基于钢结构设计和施工阶段质量控制的探讨

张珍 邵振伟

（1.郑州长兴建设工程有限公司 河南 郑州 450000 2.河南天丰钢结构建设有限公司 河南 新乡 453000）

基于钢结构设计和施工阶段质量控制的探讨

张珍1邵振伟2

（1.郑州长兴建设工程有限公司 河南 郑州 450000 2.河南天丰钢结构建设有限公司 河南 新乡 453000）

我国高层钢结构建筑起步比较晚，主要是在改革开放以后才有了底层或多层钢结构建筑。随着社会的发展，高层钢结构建筑在我国也开始盛行起来，尤其最近几年，高层复杂钢结构建筑在我国建筑行业更是运用得比较广泛。因为钢结构具有轻质高强、抗震性好、造价低、施工进度快等一系列优点。

高层钢结构；设计原理；施工质量

1 高层复杂钢结构设计

1.1 结构功能要求

结构在规定的设计使用年限内应满足以下的功能要求：①在正常施工和使用阶段，应能承受可能出现的各种作用。②在正常使用阶段应有良好的工作性能。③在正常使用和维护阶段具有足够的耐久性。④在设计的突发事件（如地震、火灾、爆炸、撞击作用等）发生时仍能保持其结构的稳定性。

1.2 结构的可靠度

结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的可靠性。结构的可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在相关条件下，完成预定功能的概率。一般钢结构建筑物设计的使用年限为50年，即在使用年限内，结构要满足预定的功能。

1.3 钢结构设计原则与方法

钢结构设计要遵循技术先进，经济合理，安全使用，确保质量的原则。现行钢结构设计规范采用的设计方法是以概率论为基础的分项系数表达的极限状态设计方法，对于结构构件或连接的疲劳强度计算则采用容许应力法。

1.4 概率极限状态设计原理

结构的抗力R和结构或构件的作用效应S应满足：Z=R-S≥0。当Z＞0时，结构处于可靠状态；当Z=0时，结构处于极限状态；当Z＜0时，结构处于失效状态。

2 钢结构的强度设计值

表1 钢结构强度的设计值

3 钢结构材料的选用

3.1 强度要求

钢结构的钢材应具有较高的抗拉强度，并且具有较高的屈服点，在建筑钢材设计中，常把钢材屈服点作为承载能力极限状态的标志，因为其值越高，这样可以减小钢材的横截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价。抗拉强度值越高，可以增加结构的安全性。因此，对钢材材料的选择必须具有较高的抗拉强度和屈服点。

3.2 良好的塑性性能

如果钢材的塑性性能好，则在结构破坏前，构件的变形比较明显，从而可以减少脆性破坏的危险性。

3.3 较好的韧性性能

钢结构的韧性性能好，表示在结构发生动荷载的作用下结构的吸收能量值就越好，而且能很好的抵抗疲劳荷载作用。

3.4 变形能力

钢材有两种完全不同的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏的主要特征是破坏前具有较大的塑性变形，只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏。由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间校长，容易被发现和抢修加固，因此不会发生严重后果。脆性破坏的主要特征是破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形.而突然迅速断裂。这种破坏在破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在建筑钢材的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生。

3.5 有良好的加工性能和连接性能

冷、热加工性能好，冷弯性能要好，同时具有良好的可焊性，这样，就不会因加工而对强度、塑性及韧性带来较大的影响。

3.6 耐久性能好

在易受大气侵蚀的露天环境下工作的结构，或在有有害介质的环境下工作的结构，要求对钢材具有较好的防腐和抗锈能力。主要是控制有害化学成分或添加有益化学成分。

4 钢结构的施工过程质量控制

4.1 钢结构构件的厂家合格证书及进场验收记录

厂家合格证书必须提供原件且签字、盖章、并填写完整，原材料的合格证书及复试报告、加工厂的质量控制记录资料、厂家在钢结构加工前所做的焊接工艺评定报告、重要部位焊接材料的复试报告、高强螺栓连接摩擦面抗滑移系数厂家试验报告等。

高强度螺栓不允许露天存放，不同规格、不同生产批号、不同厂家、不同等级的螺栓要分类码放，并挂牌标识。螺栓堆积不要高于3层以上，底层应距地面300mm以上（如表2）。

表2 高强度螺栓连接施工预拉力标准值（单位：kN）

4.2 钢结构焊接

焊接连接是钢结构中最主要的连接方法。其优点是：构造简单，用料经济，不会消弱钢材的横截面；制作加工也比较方便，可实现制动化操作。其缺点是：焊接时容易产生局部材质变脆，使受压构件的承载力下降。钢结构的焊接要满足以下几点：

（1）焊缝表面不得有裂纹、焊瘤、弧坑等缺陷。

（2）对接接头、T形接头、十字接头等对接焊缝及对接焊缝，应在焊缝的两端设置引弧和引出板，其材质应与焊件相同。

（3）焊成凹形的角焊缝，焊缝金属与母材间应平缓过渡；加工成凹形的角焊缝，不得在其表面留下切痕。

（4）施工单位提供焊缝检验记录（包括制作和安装，并提供焊缝外观检查记录）；监理单位提供抽查记录。

（5）栓钉焊在目测外观合格后，应进行弯曲试验检查，弯曲角度为15°。在焊接面上不得有任何缺陷。

4.3 钢结构连接节点应遵循下列基本原则

（1）安全可靠性。应尽可能使受力分析接近于实际工作状况，连接处应有明确的传力路线和可靠的构造保证。

（2）便于制作、运输、安装。减少节点类型；在拼接处应留有一定的工作空间，尽量在施工时的具有比较方便的操作方法，如：避免仰焊等。

（3）经济合理性。对于用材、制作、施工等综合考虑后确定最经济的方法。

4.4 面板和隔热材料的安装应符合下列规定

（1）在安装墙板和屋面板时，墙梁和檩条应保持平直。

（2）隔热材料宜采用带有单面或双面防潮层的玻璃纤维毡。隔热材料的两端应固定。

（3）压型钢板的纵向搭接长度应能防水渗透可采用：屋面板：150～250mm；墙板：60～100mm。

5 结论与建议

在钢结构施工过程中，一些建筑物构件基本在工厂中已经加工好了，直接拉到现场进行安装，这样节省好多时间，同时也把施工进度提前很多。但是在细部方面（如细部放线）工作比较多、工作量比较大，这就会大量的消耗人力、物力，同时效率在细部方面就会降低。但是，在在高新技术日益发展的今天，全站仪和电子计算机得到了广泛的应用，在钢结构施工过程中得到普遍的应用，因此就会减少钢结构细部方面的工作量。

[1]李宏.马鞍山钢铁股份有限公司钢结构方案设计研究[J].钢结构工程施工，2010，06.

[2]李金根.钢结构[S].西北工业大学出版社，2011，08.

TU758

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2015-7-4