺点（一）钢结构建筑的优点一是抗震性能好，自重轻。钢结构的建筑材料以高强度钢为主，比混凝土要轻，但承载力极强，抗拉剪切力比混凝土要高，再加上其柔韧、塑性，所以钢结构的抗震性能非常好。二是缩短了建设周期。钢结构简单快捷，只需要按照图纸上的图纸进行切割和焊接，再通过运输车辆运送到工地，由各种机械进行吊装和组装，将所有的钢筋焊接在一起，这个过程非常的自动化，缩短了施工的时间，也更加的方便。三是功能分区的布置更加合理、方便。与混凝土相比，钢制建筑可以按照图纸上的要求进行切割，从而形成一种全新的结构。随着人们的生活水平的提高，对建筑的外观和使用功能的要求也日益提高，而钢结构的功能分区布置更加合理、方便，这一优势可以很好地满足人们对建筑外观和功能的需要。四是经济上的优势。钢结构重量轻，便于搬运、吊装，节约工期，降低成本。由于钢结构自身重量较轻，对地基所产生的荷载也较低，从而降低了地基的成本，因此在经济上具有较大的优越性。（二）钢结构建筑的缺陷一是工程建设过程繁琐。钢结构建筑由于其施工过程的复杂性，主要表现为钢结构的焊接。钢结构的所有材料都要焊接，但是有很多因素会影响到钢结构的焊接，如果焊接的不好，很有可能会产生裂纹，从而对钢结构的施工和使用安全造成很大的影响。二是耐火性能差；钢结构房屋的主要材料为钢铁，尽管在制造出钢结构时会有一定的耐火性，但其耐火性依然很差，远不及传统的混凝土结构房屋。三是技术上的问题。目前，我国钢结构住宅虽然发展迅速，但其技术水平还不完善。主要表现在钢结构的工艺细节上，如与钢结构相匹配的接头与维修材料不完整、性能差等，从而限制了其发展。三、钢结构建筑的应用范围（一）工业厂房工业厂，顾名思义，就是一座用于工业生产活动的建筑，它的高度和宽度都比一般的工厂要高得多，而且工厂里经常会有大型的起重机来工作。而钢结构则是具有很高的强度，而且韧性、塑性都比较好，比一般的混凝土结构要好很多，而且它的宽度和高度也比一般的钢筋结构要好很多，因此，对于工厂来说，这是一个很好的选择。在旧厂房改造或扩建时，一般都是采用钢制结构，有些工厂因生产流程发生变化，无法适应现有的生产条件，应对原厂房进行改造，使其具有受力清楚、结构简单、质量轻、施工迅速等特点，是改扩建工程的首选。近几年，在工厂厂房中大量使用钢结构，如武汉钢铁公司厂房、一汽大众厂房等。图3.1武汉钢铁集团厂房（二）大跨度结构建筑大跨空间结构由于其整体稳定、适应多变的特性，成为当今发展最为迅速的一种结构形式。它的结构形式有穹隆结构、桁架结构和网架结构、壳体结构、悬索结构、膜结构等。建筑物的跨度与其自身重量有着紧密的联系，跨度越大，其自重比例也就越高，而结构跨度又难以改变，因此必须从结构的重量上入手，降低结构的重量，从而达到更好的经济效益。由于钢结构具有强度高、结构轻等特点，因此在大跨结构中具有广泛的应用前景。桥梁、体育馆、会展中心、大型仓库等是常用的大跨钢结构建筑。大跨钢结构体系包括框架、网架、拱架、组合结构、悬索桥等。目前，北京鸟巢体育场、湘西矮寨大桥、人民大会堂、国家大剧院等大跨钢结构工程已经竣工。图3.2北京鸟巢体育馆（三）单层和多层住宅不论是建筑师、设计师还是居民本人，对于居住建筑都要求空间大跨、多横向结构，这样就易于依据个性化的需要进行重新改组，达到获得灵活多变的室内布置的目的。钢结构不仅满足了这方面的需求，而且承载强度高，抗震性能好，在当今的建筑结构中受到了前所未有的重视。郑伟光、贺成刚、王志华三人就多层住宅钢结构在民用建筑中的应用作了简要的阐述，并从结构体系选择、楼面结构设计、主要构件设计、节点设计等几个方面进行了详细的阐述[5]。从使用功能、设计、施工、综合等几个方面进行比较，我们发现，传统的房屋结构确实要比钢结构房屋差。钢结构房屋因其自重轻、空间布置灵活、基础造价低、施工周期短、承载强度高、抗震能力好等优点而倍受建筑业的关注。随着我国人口的迅速增加，对住宅的需求日益增加，与其它建筑相比，单层、多层的钢结构具有更好的经济性和更容易改变房间布局等优点。目前，国内已建成的钢结构住宅包括：长沙远大公司8层钢结构住宅、上海北蔡8层钢结构住宅等。图3.3远大公司钢结构住宅（四）高层建筑及超高层建筑高层建筑钢结构体系是一项多样化与复杂的系统工程，必须认真对待，不断改进技术，与此同时，在施工前一定要制定周密，详细的施工组织和计划。随着我国的工程计算、施工技术的不断提高，理论研究的不断发展，新一代的高强度钢的研发和生产，钢结构有着广阔的发展前景，相信我国的高层民用建筑钢结构，将会聚集众多的高技术，更好地满足住宅在适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性等方面的综合需要，而且得到更广泛运用。高层和超高层建筑由于层数较多，高度较高，因此会受到自重、地震、风荷载等多种因素的影响。而钢结构承载力高，重量轻，制作周期短，易于施工，因此成为首选。目前，上海金茂大厦，深圳宝安国际机场，深圳发展中心，北京国际贸易中心等是我国已经建成的钢结构高层及超高层建筑。图3.4深圳宝安国际机场（五）高耸结构建筑高耸结构是指具有较高的高楼大厦，而具有较高的平面面积的建筑物，如输电视塔、信号塔、钻井塔等。钢结构具有施工方便、经济、抗风能力强的特点，特别适合用于高层建筑。目前，上海东方明珠电视塔、北京环境气象监测塔等是我国已建成的钢结构高耸建筑。图3.5上海东方明珠电视塔四、钢结构建筑应用现状（一）钢结构建筑的规范和技术问题虽然我国的一部分地区已建成了部分钢结构住宅，但是由于整体还处于初期阶段的原因，目前，我国的钢结构房屋技术体系还不完善。但是反过来，我们也可以得出结论，钢结构的技术和技术标准会随着钢结构的建设而不断的完善，对钢结构的审查也会越来越严格，要求越来越高，从材料到施工的每一个环节，都不会有任何的差错。钢结构施工具有重量轻,强度高,成本低,环保性强,施工速度快的优点。所以,在中国建筑业的今后的发展中,钢结构建筑已经处于蓄势待发的状态，但由于其复杂性、综合性、系统性等原因，陈炯超提出了许多问题。胡育科深刻地分析了我国钢铁行业的发展趋势，提出要大力发展钢铁和装配式建筑，加快建设工业的现代化进程。2018年，全国钢铁工业总产值达到9.28亿吨，较上年同期增加6.6%；钢铁工业总产值达到11.06亿吨，较上年同期增加8.5%。大量的钢材产能，大力推进钢结构建筑，扩大对钢材的有效需求，是实现稳定增长的重要因素[2]。大型空间钢结构在大型商场、会展中心、体育馆、高铁站等新型建筑中得到了广泛的应用。由于其规模大、面积大、空间大、结构特殊、人员密集等特点，对消防工作的防范与灭火提出了新的要求，黄迪根据取样的结果，进行了大量的实验与数据分析，最后根据取样的结果，确定了随机危险的分布函数[3]。杜阳阳、王晓冉通过走访、实地调研、与装配式钢结构的建筑存在什么有待改进的地方，并相应指出相关问题的科学、合理、有效的建议，从社会认知、发展目标和具体推进措施等方面分析就目前而言装配式钢结构的建筑存在什么有待改进的地方。目前，钢结构已成为我国目前建设中应用最广泛的基础设施之一，其高效配置在许多方面显示出其优越性。图4.1钢结构产量增长走势（二）钢结构建筑市场结构现状及市场基本特征一些大型的钢结构加工厂在钢结构的加工工作方面已经在向全自动化方向发展，甚至有部分加工厂已经完成了全面的转变。但我们不能只关注平均数，还要看到一大批仍然在使用半自动甚至是手工操作阶段的中小型加工厂。这些中小型加工厂往往都存在以下这些问题：工人不按照图纸的数据要求来完成生产，随意地更改图纸以及数据，使得实物与预期的尺寸差别过大；制作工艺落后，设备简陋；人才资源匮乏；不能严格遵守相关规定；存在偷工减料、钢结构安装时的施工次序和技术问题，甚至出现了差错；具体安装方法不合理；管理方式方法上出现纰漏，导致工人工作积极性下滑；相关部件安装不严密等等。这些都十分容易导致钢结构建筑施工过程中出现问题。建筑物在长年累月受到人为因素或自然因素造成的侵蚀后会逐渐老化，具体如下：工程实施的过程中施工方式方法不当，从而引发人为性的地基下沉；改变使用功能，对其进行二次甚至是多次改造，导致真实的使用程度远远超过预计，荷载过大，在一定程度上造成构件截面和结构整体性改变的现象；生产条件改变，但缺乏相关安全及防护的意识，忽视了必要的鉴定与加固；因为生产过程中没有规范操作等，因此，应大力开展相关的研究工作，尽可能的将生产损耗降到最低，保证钢结构工程受到最小的缺陷和隐患的影响，保护其寿命不受到严重的威胁，否则极容易出现钢结构事故。（三）缺乏专业技术人员由于我国的钢结构行业也才处于初期阶段，因此，设计者的数量相对稀少、设计经验和水平低、过于依赖电脑、缺少实际操作经验、人工参与设计的能力不足。此外，由于市场竞争，结构的可靠性降低。因此，目前来看，最大的问题在于人的失误。钢结构施工技术要求高，施工难度大，对施工人员的工作要求也越来越高。在过去，中国的建筑主要是混凝土、砖混结构，而在中国，钢结构的发展比较晚，因此，人们对传统建筑结构的认识要比钢结构要多得多。这使得许多专家对钢结构的认识不足，不能适应钢结构施工的要求。加之，我国大学的主要教学重心仍然集中在混凝土、砌体结构等方面，钢结构的教学内容和课程设置相对较少，而且钢结构材料的知识陈旧，缺乏最新的技术和知识，从而导致我国高校培养的人才不利于钢结构建筑的发展。所以，必须强化专业技术人员的培训。五、钢结构建筑施工实例分析（一）工程概况某医院新建综合楼工程，地上32005平方米，地下8482平方米；地上23层为钢框架-钢支撑结构，地下3层为钢混凝土结构，总建筑面积40487平方米。（二）钢构件吊装1、钢梁吊装采用了“平衡梁”的方法进行了钢梁的吊装，并实施了“三梁一吊”。按顺序将上层梁、中层梁、下层梁从上至下依次安装。在吊装与柱牛腿相连的梁时，不得与钢柱产生较大的撞击。梁螺栓孔、柱脚螺栓孔要用微动撬棍对准连接板螺栓孔。如果螺栓孔有很大偏差，应根据不同情况重新检查和处理梁、牛腿、连接板尺寸及柱安装轴线。严禁强行安装。2、钢柱吊装钢柱在钢结构建筑中其至关重要的作用。一般工人吊装钢柱大都采用一点式起吊的方法，顶端连接钢柱的专用吊装孔为吊点。吊装过程中尾部必须有稳固的缓冲装置来减小吊装过程中对构件造成的伤害，在尾部没有离开地面的过程中，工作人员可以通过熟练的操作技巧来使钢柱慢慢直立，在直立过程中如构件发生摇摆应缓慢等构件摇摆幅度稳定后继续操作。吊装第一根钢柱前，必须将准备工作完成。如：提前在螺栓上拧入螺母和下垫板，并将螺母的位置调整完毕。将下垫板顶标高调至柱底设计标高，钢柱吊到指定位置后，首先将钢柱的中心线与基础中心线对齐，然后稍微拧紧地脚栓螺母，最后钩住并解开绳索。钢柱是否垂直是通过后期对螺母的微调来完成的。当钢柱垂直度和预定垂直度相符合时，将螺母加紧并与螺母垫板焊接到一起。3、钢支撑吊装在当前工程中，钢支撑安装的一端连接粱支腿，同时另一端也连接柱牛腿。在现钢结构建筑中支撑与梁应首先在地面组装，随后和梁一同吊装。因为在制造过程中和安装过程中误差的影响，支撑与牛腿之间往往存在偏差，偏差小时用千斤顶校正，偏差大时用火焰热校正。（三）钢结构安装焊接1、钢柱、梁、支撑焊接钢结构安装的关键是柱-柱节点的焊接，箱型、圆管柱-柱焊接工艺：在没有耳板的上下柱侧，由两个焊工在两侧对称均匀的焊接到板厚度的三分之一处，然后将耳板切割开；在切割后的耳盘边，由两名焊工将其两边焊到厚度的三分之一，一名焊工在一面焊好一层后，马上将其转90°，再对另一侧进行焊接。另一侧的焊工在对称一侧，均匀地进行焊接，直到焊完为止；两层焊道的连接要互相交叉，两个焊工的每一层都要交叉；梁焊：下翼板焊缝先焊，然后上翼板焊缝，上下两个方向对焊。支持焊：先焊接一边，然后再焊另一边。在进行焊接前，应对每一层进行除渣、夹杂物，如果有任何问题，应立即进行处理。在焊接后清除飞溅，检查完后，把焊工的工作印打在焊缝的左上角。（四）安全防护技术在高层钢结构安装过程中，对安全方面的防护要求极高，防护形式多样化，主要有：相邻栏杆保护、孔洞防护、钢柱爬梯、扶手绳、钢柱及支撑焊接平台等。在高空安全防护方面，压型钢板通过合理的工艺布置将在施工过程中发挥非常可观的安全效果。压型钢板铺设后能给工人提供了一个安全可靠的大作业平，帮助工人更高效率的安装上节梁柱。六、钢结构建筑应用发展趋势（一）向材料多样化、标准化发展不可忽视的是，在经济条件得到满足后，人们很快地将需求转移到了精神方面，在建筑行业体现出来的就是人们不再满足于“空间”这一要求，建筑的外观、功能、实用等等，都是非常重要的。而钢结构的钢结构直接关系到钢结构的发展，所以材料的多样化和标准化必然是发展趋势。目前，国内的钢铁制造技术已经基本成熟，很多产品都可以自主制造，而且其性能并不比发达国家差。（二）向设计、生产、施工专业化发展随着科学技术的不断成熟，钢结构生产已经实现批量化。为了更好的满足钢结构的设计开发与应用，生产建设专业化是必然趋势。第一，建立并严格遵守管理制度和监督机制。由于钢铁、建筑以及钢结构设计这些内容是有一定的特殊性特点,所以有关部门必须严格审查参与钢结构设计及承包的各方面资质，如果违规或是不合格的，一律立即停止一切生产、建造活动。第二，遵循建筑物设计的自身规律,发挥钢结构原始的优势,不可以本末倒置，为了所谓的特色忽略建筑本身的实用性，连最基本的用户使用需要都不能完成。第三，重视设计深度，切忌简单肤浅的成品，钢结构建筑优势要发挥出来，一般来说最好在实际设计过程中做精确的结构分析，防范相关缺陷的出现。（三）向绿色环保、节能发展随着能源、环保的日趋严重，环保和节能理念的提出，人们的生活质量和节能意识的提高，钢结构建筑必然会向绿色环保、节能的方向发展，根据这一点来将钢结构建筑的可持续性发展变为现实。钢结构的主体是钢铁，是一种可以循环使用的材料，而且不会对周围的环境产生任何的影响，这说明钢结构的发展方向完全符合绿色节能的要求。在以上几点中，对钢结构建筑的优越性进行了分析，其不仅可回收、重复利用，更由于抗震性能好，所以在各类公共设施建设中应该优先推广。众所周知，钢结构稳定且独立，根据这一点特征，与之相匹配、应用绿色新板材、开发具有密封、隔热等功能的新材料、发展集成厨房系统等建筑废弃物，开发出新颖、美观、实用的新型复合材料。如此一来，不但广泛的普及了钢结构，而且新的材料和工艺也发生了变化，随着时间的推移，我国的可持续经济、节能可持续发展的目标也将逐渐实现。（四）向民用住宅化发展钢结构房屋的出现，对我国的住房和建筑业都产生了巨大的影响。钢结构在发达国家得到了广泛的应用，但由于种种原因，在我国的应用并不多，但可以肯定的是，钢结构住宅必将在国内得到推广，并且逐步实现工业化。颜跃秉指出，钢结构在现代建筑设计中的作用越来越突出，因此必须注意钢结构的关键问题，以保证其设计的质量。在分析现代钢结构设计的关键要素的基础上，提出了要遵循的要点和实施方法，使钢结构在运用中能起到承载力等作用，从而改善建筑的使用品质[6]。张建微对钢结构抗震的主要结构体系进行了分析，对钢结构抗震问题进行了讨论，从钢结构类型的选择、多道抗震防线的选择、高延性的设计方法等几个方面，对如何提高钢结构抗震性能提出了具体的意见[7]。胡敬杰简要介绍了钢结构建筑的优势，并对我国农村钢结构建筑的发展状况进行了分析，并结合我国钢铁建筑的特点、行业发展趋势及国家的发展规划，提出了今后农村地区钢结构建筑发展的几点建议[8]。根据数据来看，我国大部分的住宅建筑仍然使用的是混凝土结构，相比钢结构建筑有许多的缺陷。但随着市场经济发展和科技的进步，钢结构的建筑会替代混凝土结构的建筑成为我国建筑结构的主要组成部分。这就要求相关部门与机构对这一行业建筑早日进行规范、完善。总而言之，钢结构建筑将成为今后几十年我国建筑结构发展的主要方向和方式。钢结构建筑向民用住宅化发展，实现空间布局灵活多变。如果使用钢结构的建筑，那么在建筑的设计中完全可以根据钢材强度高的特点，选择大开间的布局，满足了建筑师、设计师、居民对于多样化分隔空间的需求,实现了真正意义上的开放式、个性化。结论根据本文中提到的内容，我们可以得知钢结构建筑材料的优势，符合我国可持续发展战略的需求。随着城市化进程加快、市场经济发展、人们需求多样化，钢结构的应用一定会在我国流行起来，其应用必将拥有广泛的空间和未来。不仅是为了促进钢结构建筑在我国的发展，更是为了促进我国建筑行业的发展，我们不但要深入研究钢结构建筑的方方面面，更是要积极同已经拥有成熟的钢结构技术的发达国家联系，学习先进技术和管理方式。钢结构相较于传统的混凝土架构建筑来说，有许多优势，它更适应经济正处于高速发展的中国，对于我国实现环境友好型和资源节约型社会具有非常重要的意义。参考文献[1]陈炯超.钢结构建筑施工技术以