钢结构设计与施工的几点探讨

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钢结构设计与施工的几点探讨
摘要:随着现代经济的不断发展,钢结构工程以其施工速度快、周期短、强
度高、便于预制、安装、适用高层大跨度等的优越性已在工程领域广泛应用。但
钢蛄构工程项目的施工,由于其涉及面广,涉及的因素多,施工难度大,是一个
极其复杂的综合过程。因此,钢结构工程项目的质量比一般工业产品的质量更难
以控制,本文就钢结构设计与施工中需要注意的一些问题做一探讨。

关键词:钢结构 设计施工
一、刚结构的设计
l、钢结构稳定性设计。稳定性是钢结构设计中的一个突出问题,在各种类
型的钢结构设计中,都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中
亟待解决的主要问题,因此,在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念,才
能更好地处理钢结构的稳定问题。

钢结构稳定设计应遵循以下3项基本原则:
(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求。目前,
结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架、框架都是如此。保证这些平面结
构不出现平面失稳,需要从结构整体布置来考虑,即必须设置必要的支撑构件。
(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致。目前设计单层和多层框
架结构时,经常不进行框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种
方法时,计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数应通过框架整体稳定分析得
出,这

样才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算(3)结构的细部构造和构件的稳定
计算必须相互配合,使二者具有一致性。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连
接,应分别赋予它足够的刚度和柔度,对桁架节点应尽量减少杆件偏心,这些都
是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是,当涉及稳定性能时,构造上时常
有不同于强度的要求或特殊考虑。

2、概念设计。在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,
它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定
的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试
验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细
部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结
构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁
琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

3、结构布置的依据。在设计过程中应该综合考虑多方面的因素,例如突出
钢结构优势的大柱网因素和适应现代人生活需要的大开间、易改变的布置因素。
结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度
均匀,力学模型清晰,尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接
的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀,其形心要尽量靠近侧向力(风
震)的作用线,否则应考虑结构的扭转,结构的抗侧应有多道防线。

4、预估截面。结构布置结束后,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和
支撑等的断面形状与尺寸的假定。对应不同类型的钢结构,设计规范对截面的构
造要求有很大的不同,如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题,在普
通钢结构规范和轻型钢结构规范中的限值有很大的区别。除此之外,构件布置应
通过经验并结合具体设计进行合理布置,让构件充分发挥其结构性能,也就是人
为控制平面外、平面内计算长细比,让强弱轴方向放置正确,受力、变形协调一
致。

5、节点设计内容。连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结
构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。钢结构的节

点设计时应确保节点的安全可靠,并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺,
减少或避免现场的焊缝连接。连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方
法,设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便,也可
以使用结构软件的后处理部分来自动完成。同时,节点设计必须考虑安装螺栓、
现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外,还应尽可能使工人能方便的进
行现场定位与临时固定。节点设计还应考虑制造厂的工艺水平,比如钢管连接节

的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
6、图纸编制。钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图由设计
单位编制,施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制,有时也会由设计单
位代为编制。(1)设计图是提供制造厂编制施工详图的依据。深度及内容应完整
但不冗余。在设计图中,对于设计依据、荷载资料包括地震作用)、技术数据、
材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装
及运输等)、结构布置、构件截面选用以及坏形式通常由脆性剪切破坏转变为具
有延性

的弯曲结构的主要节点构造等均应表示清楚,以利于施工详图的顺利编制,
并能正确体现设计的意图。(2)施工详图。施工详图又称加工图或放样图,深度
须能满足制作车间直接制造加工。不完全相同的构件单元须单独绘制表达,并应
附有详尽的材料表。

二、钢结构的施工
1、钢结构施工工序质量控制
工序质量包括两个方面的内容:第一是工序活动条件的质量;第二是工序活
动效果的质量。从质量控制的角度来看,这两者是互为关联的,这里既要控制工
序活动条件的质量,又要控制工序活动效果的质量即制作、安装的产品是否达到
质量标准)。工序质量控制的主要内容应包括以下几个方面:(1)工序活动条件的
质量。在工序活动时首先要控制进入每道工序的影响质量的五大因素(人、物、
机、法、环),使它们处于受控状态,避免系统性因素变异发生,以保证施工的
质量正常、稳定。具体来说要做好:①物资控制、可追溯性及标识;⑦设备控制
和维护;③过程中人的管理;④文件的控制;⑤现场作业场地的协调。(2)严格
督促、贯彻遵守工艺规程。施工工艺和操作规程是进行施工操作的依据和施工法
规,是确保工序质量的前提。在执行工艺规程过程中,对由于各种原因而需要更
改工艺规程的,必须按工艺文件制定的规定进行更改。(3)合理设置质量控制点。
控制点是指为了保证工序质量而需要进行控制的重点或关键工序、关键环节,以
便在一定条件下进行强化管理,使工序处于良好的控制状态。质量控制点设置的
原则,是根据钢结构工程项目中质量特征值对整个工程质量的影响程度来确定
的。

2、钢结构主体工程的质量控制。(1)钢构件的质量验收。钢构件进场质量验
收除按明细表核查数量并进行外观感官几何尺寸、合格证检查外,还须检查以下
资料:①钢材材质复试单(原件);②钢材的材质证明(复印件须盖生产部门公
章,还需说明原件的存放地);③无损检测报告(原件)。(2)钢构件安装质量控
制。柱、梁安装时,主要检查柱底板下的垫铁是否垫实、垫平,柱是否垂直和位
移.粱的垂直、平直、侧向弯曲。螺栓的拧紧程度以及摩擦面清理,验收合格后
方可起吊。当钢结构安装形成空间固定单元并验收合理;同一部位的焊缝返修次
数不宜超过2次。(3)涂刷工程质量的控制。钢结构涂刷前,构件表面不得有焊
渣油污、水和毛刺等异物,涂刷遍数和厚度应符合设计要求。

总之,由于钢结构工程一般都是作为建筑的核心部位和受力结构,其质量的
好坏直接影响到建筑物的安全。因此,对于建筑钢结构工程的设计与施工,我们
必须予以充分的重视,也应制订和颁布相应的建筑规范、标准和技术规程,对钢
结构工程从设计到施工、从新工艺到新技术的应用等方面做出贡献。

参考文献
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【2】浙江大学建筑工程学院、浙江大学建筑设计研究院联合编著,空间结
构[M],北京:中国计划出版社.2003